生產(chǎn)計劃排程算法和策略的研究與運用

齊高將

摘 要 生產(chǎn)排程問題是工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中最為常見的問題，如何設(shè)計算法能夠在確保生產(chǎn)效率的同時減輕人工勞力和經(jīng)濟支出是工業(yè)生產(chǎn)最為關(guān)注的問題，因此生產(chǎn)排程算法一定程度保證了生產(chǎn)效率。基于此，文章闡述各類工業(yè)生產(chǎn)計劃排程的模型，借助數(shù)字化管理平臺建造模型并利用相應(yīng)的排程算法解決工業(yè)生產(chǎn)的排程問題，為工業(yè)生產(chǎn)排程提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 生產(chǎn)計劃排程;算法和策略;研究與運用

引言

生產(chǎn)排程通俗來講即排序或調(diào)度問題，類似于計算機核心處理器對指令的處理方式，是通過時間片輪詢、優(yōu)先級或者先到先處理的方式處理。生產(chǎn)排程也是如此，生產(chǎn)過程可能由若干分支系統(tǒng)共同協(xié)作完成，如電子產(chǎn)品生產(chǎn)、導(dǎo)彈總裝生產(chǎn)等。同時，生產(chǎn)過程包括一定約束性，如交付時間、所有工期、整體資源分配、制造工藝等，因此，生產(chǎn)計劃算法需要將子工程依照一定的工程約束對生產(chǎn)過程進行合理的分配和調(diào)度，從而保證工業(yè)生產(chǎn)在約束范圍內(nèi)以高效性完成產(chǎn)品的加工和生產(chǎn)的過程。

1生產(chǎn)計劃排程發(fā)展及現(xiàn)狀

工業(yè)生產(chǎn)過程極為復(fù)雜，其中包含各細(xì)小組件的加工生產(chǎn)，各產(chǎn)品之間的耦合性強，但所需工藝制造又千差萬別，這就使得生產(chǎn)排序過程極為復(fù)雜。工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展之初，業(yè)內(nèi)人士并未過多關(guān)注生產(chǎn)排程，對各零部件的生產(chǎn)加工主要依靠串行的生產(chǎn)方式，如上游產(chǎn)品加工結(jié)束后著手下游產(chǎn)品加工，這就導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)效率極為低下，同時也十分消耗人力物力。改革開放以來，我國工業(yè)生產(chǎn)步入全新的時期，工業(yè)生產(chǎn)方式有一定的提升，當(dāng)時主要依靠工段月生產(chǎn)和專項生產(chǎn)結(jié)合的方式，月生產(chǎn)計劃也是串行生產(chǎn)的一種，主要區(qū)別是將各部門職責(zé)細(xì)分，由各部門分發(fā)MPR計劃，即主線計劃;專項生產(chǎn)則意指工業(yè)生產(chǎn)的重要產(chǎn)品生產(chǎn)過程，對這類需要嚴(yán)格把控的產(chǎn)品生產(chǎn)過程可以通過形成專項產(chǎn)品計劃從而確保的如期完成。近年來，隨著計算機技術(shù)的進步與發(fā)展，使得各行業(yè)領(lǐng)域都紛紛計算機技術(shù)改變行業(yè)現(xiàn)狀，工行生產(chǎn)也不例外，其借助于計算機技術(shù)并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)自身的特點開發(fā)設(shè)計出多種生產(chǎn)排程算法。當(dāng)然，數(shù)據(jù)表明任何排程算法均無法滿足所有子零件的加工調(diào)度，且算法的復(fù)雜度與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)果也并不成為正比關(guān)系[1]。

2生產(chǎn)計劃排程算法概述

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，其對工業(yè)生產(chǎn)排程產(chǎn)生了巨大的沖擊，借助計算機算法處理技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)排程能夠協(xié)調(diào)各類復(fù)雜問題，根據(jù)算法復(fù)雜性的不同，目前應(yīng)用最為廣泛的幾種算法主要有以下幾種。

（1）最短工期法。最短工期法是使用較為廣泛，且最為簡單的基礎(chǔ)算。但其只適用于工序較為簡單的工業(yè)生產(chǎn)排程，其首先將作業(yè)按照需求劃分為若干項，進而統(tǒng)計出各作業(yè)所完成所需時長和交貨期，然后將其按照工期天數(shù)排序，以此為生產(chǎn)順序進而完成產(chǎn)品生產(chǎn)。這需要經(jīng)驗豐富的員工對各項作業(yè)進行合理的預(yù)判和把控，防止各別作業(yè)超出逾期時間和交貨日期，導(dǎo)致后續(xù)產(chǎn)品加工時期延遲。最短工期法是以計算機操作系統(tǒng)中核心處理器的最短時間算法優(yōu)先處理為理論依據(jù)，其本質(zhì)單線程串行處理方式。最短工期法的復(fù)雜度最低，但其非常適合于零部件較少、工期較短且工序簡單的工業(yè)生產(chǎn)過程。

（2）按照交貨期排程算法。最短工期法雖然較為簡單，但其并未考慮工業(yè)生產(chǎn)的約束條件，如生產(chǎn)交貨期條件，為了彌補最短工期法的不足與缺陷，結(jié)合計算機技術(shù)相關(guān)人員提出，按照交貨期進行排程的算法，其需要將各項零部件加工或生產(chǎn)，按照其所需天數(shù)、完成天數(shù)、交貨期等進行統(tǒng)計和分類，交貨期最近的作業(yè)會優(yōu)先處理，一次按照交貨日期完成工業(yè)加工的整體過程，按照交貨期進行工業(yè)排程的算法較復(fù)雜于最短工期法，但其能夠最大程度確保工業(yè)產(chǎn)品加工如期交貨，按照交貨期排程算法，被廣泛應(yīng)用于各類中小型工業(yè)生產(chǎn)加工中。

（3）按照交貨期和工期之間的距離排程。此種排程算法結(jié)合了最短工期和交貨期兩種方式，其使用交貨日期和最短工期的時間差進行排序，差別最小的為最先開始的加工，兩者結(jié)合的方式能夠避免最短工期和交貨期排成的缺點，將兩者的優(yōu)勢結(jié)合雖然提升了算法復(fù)雜度，同時提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，其是目前應(yīng)用最為廣泛的排程算法[2]。

（4）按照CR值排程算法。CR值即生產(chǎn)比重，其計算過程為交貨日期減去目前日期之后再除以產(chǎn)品加工所需工期，從而得出該比值，此數(shù)值越小，表示加工的緊急程度越高，因而有較高的排程優(yōu)先級。此方法來源于計算機操作系統(tǒng)中核心處理器對指令依照優(yōu)先級處理的算法思想，優(yōu)比重計算方式也類似于計算機指令的優(yōu)先級計算，其過程雖然較為復(fù)雜，但指向性最高也同比于其他幾種算法最為合理。除以上幾種常用算法外為有通過計算機人工智能技術(shù)移植的幾種算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模擬退火算法、禁忌搜索法以及遺傳算法等。

3生產(chǎn)計劃排程算法應(yīng)用

實際生產(chǎn)中的排程算法遠比算法理論本身復(fù)雜得多，其在實際應(yīng)用中更為復(fù)雜多變，對算法的要求和使用更為嚴(yán)格。文章以車間生產(chǎn)為例，建立生產(chǎn)模型，按照生產(chǎn)規(guī)格統(tǒng)計出相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)和工期等信息，根據(jù)以上四種算法分別進行排序，排程算法在實際應(yīng)用中可分為倒序和正序排序，正序是指各項判斷指標(biāo)逐漸上升的排序方式，倒序則是優(yōu)先日期靠后的任務(wù)進行。實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，正排的排序方式能夠最大化的使生產(chǎn)人員和設(shè)備得到充分的平衡和利用，同時也可能存在庫存過量的情況，正排能夠合理安排人員分配和設(shè)備使用，依據(jù)約束條件適當(dāng)投入設(shè)備使用率和人員安排比例，但人員和設(shè)備的集中使用可能導(dǎo)致交貨日期之前的產(chǎn)品庫存過量等問題。倒序的優(yōu)缺點與正序正好相反，倒序會優(yōu)先進行最后期限需要完成的任務(wù)，這就導(dǎo)致生產(chǎn)前期人員和設(shè)備可能存在空閑期，但優(yōu)先最后期限進行任務(wù)則不會存在交付日期之前庫存過量的問題。

4結(jié)束語

生產(chǎn)計劃排程的算法理論遠不僅限于文章中提到的幾點算法，還有更為復(fù)雜且有效的計算機算法，但算法的復(fù)雜性與實際應(yīng)用的高效性并不成正比關(guān)系，因此實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際情況選擇合適的排程算法。

參考文獻

[1] 吳永明，張晗，徐艷霞，等.基于GA-IPSO算法的柔性生產(chǎn)線高級計劃排程方法研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2019（4）：10-13，19.

[2] 于寧.動態(tài)分布制造生產(chǎn)計劃與調(diào)度協(xié)同優(yōu)化研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2019.