近年來(lái)，隨著(zhù)信息化技術(shù)的不斷提高，位于企業(yè)上層計劃管理與底層工業(yè)控制之間的 面向CIMS的生產(chǎn)調度系統逐步形成并得到迅速發(fā)展。作為MES的一個(gè)重要環(huán)節，車(chē)間作業(yè)調度貫穿于企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，是保證車(chē)間生產(chǎn)在動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)環(huán)境下能夠高效可靠運行的關(guān)鍵。有關(guān)資料表明，制造過(guò)程中的大部分時(shí)間消耗在非切削過(guò)程。因此，有效的調度方法和優(yōu)化技術(shù)可以使車(chē)間設備和人員得到充分的利用，賦予企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以柔性，提高效率，降低成本，實(shí)現企業(yè)利益的最大化。針對MES中的生產(chǎn)管理進(jìn)行深入研究，在此基礎上開(kāi)發(fā)了適用于中小型企業(yè)的生產(chǎn)調度原型系統，并詳細分析了該系統的功能特點(diǎn)以及具體的實(shí)現方案。

1 系統設計思想

MES的應用環(huán)境主要是生產(chǎn)車(chē)間，其任務(wù)是對整個(gè)車(chē)間的制造過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，根據動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數據做出相應的分析和處理，為操作人員和管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源的當前狀態(tài)信息。

生產(chǎn)調度作為MES中的重要模塊，對應于生產(chǎn)管理系統的短期計劃安排，主要目標是通過(guò)良好的作業(yè)加工排序最大限度減少生產(chǎn)過(guò)程中的準備時(shí)間，優(yōu)化某一項或幾項生產(chǎn)目標，為生產(chǎn)計劃的執行和控制提供指導。生產(chǎn)調度直接控制生產(chǎn)的穩定和有序的執行，良好的生產(chǎn)調度能夠預先解決生產(chǎn)中的干擾，縮短產(chǎn)品在車(chē)間的流動(dòng)時(shí)間，減少在制品庫存，保證準時(shí)交貨。MES是面向敏捷車(chē)間的先進(jìn)生產(chǎn)管理系統，如何設計并實(shí)現作為其核心功能的調度系統是重要的研究?jì)热荨?

在不同的問(wèn)題環(huán)境中，生產(chǎn)調度的優(yōu)化目標也不同（如加工總流程時(shí)間最短、零件按期交貨、設備利用率最高等），目前還沒(méi)有哪一種算法能夠使得各種性能指標均取得較為滿(mǎn)意的值。另外考慮到車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)性，完全依靠計算機進(jìn)行調度可能無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際要求。因此，本系統的設計構想是：針對不同的優(yōu)化目標設計不同的調度算法，對零件進(jìn)行初步加工排序并以甘特圖顯示調度結果，同時(shí)結合直方圖對機床加工負荷進(jìn)行分析與安排，充分發(fā)揮調度人員的智慧和經(jīng)驗，通過(guò)人機交互對調度結果進(jìn)行手動(dòng)調整，直至滿(mǎn)足要求。

2 系統模塊組成及主要功能

系統包括以下幾個(gè)功能模塊：系統管理、基礎數據管理、調度數據管理、算法設計、加工調度、人工調整、車(chē)間信息顯示、檢測加工沖突和調度結果輸出，各模塊的關(guān)系及詳細功能劃分。

主要功能模塊說(shuō)明如下：

a）調度數據管理模塊：該模塊的主要功能是為每組加工任務(wù)建立一張調度表，用以對排序計算所需的基本數據（包括零件編號、工序編號、批量、加工時(shí)間、所用機床等）進(jìn)行管理，在算法設計時(shí)將直接從選定的調度表中提取數據進(jìn)行加工排序；

b）算法設計模塊：在本系統中采取基于規則的啟發(fā)式方法來(lái)解決多道工序競爭一臺機床時(shí)的工件排序問(wèn)題和一道工序可在多臺機床上加工時(shí)的機床選擇問(wèn)題，該模塊包含幾個(gè)子模塊，以對應不同的優(yōu)化目標，根據相應的目標分別選擇優(yōu)先分配規則并進(jìn)行算法設計；

c）加工調度模塊：根據定單情況和實(shí)際生產(chǎn)需要選擇調度目標，通過(guò)已設計好的算法對零件進(jìn)行加工排序，確定每臺機床上不同工序的加工順序和各道工序的開(kāi)工、完工時(shí)間，并將排序結果用甘特圖的形式顯示在屏幕上；

d）人工調整模塊：利用調度人員的經(jīng)驗對動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況進(jìn)行分析和處理，通過(guò)人機交互，對計算機排序結果進(jìn)行手工拖動(dòng)，直至獲得滿(mǎn)意的結果；

e）車(chē)間信息顯示模塊：以甘特圖的形式顯示零件的工藝路線(xiàn)及每道工序的加工狀態(tài)，以直方圖的形式顯示每臺機床的加工負荷，作為人工調整的依據；

f）檢測加工沖突模塊：人工調整之后，檢測每臺機床上不同加工任務(wù)之間是否存在時(shí)間重疊，即某道工序的開(kāi)始時(shí)間是否在該機床前一加工任務(wù)的結束時(shí)間之前；對于某些多工位允許有部分加工重疊時(shí)間的機床，則檢測其加工重疊時(shí)間是否在允許的時(shí)間沖突范圍內；

g）調度結果輸出模塊：保存最終調度結果，并以甘特圖和數據表格兩種方式輸出，甘特圖使得各臺機床上所安排的加工任務(wù)及其先后順序一目了然，數據表格為調度人員和操作人員提供工序開(kāi)始時(shí)間、加工時(shí)間、結束時(shí)間等詳細數據，此結果即作為車(chē)間生產(chǎn)的依據。
3 系統實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)

3.1 調度結果的顯示

對于調度人員及操作人員來(lái)說(shuō)，調度結果的顯示要求簡(jiǎn)單明了、方便查詢(xún)，并能提供每道工序的基本加工信息。本系統采用兩種甘特圖來(lái)顯示調度結果：一種以機床為縱坐標，顯示每臺機床上不同任務(wù)的加工順序，為操作人員提供加工依據；另一種以零件為縱坐標，顯示不同零件的工藝路線(xiàn)及每道工序的加工狀態(tài)，方便調度人員在不同時(shí)間段對零件的加工進(jìn)程進(jìn)行查詢(xún)。

每項任務(wù)（即每道工序）均由程序內部控件生成，在基礎數據管理中設定零件的顏色代碼，顯示調度結果時(shí)同一零件的各道工序用同種顏色表示，而不同零件的顏色不可重復，以便于調度人員進(jìn)行瀏覽?？紤]到甘特圖是從總體上顯示該車(chē)間整批加工任務(wù)的調度結果，無(wú)法顯示精確信息，因此在結果輸出界面中設置工件基本信息框，當選中某道工序時(shí)在信息框中顯示該工序的基本加工信息，包括工件號、工序號、加工設備、開(kāi)始時(shí)間和結束時(shí)間等。

3.2 人工調整

將調度結果甘特圖中的各道工序設置為允許鼠標進(jìn)行拖動(dòng)，則可根據車(chē)間生產(chǎn)的實(shí)際情況對計算機排序結果進(jìn)行手動(dòng)調整，同時(shí)工件基本信息框中的加工信息也將隨著(zhù)工序位置的變化而改變。手工調整有以下幾點(diǎn)約束：某道工序移動(dòng)時(shí)，其同一零件上的后續工序將同時(shí)移動(dòng)相應的時(shí)間長(cháng)度；工序向前移動(dòng)時(shí)，其開(kāi)始時(shí)間不能大于其前道工序的結束時(shí)間；零件第一道工序的開(kāi)始時(shí)間不能小于零。

3.3 調度結果存儲方式

在數據庫中，調度結果用臨時(shí)表和正式表兩種方式進(jìn)行存儲。臨時(shí)表只有一張，用來(lái)存儲計算機排序后的臨時(shí)加工數據，生成甘特圖時(shí)將從此表中提取數據。調度結果經(jīng)過(guò)人工調整，滿(mǎn)足車(chē)間生產(chǎn)實(shí)際情況和機床能力要求后，方可存入與相應加工任務(wù)表同名的正式表中，永久保存調度結果且作為派工依據，同時(shí)將刪除臨時(shí)表中的數據。

3.4 系統實(shí)現

鑒于上述系統的設計思想和關(guān)鍵技術(shù)，本系統采用Client/Server結構，以Visual Basic6.0為開(kāi)發(fā)工具，利用ODBC接口（open database connectivity，開(kāi)放式數據庫連接）訪(fǎng)問(wèn)數據庫管理系統，開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)單實(shí)用的車(chē)間生產(chǎn)調度系統，其調度主界面。

4 結束語(yǔ)

本文介紹的面向CIMS的生產(chǎn)調度系統針對MES中生產(chǎn)管理的具體要求和特征，提出了一種面向中小型企業(yè)的車(chē)間生產(chǎn)調度系統模型，并開(kāi)發(fā)出了實(shí)用的原型系統，針對不同優(yōu)化目標對零件進(jìn)行計算機排序結合手動(dòng)調整，從而合理安排生產(chǎn)過(guò)程和機床負荷，減輕調度人員的負擔，優(yōu)化車(chē)間生產(chǎn)運作，提高生產(chǎn)效率。