全球化背景下的制造业生产调度体系探讨

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1、全球化背景下的制造业生产调度体系探讨 全球化背景下的制造业生产调度体系探讨 论文导读:：科学的生产调度系统模式就是要降低企业 85%不增值的部分和优化 生产过程。系统集成视角下的生产调度方法及其改进。 论文关键词：生产调度系统，系统集成，生产不确定性 0 引言 在生产过程中，很多企业实际加工时间占总加工时间不到 15，而有 85以 上的时间用于等待、搬运和排队。以机械加工为例，15的加工时间里，切削 时间仅占 30，其余 70的时间用于零件装夹及定位、及用于换刀具、测量、 机床调整、消除屑末等，多数机器 90的时间处于闲置状态 l。因此，科学的 生产调度系统模式就是要降低企业 85%不增值的部

2、分和优化生产过程，建立合 理的生产调度模型，寻找有效的调度方法，改进生产调度方案，设计适宜的计 划调度系统。传统的手段如降低库存、裁减雇员、精简机构、增加加工设备等 已经达到了极限，不可能再有较多的进展，进一步的成本缩减可转向企业内外 资源的合理配置和高效利用 2。作业车间调度问题的研究于 1950 年展开，国内 外对于生产调度问题的诸多研究可以归结为两个方面：生产调度问题的建模和 生产调度问题算法设计与分析 3。虽然对车间调度领域的研究已有六十多年的 历史，但至今尚未形成一套较为完备的系统理论和方法，加强生产调度系统理 论和应用的深入研究非常必要。 生产管理通常分为三个阶段：生产计划、生产调

3、度和生产控制系统集成，其 中生产调度是生产管理领域内的关键环节。调度与很多其它经营管理活动有 关，如生产计划的可行性分析、销售部门接受订单的提前期、生产线的人力调 配、设备保养维修、物料采购供应计划等。而实际生产过程中，车间生产调度 过程是一个多元化管理模式，需要敏捷响应和反馈，要求在宏观上规划生产， 微观上调控生产。科学合理的生产调度在满足客户要求和生产任务的前提下， 依据生产过程获得准确信息，充分合理的利用与配置加工过程的各种制造资 源、高效低耗地使用生产资源、合理安排加工工件的顺序、均衡设备负荷和生 产、提高设备利用率、缩短换工装和物料准备时间、降低生产和人工成本、优 化生产过程。生产调

4、度围绕企业生产经营目标，对企业生产活动进行有效组 织、指挥、控制和调节，根据生产目标和约束，为每个加工对象确定具体的加 工路径、时间、机器和操作等，根据市场需求变化和产品订货，及时调整生产 结构，及时应对和解决生产中的各种矛盾和问题，以保证整个生产经营活动的 正常进行，保证在合适的时间，将合适数量和合格质量的物料输送到合适的地 点，由已确定的人员进行加工，最后生产出满足客户需求的产品。因此，及时 准确地生产调度对生产系统的高效运行有着重要地影响。 1 生产调度的分类、影响因素及优化模型 1.1 生产调度的分类 在不同的制造资源、约束条件、生产规模、生产形式和管理方法下，生产调 度问题的目标、调

5、度策略也不同。任何优化模型都包含优化目标和约束条件， 生产计划优化也不例外，但是约束计划的因素很多，为全面地考虑优化模型中 的约束因素，需要对其进行分类，就对象而言，有模糊调度、离散事件和连续 事件调度、静态和动态调度等；就调度方法而言，有 Gantt 图、分支定界、动 态规划、规则调度和仿真等；就调度优化目标而言，有正规性能指标和非正规 性能指标，如生产成本、提前/延迟(E/T)指标等。就调度加工系统的复杂度而 言，可分为单机、多台并行机、流水车间调度和作业车间调度 4-7。 1.2 生产调度的影响因素 现代企业生产环节多、协作关系复杂、生产连续性强、情况变化快，某一局 部发生故障，或某一措

6、施没有按期实现，往往会波及整个生产系统的运行。由 于调度问题的复杂性和生产环境的动态性系统集成，必须将资源、约束、规模 和方法等因素综合考虑来研究论文发表。在这种更新速度快、生产系统稳定性 差且复杂多变的制造环境下，企业不仅仅要求能生产出质量高、性能优良的产 品，而且还需要快速生产出市场所需求的产品，更要能够快速、准确地应对生 产过程中频繁发生的各种扰动，这显然要求整个生产系统对生产过程中的控制 更严格、更有效、更有柔性。任何产品生产的直接因素从空间上看分别来自用 户要求、企业自身生产状况和供应商的供货状况等方面，它们对生产计划的约 束通过施加到企业内部的影响体现出来。 首先，用户一般提出交货

7、期、数量、质量、规格、交货方式等要求。交货期 和数量直接约束生产企业计划，质量和规格通过设计部门转化为加工工艺要 求，工艺部门进一步将加工工艺转化为加工次序和加工时间。用户需求对计划 的约束体现在交货期、加工次序、加工时间、运输设备、运输次序等方面；其 次，供应商对企业计划的约束主要是物料供货时间（物料到达企业的时间，包 括物料的出厂时间和运输时间等）；最后，计划在企业内受到人力、资金、设 备、库存、后勤保障（水、电、煤、气等）的约束，其中设备主要包括运输设 备、工具工装、加工设备、场地等，工序负荷平衡、生产模式、现场实绩等非 结构化约束，加上变化的工作条件，需要频繁地进行重调度。 大多数的研

8、究对约束问题考虑不是很周全，建模时也对真实环境进行了大量 的简化，因此，车间调度系统应用到实际生产中时很容易碰上“计划赶不上变 化”的困境。 1.3 生产调度的优化模型 在车间生产调度中，生产计划调度的任务是根据生产目标和约束，为每一个 加工对象确定具体的加工路径、时间、制造设备资源和操作等，以保证车间制 造系统的某一性能指标达到最优，具有静态特性。生产调度的优化模型如式 （1）所示， （1） 式中，为加工对象的生产计划；为企业收益，为加工成本； 为加工该加工对象的时间，人员，设备等生产条件，为企业所拥有 的加工条件等内部约束条件；为生产出产品的质量，数量等，为用户所提出的 产品质量、数量等外

9、部约束条件。 在理论研究中，生产调度问题常被称为排序问题、资源分配问题或组织优化 问题。当然，调度不只是排序，还需要根据排序结果确定各个任务的开始时间 和结束时间系统集成，并使约束得到满足，同时使车间制造系统的性能达到最 优或次优。这些特点决定了生产调度高复杂性、动态随机性、突发性、多目标 性、多约束性、多资源相互协调、非线性、目标可变性、大规模性和多极小性 等特点，并且多数调度问题求解过程是 NP(Non-deterministicPolynomial)问 题，它的计算量随问题的规模呈指数增长。这导致生产调度要综合平衡这些条 件自己的矛盾与冲突。多目标车间调度最终得到的解是一个解集，如何从解

10、集 中选出一个最优妥协解作为实施方案，使企业制定出合适的作业生产计划。生 产调度问题作为现代制造系统的一个研究热点，由于系统建模方法的多样性， 以及问题的侧重点不同，调度方法和研究对象也明显不同。 2 传统生产调度体统下的生产问题 实际的生产系统是一个动态生产环境，存在着大量不确定性因素，往往会导 致计划、调度与控制脱节，不能有效协调和均衡的生产，造成企业成本增加和 效益下降。传统生产调度系统作用下的车间实际生产加工现场，虽然每个待加 工的工件都被分配到指定的加工设备，并按照开始时已经规划好的调度方案进 行加工。但由于实际生产情况复杂多变，生产现场工件到达时间随机性和制造 过程中随机发生的扰动

11、使得实际生产出现了与原调度方案的偏离，加工现场作 业流程混乱，导致生产系统不能再按照原有的生产计划正常运行。为了保证生 产顺利进行，这就要调整某些零件的加工顺序，而改变任何一道工序的顺序都 可能会影响后面所有工序的加工顺序，导致作业计划要重排。在这些问题还没 得到解决的同时，还要求实现产品生产周期短、制造成本低和相应市场变化能 力迅速等目标，这些都要求中小型制造企业的调度系统具有良好的动态性和实 现能力。因此，现有的落后生产计划管理模式不仅难以满足生产要求，也严重 影响着公司的成本管理，造成公司效益提高缓慢，竞争力不强。具体体现如 下： 2.1 当前制造业企业生产调度体系弊端在生产中的体现。（

12、1）主观与经验 性。在组织生产时，经常出现工艺流程、工时定额不完善等情况。生产计划与 调度严重依赖管理者的经验、技巧，基础数据精确度低，缺乏科学的理论基础 和现代管理理论的支撑，没有一个全面细致到位的科学调度安排。计划的及时 性、均衡性、应变性差，造成在实际生产过程中，调度频繁，生产效率低下等 不良现象。（2）拖期严重。工序流程周转不畅、产品生产周期不能满足客户订 单要求的交货期系统集成，零部件的制造周期不能满足装配要求的交付期，并 且各零件的加工状态无法追踪，生产过程的进度不能动态反映，严重影响了公 司的信誉和市场竞争力。（3）生产调度系统未能与库存管理系统进行有效集 成、无法查看即时的生产

13、现场信息或库存情况。生产发生变化时计划调整困 难，响应速度慢，不能满足快速响应的要求。仓库摆放大量零部件和半成品， 可装配现场仍频繁缺件，库存的零部件不是产品装配所需的零部件。（4）生产 计划未能充分进行资源的平衡。一方面，部分设备能力不能满足生产需求，成 为加工的瓶颈，而部分设备却有能力富余；另一方面，计划调度人员仅仅根据 所主管的型号安排计划，没有考虑到生产能力的平衡，使整个生产过程时紧时 松，人员和机器不能达到很好的利用。 2.2 现行调度在企业实际生产中的缺陷表现在：(1)延迟性。生产车间的实时 动态变化，统计数据不能够及时地反馈到调度部门，在时间上存在很大的滞后 性论文发表。调度人员

14、对数据手工分析，进而产生调度指令，时间上又有了一 段延迟，信息处理和反馈速度慢。由于信息滞后，生产调度人员难以及时、全 面地掌握生产信息，增加了对生产异常情况的处理难度，严重制约了生产正常 进行。对车间缺乏有效的生产监控机制（包括生产计划监控、零件进度监控与 产品或订单进度监控等），很难对生产进度实现有效管控，超差品常常得不到 及时补救与处理。目前，调度管理基本上是采用反馈控制，该法是根据实际执 行结果的反馈信息来调节和控制生产系统行为，具有时滞性，缺乏灵活性和适 应性。(2)不准确性。在调度管理工作中，从数据的汇总、传递、分析到指令的 下达等工作，基本采用手工处理，且难以达到优化的目的。由于

15、人工采集的信 息数据具有不可靠性和不完整性，一方面容易造成决策者错误决策，另一方面 不能向客户反映生产进度情况系统集成，降低了生产的透明度。(3)调度低效 率。由于系统本身的复杂和非线性行为、随时间变化的行为、信息集成的因素 等原因，造成了车间信息客观上的不确定和复杂性，轻重缓急得不到合理安 排，优先级的零件得不到及时安排，关键、瓶颈设备得不到合理使用，造成资 源浪费；难加工、周期长的零件不能按期完成，拖延产品齐套时间，影响交 期。生产过程的脱期任务变为紧急任务，导致计划频频变更、生产系统运作效 率低下。不能用数字说话，达不到科学管理的要求。没有考虑到人力资源的重 要性，没有引入人工激励机制，

16、没有将人工的心理因素引入到生产调度，从而 在一定程度上导致了企业的效率不高。（4）缺乏全局性和科学性。由于调度人 员的智力、经验和处理能力的限制导致调度缺乏全局性和科学有效性，造成生 产计划和生产安排及生产工序之间不协调、物流不畅，生产缺料和车间在制品 大的情况同时存在。 2.3 生产计划和调度系统信息不完备。（1）信息的缺乏。信息的不统一、不 完整、不及时等诸多问题已经影响到企业生产经营，造成整个生产系统处于应 急的状态，原材料不能按时到位，延长了交货期，有时货物不能按时送达；生 产现场的管理混乱，原材料和半成品堆放随意，影响生产车间的对外形象。(2) 信息的复杂性。这主要取决于人们处理大量信息的能力，如分类、简约等来获 取有用的信息。（3）生产调度软件的问题。由于目前的智能调度系统并不能真 实反映实际生产中经常出现的不确定性，而现实生产中的不可预测扰动经常导 致智能算法的最优解决方案并不能很好执行。如果按照这些算法进行生产计划 的安排，会造成正反馈的累积效应，使得计划越来越脱离实际。