網(wǎng)絡(luò )化制造的車(chē)間天車(chē)調度研究
論文關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò )化制造 天車(chē) 調度
論文摘要:本文分析了網(wǎng)絡(luò )化制造的車(chē)間中天車(chē)在響應各工作地的任務(wù)請求時(shí)存在的問(wèn)題,提出了一種以提高車(chē)間設備利用率為目的,天車(chē)服務(wù)必須圍繞任務(wù)需求的天車(chē)優(yōu)化服務(wù)模型,并給出了硬件需求和軟件流程圖。
制造業(yè)正向著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化智能化、數字化、集成化、柔性化、和敏捷化方向發(fā)展。制造企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù),開(kāi)展產(chǎn)品設計、制造、銷(xiāo)售、采購和管理等一系列活動(dòng)的總稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )化制造。中國目前制造業(yè)特別是中小企業(yè),對現有制造資源進(jìn)行大規模更新的機會(huì )很小。中小企業(yè)要提高核心企業(yè)競爭力,只有充分利用其現有資源和現代信息技術(shù),對現有制造系統進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化改造與性能提升,支持和實(shí)施網(wǎng)絡(luò )化制造,實(shí)現資源集成與共享。作為制造企業(yè)的物化中心,產(chǎn)品最終要通過(guò)車(chē)間制造出來(lái),車(chē)間制造資源的狀態(tài)最終決定了一個(gè)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)能力。
車(chē)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(lèi)資源是相輔相成的。車(chē)間制造資源及制造過(guò)程的優(yōu)化管理,必須提高車(chē)間設備的利用效率[1]。隨著(zhù)機床設備的自動(dòng)化程度提高,生產(chǎn)效率飛速提高,生產(chǎn)車(chē)間的物流量越來(lái)越大。天車(chē)(吊車(chē))成為車(chē)間三種資源調度的核心,天車(chē)(吊車(chē))的調度優(yōu)化為題日益突出。
美國麻省理工學(xué)院總結日本豐田汽車(chē)公司制造車(chē)間的生產(chǎn)模式而提出精益生產(chǎn)方式LP(1ean production)生產(chǎn)理念[2]。按照精益生產(chǎn)的思想,浪費形式通常有以下7種:①過(guò)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(dòng)作中的浪費;⑦生產(chǎn)不良品產(chǎn)生的浪費[3]。中國許多制造企業(yè)都存在上述部分甚至全部浪費,使企業(yè)在微利或無(wú)利狀態(tài)下掙扎。本文就車(chē)間內等待和搬運產(chǎn)生的浪費進(jìn)行分析,改善作為車(chē)間物流核心的天車(chē)調度,從而促進(jìn)車(chē)間各項工作有序進(jìn)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(chē)橫向行走電機、縱向行行走電機和有卷?yè)P電機,3臺電機總容量約50 kW,天車(chē)主要用于大質(zhì)量、長(cháng)距離運輸物品的轉移、搬運和裝卸任務(wù)[4]。在生產(chǎn)現場(chǎng),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(dòng)較多,是重大的浪費。
天車(chē)響應各工作地的任務(wù)請求時(shí),存在如下問(wèn)題:①高速運行的天車(chē)頻繁無(wú)規律地往返搬運物料是安全隱患。②天車(chē)通常按照服務(wù)請求的先后順序進(jìn)行響應,當相鄰請求的工作地相距較遠,需要天車(chē)長(cháng)距離空程行走時(shí),導致巨大的電能浪費;③天車(chē)對工作地服務(wù)請求的響應取決于天車(chē)操作者眼睛發(fā)現或耳朵聽(tīng)見(jiàn),造成請求天車(chē)服務(wù)得不到響應,工作地停工等待,造成時(shí)間、設備的浪費,④對所運送物品數量、種類(lèi)不清楚,裝吊注意事項不清楚,進(jìn)而導致系統生產(chǎn)效率低下;⑤主觀(guān)決定是否響應請求,當多個(gè)工作地同時(shí)提出服務(wù)請求時(shí),天車(chē)操作者往往難以判斷應該優(yōu)先響應哪一請求,導致本該優(yōu)先響應的服務(wù)請求卻排在了后面,進(jìn)而導致生產(chǎn)的不均衡,甚至高價(jià)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(jìn)程。對天車(chē)進(jìn)行科學(xué)調度,消除不科學(xué)調度引起的浪費,成為一個(gè)提高精益生產(chǎn)模式下的一個(gè)重要課題。盧曉紅等提出把天車(chē)服務(wù)問(wèn)題看成隊列問(wèn)題[5],不太符合車(chē)間實(shí)際運行狀態(tài)。
天車(chē)服務(wù)任務(wù)是臨時(shí)實(shí)體,天車(chē)服務(wù)必須圍繞任務(wù)需求。相對來(lái)說(shuō),機床等設備的閑置浪費比天車(chē)閑置、空程浪費造成的損失大得多,首先需要充分利用車(chē)間網(wǎng)絡(luò )系統,構建起科學(xué)的通信體系,防止出現服務(wù)請求不到位造成出現服務(wù)請求的誤報、漏報,造成操作者的等待,同時(shí)便于操作人員輸入、管理。為了能夠滿(mǎn)足以上要求,本文認為首先要對車(chē)間天車(chē)服務(wù)的范圍進(jìn)行科學(xué)的區域劃分并進(jìn)行標號,明確任務(wù)的始發(fā)地和目的地,各操作區域服務(wù)量大致相當,達到服務(wù)區域的均衡。各區域通過(guò)合適的網(wǎng)絡(luò )(可以是專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )也可以是搭載其他網(wǎng)絡(luò )信息傳輸系統)系統連接到車(chē)間網(wǎng)絡(luò )中心,使其成為網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的子系統。由網(wǎng)絡(luò )中心的天車(chē)調度程序進(jìn)行天車(chē)服務(wù)的調度,將調度指令發(fā)送給天車(chē),天車(chē)實(shí)時(shí)將當前調度情況實(shí)時(shí)的反饋給網(wǎng)絡(luò )中心。
天車(chē)接受工作區域或網(wǎng)絡(luò )調度中心任務(wù)時(shí)主要需要如下參數(由天車(chē)區域根據生產(chǎn)任務(wù)需要實(shí)時(shí)提供,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )輸送給網(wǎng)絡(luò )中心。也可由網(wǎng)絡(luò )中心根據生產(chǎn)任務(wù)提前輸入):
(1)任務(wù)請求地點(diǎn)代碼與時(shí)間worktime
(2)目的地代碼reach code
(3)等待時(shí)間(待運物品裝載和卸載所需時(shí)間)waittime
(4)最早響應時(shí)間(任務(wù)能夠執行的最早時(shí)間)firsttime
(5)最遲響應時(shí)間(不影響生產(chǎn)的最遲時(shí)間)lasttime
(6)任務(wù)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(wù)的重要程度(優(yōu)先級)level
(8)任務(wù)的撤銷(xiāo)。cancel
天車(chē)在運行過(guò)程中需要處理如下參數(這些參數由天車(chē)實(shí)時(shí)輸入網(wǎng)絡(luò )中心):
天車(chē)當前位置坐標ablen、天車(chē)正在響應的任務(wù)present、天車(chē)當前服務(wù)的目的地reachtime
網(wǎng)絡(luò )中心通過(guò)設計,需要完成如下工作:
服務(wù)的提出lodge、服務(wù)的撤銷(xiāo)或完成cancel、計算完成當前任務(wù)所需要時(shí)間complettime
把天車(chē)響應工作地請求問(wèn)題轉化為響應各工作地的請求任務(wù)的服務(wù)系統,該系統不應是先來(lái)先服務(wù)的排隊系統,而應是根據任務(wù)優(yōu)先級組成的在時(shí)間允許下的路線(xiàn)最短優(yōu)化服務(wù)系統。為了減少空程,把最短路線(xiàn)問(wèn)題轉換為求任務(wù)請求地點(diǎn)代碼最接近數問(wèn)題,通過(guò)尋求上一任務(wù)目的地編碼的最接近數為下一任務(wù)的始發(fā)地代碼,使路徑和最小,執行時(shí)間最短,從而求路徑長(cháng)度總和,時(shí)間總和最短,尋求天車(chē)最佳路線(xiàn)。系統的流程如圖1。同時(shí),由于天車(chē)任務(wù)中加入了轉運物品的特征(見(jiàn)任務(wù)特征),車(chē)間物流實(shí)施的輸入到網(wǎng)絡(luò )管理總系統,使得車(chē)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(chē)間設備不閑置的情況下,天車(chē)服務(wù)時(shí)間和路程最短的調度系統,為車(chē)間網(wǎng)絡(luò )化管理走向實(shí)際應用給出了參考。但本文沒(méi)有給出具體的物流優(yōu)先級劃分原則,和區域劃分辦法以及相關(guān)的編碼方法,這些需要車(chē)間根據自身情況去編碼。同時(shí)本文沒(méi)有考慮實(shí)際應用時(shí)的人為因素。
通過(guò)設計該系統,促進(jìn)車(chē)間硬件資源、軟件資源和人力資源優(yōu)化調度,可以作為網(wǎng)絡(luò )化車(chē)間的一個(gè)子系統。通過(guò)該系統網(wǎng)絡(luò )管理人員可以清晰的看到車(chē)間內的物流,為車(chē)間總體網(wǎng)絡(luò )化、智能化支持。
參考文獻
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