工艺规划与车间调度集成系统的研究

王 磊，任慧娟

（1.河南省工程咨询中心，河南 郑州 450000；2.郑州职业技术学院，河南 郑州 450100）

工艺规划与车间调度集成系统的研究

王 磊1，任慧娟2

（1.河南省工程咨询中心，河南 郑州 450000；2.郑州职业技术学院，河南 郑州 450100）

工艺规划系统和车间调度系统作为生产制造体系中2个独立的子系统，占据着非常重要的地位。以往的研究都是将这2个系统分别作为独立的子系统进行研究，对这2个系统的集成研究还较少，这使得企业在缩短产品生产周期、降低返工率和提高制造系统的柔性等方面遇到了瓶颈。在对二者研究的基础上，对工艺规划系统和车间生产调度系统的集成进行了探索，并展望了其发展趋势，为企业缩短产品生产周期、降低开发成本、提高生产效率奠定了良好的基础。

工艺规划；车间调度；集成系统；CAPP

1 工艺规划的发展现状

早期的工艺规划是基于经验由人工来完成的。但随着生产规模的扩大、生产条件的改善和生产要求的提高，工艺人员对实际生产制造环境的及时应对越来越差。为了解决这一系列问题，在20世纪60年代中期，诞生了计算机辅助工艺设计（CAPP）。CAPP的实质是用计算机代替人工来制定工艺路线的工作，使工艺人员从烦琐的工作中摆脱出来。随着计算机和网络技术的发展，国内外学者不断改进CAPP系统，在CAPP系统中引入了人工神经网络、人工智能和面向对象等先进的技术。工艺规划系统没有实现完全的自动化，并且系统的集成性较差，归纳起来主要有以下几点原因：①零件工艺路线本身的复杂性造成了工艺规划系统的复杂性；②针对以制造资源设备实时可加工性为基础的工艺规划系统的研究较少；③从信息化的角度需要对企业制造底层的工艺推理机制进行研究；④需要对工艺规划的逻辑方法进行系统化的研究。目前，大多数企业采用成组编码或手工输入的方式，不但不能将零件的信息清晰、完整地表达，反而增加了工人的工作强度。

零件工艺路线的多样性与复杂性造成了工艺规划系统的复杂性，将车间生产制造资源与工艺规划系统结合，能够有效地对工艺路线进行优化选择，同时也能够降低车间调度计划的返工率。因此，车间生产制造资源就成了面向工艺规划与车间调度的一个结合点，是研究二者集成系统的基础。

2 车间生产调度的研究现状

调度所研究的问题主要是根据不同的任务单内容，分配加工制造资源，并完成任务单的生产任务，这个过程是决策一个或多个目标的优化过程。随着科学技术、网络技术和生命科学的多学科交叉和渗透，研究者模仿自然现象的运行机制，发明了许多新的方法，包括遗传算法、免疫算法等。这些先进的算法使得调度问题的研究向着多元化方向发展。纵观车间调度问题的研究、应用和发展，在制造领域提高生产效率的同时，也显露出了许多问题。分散的调度系统研究并未形成一套系统的方法和理论，研究的结果在实际应用中还存在一定的问题。过于程序化的调度系统并没有与实际生产相结合，在今后的研究中应以调度系统为重点，结合工艺路线的实际应用，加强制造管理过程中的技术目标发展。

3 工艺规划和车间生产调度集成的研究

随着网络化和市场需求个性化的发展，企业越来越多地转向了单件小批量的生产方式。传统的工艺规划周期长，且设计出来的工艺规划方案未能考虑车间的实际生产情况，已经不能适应当前形势的发展，迫切需要建立一种适合产品开发和生产调度的方法，以求缩短开发周期、降低生产成本。在这种情况下，工艺规划和生产调度集成就应运而生。目前，国内外对集成系统的研究主要有以下几种模型。

3.1 非线性工艺规划（NLPP）

NLPP是在工件加工前，优先选择多条工艺路线，并对每条工艺路线进行可行性排序，在应用到实际车间生产时，应根据车间加工制造的资源由调度系统进行工艺路线比选。目前，大多数的研究内容都采用该思想。非线性工艺规划模型的原理是在制订零件的工艺路线时，生成尽可能多的工艺路线，为调度系统提供尽可能多的工艺路线。然后在工艺优化准则的删选下根据优先等级储存在数据库中。当工件进入加工车间后，调度系统根据车间制造资源的实时状况，按照工艺路线的优先等级选择合适的工艺路线进行生产加工。

3.2 闭环工艺规划（CLPP）

该模型是调度系统根据工艺路线在可用的制造资源条件下选择最优工艺路线，所以CLPP考虑到了车间制造资源的实时状态，在当前的生产环境下生成了可行的工艺路线。

因此，调度系统反馈的生产制造资源的实时状态是连接工艺规划系统与车间调度系统的桥梁。该模型能够根据生产实际情况来对工艺路线进行优化。工艺规划系统可根据调度系统反馈的生产时间情况及时修改和调整工艺路线，从而优化工艺流程。而工艺规划系统将工艺路线与车间调度系统紧密地联系在一起，形成了工艺规划与调度系统的闭环回路，明显提高了工艺规划系统的实时性和可操作性，提高了企业的工作效率，降低了生产成本。

3.3 分布式工艺规划（DPP）

DPP也称并行工艺规划模型，其将工艺规划与车间调度同时进行，它将2个系统分2个阶段来完成，第一阶段是初步规划阶段，主要对零件进行特征分析，并根据零件的特征信息来确定粗加工方法，同时对需要采用的设备进行优化；第二阶段是工艺路线的详细优化，这个阶段主要是将第一阶段预估的生产信息与车间的可用资源进行匹配，从而优选出最合适的生产调度计划和最优的工艺路线。该模型在工艺路线与调度计划的初期就解决了相互设计的问题，2个系统能进行交互沟通，在整个优化过程中体现了交互、协调与合作。

4 结论

当前客户需求逐渐朝着小批量、个性化的方向发展，并且对服务时效性和满意度的要求也逐渐提高。工艺规划系统和车间调度系统集成方法的研究，实现了2个相互独立的子系统进行有效的集成，对实际生产加工的指导具有独特的效能。对工艺规划系统、车间生产调度系统集成进行研究，通过分析集成系统所具备的柔性，对基于现代柔性工艺路线的制定及基于遗传算法的车间调度方法进行优化，在此基础上对2个子系统进行集成，能够有效缩短产品的生产周期，降低企业的开发成本，提高企业的生产效率。

［1］陈炳森，张曙.生产系统学［M］.上海：同济大学出版社，1992.

［2］高亮，李新宇.工艺规划与车间调度集成研究现状及进展［J］.中国机械工程，2011（8）.

〔编辑：刘晓芳〕

TH162

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.108

2095－6835（2017）17－0108－02

王磊（1988—），男，河南焦作人，硕士，郑州轻工业学院，研究方向为制造业信息化。任慧娟（1987—），女，河南武陟人，硕士，河南农业大学，研究方向为企业管理。