基于网络计划技术的生产调度设计与实现样本.doc

基于网络计划技术MES生产调度设计和实现

北京骏威立达科技 鲁灵惺
北京二七车辆厂 王永志

摘要：网络计划技术是现在比较盛行一个现代生产管理科学方法，它能可视化地再现企业生产中各活动之间约束关系，很轻易地对生产过程进行优化，在此技术基础上，能快速形成对生产过程监控。制造实施系统（Manufacturing Execution System，简称MES）是经过信息传输，对从订单下达成产品完成整个生产过程进行优化管理信息系统。本文介绍了网络计划技术基础原理，叙述了基于网络计划技术、骏威MES套件中生产调度设计和实现。

关键词：网络计划；MES；生产调度；可视化；最优工序路径。

在市场竞争很猛烈当今，各企业全部把信息化建设作为提升本企业关键竞争力手段。越来越多企业在上了ERP系统同时，也开始着手计划实施MES系统，以加强对本企业生产过程精细化管理。但在企业生产计划和调度中，因为多品种、小批量生产，和多种原因不停改变，需要对生产计划随时进行调整，这就对MES系统在生产调度功效方面提出了很高要求。
网络计划技术不仅能表示出企业生产活动中各项工作、时间和它们之间相互关系，而且调整很方便和快速，再结合优异IT技术，可实现企业生产调度业务可视化优化管理。
1 网络计划理论原理
网络计划技术是现在比较盛行一个现代生产管理科学方法。其 基础原理是将确定进行工作，按其各项具体任务前后次序，经过网络图形式对整个项目进行全方面计划，达成以最少时间和资源消耗来完成整个系统预定目标，取得最好经济效益。网络计划图图1所表示：

图1
注：上图中，节点 、、、、、、，表示各工作之间联络，即表示一项工作开始和结束；箭线 A、B、C、D、E、F、H、I，表示一项工作（工序、作业、活动），其中 F为虚工作；箭线下方表示是此项工作所用时间。

此项工作各项子工作和所需时间和它们之间相互关系如表1所表示：
表 1

下面是基于网络计划图，计算关键路径（工作）、优化资源所需参数：
作业时间（Tij）：为完成一项工作所需时间。
节点最早时间（TjE）：该节点后各工作最早开始时间，表示为：TjE = {TiE + Tij}
式中：TiE ，TjE 分别是节点 i , j 最早时间，节点 i ,j 分别是工作 i-j 箭尾节点和箭头节点。
节点最迟时间（TiL）：该节点前各工作最迟完成时间，表示为：TiL = {TjL- Tij }
式中：节点 i, j 分别是工作 i-j 箭尾和箭头节点。
工作最早开始时间（TijES）：它是指一项工作在满足紧前工作逻辑关系约束和计划其它约束条件下有可能开始最早时间。其表示为：
TijES =｛ ThiES + Thi｝
式中：ThiES—— 工作 i–j 紧前工作h–j 最早开始时间。
Thi—— 工作 i–j 紧前工作 h–i 作业时间
工作最迟开始时间（TijLS）：是指在不影响整个任务按期完成条件下，本工作必需最迟开始时间。其表示为：
TijLS = ｛TjkLS｝－Ｔij
总时差（ＦijT）：是指在不影响总工期前提下，工作所含有机动时间。其表示有两种：
采取节点计算法时，总时差可表示为：FijT = TjL-TiE-Tij
采取工作计算法时，总时差可表示为：FijT = TijLS- TijES
自由时差（FijF）：是指从本工作最早开始时间至各紧后工作最早开始时间范围内，本工作能够灵活机动使用时间。其表示有两种：
采取节点计算法时，自由时差可表示为：FijF = TjE – TiE – Tij
采取工作计算法时，自由时差可表示为：FijF = {TjkES} – TijES – Tij
式中 工作 j–k 是工作 i–j 紧后工作。
关键路径确实定：
首先叙述关键工作概念，即没有任何时间可资利用工作，也就是总时差为零或为负值工作。任何关键工作拖延而不能补救时，全部将延误工期。
网络计划路径是连接起点节点至终点节点一系列箭线和首尾衔接处节点组成一条通路。关键路径也就是自起点节点至终点节点而由关键工作所连接起来线路。在关键路径上没有任何能够机动使用时间。
确定关键路径有两种常见方法：
一个是利用关键工作确定关键路径：即把全部总时差为 0 或为负值（或最早开始时间等于或小于最迟开始时间）工作首尾相接连接起来，组成一条线路，即为关键路径。
另一个是利用关键节点确定关键路径：即把起点节点——关键节点（指最早时间和最迟时间相等节点）——终点节点所连接而成线路。

2 基于网络计划技术MES生产调度实现
MES上承ERP、下接控制系统，对从订单下达成产品完成整个生产过程进行优化管理。其关键使命就是实现企业连续信息流，协调和控制整个生产过程中材料、人员、能源和设备，从而优化作业，降低成本，提升质量，缩短制造周期。
骏威MES套件产品是骏威立达科技发展推出一套可视化企业信息化管理系统，是遵照MES规范、ERP规范并覆盖企业车间工位级系统。该套件以生产现场生产数据采集、生产计划和监控、全方面质量管理为关键，构建生产过程信息化和可视化，强调产品制造过程整体优化和细化，方便企业业务步骤快速重组和管理水平连续提升。
生产调度系统是骏威MES套件关键组成部分，其以网络计划技术为理论基础，结合优异IT技术，利用网络计划图进行导航，对企业生产计划业务进行全方面管理。该系统利用网络计划图实现了集团级、工厂级、车间级、工段级多级生产计划和任务分解、任务分配、任务相互约束和生产情况逐层归总等功效；实现了生产计划制订（年度计划、月度计划、每日生产计划）、工作日设置、各工序每日物料清单管理、生产月度结转、工序完工票管理；实现了对工序每日生产情况自动汇总和分析（生产日报、生产进度表、生产动态表、日产和均衡率计算、生产计划能力分析、工作中心负荷汇报、工作中心负荷图）；实现了对生产计划完成情况进行实时监视，对超动态工序给予提醒，对掉动态工序给予报警等。
基于网络计划技术骏威MES生产调度系统，现在适适用于全部离散型行业生产调度。本文以铁路货车产品生产计划数据为例进行叙述。
2.1 工艺路线及工序创建
依据企业生产情况，首先创建工艺路线（流水线）节点及各工序节点，再设置工序属性参数（如初始工序生产周期确定），定义在工艺路线上需要采集加工工艺参数，工序所属单位可灵活调整。

图2
2.2 生产网络计划制订
可视化地制订生产网络计划图，在图中进行图线拖拉、连线等操作，可定义一道工序上道工序、下道工序及工序节点，可制订集团级、工厂级、车间级、工段级等多级生产计划及其间约束关系。网络图上全部图形可放大、缩小、移动。选中某一工序，点击图形上面工具栏对应功效按钮，可查询对应工序生产进度、子网络计划图等信息。

图3
2.3 分层生产调度以降低风险
网络计划技术可方便地实现企业生产多层计划、调整和生产完成信息逐层归总。针对企业内外部供给链风险，能够利用网络计划技术进行分层管理，分层规避风险（工厂级——大工序、车间级——小工序、配件级——分支子工序），形成工厂保协议、车间保工厂、配件生产供给保组装车间层级管理格局。
2.4 关键工艺路线确实定
以各工序实时有效生产周期，依据网络计划理论算法，可快速确定生产中关键路径。负责企业生产调度管理者必需随时监视关键工艺路线上各工序生产情况，一旦出现异常，必需立即给协调及处理，生产进度才会得到有力保障。快速确定了生产中关键路径，就可方便地对生产过程进行工期优化、费用优化和资源优化。
生产调度员可随时监视关键路径改变，发觉生产瓶颈改变情况。关键路径受网络图中工序周期影响，骏威MES生产调度系统智能地对各工序历史生产数据按摄影应算法，计算出各工序当初被生产零部件有效生产周期；另外，工序有所调整时，关键工艺路线也会随之而变。
铁路货车加工生产计划网络图见图4。

图4
注：红色线路表示算出关键路径
2.5 生产完成信息采集
对车间现场流水线上各工序生产信息在各工位上以工作人员手工录入（工序完工票）、条码设备输入或终端自动化设备直接导入等多个方法和手段进行采集。在数据进入系统时自动进行全方面校核（一次输入二次校核），并辅之以工序间及步骤上互控，确保生产数据起源实时性、全方面性、真实性，确保车间生产物流和信息流一致。
2.6 现场生产监视
在网络计划图上，选中工序，点击现场生产情况监视按钮，可实时监视各生产流水线、各工序当日生产完成情况（生产数据自动刷新时间间隔可达1秒）。有条件企业，可在车间生产现场安装摄像头，生产现场就会作为网络计划图背景出现在用户面前。
若企业有条件，还可在车间现场安装摄像头，可远程监视生产现场。

图5
在网络计划图上，选中某一工序，点击生产进度按钮，可查询此工序本月生产进度。

图6

2.7 生产异常情况报警
对生产情况进行可视化分析管理，由生产网络计划图进行导航，对超动态（超额生产）工序给提醒，对掉动态（未完成生产任务）工序给报警等。
图7中，“钻12孔工序”未完成当初生产任务，以红色报警；“支点座焊接工序”超额完成任务，以绿色给提醒（注：超额完成任务，也是浪费生产资源）。

图7

3 结束语
网络计划技术应用于含有中国特色企业生产管理中，含有尤其重大意义。ERP和JIT均是以整合内外部供给链为前提，生产计划按提前期概念从流水线最终一道工序向前层层展开，生产计划刚性较强，所以在JIT生产中有一个拉停机制。而中国传统制造企业尤其是国有企业，还没有进行内外部供给链整合，企业和其供给方还是纯粹竞争关系，而不是共赢战略合作伙伴关系。这种格局造成配件、原材料供货周期和质量全部不能得到稳定确保。这么，企业生产计划就不得不依据外部供给情况和内部制造情况常常进行调整。在这种情况下，企业怎样针对内外部改变，合理快速地对计划进行调整，对改变快速响应，就给了网络计划技术施展作用空间

本系统实现了Web方法基于网络计划技术企业生产调度功效,对企业生产过程进行可视化管理，以达成用最少时间和资源消耗来完成预定目标，取得最好经济效益。

参考文件：
[1] 王永具 运筹学——计划论及网络. 北京：清华大学出版社，1993
[2] 张莹 运筹学基础 北京：清华大学出版社，1994
[3] 汤代焱 管理运筹学 北京：湖南大学出版社，1997

鲁灵惺联络方法： ；