大规模定制作为个性化定制和服务的大规模生产的完美结合，很好地避免了定制化生产中单件生产的高成本、批量受限和交货期长的缺点，以及大规模生产的低柔性、市场反应能力差的缺点，但是由于其生产策略定制生产 (MTO)，因此大规模定制生产在生产过程中存在成本和时间上的劣势。
作为一个很有发展前景的生产模式，大规模定制生产是很多制造企业努力的方向，但是在其具体实施过程中，制造企业面临多方面的难题，其中生产调度系统就是其中一个重要的方面。本文的主要目的就是在对大规模定制生产的生产特征分析的基础上深人研究其生产作业调度系统，希望能有助于制造企业更好提升其大规模定制化生产能力，在有效地降低其生产成本的同时帮助企业提升其对客户需求的反应速度。
1 大规模定制生产作业系统分类研究
根据客户订单分离点 (CODP)在生产活动中的不同阶段，大规模定制的实现可以分为按订单销售、按订单装配、按订单制造和按订单设计4种类型，4种类型的定制化程度依次增强，所谓 COPD 就是指企业在生产活动中基于面向库存制造的备货生产型转向基于客户需求的订货生产型定制生产的转折点。
在实践中，应用大规模定制生产方式的企业并非所有的环节都是按照客户的定制化需求进行生产，一般大规模定制企业生产作业系统主要由订单处理系统、零件生产系统、产品组装系统3个部分组成。首先，根据物料清单将订单进行分解成基本的产品结构树，然后根据加工过程中的约束条件进行判断，是否需要外购定制产品的基本构件，其中约束条件通常是加工能力约束、库存水平约束、生产成本约束、用户指定用料约束以及产品交付期约束等，在不满足约束条件时需要对一些基本构件进行外购，满足条件则自行组织生产，最后将产品构件组装成为客户定制的产品。
2 大规模定制生产作业调度问题分析。
针对大规模定制生产的零件加工和产品组装两个主要生产步骤，其生产作业调度问题也主要由零件加工调度问题和产品组装调度问题构成，兼具离散制造与连续制造调度的特征，虽在不同行业存在特征弱化，其调度问题依旧具有典型的混合生产调度特征。
2.1 零件加工调度问题分析
成组技术在机械零件加工方面的应用，是将多种零件按其工艺的相似性分类，以形成零件族，把同一零件族中生产量小的零件汇集成生产量大的组，从而使小批量生产能获得接近大批量生产的经济效益。在批量生产的加工车间，.实际上仅有少量时间花费在机床上，其余则花费在车间内部的工件搬运和等待，而大规模定制生产具有多批次小批量的生产特征，因此大成组技术是保障其成功的一项重要策略。
传统的成组技术对零件的描述一般是采用成组编码的形式，近年来基于零件特征的成组方式越来越多受到关注。基于零件特征的成组方式就是利用数学方法和人工智能方法等手段估算出零件和产品特征库中零件的相似度，将零件归类成组到最大相似度的零件作业族中。成组作业优化生产调度是在生产调度中充分考虑和利用作业在加工上的相同性和相似性，减少生产工具转换的次数，优化生产目标，以提高生产效率。
在减少了产品加工的机器调整时间的同时，同一作业族连续不间断生产则会造成其他作业族的等待时间，因此，根据多批次小批量的JIT制造思想，同一族的作业在加工过程中可分成若干作业组，同族的作业连续加工，其后的作业没有机器重新设置时间，不同族的作业连续加工，其后的作业有机器重新设置时间。因此大规模定制企业零件生产调度问题属于考虑到零件加工等待时间、作业机器调整时间下的作业族分组调度问题。
2.2 产品组装调度问题分析
流水生产线是一种先进的生产组织形式，有利于设备的充分利用和提高生产率，装配线是一种典型的流水生产线。在大规模定制生产实践中组织装配时，流水线是常采用的一种基本方式，是大规模定制生产实现快速响应的一个基本要求。
产品组装生产位于整个大规模定制生产制造流程的后段，其生产模式主要是由一条条的生产线所构成的生产系统，并没有任何瓶颈机台的限制，组装生产的工艺顺序既定，因此产能限制的重要性相对较小。然而，虽然在大规模定制组装生产时产能的限制比较小，但是物料限制却非常重要，作为面向客户定制化的基本能力，通过对流水线的加工速率和组装物料的调整，同一条生产线往往可以组装出多个规格的产品。
从装配的角度看，产品族的结构可以分为产品类、部件类、组件类和零件类，每种规格的产品依据不同顾客需求有不同的物料组合，其中物料主要由顾客指定用料和非指定用料所组成，某些顾客可能会指定专用的物料组合，而某些顾客则认为混料也可以接受 (图2)，但为了保证加工的连续性和交付产品的同质化，通常同一订单的同一道工序只能采用相同的物料。
为了实现对客户需求的快速反应，产品的总体组装时间也是大规模定制组装生产的一个重要考量指标，因此，大规模定制企业产品组装生产调度的一个重要特征就是产品物料限制下的流水型快速组装生产调度问题。
3 大规模定制生产调度优化问题建模研究
因此大规模定制企业生产调度优化问题由考虑零件加工等待时间、作业机器调整时间下的作业族分组调度的零件生产调度问题，以及产品物料限制下的流水型快速组装生产调度问题两部分构成，具体数学建模描述如下:
3.1 零件加工调度问题建模与仿真研究
针对n作业族m台机器的加工作业，每个作业族由伙作业组构成的车间作业调度问题，本文引人缓冲区的思想，相同作业族作业组之间的作业族号相同，根据成组的思想，相同的作业族之间的作业组连续加工不需要准备时间 (作业缓冲时间)，不同作业族之间需要机器调整时间，则以最小化MakeSpan为调度目标的大规模定制零件加工生产调度问题如下：
3.2 产品组装调度问题建模与仿真研究
针对多订单多任务序的装配作业，第道装配工序有多种可供选择物料的流水线作业调度情况，订单的总生产时间由订单加工时间和订单等待时间两部分组成，设订单i的j道工序的等待机器加工时间为Wij，加工作业时间为Tij，加工过程中的缺货补充时间为tij，则以最小化MakeSpan为调度目标的大规模定制生产组装生产调度问题建模如下:
一个4个订单5道工序，每道工序均有3种可选物料的问题，其中订单用料数量约束st-mat ，订单加工时间约束，起始库存量为安全库存数量ST-str若发生缺货，除了加工所需用料外，一次性补充到安全库存，其缺货补充时间为TIME-short，客户指定用料约束为ST-custom :则调度问题的最优解为Min-MakeSpan=252，其中的一个可行解为订单的加工顺序为1、4、3、2; 物料的用料情况为订单1依次使用物料1、3、3、2、1;订单2的物料使用情况为2、2、2、1、2;订单3的物料使用情况为1、2、2、3、3;订单4的物料使用情况为 1、1、1、3、2.
4 结束语
大规模定制生产作为一种先进的制造模式在制造业中备受关注，其生产与调度系统是实现企业大规模定制能力相当重要的一环，基于定制点分离思想，结合大规模定制生产的应用实践，本文提出大规模定制生产调度间题主要包括零件加工作业调度问题和产品组装作业调度问题，并且对两种调度问题提出了解决策略，零件加工的成组作业族和基于JIT思想的小批量作业组生产调度策略，以及产品组装的同工序同物料的物料限制满足策略，并且对其基本思想进行了数学描述和实例仿真，对今后进一步研究大规模定制生产调度问题的提供了一定的帮助，对企业实施大规模定制的可行性研究也有一定的借鉴意义。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：大规模制定企业生产作业调度优化问题研究
相关文章
