基于網(wǎng)格環(huán)境的制造資源優(yōu)化配置區(qū)間規(guī)劃

樊文澤

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

0 引言

制造網(wǎng)格為制造資源共同分享、高效管理與提供制造資源服務(wù)的集成型平臺。制造資源是產(chǎn)品生命周期中落實產(chǎn)品設(shè)計、制造與服務(wù)等各類活動的總稱，異構(gòu)性、多元性與繁雜性是其特征。網(wǎng)格環(huán)境下對制造資源進(jìn)行優(yōu)化配置，是提升產(chǎn)品全生命周期資源共享率與利用率的有效辦法，而上述目標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是在網(wǎng)格環(huán)境下建設(shè)制造資源優(yōu)化配置的區(qū)間規(guī)劃模型。

1 制造網(wǎng)格環(huán)境對資源模型建設(shè)的要求

（1）完整性，即對資源的所有屬性均要有一個完整的定義與闡述。

（2）具備一個完整統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式，為制造資源的后續(xù)管理與調(diào)度創(chuàng)造便利條件。

（3）應(yīng)該涉及到制造活動的具體資源信息，具體是指模型應(yīng)與資源制造能力以及制造任務(wù)間建設(shè)明確關(guān)系。

（4）模型具備支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息交互與共享的功能[1]。

（5）所研究的制造資源模型適用對象不單是制造信息化中的某一系統(tǒng)，而應(yīng)適用于制造網(wǎng)格平臺上各類系統(tǒng)。

2 制造資源優(yōu)化模型建設(shè)

2.1 制造資源的物理模型

制造資源的物理模型由軟件資源與硬件資源2大部分構(gòu)成，其實質(zhì)上是制造資源物質(zhì)要素構(gòu)成的模型。

圖1代表制造資源整體框架，上半部分代表靜態(tài)制造資源，即軟件資源和硬件資源。其中，每一靜態(tài)制造資源都具備自體運(yùn)行狀態(tài)信息，全部的狀態(tài)信息統(tǒng)一被叫做資源狀態(tài)信息，其歸屬于本框架下半部分所呈現(xiàn)的動態(tài)制造資源。

圖1 制造資源整體框架

只有在供應(yīng)鏈系統(tǒng)大框架建設(shè)健全基礎(chǔ)上，制造資源組織、規(guī)劃與優(yōu)化目標(biāo)才有可能達(dá)成，網(wǎng)絡(luò)化制造動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟是其運(yùn)行的核心。在企業(yè)內(nèi)部，制造資源分布的層次結(jié)構(gòu)并清晰羅列，其按照制造資源的類型將其細(xì)化為6個層面，即聯(lián)盟層、企業(yè)層、車間層、制造單元層、工作組層與設(shè)備層。聯(lián)盟層結(jié)構(gòu)為制造資源配置期間關(guān)鍵研究部分之一，也是網(wǎng)絡(luò)化制造資源優(yōu)化配置模型建設(shè)的重點(diǎn)。聯(lián)盟層承擔(dān)的責(zé)任重大，參與到任何任務(wù)配置過程、管理資源分配速率與效率，同時也與制造任務(wù)運(yùn)行模式建設(shè)連帶關(guān)系，共同完成對制造資源重組任務(wù)還能動態(tài)化地獲取所有制造單位運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息。制造企業(yè)為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，管理者就應(yīng)對聯(lián)盟層所具備的職責(zé)以及資源在其間利用情況有整體性認(rèn)知，和聯(lián)盟層建設(shè)信息實時反饋體制。車間層職責(zé)在于明確本車間的加工任務(wù)，以及所應(yīng)用的制造單元或工作組的運(yùn)行狀態(tài)信息。制造單元層應(yīng)明確并落實本單元的任務(wù)信息與工作組以及設(shè)備信息，為了確保制造資源配置、組織與管理的便利性，夾具、量具、刀具等信息管理均應(yīng)歸屬該層面[2]。

2.2 以UML為基點(diǎn)的制造資源數(shù)據(jù)模型的建設(shè)

本次研究中，采用面向?qū)ο筌浖﨑elphi的設(shè)計方法以及UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言或標(biāo)準(zhǔn)建模語言），設(shè)計并建設(shè)制造資源優(yōu)化配置的區(qū)間規(guī)劃模型、其中，類圖模型被設(shè)為概念數(shù)據(jù)模型的拓展部分，其具備軟件設(shè)計與數(shù)據(jù)庫設(shè)計雙重優(yōu)勢特征。

2.3 評估指標(biāo)體系的建設(shè)

（1）交貨時效性。體現(xiàn)出制造資源商對制造資源任務(wù)的落實情況，即速率與效率。

（2）預(yù)計生產(chǎn)能力。一般將年作為時間單位，去表示企業(yè)的整體生產(chǎn)能力，例如萬噸/年、套/年等。對于制造企業(yè)而言，可將本企業(yè)單位時間生產(chǎn)批量設(shè)為計量單位，其是干擾時間因素的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

（3）制造生產(chǎn)率。即單位時間中產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)數(shù)目與單位時間中制造該產(chǎn)品的平均人數(shù)間的比值，其是影響時間因素的主要指標(biāo)。

（4）設(shè)備生產(chǎn)能力。這也是影響時間因素的重要指標(biāo)，通常體現(xiàn)在生產(chǎn)批量和生產(chǎn)率2方面，生產(chǎn)批量能呈現(xiàn)出設(shè)備生產(chǎn)能力（下面將設(shè)備生產(chǎn)率設(shè)為評估設(shè)備生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)），而設(shè)備生產(chǎn)率即單位時間中能夠制造出的工件數(shù)目。

（5）工人技術(shù)級別。這是干擾被制造產(chǎn)品周期、質(zhì)量與成本高低的重要指標(biāo)之一，可分為初級工、中級工、高級工、技師、高級技師等職稱，在配置過程中需參照層次分析法標(biāo)度標(biāo)準(zhǔn)，對不同級別工人所占比例按表配置[3]。

（6）制造任務(wù)負(fù)荷度。通常指生產(chǎn)車間、制造單元、工作組等環(huán)節(jié)在運(yùn)行期間所承擔(dān)的職責(zé)與任務(wù)，在其他環(huán)節(jié)制造資源所需量明確情況下，估測自體運(yùn)營期間所需資源量以及所產(chǎn)生的效果。

（7）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。主要是傳遞出設(shè)備某一時間點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息。

（8）精度能力。它是干擾產(chǎn)品制造質(zhì)量的主要因素之一。精確能力的評估結(jié)果能夠檢驗制造企業(yè)設(shè)備能否符合所規(guī)定的精確度標(biāo)準(zhǔn)，尺寸精度、幾何精度和粗糙度3大指標(biāo)能夠呈現(xiàn)出精度能力。

（9）設(shè)備高端性。設(shè)備的高端性對機(jī)械制造效率與質(zhì)量均產(chǎn)生影響，數(shù)控機(jī)床的高端度通常高于普通機(jī)床。

（10）質(zhì)量認(rèn)證體系。依照當(dāng)前我國相關(guān)部門制定與頒發(fā)的質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，施以管控措施，以協(xié)助制造企業(yè)連續(xù)強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量安穩(wěn)性[4]。

（11）環(huán)保措施。環(huán)保能力與產(chǎn)品的環(huán)保性能在制造企業(yè)發(fā)展中體現(xiàn)的價值是極為重大的。其要求制造企業(yè)在運(yùn)營過程中主動落實回收再利用措施、環(huán)保認(rèn)證與產(chǎn)品的環(huán)保性能3大項內(nèi)容。

3 網(wǎng)格環(huán)境下企業(yè)資源優(yōu)化配置的逆優(yōu)化模型

在市場經(jīng)濟(jì)條件下，制造企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)是否落實，決定因素不僅僅是自體，市場需求的作用不容忽視。因此，制造企業(yè)需在分析市場交易運(yùn)行態(tài)勢下，結(jié)合市場需求設(shè)定產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)，并進(jìn)一步提升制造資源交易數(shù)目的交易數(shù)額。實質(zhì)上就是采用對資源數(shù)額整改方式，去確保市場需求的生產(chǎn)任務(wù)成為資源數(shù)額調(diào)整后所對應(yīng)資源優(yōu)化配置的最佳點(diǎn)。此時，可以將企業(yè)的資源優(yōu)化配置模型的互補(bǔ)最佳性作為限制條件，將資源數(shù)目作為優(yōu)化變量的逆優(yōu)化模型，去明確每一企業(yè)可提供的資源種類與數(shù)目以及需租賃的資源種類與數(shù)目[5]。

在制造資源交易過程中，資源需求方持有采用最低價格獲取所需資源的意念，但需綜合分析網(wǎng)格中其他需求方對同類資源的需求量與出價情況。此時如果企業(yè)給出的采購價格過低，就有無法獲得所需資源的可能。當(dāng)然，資源供給方也希望以較高價格進(jìn)行交易活動，只有在科學(xué)評估需求方的采購能力的基礎(chǔ)上，才有可能規(guī)避無需求方采購資源以及資源浪費(fèi)現(xiàn)象。這就需要資源供給方與需求方，在網(wǎng)格中介組織合理提出資源預(yù)租賃價格，以確保網(wǎng)格上的資源交易活動有序有效運(yùn)行[6]。

在制造資源供給與需求共同作用下，資源的交易價格才會明確化，這也是資源需求方愿意支付的價格以及供給方可以接受的單價。也就是說，在制造資源價格設(shè)定上，需求方與供給方的出價不能懸殊太大。制造資源是為產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)的，而資源自身價格對其交易價格起決定作用，但是因為服務(wù)產(chǎn)品的無形性、客戶參與性以及服務(wù)產(chǎn)生與消費(fèi)的同步性，以致服務(wù)質(zhì)量對產(chǎn)品價值產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，資源服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣決定制造資源交易價格，而制造資源的服務(wù)質(zhì)量可以采用制造資源的影子價格表示。在供求雙方的使用價值與技術(shù)水平?jīng)]有顯著差異情況下，制造資源在供求雙方的應(yīng)用環(huán)境中均達(dá)到科學(xué)配置，就不會對各方整體效益目標(biāo)實現(xiàn)產(chǎn)生較大影響，可以采用資源價格作為優(yōu)化變量的逆優(yōu)化模型，去確定每一企業(yè)可提供資源的出價與所需租賃資源的進(jìn)價[7]。

4 結(jié)束語

制造網(wǎng)格中資源的優(yōu)化配置始終是制造網(wǎng)格領(lǐng)域中的重要研討問題之一，建設(shè)有效的資源配置方案，在提升制造企業(yè)資源利用率、保證制造任務(wù)在限定期限中保質(zhì)保量完成等方面，有較大現(xiàn)實價值。以資源使用量與資源交易參考價格為參變量的線性規(guī)劃模型，彰顯了網(wǎng)格環(huán)境下制造資源流動快速可隨著市場需求變化對制造資源彈性提出一定需求，闡述了網(wǎng)格環(huán)境下制造資源優(yōu)化配置的區(qū)間規(guī)劃模型建設(shè)與推廣的可行性。