網絡化制造的車間天車調度研究
論文關鍵詞:網絡化制造 天車 調度
論文摘要:本文分析了網絡化制造的車間中天車在響應各工作地的任務請求時存在的問題,提出了一種以提高車間設備利用率為目的,天車服務必須圍繞任務需求的天車優化服務模型,并給出了硬件需求和軟件流程圖。
制造業正向著網絡化智能化、數字化、集成化、柔性化、和敏捷化方向發展。制造企業利用網絡技術,開展產品設計、制造、銷售、采購和管理等一系列活動的總稱為網絡化制造。中國目前制造業特別是中小企業,對現有制造資源進行大規模更新的機會很小。中小企業要提高核心企業競爭力,只有充分利用其現有資源和現代信息技術,對現有制造系統進行網絡化改造與性能提升,支持和實施網絡化制造,實現資源集成與共享。作為制造企業的物化中心,產品最終要通過車間制造出來,車間制造資源的狀態最終決定了一個企業實際生產能力。
車間制造資源主要包括三部分:硬件資源、軟件資源和人力資源。這三類資源是相輔相成的。車間制造資源及制造過程的優化管理,必須提高車間設備的利用效率[1]。隨著機床設備的自動化程度提高,生產效率飛速提高,生產車間的物流量越來越大。天車(吊車)成為車間三種資源調度的核心,天車(吊車)的調度優化為題日益突出。
美國麻省理工學院總結日本豐田汽車公司制造車間的生產模式而提出精益生產方式LP(1ean production)生產理念[2]。按照精益生產的思想,浪費形式通常有以下7種:①過多制作造成的浪費;②等待造成的浪費;③搬運造成的浪費;④加工造成的浪費;⑤庫存造成的浪費;⑥動作中的浪費;⑦生產不良品產生的浪費[3]。中國許多制造企業都存在上述部分甚至全部浪費,使企業在微利或無利狀態下掙扎。本文就車間內等待和搬運產生的浪費進行分析,改善作為車間物流核心的天車調度,從而促進車間各項工作有序進行,減小浪費,提高效率,響應國家節能減排的號召。
一般情況l臺天車橫向行走電機、縱向行行走電機和有卷揚電機,3臺電機總容量約50 kW,天車主要用于大質量、長距離運輸物品的轉移、搬運和裝卸任務[4]。在生產現場,它更多的應用于短周期轉運和不足500 kg的物品,平均負荷率≤10%～15%,而且倒行、逆行及空程移動較多,是重大的浪費。
天車響應各工作地的任務請求時,存在如下問題:①高速運行的天車頻繁無規律地往返搬運物料是安全隱患。②天車通常按照服務請求的先后順序進行響應,當相鄰請求的工作地相距較遠,需要天車長距離空程行走時,導致巨大的電能浪費;③天車對工作地服務請求的響應取決于天車操作者眼睛發現或耳朵聽見,造成請求天車服務得不到響應,工作地停工等待,造成時間、設備的浪費,④對所運送物品數量、種類不清楚,裝吊注意事項不清楚,進而導致系統生產效率低下;⑤主觀決定是否響應請求,當多個工作地同時提出服務請求時,天車操作者往往難以判斷應該優先響應哪一請求,導致本該優先響應的服務請求卻排在了后面,進而導致生產的不均衡,甚至高價值、高精密的機床等設備閑置,造成很大的浪費,影響最終的裝配進程。對天車進行科學調度,消除不科學調度引起的浪費,成為一個提高精益生產模式下的一個重要課題。盧曉紅等提出把天車服務問題看成隊列問題[5],不太符合車間實際運行狀態。
天車服務任務是臨時實體,天車服務必須圍繞任務需求。相對來說,機床等設備的閑置浪費比天車閑置、空程浪費造成的損失大得多,首先需要充分利用車間網絡系統,構建起科學的通信體系,防止出現服務請求不到位造成出現服務請求的誤報、漏報,造成操作者的等待,同時便于操作人員輸入、管理。為了能夠滿足以上要求,本文認為首先要對車間天車服務的范圍進行科學的區域劃分并進行標號,明確任務的始發地和目的地,各操作區域服務量大致相當,達到服務區域的均衡。各區域通過合適的網絡(可以是專用網絡也可以是搭載其他網絡信息傳輸系統)系統連接到車間網絡中心,使其成為網絡服務的子系統。由網絡中心的天車調度程序進行天車服務的調度,將調度指令發送給天車,天車實時將當前調度情況實時的反饋給網絡中心。
天車接受工作區域或網絡調度中心任務時主要需要如下參數(由天車區域根據生產任務需要實時提供,通過網絡輸送給網絡中心。也可由網絡中心根據生產任務提前輸入):
(1)任務請求地點代碼與時間worktime
(2)目的地代碼reach code
(3)等待時間(待運物品裝載和卸載所需時間)waittime
(4)最早響應時間(任務能夠執行的最早時間)firsttime
(5)最遲響應時間(不影響生產的最遲時間)lasttime
(6)任務特征(待運物品的編號(numbe)重量(weight)、次數(frequency)以及其他特殊要求如設備編號等
(7)任務的重要程度(優先級)level
(8)任務的撤銷。cancel
天車在運行過程中需要處理如下參數(這些參數由天車實時輸入網絡中心):
天車當前位置坐標ablen、天車正在響應的任務present、天車當前服務的目的地reachtime
網絡中心通過設計,需要完成如下工作:
服務的提出lodge、服務的撤銷或完成cancel、計算完成當前任務所需要時間complettime
把天車響應工作地請求問題轉化為響應各工作地的請求任務的服務系統,該系統不應是先來先服務的排隊系統,而應是根據任務優先級組成的在時間允許下的路線最短優化服務系統。為了減少空程,把最短路線問題轉換為求任務請求地點代碼最接近數問題,通過尋求上一任務目的地編碼的最接近數為下一任務的始發地代碼,使路徑和最小,執行時間最短,從而求路徑長度總和,時間總和最短,尋求天車最佳路線。系統的流程如圖1。同時,由于天車任務中加入了轉運物品的特征(見任務特征),車間物流實施的輸入到網絡管理總系統,使得車間物流在控制室里可以很清晰的看到。
本文提出了一種在保證車間設備不閑置的情況下,天車服務時間和路程最短的調度系統,為車間網絡化管理走向實際應用給出了參考。但本文沒有給出具體的物流優先級劃分原則,和區域劃分辦法以及相關的編碼方法,這些需要車間根據自身情況去編碼。同時本文沒有考慮實際應用時的人為因素。
通過設計該系統,促進車間硬件資源、軟件資源和人力資源優化調度,可以作為網絡化車間的一個子系統。通過該系統網絡管理人員可以清晰的看到車間內的物流,為車間總體網絡化、智能化支持。
參考文獻
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[5] 盧曉紅等.基于LP模式的車間內吊車調度系統研究[J].大連理工大學學報,2008.3:216-219.
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