汽車企業面向訂單自動制定生產計劃的研究

王博

摘 要：生產計劃排產：吉利汽車試制中心生產主要包含焊裝涂裝以及總裝三大生產工藝，為了滿足日益增長的定制化需求，向著多樣化、個性化發展，試制中心設備進行升級改造成混流柔性生產線，可以滿足小批量多品種的生產模式，傳統生產計劃已經不太實用，如何在JIT模式和混流柔性生產線背景下考慮關聯車間的計劃安排，從而制定合理的生產計劃，以提高加工效率、減少生產成本、縮短訂單完成時間。傳統的依靠經驗和手工編排方式制定的生產計劃難以實現車間的合理調度，汽車生產企業迫切需要一種科學、高效地面向混流柔性生產的計劃調度方法。本文對某汽車企業的混流柔性生產線進行研究，以各個車間的主生產計劃為核心，以智能優化算法為支撐，研究了汽車混流柔性生產中的計劃調度問題。通過對汽車混流柔性生產中的調度和裝配線排序方法的總體研究，探討了三類混流生產計劃調度問題；焊涂車間調度問題，裝配車間的汽車排序問題以及多車間關聯排序問題。

關鍵詞：JIT模式；混流柔性生產線；焊涂總生產計劃排產

中圖分類號：TH165 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0216-02

排產策略，如圖1所示。

日排產生成焊涂總三車間的周生產計劃，根據BOM，產能，生產周期，庫存和采購情況，車間的管理要求和生產線的特性等條件計算出排產日期，精確到周/天。

車間要求和生產線特性：車間都有自己的排產要求和每條生產線都自己的生產特性。比如焊裝，因為焊裝生產必須要有模具，模具生產或者更換需要大量的時間，所以排產的時候生產準備周期比較長。在滿足交期的情況下，盡量減少模具的更換次數，把同項目同車型的生產計劃排在一起，會大大提高生產效率。比如涂裝生產線，涂裝考慮同顏色盡量排在一起，同時會考慮顏色互斥問題，在生產白色后的同時不能馬上生產黑色的車型。限制條件如表1所示。

1 序排產

序排產計算每天上線的生產順序，三車間都是混流柔性生產線，可以同時安排多車型同時生產，如何計算上線順序通過模型和算法實現。限制條件如表2所示。

2 序排產算法

2.1 總裝序排產

輸入：產線、待排車輛、車型工序工時、線體節拍、車型列表。

2.2 批次劃分

一天的車序可以劃分為1批或2批（盡量先排滿第1批，排不下時才排第2批）；每批車輛數不超過20輛，車型數不超過5個。

算法如下：（1）令當前批次L=1，切割車輛數S=4；（2）將各個車型的車輛數以S輛為單位進行切割，切割后按車輛數由大到小排列；設切割出來的總份數為T份；（3）當T>5時：設第5份的車輛數為Q，車輛數為Q的總份數為T1，車輛數為Q且出現在前5個位置的份數為T2，從T1份中取出T2份（組合方案，最多有C（T1，T2）種方案，有重復方案的需要去除），再加上排在車型列表前面的5-T2份（一共5份），將這5份作為第L批次；如果L=2則批次劃分結束；否則令L=L+1，將剩余的車型車輛，作為劃分下一批次的數據，轉到第（2）步；（4）當T=5時。將車型車輛數據作為第L批，至此就沒有多余的車型車輛了，批次劃分結束；（5）當T<5時。如果S=1，則將剩余的車型車輛數據作為第L批，批次劃分結束；否則令S=S-1，轉到第（2）步。

3 目標函數

對于N臺車，M個工序的流水線車序，定義：（1）S（i，j）：第i臺車在第j個工序的開始時間（1<=i<=N，1<=j<=M），初始條件：S（1，1）=0；（2）D（i，j）：第i臺車在第j個工序的加工時間（以秒為單位）；（3）R：流水線的節拍（以秒為單位）。（4）T：超時容忍度（以秒為單位）。

由分析可知，第i臺車可在第j個工序開始處理，需要同時滿足以下前提條件：（1）這臺車已經完成了上一工序：S（i，j）>=S（i，j-1）+D（i，j-1）（當j>=2時）。（2）前一臺車已經完成了本工序：S（i，j）>=S（i-1，j）+D（i-1，j）（當i>=2時）。（3）車已經到達了指定工位：S（i，j）>=（i-1+j-1）*R。

因此，取S（i，j）=0（當i=1時并且j=1時）=max（S（i，j-1）+D（i，j-1），S（i-1，j）+D（i-1，j），（i-1+j-1）*R）（當i>1時并且j>1時）=max（S（i，j-1）+D（i，j-1），（i-1+j-1）*R）（當i=1時并且j>1時）=max（S（i-1，j）+D（i-1，j），（i-1+j-1）*R）（當j=1時并且j>1時）。

初始條件：S（1，1）=0；目標：min最小化超時生產時間。目標函數：Sum_i（Sum_j（PositiveOnly（S（i，j）+D（i，j）-（i-1+j）*R-T））其中，PositiveOnly（x）表示只取正數值，其定義為：PositiveOnly（x）=x（當x>0時）

=0（當x<=0時）

初始條件：S（1，1）=0；目標：min最小化超時生產時間。目標函數：Sum_i（Sum_j（PositiveOnly（S（i，j）+D（i，j）-（i-1+j）*R-T））），其中，PositiveOnly（x）表示只取正數值，其定義為：Positive Only（x）=x（當x>0時）

=0（當x<=0時）

從車輛實際流轉的角度來看，可以視為有以下兩段獨立的流水線：（1）4圈半的前內飾，節拍范圍：01→94（2）1圈合裝+3圈半的后內飾，節拍范圍：117→210

從天的角度來看，如果一天有兩個批次，則需要計算以下4段流水線：（1）第1個批次的第1段流水線（2）第1個批次的第2段流水線（3）第2個批次的第1段流水線（4）第2個批次的第2段流水線。

如果一天只有一個批次，則只需要計算以下2段流水線：（1）第1個批次的第1段流水線。（2）第1個批次的第2段流水線。

將給定車序中的以上四段或兩段流水線的超時生產時間進行累加，值為最小的那個車序就是最佳車序。