基于知识管理的车间调度规划

2014-11-28王傲胜WANGAosheng

价值工程 2014年28期

王傲胜WANG Ao-sheng

（河南质量工程职业学院，平顶山 467001）

（Henan Quality Polytechnic，Pingdingshan 467001，China）

0 引言

车间生产调度是先进制造系统实现管理技术、运筹技术、优化技术、自动化技术和计算机技术发展的核心，是制造业生产中最活跃和生产系统研究的前沿问题之一。MAS（Multi-System）是一种分布式自主系统，各Agent 之间通过智能行为协调它们的知识、目标、技巧和规划，联合起来采用行动或求解问题。本文把制造知识有效地整合到车间的制造过程并进行优化，论述知识管理下车间调度问题。

1 生产调度问题

假设生产调度问题研究对象为：生产任务每个环节由若干个生产单元构成，生产单元包含生产因子（人员、设备、原材料、方法、环境等），辅助因子（检修、运输、辅助等），经济因子（生产率、能耗、工资、损耗、时间等）。调度做以下假设：

①特定订单各生产环节生产因子关系不变。优化使生产符合均衡生产要求。

②支持因子是生产过程中公共资源，是调度要素，是生产调度研究的主要对象。

③各生产单元经济因子是在生产调度时的目标要素，存在不确定性和多目标优化问题。

为了满足以销定产的快速调度需求，每个生产要素Agent 体根据需要向调度系统发出资源申请，从调度处获得所需要的资源，响应其他单元任务。车间内部生产异常和不确定性的存在，生产要素冲突和闲置现象经常发生，所以调度必须基于车间当前知识进行动态优化。

2 制造车间生产抽象化描述

将车间抽象化为三个层次：车间管理层、生产层、支持层，对应图1 中三行。第一行为车间管理，各管理环节如CAPP、ERP、CAE 等分别作为一个Agent，信息化程度很高，不是本文研究对象。第二行为生产层，环节Agent 中设备属性不易移动，位置属性值基本为定值，在订单不稳时，对物流资源（天车、叉车等）依赖较大。第三行为生产支持层，由各类生产支持资源Agent（如天车）集合体构成，接受并响应各类Agent 申请，担负主动向Manager 报告故障，处理简单故障，为生产层服务，受管理层指挥，是调度中最活跃的因素。Agent 在收到与查询相关的信息后，一些资源Agent 形成自己独有的调度机制，直接响应各类申请，主动向信息需求者提供信息以及相关服务，响应函数是整个车间调度的重点、难点。车间调度服从以下原则：①生产调度必须服从生产工艺要求，必须按工艺要求顺序进行。②生产调度促进新的均衡生产产生。新订单导致均衡生产被打破，调度期望以最小代价优化可调环节尽可能接近均衡生产要求。③支持因子生产调度服从生产环节需求，服从经济原则，避免浪费和冲突。优先响应造成车间总体损失大的环节，避免某种资源集中响应。④满足时间需求的最小投入原则，完工时间必须满足订单需要情况下，进行成本优化。

3 Agent 集合体知识获取

车间生产环节地点固定、任务繁重、环境恶劣，随着传感设备及物联网的发展，Agent 资源采集应该简便、可靠性高，达到虚拟车间和现实车间结合。网络结构如图2，有三种类录入Agent 特征值方式。集中录入单元Agent 在车间设置录入站，采集、录入数据采集，获取生产、设备状况等信息。环节录入单元Agent 通过环节终端设备带有的网络接口输入采集、录入知识。自动采集单元具有资源调度率高、接口复杂的资源Agent 等充分利用传感器自动采集及时输入车间数据库以保证迅速及时调度。实时策略对Agent 属性进行分类、分机管理以满足不断变化的车间Agent 的请求。

4 生产调度的优化

车间调度存在两类问题：前面环节生产不足导致后继环节停工和前面环节过剩导致后继环节阻塞问题。在以销定产的生产模式下，车间建设初期按照均衡生产要求，环节要素构成的Agent 集合体不再是完全刚性的，需要考虑柔性Agent 集合体与刚性Agent 集合体的搭配，以最小投入达到最大柔性效果，产品变动时，通过简单Agent 集合体调整促进新的柔性Agent 集合体产生与新的流程再造，达到以最小的移动、整合达到新的均衡，减少两类问题的产生。满足服务整体效益优先，整体生产时间最小或整体经济损失最小，提高作业满意率，减少作业环节拥堵现象。