cims下的技術(shù)貢獻(xiàn)與生產(chǎn)率

cims下的技術(shù)貢獻(xiàn)與生產(chǎn)率

1產(chǎn)品的多樣性原則傳統(tǒng)的生產(chǎn)能力定義是，公司的固定資產(chǎn)，可以在一定時(shí)期（年、季、月等）內(nèi)，在先進(jìn)、適當(dāng)?shù)慕M織條件下，通過(guò)綜合平衡生產(chǎn)一定類(lèi)型產(chǎn)品的最大數(shù)量。這種定義方法,是從宏觀的、管理的角度來(lái)定義的,它給出了生產(chǎn)能力的大致內(nèi)容,卻不便于問(wèn)題的深入的定量討論。下面將從技術(shù)的角度,對(duì)單臺(tái)機(jī)器和企業(yè)的生產(chǎn)能力進(jìn)行研究,分析影響生產(chǎn)能力的諸要素和關(guān)鍵要素,形成生產(chǎn)能力的新定義。1.1機(jī)器可用能力的影響因素生產(chǎn)能力是一個(gè)變量,受多種因素影響。如車(chē)外圓時(shí),加工工時(shí)受到的影響因素就有:①加工精度;②主軸速度;③加工對(duì)象的脆性;④選用不同材料的刀具;⑤操作者的操作技能和熟練程度。同時(shí),注意到,隨著進(jìn)給速度和切削深度不斷增大,機(jī)器所承受的負(fù)荷在不斷增大,到負(fù)荷大于機(jī)器的最大額定功率時(shí),刀具就會(huì)損壞,或者機(jī)器被迫自動(dòng)停機(jī),讓生產(chǎn)能力變?yōu)榱?。即便不在最大功?機(jī)器本身還存在一個(gè)運(yùn)行效率問(wèn)題:高負(fù)荷下,機(jī)器的使用壽命會(huì)急劇縮短。因此,在多大功率下使用對(duì)企業(yè)才是經(jīng)濟(jì)的,也是決定生產(chǎn)能力的一個(gè)因素。雖然,實(shí)踐已經(jīng)證明,機(jī)器的額定生產(chǎn)能力在現(xiàn)實(shí)中只能接近卻不能到達(dá),但對(duì)機(jī)器的使用者—企業(yè)來(lái)說(shuō),選擇什么樣的加工能力最好,確實(shí)是要考慮的。另一個(gè)方面,同一臺(tái)機(jī)器加工不同品種的產(chǎn)品時(shí),會(huì)由于技術(shù)要求的不同,加工形狀的復(fù)雜性不同,而具有不同的加工難度,最終使得單位時(shí)間里的產(chǎn)品數(shù)量各不相同?？梢?jiàn),材料的可加工性,刀具的性能,人的加工技術(shù),機(jī)床的切削速度和切削深度,以及機(jī)器的持續(xù)加工能力,都直接決定機(jī)器的可用能力。但可用能力不取決于機(jī)器的瞬時(shí)加工能力,而取決于機(jī)器的持續(xù)加工能力。在圖1中,(a)圖表示在一定范圍內(nèi),機(jī)器的加工能力隨切削深度和速度的增大而增大。(b)圖表示加工的持續(xù)時(shí)間隨切削深度和速度的增大而減小,直到變?yōu)榱恪?c)圖表示加工持續(xù)時(shí)間乘以瞬時(shí)加工能力所得的積,即機(jī)器的持續(xù)加工能力。每個(gè)圖中的上方曲線,表示用性能好的刀具,或加工性能好的材料時(shí),在同樣的機(jī)床狀態(tài)下加工能力成倍增長(zhǎng)。從(c)圖可見(jiàn),在某個(gè)區(qū)域持續(xù)加工能力很好,而兩側(cè)不好,尤其是右邊。若想在此處增大能力就必須增大成本,如用更大功率的機(jī)器,或耐高溫的刀具等。所以,單臺(tái)機(jī)器的可用生產(chǎn)能力是指在一定成本下,在現(xiàn)有加工技術(shù)條件下機(jī)器能持續(xù)生產(chǎn)并達(dá)到較高產(chǎn)量的狀態(tài)下所具有的,單位時(shí)間里,生產(chǎn)滿足一定技術(shù)要求的、特定材料的、產(chǎn)品的數(shù)量?？梢?jiàn),提高單臺(tái)機(jī)器的加工能力應(yīng)從機(jī)器,技術(shù)要求和被加工件以及人員幾個(gè)方面來(lái)考慮。對(duì)制造過(guò)程來(lái)說(shuō),技術(shù)要求和工件材料是由設(shè)計(jì)者決定的,因而,制造車(chē)間只能在機(jī)器和人員兩方面努力。但通常,技術(shù)要求的一點(diǎn)改進(jìn)都會(huì)使加工時(shí)間減少很多。因而,設(shè)計(jì)在源頭決定了生產(chǎn)能力的大小。改進(jìn)設(shè)計(jì),是能力增長(zhǎng)的重要方面。1.2單臺(tái)機(jī)器的全自動(dòng)化、整企業(yè)是由機(jī)器、材料和人組成的系統(tǒng),機(jī)器數(shù)量的多寡,性能的優(yōu)劣,人員的多少,決定了企業(yè)生產(chǎn)能力的大小。產(chǎn)品的制造過(guò)程可看作是物料(原材料、半成品等)在眾多的機(jī)器之間的流動(dòng)過(guò)程(物流)。因此,決定企業(yè)生產(chǎn)能力的因素具體包括以下幾個(gè)方面:(1)物流的路徑是否復(fù)雜,即加工工藝的復(fù)雜性。(2)機(jī)器的加工時(shí)間,這又取決于兩個(gè)方面,一是材料可加工性,二是機(jī)器的性能。(3)機(jī)器與機(jī)器之間的距離,即材料的運(yùn)輸時(shí)間。(4)人員是否配齊,勞動(dòng)技能的熟練程度以及對(duì)工藝路線的理解程度。另外,不同的生產(chǎn)成本,會(huì)形成不同的生產(chǎn)能力,必須盡量作到生產(chǎn)成本最小化。為了保證交貨期以及生產(chǎn)最大化,必須均衡生產(chǎn)。因?yàn)閷?duì)由不同零件組成的產(chǎn)品來(lái)說(shuō),如發(fā)動(dòng)機(jī),若生產(chǎn)了10個(gè)箱體,卻在同時(shí)只生產(chǎn)了8個(gè)曲軸,最終也只能裝配8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。因此,又可得到如下兩條:(5)多大生產(chǎn)成本下的生產(chǎn)能力。能力的成本本質(zhì)上是一個(gè)多約束條件下的最優(yōu)化問(wèn)題。Bretthauer等認(rèn)為:為了滿足一個(gè)系統(tǒng)性能的要求,離散狀態(tài)下能力成本是一個(gè)凹函數(shù)。離散變量在非線形限制下,增長(zhǎng)能力費(fèi)用和減小能力而節(jié)省的費(fèi)用同時(shí)發(fā)生和不允許同時(shí)發(fā)生下的最小費(fèi)用能力計(jì)劃的制訂,可以用分支訂界法和割平面法相結(jié)合,求得成本的全局最小解。(6)生產(chǎn)必須做到均衡生產(chǎn),它是合理組織生產(chǎn)活動(dòng)的基本要求,對(duì)于有效利用資源,建立正常生產(chǎn)秩序有重要作用。綜上,企業(yè)的生產(chǎn)能力是指在一定的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)方式和工藝路線下,企業(yè)的機(jī)器,處在可用能力狀態(tài)下,在一定數(shù)量熟練工人的合作下,經(jīng)過(guò)均衡,單位時(shí)間里生產(chǎn)某種產(chǎn)品的數(shù)量。通常,計(jì)量單位為標(biāo)準(zhǔn)工時(shí),計(jì)算式如下:可利用能力=計(jì)劃時(shí)間·機(jī)器實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的百分?jǐn)?shù)·效率因子其中,計(jì)劃時(shí)間=班次·每班工作時(shí)間·天數(shù)。機(jī)器在運(yùn)行期間可能由于故障,工人曠工,缺料而閑置,從而不具有實(shí)際生產(chǎn)能力,因此應(yīng)乘以實(shí)際運(yùn)行時(shí)間占計(jì)劃的百分?jǐn)?shù)。效率因子是機(jī)器運(yùn)行性能和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比較,這個(gè)因子決定于機(jī)器狀況、材料的可加工性、工具和操作者的技能。負(fù)荷=加工時(shí)間+準(zhǔn)備時(shí)間。每個(gè)機(jī)器的提前期決定于批量大小、加工時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、排隊(duì)時(shí)間、等待被運(yùn)送時(shí)間和傳送時(shí)間,即機(jī)器的提前期=加工時(shí)間+準(zhǔn)備時(shí)間+排隊(duì)時(shí)間+等待被運(yùn)送時(shí)間+傳送時(shí)間?？梢?jiàn),排隊(duì)時(shí)間、等待被運(yùn)送時(shí)間、傳送時(shí)間,都不是可用的生產(chǎn)能力,僅僅是占用了空間和時(shí)間。由上可見(jiàn),在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品按照一定的工藝路線在走。如果說(shuō),此時(shí)的管理目標(biāo)只是保證單臺(tái)機(jī)器的正常運(yùn)行,努力縮小運(yùn)輸時(shí)間,排隊(duì)時(shí)間,那么,還只能說(shuō)這只是抓住了問(wèn)題的表面。因?yàn)?所有這些活動(dòng)都是工藝路線決定的,而工藝路線是由工藝部門(mén)根據(jù)技術(shù)圖紙來(lái)確定的。工藝部門(mén)在制作工藝路線時(shí),它的著眼點(diǎn)往往僅在于保證制造符合圖紙要求的產(chǎn)品。它沒(méi)有或很少去考慮生產(chǎn)瓶頸,以及如何克服生產(chǎn)加工瓶頸,提高生產(chǎn)能力,保證均衡生產(chǎn)。對(duì)于瓶頸的產(chǎn)生,管理者只能接受現(xiàn)實(shí),從完成任務(wù)的角度出發(fā),用管理的手段,如加班,外協(xié)來(lái)解決瓶頸。但真正有效的解決瓶頸,應(yīng)依賴(lài)于工藝的改進(jìn),要獲得低成本的生產(chǎn)能力的提高有賴(lài)于對(duì)工藝路線的深入研究和改進(jìn)。2能力需求計(jì)劃的關(guān)鍵在提前期的計(jì)算式子里,加工時(shí)間和工作準(zhǔn)備時(shí)間才是可用能力,通常,它們只占整個(gè)提前期的很小一部分,這已被生產(chǎn)實(shí)踐所證明。而排隊(duì)和運(yùn)送時(shí)間卻占了很大比例。因此,控制排隊(duì)時(shí)間是減小提前期的關(guān)鍵。而排隊(duì)的多少是由能力需求計(jì)劃的投產(chǎn)時(shí)間決定的,因此研究能力需求計(jì)劃具有很重要的意義。由于瓶頸部分所增加的時(shí)間(和計(jì)劃相比較),就是整個(gè)系統(tǒng)增加的時(shí)間。因此必須擴(kuò)大瓶頸的加工能力。制定能力計(jì)劃時(shí),必須保證機(jī)器的累計(jì)負(fù)荷小于機(jī)器的累積加工能力。3人工智能企業(yè)中的兩種調(diào)度的優(yōu)化能力需求計(jì)劃是為了滿足物料需求計(jì)劃而對(duì)所需資源的控制和計(jì)劃。詳細(xì)的計(jì)劃需要考慮已投放訂單和即將投放的訂單所形成的總負(fù)荷,它的制訂依賴(lài)工藝路線、批量和相應(yīng)的機(jī)器本身的資料。目的在于給每臺(tái)機(jī)器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段分配適當(dāng)?shù)呢?fù)荷,以保證物料需求的實(shí)現(xiàn),對(duì)客戶(hù)而言,就是保證交貨期的實(shí)現(xiàn)。對(duì)能力計(jì)劃的處理,不同的學(xué)者,由于所關(guān)注的角度不同,采用了各種不同的方法,就他們所用的數(shù)學(xué)理論而言,大多是基于數(shù)學(xué)規(guī)劃法,線性規(guī)劃,整數(shù)規(guī)劃,動(dòng)態(tài)規(guī)劃。但也有一些人采用了不同的方法,如Bahroun。這些計(jì)算都是基于一定的模型,當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化時(shí),模型便不再適用。負(fù)荷分配要考慮它的到達(dá)時(shí)間、裝卸時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、操作順序、交貨期、是否會(huì)產(chǎn)生瓶頸、成本是否最小等,它是在等式和不等式約束下求性能指標(biāo)的優(yōu)化,在計(jì)算量上往往是NP完全問(wèn)題,即隨著問(wèn)題規(guī)模的增大,對(duì)于求解最優(yōu)化的計(jì)算量呈指數(shù)增長(zhǎng),使得一些常規(guī)的最優(yōu)化方法往往無(wú)能為力,對(duì)于這一點(diǎn)Garey等給出了明確的證明。至今還沒(méi)有形成統(tǒng)一的模型和算法。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中只能依據(jù)一定的優(yōu)化排序規(guī)則,尋求在一定優(yōu)化條件下獲得一個(gè)滿意解。由于負(fù)荷分配的最終結(jié)果是每臺(tái)機(jī)器上要承擔(dān)多項(xiàng)任務(wù),因此,應(yīng)以機(jī)器作為考慮重點(diǎn)。方法是:首先按工藝路線,給每臺(tái)機(jī)器分配任務(wù),進(jìn)行負(fù)荷累加。假設(shè)load表示負(fù)荷,則load=∑k=1s∑i=1mPikni∑k=1s∑i=1mΡikni其中s表示工序總數(shù),m表示產(chǎn)品種類(lèi)數(shù),Pik表示第i類(lèi)產(chǎn)品在第k道工序的加工時(shí)間為Pik,ni為其數(shù)量。再按各種零件的交貨期倒排時(shí)間,決定在該臺(tái)機(jī)器上的投產(chǎn)期。如果該臺(tái)機(jī)器上出現(xiàn)時(shí)間重疊,使得累加負(fù)荷大于機(jī)器在交貨期里的累計(jì)能力,則移去一部分不重要負(fù)荷或推遲其投產(chǎn)期。如果負(fù)荷小于能力,則按如下規(guī)則排序決定各自加工順序。①最短加工時(shí)間優(yōu)先。這條規(guī)則能有效縮短生產(chǎn)通過(guò)時(shí)間,也有利于提高設(shè)備利用率,減少在制品占用。②交貨期最早者優(yōu)先。③最長(zhǎng)加工時(shí)間者優(yōu)先。Brankamp在terminplanungssystem中給出了一種負(fù)荷平衡算法。程序的思想是:首先找到負(fù)荷高峰,查它的基本數(shù)據(jù),在判斷可解性后,確定移走負(fù)荷高峰的工藝路線,將各個(gè)工作崗位的負(fù)荷重新計(jì)算,看有無(wú)新的高峰出現(xiàn),若無(wú),則此時(shí)各個(gè)工作崗位的任務(wù)負(fù)荷就是計(jì)劃的任務(wù)負(fù)荷。但對(duì)某些專(zhuān)用機(jī)床,其負(fù)荷是移不走的,因此,生產(chǎn)上應(yīng)該考慮使用基于