独立制造岛模式的车间生产系统的研究

随着科学技术的进步和市场需求的发展变化,中小批量、多品种、高质量、交货期短和低生产成本已逐渐成为制造业明显的特征。这要求企业对市场和用户的需求变化能作出快速响应,并具有较高的柔性和应变能力,从而增强企业竞争力。制造业立足于发展先进制造技术,提出了许多先进的制造理论,例如:计算机集成制造系统(CIMS)、并行工程(CE)、灵捷制造(AM)等。加工设备的高度自动化无力进一步降低企业的生产成本,而必须在适度自动化的基础上,采用先进的生产管理模式。我国制造业除设备相对落后外,更突出的问题是生产管理模式的落后,尤其是中小批量、多品种生产类型车间的生产管理和控制方式,已成为企业发展的障碍。因此,改革现有的车间生产组织形式,采用计算机辅助生产管理和控制手段成为一项紧迫任务。

针对车间中随时随地都会发生干扰的情况,直接采用MRPⅡ系统进行车间生产管理和控制不能达到预期效果。一种面向中小批量、多品种生产类型车间的生产管理和控制方案——独立制造岛生产模式,成为当前一种较为先进的可选方案［1,2］。独立制造岛是在成组技术基础上发展起来的一种车间柔性制造形式。它在对车间传统生产组织形式进行变革的同时,不盲目追求加工设备的高度自动化,而强调在现有设备条件下信息流的自动化,其主要特征如下:

(1)封闭性 以成组技术为基础,在岛内构成一个相对封闭、独立的制造单元；

(2)兼容性 数控机床与普通机床并存,不盲目追求物料流的自动化；

(3)分布性 将过去集中式的生产准备、计划和控制改为分布式,将权力下放给车间、制造岛,以人为本、责权分明,充分发挥人的积极因素。

(4)集成性 利用计算机技术将工艺设计、生产作业计划和制造过程有机地连成一体,在制造岛内实现信息流的自动化。

1独立制造岛生产模式的原理及实施方案 采用独立制造岛生产模式的车间,要按照成组技术的原则,将零件划分为制造族,在岛内仅完成某特定零件族的加工。利用网络技术将数控编程系统、各制造岛内的CAPP、车间作业计划系统等在车间范围内联网,建立车间生产管理和控制的集成环境。

1.1 车间生产管理和控制原理

本文对车间生产管理、控制系统以及独立制造岛的分析、讨论,是以天津液压机械(集团)有限公司的泵体加工为背景。该公司生产的泵类系列品种广泛,其泵体加工属中小批量、多品种生产类型。本文在原泵体加工生产线的设备条件下,按独立制造岛生产模式,提出如图1所示的机床布局方案,在该岛内完成泵体加工所需的各种工序。采用该种布局方案明显改善了物料流。

图1 泵体制造岛机床布局

车间生产管理和控制系统结构如图2所示。首先,车间生产管理系统接受MRPⅡ系统下达的加工任务信息或直接输入加工任务信息,并从设计部门的CAD系统调入零件技术图纸。然后,生产管理系统根据成组技术的原则将零件分类、编码,并按照零件分类、编码的情况,将加工任务分配给相应的制造岛。最后,在车间及相应的制造岛内完成工艺设计、数控编程、作业计划编制等,并生成、打印各种工艺文件。在系统方案中还包括相应的数据库系统,如加工任务数据库、车间(制造岛)资源数据库、工艺方案数据库、在制品数据库、排序方案数据库、工厂日历数据库等。

图2 生产管理和控制系统结构

在车间生产管理和控制计算机系统中,网络操作系统采用Windows NT Server 4.0,工作站采用Windows 95,数据库系统采用FoxPro 5.0 for Windows,开发语言采用Borland C++5.0 for Windows。图3为系统网络结构图。

图3 系统网络结构

1.2 独立制造岛作业计划的调度规则

采用独立制造岛生产模式的车间,将车间作业计划进一步分解成各个独立制造岛的作业计划,车间生产作业计划及实时调度系统研究、开发的工作转变为独立制造岛作业计划及实时调度系统的研究、开发。其目的是:(1)保证工期、按时完成所接受的任务；(2)提高制造过程的柔性和完成“急件”任务的应变能力； (3)减少库存。独立制造岛作业计划的调度规则是指。通过给定加工点次序的规则,确定一队加工任务,可采用优先权规则作为作业计划的调度规则。一队加工任务按优先权的次序进行加工。一项任务完成后,就将其纳入加工路线中的下一个加工点的任务队列中,成为下一加工点的机床负荷。

对于泵体制造岛作业计划的调度规则,采用下列优先权规则:(1)工期最短的任务优先权最高；(2)加工时间最短的任务优先权最高；(3)“缓冲最少”的任务优先权最高。

无论采用哪种优先权规则,“急件”任务的优先权总是最高。采用上述调度规则可获得多种作业计划方案,对上述方案进行评价后,选择一种相对最佳的方案作为独立制造岛的作业计划方案。如果制造岛内发生干扰情况,可根据新情况重新生成新的作业计划来满足工期要求。

采用独立制造岛生产模式将车间分解成多个相互独立、各自封闭的独立制造岛,是对车间传统生产组织形式的变革。独立制造岛建成后打破了原来的部门界限,紧密了生产过程中各环节的联系,提高了车间的交货能力。在独立制造岛中应用计算机辅助作业计划系统可缩短零件的制造周期、缓解生产中的瓶颈问题,提高了企业(车间)生产活动的柔性和对市场需求变化的应变能力。

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