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基于并行工程建立了型号卫星产品制定生产计划和工艺计划的过程模型
时间:2011-01-23 浏览次数:1086次 无忧论文网
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    摘要: 为了制定合理的生产计划和工艺计划,基于并行工程建立了型号卫星产品制定生产计划和工艺计划的过程模型,实现型号卫星产品企业生产计划和工艺计划的并行设计,同时用启发式算法解决制定计划过程中不同型号之间车间资源平衡问题. 该资源平衡算法考虑了不同型号卫星产品的工期,实现了制造过程的节点控制,保证了不同型号卫星产品在车间的生产进度,可以应用于卫星等型号产品的生产.
Abstract : In order to achieve production planning and process planning concurrently , process models were used for production planning and process planning of a satellite , and a heuristic algorithm was given to solute any possible conflict on the workshop. The heuristic algorithm takes into consideration the availability of different project , such as time ,resource etc. and got them available in a finely manner.

  航天部门在生产不同型号卫星产品的过程中,常常出现不同型号间车间资源冲突问题;同时生产处对其他部门信息难以及时了解,这样不仅影响企业的生产进度,也给企业的生产决策带来了一定的困难. 如工艺人员在制定工序时由于不能及时了解车间资源的使用情况,制定的工艺卡片下发到车间后,常常因设备资源的平衡问题造成型号产品不能按期完成;该厂制定生产计划的过程是采用层层下达的串行管理模式,这样不仅增加了制定生产计划的周期,本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供也缺少制造过程中的监控与信息反馈,缺少生产管理的柔性. 在车间资源平衡方面虽然有很多方法,如启发式算法[1 ] ,神经网络法[2 ,3 ]以及遗传算法[4 ] ,但是这些方法很少用于不同型号产品间的企业车间资源平衡问题,如没有考虑到型号之间工期的协调及加工的工件有配套关系等因素.
    本文基于并行工程的思想建立制定型号产品生产计划和工艺计划的并行过程模型. 基于该模型,能够并行制定生产计划和工艺计划,并给出总调度进行车间资源平衡的算法,以得到合理的不同型号卫星的生产计划和工艺计划,提高企业的经济效益.

    1  生产计划和工艺计划并行过程模型

    1. 1  并行的可能性
    过去,生产计划与工艺计划是相互独立完成,在真正进行车间生产时,工艺计划和生产计划常常存在资源的冲突,使得这些计划不得不进行调整,造成制造信息、制造过程的间断. 工艺计划和生产计划都对车间资源提出了一定的要求,生产处根据产品需求和可用的车间资源制定生产计划;工艺部门根据生产计划从CAPP 中选择可行的加工方法和车间资源(如机床、夹具等) ,工艺计划和生产计划的信息联系构成了并行集成的基础.
    如果在制定型号卫星的生产计划、工艺计划时,综合考虑各个部门的实际情况,如型号卫星的工期,车间的实际 加工状态(资源的可用性) 、库存状态,备料部门的备料情况,等等,合理地选择加工方法和资源,就不会产生资源冲突,保证制造过程正常运行.
    1. 2  并行过程模型
    基于并行工程的知识,建立了型号产品并行制定生产计划和工艺计划生产过程模型,如图1所示,该模型集成了型号产品制造过程中涉及的部门信息(如生产处、工艺处,车间技术组等) . 
 
   当有生产任务时,计划处同时给生产处和工艺处下达生产任务. 生产处:进行生产任务和车间能力分析,按照各零件的交货期和任务量,将任务分解,得到粗略的生产计划,并根据车间资源的使用情况进行分析,得到可利用的资源(包括夹具,机床,人员等) 状态表. 工艺处:对零件进行工艺技术分析,从CAPP 部分制定多种工艺方案,并确定每道工序所需要的夹具、机床等资源. 摆脱了传统的生产处和工艺部门串行的工作方式,节省了制定生产计划工艺计划的时间. 本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供总调度:根据工艺处提供的工艺路线和生产处提供的资源状态表,综合考虑型号卫星的生产进度和工艺装配要求,车间资源的使用效率等因素进行不同型号卫星间资源平衡,这是整个模型的核心部分,本文应用启发式算法解决不同型号间车间资源的平衡问题,该模块得到最终工艺方案和详细生产计划.工艺详细设计:由于工艺分析及车间资源分配已经完成,此时工艺人员可以进行详细的工艺设计,具体进行切削用量的设计,工时定额等. 计划审核:此模块由审核人员对生产计划和工艺计划进行最终审核,并把审核情况向生产处反馈. 车间加工:此模块得到车间生产计划和工艺计划,根据生产计划和工艺计划组织生产,并把车间的有关加工、质量等信息向生产处反馈,这样生产处就能动态跟踪车间的生产情况. 库房:库房人员把库房中零件的当前库存的数量信息反馈回生产处,这样生产处在制定生产计划时可以考虑库房中已经存在的零件数量,制定合理的生产计划.

    2  不同型号间的资源平衡算法

    型号产品的企业在制定生产计划和工艺计划的过程中都对资源提出了需求,因此总调度要根据不同型号卫星的工期进行资源能力的平衡,充分利用车间资源以保证完成型号卫星的生产任务. 本文运用启发式算法解决不同型号卫星的资源冲突问题,具体算法描述如下:
    2. 1  目标函数及约束条件 
 
式中: p 为型号种类; p ( i) 为型号p 的第i 个零件( i = 1 ,2 , ⋯, n , n 为每个项目包含的工件数量) ;
qp ( i) 为工件p ( i) 所包含的工序数; sk
p ( i) j 为工件p ( i) 的第j 道工序在第k 台机床开始加工时间;
sk
p( u) q 为工件p ( u) 的第q 道工序在第k 台机床开始加工时间; r 为工序ok
p ( i) j 的加工完成率[5 ] ;
okp ( i) j 为工件p ( i) 的第j 道工序在第k 台机床加工的工序( k = 1 ,2 , ⋯, m) ; tsp( i) e 为工件p ( i) 前e道工序的工时之和; tp( i) 为工件p ( i) 所有工序的工时之和; tk
p ( i) j 为工件p ( i) 的第j 道工序在第k台机床加工时间.
    式(1) 为目标函数,目标是制定一个最优的生产计划,在保证不同型号卫星的生产进度和装配要求的基础上,平衡不同型号卫星对车间资源的需求,综合利用车间资源, 使工件p ( i) 在车间的制造周期c ( t) 最小. 式(2) 和(3) 为约束条件,本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供式(2) 说明对于每一种工件必须在上一道工序完成后,才能加工下一道工序, 式(3) 说明同一台机床加工工件的某道工序,直到该工序加工完毕,这台机床才能加工其他工件的工序, 设机床k 上的工序okp( i) j 先于工序okp ( u) q 加工. 式(4) 定义工序okp ( i) j 的加工完成率为r.
    2. 2  算法实现原则
    规则1 : 设有m 台机床, 引入机床队列M 和工序队列Nk ( i) ( i = 1 ,2 , ⋯) , 具体任务队列Task ,每台机床对应一批加工任务, 即工序队列Nk ( i) , Nk ( i) 中保存工序okp( i) j , 具体对应关系如图2 所示. 机床选择一个工序是在该机床对应的工序队列中按照一定的规则进行选择, 当选择一个工序后,删去该工序队列中的工序,并且把该工序及对应的机床添加到具体任务队列Task 中.

   规则2 :为了保证型号卫星的生产进度,应该优先安排工期比较紧急的型号卫星的工序;如果工期不紧急,应该优先安排是部件(有装配要求)的工件.
    规则3 :该算法的前提是已经知道车间机床的配置信息、车间生产任务信息、工件的工艺信息(加工路径和各道工序的加工时间) .
  规则4 :为了使车间加工的工件进度平衡及工件制造周期最短,对于某一时刻,应优先安排加工完成效率最低工件,这样可以保证工件均衡加工,使工件的制造周期最短.
规则5 :为了合理的分配车间资源,应该优先安排具有最小加工完成时间的机床,这样能更好地了解机床的负荷情况. 因此计算车间所有机床对应工件的加工完成时刻,确定具有最小加工完成时刻的机床,并且把该机床的加工完成时刻定义为tf .
    2. 3  算法流程图
    不同型号间资源平衡算法流程如图3 所示,算法首先根据生产计划和工艺计划得到机床队列和机床要加工的工序队列;然后计算具有最小加工完成时间tf 的机床k , 优先使用该机床是为了均衡的利用车间资源. 计算机床k 对应的工序队列Nk ( i) 所有工序的加工完成率r ,在队列中首先按照型号卫星工期的紧急情况排序,在此基础上,本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供按照加工完成率r 升序排列,即考虑型号卫星工期的前提下,优先安排加工完成率小的工件,这样可以均衡各工件的加工进度. 优先安排具有配套要求的工件,因为该工件和其余的工件有配套关系,所以为了不影响别的工件,优先安排该工件.
 
    加工工序的开始时间skp( i) j 、结束时间ekp( i) j 、机床k 的加工完成日期f k 分别为 
 
    式(5) 表示加工工序okp( i) j 的开始加工时间,为上道工序在机床k 加工结束时间;式(6) 表示加工工序okp( i) j 的结束时间为该工序的开始加工时间与加工时间之和;式(7) 表示机床k 的加工完成时间为加工工序okp( i) j 的加工结束时间.

    3  结 论
    (1) 型号产品企业生产计划和工艺计划的集成模型具有一定的柔性,当车间资源发生故障或者有新的型号产品任务,模型能够及时把有关信息反馈回生产处,生产处可以及时调整生产计划和工艺计划,达到了车间柔性制造的目的.
    (2) 该模型还存在一些不足,如没有考虑工件在车间的等待时间及如何减少工件的成本等因素,作者要在以后的研究中进一步完善该模型.

    参考文献:
    [1 ]毛 宁,刘 霞,沐结瑜. 关于M类机器的非流水复杂作业排序问题的一种启发式算法[J ] . 工程数学学报,1996 ,13 (2) :65-73.
    [2 ]张长水,阎平凡. 解Job2Shop 调度问题的神经网络方法[J ] . 自动化学报,1995 (11) :706-712.
    [3 ]沈 刚,汪叔淳. 用神经网络方法求解Job2Shop 调度问题[J ] . 电子学报,1995 (8) :46-51.
    [4 ]张长水,沈 刚,阎平凡. 解Job2Shop 问题的遗传算法[J ] . 电子学报,1995 (7) :1-5.
    [5 ]王凤儒,徐蔚文,徐洪副. 用效率调度算法求解非标准作业车间调度问题[J ] . 计算机集成制造系统,2001(7) :12-15.
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