基于有限資源的空閑設備調度研究

及沖沖 郭維家 盧艷楠 趙靜

(河北聯合大學遷安學院,河北遷安 064400)

基于有限資源的空閑設備調度研究

及沖沖 郭維家 盧艷楠 趙靜

(河北聯合大學遷安學院,河北遷安 064400)

考慮隨著現代市場競爭的加劇,定制化產品和服務令企業間的競爭也逐漸加大,因此企業若要在競爭中占據優勢,企業內部如何最大柔性的發揮設備的資源利用率,縮短產品生產周期,對空閑設備以及設備資源池的理念管理和調配進行了研究。

設備空閑時間 設備調度 資源池

為了滿足客戶的需求,企業進行全方面的管理體系改善,車間資源規劃問題一直都是較為困難的問題,而設備作為企業管理的一個重要領域,如何充分發揮生產車間設備的資源潛力,在滿足交貨期的前提下,完成企業下達的生產任務,成為企業關注的典型問題。因此,隨著客戶需求變化的不確定性與多樣性,以及市場競爭的日趨激烈,對設備能力進行合理規劃已成為企業在競爭中處于不敗之地的關鍵因素。

1 設備調度存在的問題

在多數柔性車間生產調度問題研究中,企業往往忽略對設備的合理規劃,簡單的對設備進行單一利用或閑置。但是,由于不同設備參與不同工序,而不同工序也會存在時間上的間隔,因此,在設備工作時間不連續的時間段、生產設備數量以及性能的差別或者設備出現故障等均會產生不同的設備能力。因此,為了提高設備使用率,支持大批量定制下的柔性生產計劃制定,針對如何最大柔性的發揮設備的資源潛力,對設備能力展開研究具有一定的理論意義和實際價值。

2 設備空閑時間調度

由于不同產品工序的加工工時不同,不可避免的會有設備等待工件或者工件等待設備的空閑狀況出現,而充分利用設備空閑時間資源,減少設備空閑時間,是提高設備利用率的有效手段。因此,在現有生產約束條件下,如何提高設備利用效率,減少設備空閑時間,對提高企業生產效率是十分重要的。

2.1 調度方法一

假設某訂單 N個工件共有L道工序,每道工序的加工工時為tj,每個設備的空閑時間為 tm,設備總維護時間為 th,總的維修時間為 tx,標準交貨周期為 D。因此,在不拖期的前提下有表達式:即設備調度分配要滿足總工時在標準交貨周期范圍內。

當客戶下達訂單后,企業預完成生產的整個過程始末,準備時間是必不可少的。如何將同一資源的準備時間之外的空閑時間利用起來,是提高資源利用效率的有效手段。如不同工序切換設備時間,我們可以通過一個人員同時監控若干設備,讓人員和設備的時間有效合理的利用。然而,從企業的計劃層面上要求設備利用率最大,即最大化利用設備現有的產能。當對多個訂單任務安排時,一個訂單工藝造成的空閑時間,可通過模擬能否完成其他一些短期訂單的插單,從而充分利用設備資源。

于是,提出了資源池的概念,它將企業所有可用資源集中到一起進行統一調度分配。如上述空閑時間調度中,可將不參與工作的設備空閑時間段的資源數據回歸到資源池里等待下一任務的調用。應用資源池概念后可以從系統層面上整體考慮問題,全面衡量企業當前狀態下的資源利用與空閑狀況,從而對加單進行恰當的處理,而面對臨時的撤單,企業快速對已加工完成的零部件以及在加工的零部件做出適當分析處理。既提高了設備的利用率,又增加了應對訂單變化的響應能力。

2.2 調度方法二

通過對訂單產品結構樹的分解,裝配加工工序可分類為相關工序和獨立工序兩種,如何對相關工序和獨立工序進行合理調度,是縮短設備空閑時間,充分提高設備利用率的關鍵。此調度問題主要解決了在某一產品正在生產的過程中又有新產品加入的情況。這時,只需將該產品的剩余工序與新產品的加工工序假設成一整體樹狀工藝圖,再進行工藝分類。由于獨立工序具有可并行、加工時間短、沒有工序開始加工時間約束的特點,因此直接比較工時長短,如果存在比獨立工序大的空閑時間段,則將獨立工序插入到與其長短最接近的空閑時間段中,或者是可將最大空閑時間段進行必要的分段。

具體調度內容:

同上述問題描述,某訂單個工件總工序數為,通過臺不同設備進行加工,每道工序之間都存在著一定的先后順序約束關系,其中基本約束要求:(1)一臺設備在某一時刻只能裝配一道工序,一道工序在某一時刻只能被一臺設備裝配。(2)一臺設備一旦裝配某道工序則直到該工序裝配完畢后這臺設備才能裝配其他工序。(3)前道工序完工后,后道工序才能開工;并行兩道工序都完工后,后道工序才能開工等。

按最短加工時間優先以及工序之間的加工裝配約束原則,同時考慮生產計劃的柔性,根據交貨期逆向遞推思想,主要針對獨立工序在空閑時間段上進行調度,從而解決空閑時間的利用問題。

(1)將分出的獨立工序在不同設備上的加工工時按大小排序。(2)將設備的空閑時間段按時間大小排序。(3)將設備空閑時間與獨立工序的加工工時進行比較,最終將獨立工序插入到適合的空閑時間段內,縮短了設備的空閑時間,提高了設備的利用率。

3 結語

通過對設備空閑時間的研究,提出了合理利用設備空閑時間的方法,對加單、撤單等臨時狀況的處理提供了依據,提高了設備利用率,充分調度設備空閑時間的資源能力,實現了機械加工設備的合理布局,提高了生產效率,使得企業競爭地位得到了加固,從而提高企業響應市場需求變化的能力。

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