（机械制造及其自动化专业论文）铁路客车配件类产品生产计划与调度问题研究.pdf

i c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： i i i ii ii iii i iii ii i iii i i y 18 0 8 9 4 9 ad i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo fm e n g r e s e a r c ho np r o d u c t i o np l a n n i n ga n d s c h e d u l i n gp r o b l e m so fa c c e s s o r i e s p r o d u c t so f r a i l w a yp a s s e n g e rc a r s c a n d i d a t e ：c h e nm i n g s u p e r vis o r ：p r o f w a n gn e n g jia n a c a d e m i cd e g r e ea p p li e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r e & a u t o m a t i o n d a t eo fs u b m i s s i o n ：d e c e m b e r ，2 0 0 9 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 ，学位论文原创性声明 。- 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。，、 作者( 签字) ：1 弓吞1 丑埘 日期： 矽肋年多月侈日 k 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 盹授予学位后即可i - i 在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门 作者( 签字) ：髓，1 丑闩 日期： 矽o 年多月p 日 h 、 k ， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 随着产品创新的步伐加快，铁路客车配件类产品的生产模式已转变为多 品种、中小批量生产方式。该类产品生产工作的核心就是铁路客车配件类产 品生产企业按铁路客车生产企业安排的生产任务，按时、保质地完成配件类 产品的生产。主要的工作内容是：( 1 ) 生产计划分解与能力平衡工作；( 2 ) 安排 好车间作业调度工作。 论文以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品的生产实际为 背景，结合该类产品的生产计划与调度的实际需求，借鉴m r p 和j i t 相结合 的生产计划与控制思想、并着眼短期零库存管理期望，以四种型号的铁路客 车车窗生产实际为例，首先研究了该类产品生产计划分解与能力平衡的计算 问题，建立了相关数学方程，并结合实际设计了该类产品日生产计划的编制 流程和调度流程，对实际生产计划算例进行了较为细致地计算与分析，得出 了有关结论。然后，在对该类产品生产作业调度问题的特点及思想分析基础 上，从保证生产流程化、均衡化，避免在制品积压，确保产品生产成套性入 手，设计了结合使用看板管理j i t 拉动生产控制模式思想的该类产品日生产 作业调度工作基本流程；同时，考虑到生产设备的不唯一性，借鉴非标准作 业车间调度思想，建立了该类产品生产作业调度的数学模型，并利用了遗传 算法实现了问题的求解。 论文在完成以上工作基础上，采用面向对象的技术，建立了该类产品生 产计划与作业调度系统的信息模型，并采用c # 2 0 语言和a c c e s s 数据库，在 m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 开发环境下，完成了系统的软件实现。 关键词：生产计划；作业调度；遗传算法 k q 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h ea c c e l e r a t e dp a c eo fp r o d u c t i o ni n n o v a t i o n ，t h ep r o d u c t i o nm o d eo f t h ea c c e s s o d e sp r o d u c t so f r a i l w a yp a s s e n g e rc a r sh a sb e e nt r a n s f o r m e di n t ot h e m u l t i s p e c i e s ，s m a l la n dm e d i u mb a t c hp r o c e s s t h ec o r ew o r ko f s u c hp r o d u c ti s t h a tt h ep r o d u c tm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e so ft h ea c c e s s o r i e sp r o d u c t so f r a i l w a y p a s s e n g e rc a r sf u l f i l l st h em a n u f a c t u r i n gt a s ko fr a i l w a yp a s s e n g e ra c c e s s o r i e s a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fr a i l w a yp a s s e n g e rc a rm a n u f a c t u r e re n t e r p r i s e s o nt i m e t h em a i nw o r k sa l e ：( 1 ) t h ew o r ko f p r o d u c t i o np l a n n i n gd e c o m p o s i t i o n a n dc a p a b i l i t yb a l a n c e ；( 2 ) a r r a n g e m e n tf o rw o r ko f j o bs h o ps c h e d u l i n g t h ep r o d u c to fr a i lp a s s e n g e rw i n d o wo fr a i l w a yp a s s e n g e rc a r si st a k e na s t h eb a c k g r o u n d a c t u a ln e e d so fp r o d u c t i o np l a n n i n ga n d s c h e d u l i n ga r ea l s o t a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n t h i sp a p e ru t i l i z e sp r o d u c t i o np l a n n i n ga n dc o n t r o li d e a o fac o m b i n a t i o no fm r pa n dj i t , f o c u s i n go nm a n a g e m e n te x p e c t a t i o n so f s h o r t - t e r mz e r os t o c k t h ea c t u a lp r o d u c t i o nf o rf o u rt y p e so fw i n d o wo f r a i l w a y p a s s e n g e rc a r si st a k e na sa ne x a m p l e f i r s t ，t h ep r o b l e mo fp r o d u c t i o np l a n n i n g d e c o m p o s i t i o na n da b i l i t yb a l a n c eo ft h ep r o d u c t si ss t u d i e d ，a n dr e l e v a n t m a t h e m a t i c a le q u a t i o ni se s t a b l i s h e d t h ep r e p a r a t i o na n ds c h e d u l i n gp r o c e s so f d a i l yp r o d u c t i o np l a ni sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c e c a l c u l a t i o na n d a n a l y s i sf o ra c t u a lp r o d u c t i o np l a ni sm a d e ，a n dc o r r e s p o n d i n gc o n c l u s i o n sa r e o b t a i n e d t h e n ，o nt h eb a s i so fc h a r a c t e r i s t i ca n dt h ei d e aa n a l y s i so fp r o d u c t i o n s c h e d u l i n gp r o b l e m ，i ti sd e s i g n e dt h a tt h eb a s i cp r o c e s s e so ft h ep r o d u c t sd a i l y p r o d u c t i o nj o bs c h e d u l i n gw i t ht h eu s eo f j i tw h i c hi si nc o m b i n a t i o no fk a n b a n t op u l lp r o d u c t i o nc o n t r o lm o d ef r o mg u a r a n t e e i n go ft h ep r o d u c t i o np r o c e s s ， b a l a n c e ，a n dp r e v e n t i n gp r o d u c t sf r o mb a c k l o g a tt h es a m et i m e ，c o n s i d e r i n gt h e u n i q u e n e s so fp r o d u c t i o ne q u i p m e n t ，t a k i n gt h ei d e ao fn o n - s t a n d a r dj o bs h o p h o h 4 哈尔滨工程大学硕十学位论文 s c h e d u l i n ga se x a m p l e ，m a t h e m a t i c a lm o d e lo fp r o d u c t i o nj o bs c h e d u l i n gi s e s t a b l i s h e d ，a n dt h eg e n e t i ca l g o r i t h mi su s e dt os o l v et h ep r o b l e m b a s e do nt h ea b o v ew o r k ，o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g yi sa p p l i e dt ot h i s r e s e a r c h i n f o r m a t i o ns y s t e mm o d e lo ft h ep r o d u c tm a n u f a c t u r i n gp l a n n i n ga n d j o bs c h e d u l i n gi se s t a b l i s h e d t h es o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mi s c o m p l e t e di nt h em i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 5d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tu s i n g c i 6 2 0l a n g u a g ea n da c c e s sd a t a b a s e k e y w o r d s ：p r o d u c t i o np l a n n i n g ；j o bs c h e d u l e ；g e n e t i ca l g o r i t h m k k q 哈尔滨1 二程大学硕十学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 问题的提出一1 1 2 生产计划与车间调度问题国内外的发展现状1 1 2 1生产计划与车间调度问题的概述1 1 2 2生产计划与车间调度问题的研究现状。2 1 3 本文的主要研究内容一5 第2 章配件类产品生产计划与调度体系结构设计7 2 1 铁路客车配件类企业原有生产模式及存在问题7 2 1 1 铁路客车配件类产品特点及企业原有生产模式一7 2 1 2 铁路客车配件类企业原有生产模式存在的问题。9 2 2 铁路客车配件类产品生产计划与调度系统体系结构1 0 2 2 1生产计划与调度系统控制流程1 0 2 2 2 生产计划与调度系统体系结构1 2 2 3 系统功能模块设计1 4 2 3 1系统功能分析1 4 2 3 2 系统模块功能1 4 2 4 本章小结1 6 第3 章生产计划分解与能力平衡问题研究1 7 3 1铁路客车配件类产品结构工艺特点及制约关系分析1 7 3 2 铁路客车配件类产品生产计划分解流程1 9 3 3月生产计划分解计算与分析2 l 3 3 1月生产计划分解计算21 3 3 2 月生产计划分解计算结果分析2 5 3 4 生产车间的生产能力不足情况下平衡问题2 5 3 4 1生产能力不足情况下的平衡与分析2 5 1 k k “ 哈尔滨工程大学硕十学位论文 3 6 第4 章 4 1 4 2 3 4 2 生产能力不足情况下的车窗生产计划实例计算与分析2 6 生产车间的生产能力过剩情况下的平衡问题2 9 3 5 1生产能力过剩情况下的平衡与分析2 9 3 5 2 生产能力过剩情况下的车窗生产计划实例计算与分析2 9 本章小结3 4 配件类产品生产调度问题研究3 5 铁路客车配件类产品生产作业调度的特点及思想3 5 4 1 1铁路客车配件类产品生产作业调度的特点3 5 4 。l 。2 铁路客车配件类产品生产作业调度的思想3 5 4 1 3 生产作业调度工作的基本流程3 6 铁路客车配件类产品生产作业调度问题的数学模型3 8 4 2 1 有关变量及含义3 8 4 2 2 有关约束条件3 9 4 2 3调度目标4 0 铁路客车配件类产品生产作业调度问题求解4 0 编码与适应度函数4 0 4 3 2 遗传算子4 1 4 3 3 算法实现4 2 4 4 本章小结4 4 第5 章配件类产品生产计划与调度系统开发。4 5 5 1系统功能需求设计与信息建模4 5 5 1 1 系统功能需求设计4 5 5 1 2 系统用例图4 5 5 1 3 系统静态模型4 9 5 1 4 系统动态模型5 3 5 2 系统开发平台说明及运行界面演示5 8 5 2 1系统开发平台说明5 8 2 参考文献6 3 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 8 致谢6 9 3 k u 度。而与客车生产相配套的铁路客车配件类产品的生产也开始转向较为复杂 的多品种、中小批量生产模式。面对竞争日趋激烈的市场环境，特别是在国 际金融危机的大背景下，如何有效提高铁路客车配件类产品生产企业自身的 竞争力，使企业立于不败之地，成为摆在该类企业面前的一个迫切需要解决 的课题。 以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品生产计划与车间作 业调度工作，呈现出按上级企业给定的生产任务要求及时有效地组织生产的 特点。其工作重点是做好该类产品生产任务的生产计划分解与能力平衡，按 交活期要求完成生产任务。同时铁路客车车窗类产品多是部件加工后，焊接 或组装而成，具有加工装配型产品的特点，这使得该类产品的车间作业调度 问题也显得相对复杂。但由于该类产品的生产活动在生产计划管理、计划执 行与能力平衡，车间作业调度安排等方面基本是靠人工管理，效率低，因而 影响企业经济效益的提高。因此，利用好先进生产管理模式的思路和方法、 解决好铁路客车配件类产品生产计划管理与车间作业调度问题是本文所要研 究的问题，同时这也是保证该类产品生产顺利实施、按时顺利交货和提高企 业经济效益的重要基础。 1 2生产计划与车间调度问题国内外的发展现状 1 2 1 生产计划与车间调度问题的概述 生产计划体现了企业生产系统总体工作的计划安排。作为指导企业计划 生产活动的纲领性文件，生产计划以一定的生产计划期为准绳，确定了该时 k 心- 哈尔滨工程大学硕十学位论文 期内所需生产的产品品种、数量、质量标准和利润产值等生产指标及相应的 生产进度安排。其主要涵概了计划准备与生产指标确定、设备能力计算与负 荷平衡和计划实施中组织与检查的落实。同时，我们也应该看到在计划相对 合理的前提下，科学地进行车间作业调度是保证计划顺利实施的又一重要因 素。 处理好铁路客车配件类产品生产任务与其生产车间生产能力之间的平衡 关系，做好生产任务的分解与平衡工作是制定好生产计划的关键所在。现实 生产环境中，往往不同的生产类型，又体现了不同的任务分解与产能平衡的 思路与方式。 在满足铁路客车配件类产品制造过程中的各种( 设备、人员和工艺) 约束 条件的前提下，处理好铁路客车配件类产品生产作业任务所需相关配套资源 的合理配置，安排好车窗部组件及各加工装配工序的次序、确定好各工序的 开始加工时间与结束加工时间等是铁路客车配件类产品生产作业调度工作的 主要内容。 1 2 2 生产计划与车间调度问题的研究现状 生产计划主要是面向企业层次，而车间调度主要是面向车间层次，或也 称为生产执行层次。 随着技术的发展和管理理念的进步，生产计划与控制的方式也出现了不 同的面貌。从物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ，m r p ) 至u 企业资 源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e i 理) 、再到准时生产铜j ( j u s t i n t i m e ，j i t ) 和精益生产方式( l e a np r o d u c t i o n ，l p ) 、以及由最优生产技术( o p t i m i z e d p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y , o p t ) 到约束理论( t h e o r yo fc o n s t r a i n t s ，t o c ) 等生产管 理方式。 m r p 被认为是一种自上而下的计划系统，其生产数量的决定来自需求预 测。生产系统中的每个层次都有相应的批量决策，每一级产品都按此相应计 划生产，然后“推 给下一代。 2 - q 哈尔滨工程大学硕士学位论文 m r pi i 一1 是一种计划主导型的“推 ( p u s h ) 式生产管理方法，后续阶段 或环节的活动，基本上依计划由先行阶段或环节的活动结果来推动口1 。 j i t 是一种现场控制主导型的“拉 ( p u l l ) 式生产管理方法，生产过程 中前一工序的活动是按后续工序的现场需求来确定的p 1 。在j i t 中，对某一层 次产品的需求来自更高一层，层层拉动从而形成一个“拉 式的系鲥6 1 。目 前，国内实施j i t 的企业多集中在大批量生产且产品相对稳定的企业m 。作为 j i t 生产方式中独具特色的管理工具之一的看板管理，对生产控制表现很好。 在生产流程化、均衡化和同步化的前提下，通过采用看板管理可以起到很好 的生产控制作用。 t o c 主要体现了注重分清主次，集中精力解决主要矛盾，追求物流平衡， 而非能力平衡等原则，在面向个性化订单生产情况下，对于多品种、小批量 生产方式的生产计划制定方面具有很大的指导意义伟一。 从理论层面上讲，m r p 与j i t 是两种理念相悖的生产模式，在不同的应 用范围层面上，各自优势不同。在生产计划与控制研究领域比较广泛的做法 是二者互为补充，结合使用n 。 在我国m r pi i 与j i t 的管理方式引进的比较早，应用范围也比较广u 卅。 喻富超p 1 针对加工装配式企业生产车间，提出了基于m r pi i 和j i t 相结 合的多层作业计划和多级调度的生产管理系统体系结构，并进行了车间作业 计划与控制系统的功能分析设计，研究了车间作业计划的编制算法、工作中 心能力需求计划和车间作业调度问题。结合某电力设备制造公司的实际情况， 将车间作业计划与控制系统原型应用于实际案例，对该企业车间作业计划与 控制系统进行了开发。 姬永清卅针对多品种单件小批生产方式的特点及存在问题，定义了将 m r p 与j i t 相结合的包括订单任务分解与车间作业计划的两层计划体系和功 能模型，提出和阐述了相应模式下车间、车间内两级作业调度与分配相结合 的分层调度模型和方法，并开发了相应的生产计划与管理系统模块，并通过 了企业的实际应用验证。 3 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 宋立涛副根据计划管理特点和生产的需要，借鉴m r pi i e r p 管理理念， 针对某汽车零部件生产的中小型制造企业生产计划管理的业务流程，开发了 针对主生产计划和物料需求计划制定与维护的原型系统，并能够提供能力供 需状况的反馈。 杜厚东叼结合沈阳机床集团第一机床厂的自身特点，研究开发了批量生 产模式下的企业生产计划制定与计划控制系统，并加入了订单跟踪和生产任 务跟踪两个模块，以实现为生产计划的制定、平衡、执行和控制以及物料的 调度提供准确数据，为产品按期交货提供保证。作者采用倒排序的方法和遗 传算法编排生产计划，使生产计划的编排更迅速有效，并具有科学性和合理 性。 调度问题是保证生产活动有序、高效运行的重要手裂1 7 1 。生产调度是针 对一项可分解的生产任务，探讨在尽可能满足生产任务交货期、产品加工工 序要求和生产设备、操作人员数量等约束条件的前提下，分配各加工工序使 用生产设备、合理排定加工顺序，以获得生产用工时间最短或成本的最低n 射。 文献 1 9 1 从资源约束种类与数量、零件与车间构成和加工特点三个方面 对车间调度问题进行了相应的分类说明。即按资源约束种类与数量分为：单 资源车间调度( s i n g l er e s o u r c ec o n s t r a i n e d ) 、双资源车间调度( d 础r e s o u r c e c o n s t r a i n e d ) 和多资源车间调度( m u l t i p l er e s o u r c ec o n s t r a i n e d ) ；按零件和车间 构成分为：作业车间调度( j o bs h o p ) ，流水车间调度( f l o ws h o p ) ，开放车间调 度( o p e ns h o p ) 和单车间调度( s i n g l es h o p ) ：按加工特点分为：静态车间调度 ( s t a t i cs c h e d u l i n g ) 和动态车间调度( d y n a m i cs c h e d u l i n g ) 。 由于调度中通常包括多个目标、多种约束等情况，理论上求其最优解非 常困难。调度算法的研究受到了广泛关注舢1 。各类文献中对调度算法的具体 分类不是完全统一的，最近有关调度的算法研究，主要分为运筹学方法、基 于规则的方法例、排序的方法、系统仿真方法例及基于智能的方法。它也可 分为精确求解方法和近似求解方法胆卯。其中精确求解方法包括解析方法、穷 举方法、分支定界方法等；近似求解方法包括基于规则的构造方法、邻域搜 4 学硕+ 学位论文 学规划方法、启发式方法、人工智能 计算量一般随调度问题规模的增大呈 指数增加，难以有效求解大规模的工程调度问题。启发式方法一般适合求解 较小规模简单约束的调度问题，对大型复杂调度问题一般难以取得满意的解， 较新的复杂启发式方法有s v s 算法1 和p h 算法。软计算方法主要指是相 对于传统“硬计算”而言的，能以更好求解效率和质量处理复杂问题的算法 m 引1 ，并以得到问题的满意解为目标。主要有遗传算法( g a ) 、粒子群算法 ( v s o ) 、蚁群算法( a c o ) 、分布估计算法( e d a ) p 羽、禁忌搜索( t s ) 和形式概念 分析( f c a ) 3 3 3 4 1 等。其它还有一些如基于数据挖掘p 5 硼、流松弛p 删和序优化p 1 等新兴方法。 从近年来的应用情况看，软计算方法在制造过程调度问题中呈现出较好 的应用前景。该类方法中遗传算法的理论更为完善，应用更为广泛，如遗传 算法改进型之一的自适应遗传算法就提高了收敛性和稳定性，并有效避免了 早熟问题，并对求解车间调度问题表现出色m 。 1 3 本文的主要研究内容 ( 1 ) 分析以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品生产实际 情况，该类产品及部件种类特点、设备情况，车间生产计划安排与调度情况。 ( 2 ) 阐述改进铁路客车配件类产品生产计划与调度工作的必要性，提出有 关的改进思路，设计车窗生产计划与车间作业调度系统体系结构，建立相应 的月生产计划分解与能力平衡的数学模型。并结合生产实例的计算分析结果， 做出有关计划分解与能力平衡工作的结论。 ( 3 ) 设计编制单位工作日内的生产作业调度的流程，求解铁路客车配件类 产品生产作业调度问题。主要是结合非标准作业车间调度模型，以小批量生 产为背景，建立铁路客车配件类产品作业调度问题的数学模型，采用一种改 进的自适应遗传算法进行求解。 5 6 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 第2 章配件类产品生产计划与调度体系结构设计 2 1 铁路客车配件类企业原有生产模式及存在问题 2 1 1 铁路客车配件类产品特点及企业原有生产模式 本文以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品为例，展开研 究分析。 铁路客车车窗类产品一般由一、二级部件分别组成，其中二级部件为加 工件、一级部件为二级部件组装后并经加工得到，铁路客车车窗类产品为由 一级部件组成的组装件。其中一种车窗产品的组织结构关系如图2 1 所示。 图2 1 产品组装示意图 各个部件的加工过程彼此独立，生产流程不连续，对控制的实时性要求 不高，但需对物流进行及时跟踪。由于生产部件多，除了要保证及时供料和 部件的加工质量以外，重要的是要控制部件的生产进度，保证成套性。因此， 生产管理工作十分繁重和复杂。同时，车间的大部分设备工具都是通用设备， 数控机床和加工中心等自动化程度高的设备较少。在这种情况下，良好的生 产计划与控制对提高生产效率的作用更为显著。 与铁路客车车窗生产装配车间直接相关的部门主要有生产、供应和技术 三个科室，它们之间的关系如图2 2 所示。 7 哈尔滨下程大学硕十学位论文 图2 2 铁路客车车窗生产装配车间生产相关职能部门及相互关系 铁路客车车窗生产计划包括车窗月生产计划、周生产计划和日生产计划。 根据技术科室提供的车窗图纸及工艺质量要求，供应科室的物料供应定 额及工时定额等信息，生产科室制定车窗月生产计划，按该类产品品种、型 号、规格编制具体的产量任务，分配具体的生产任务及产量安排。 根据车窗月生产计划，再根据车间的设备、人员、场地情况、到件情况 滚动制定具体作业计划和进度计划。 计划下达后，在实际生产过程中，实现质量管理，并将检验信息反馈到 计划部门，供其安排后续生产任务。并要不断根据各个参数( 进度信息、废品 信息、批次信息、配套信息) 的变化，进行各环节的反馈及调度，确保车窗月 生产计划的顺利实现。 铁路客车车窗生产计划的实施流程如图2 3 所示。首先将接收到的车窗 月生产计划进行分解，先进行生产准备和技术准备。根据技术科室提供的产 品图纸及工艺质量要求，供应科室的物料供应定额及工时定额等信息、制定 周、日生产计划。在完成车间作业计划编制的基础上，根据各机器设备额定 产能情况，拟制相应的派工计划，并完成其他生产准备工作，开始派工。 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 3 车间生产流程图 铁路客车车窗类产品的加工装配式生产是一种离散性地生产过程，加工 所需的毛胚件离散地按一定工艺顺序运动，在运动中不断改变形态和性能， 最终多种离散的部件制成品组装成铁路客车车窗产品。 铁路客车车窗加工装配车间的产品种类较多、数量较少，工序较多，基 本是多种产品、中小批量加工装配混合的生产模式，其生产计划与调度类型 也应该为多品种、中小批量生产计划与调度模式。调度优化的目标主要是在 满足按时交货的前提下，合理安排生产作业，确保最小的完工时间。但同时， 也应该注意到在生产实际中也存在不同类型订单随机到来等动态变化情况。 在这种情况下，必须及时调整作业调度安排，确保按时交货。可见，要做好 相应的车间作业调度工作就显得非常重要和十分繁杂。 2 1 2 铁路客车配件类企业原有生产模式存在的问题 原有的铁路客车车窗加工装配车间生产计划与调度工作存在以下问题： ( 1 ) 没有以计算机为平台的生产管理信息系统，生产信息共享困难。 ( 2 ) 在制定生产计划和进行作业调度管理上，基本依靠人工管理。单靠调 度员自身的工作经验，不能满足生产任务变化的需要。 ( 3 ) 机器设备及物料的有效管理还不能跟上生产活动的要求。 9 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 由上述分析可以看出，其原有的生产计划与调度模式，已无法适应当今 产品创新加速的市场环境。急需提高生产计划与车间调度的管理水平，调整 和平衡好车间的生产能力，提高生产管理水平，以取得更好的经济效益。 2 2 铁路客车配件类产品生产计划与调度系统体系结构 2 2 1 生产计划与调度系统控制流程 铁路客车车窗类产品的生产计划是在铁路客车生产企业经过粗能力平衡 的主生产计划经过分解后得到的，这一过程如图2 4 所示。 客车 底盘 生产 计划 订货需求和市场期望 工 客车生产企业 生产规划 二 生产计划大纲 工 主生产计划 厂 客车生产企业 ii 客车 客车ll 车窗 车厢ii 及 生产ll 车门 计划ii 生产 il 计划 其他 生产 计划 生产任务分析 零部件投入出产计划、原材料 ( 外购件) 需求计划与平衡 粗生产能力平衡 图2 4 铁路客车企业生产规划制定和生产计划分解流程 可见做为铁路客车生产企业的附属单位铁路客车门窗生产厂，其接受的 经过上级分解后的铁路客车门窗生产计划，需要进一步分解为铁路客车车窗、 铁路客车车门两类产品生产计划，分别在两个车间独立进行生产，而本文所 1 0 哈尔滨工程大学硕十学位论文 研究的是以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品的生产活动。 因此对铁路客车配件类产品生产计划与调度系统的体系结构进行设计。 由于铁路客车车窗生产装配车间完全是按照铁路客车生产企业所下达的 主生产计划组织铁路客车车窗类产品的生产，一般不需考虑较大的库存，同 时铁路客车车窗类产品及其所有部组件均为独立生产，所以可不用考虑相应 的部组件采购计划。生产组织布局是按铁路客车车窗产品生产加工工艺特点 布局的。由于铁路客车车窗生产是多品种、中小批量生产模式，不同产品及 部组件的加工工艺不同，导致工艺过程经常变化，因此相应生产装配车间的 瓶颈资源也是经常变化的，又由于m r p 和j i t 单独使用在生产管理中都存在 不足和局限，所以本文借鉴其他文献的成果，运用m r p j i t 混合方式设计多 品种、小批量生产环境下的生产计划与调度系统。在生产计划方面借鉴m r p 思想，生产过程控制方面借鉴j i t 思想。 根据铁路客车车窗类产品的生产实际，铁路客车车窗生产装配车间在分 析铁路客车车窗产品b o m 、掌握铁路客车车窗产品工艺文件及相应物料需求 计划的基础上，结合m r p 思想，编制车窗生产作业计划，并进行作业计划 分解，形成工序日计划。 同时考虑到，j i t 生产方式也体现了“零库存的管理理念。 零库存是当今时代库存管理的理想状态，其实现为企业带来大量的成本 节约，可以有效解决企业中由于库存引起的一系列问题，提高了企业的运作 效率，为企业带来更大的利润空间m 1 。这里所谓零库存是指以仓库存储形式 的某种物品的数量为零，即不保持库存附1 。 因此，结合j i t 思想、并着眼“短期零库存的主要表现p 1 ，从减少短期 在制品库存角度出发，按照一天一调度的原则，安排每天的生产作业调度， 进行生产作业跟踪，做好产品的质量控制和生产统计工作，并对在制品进行 结转，做好铁路客车车窗类产品生产的作业控制。 在以上思想基础上，形成的整个生产计划与调度控制流程如图2 5 所示。 图2 5 生产计划及车间调度控制流程 本文主要解决的是图中点划线包围部分的工作。 2 2 2 生产计划与调度系统体系结构 根据铁路客车车窗生产装配车间生产计划与调度工作控制流程和人员岗 位分工要求，本系统提出了如图2 6 所示的体系结构。 该体系分为三层结构： ( 1 ) 用户层：该层采用图形用户界面，为不同用户提供各自需要的接口。 用户只需从根据各自的权限进入相关的操作界面，完成相应的操作。 ( 2 ) 应用层：该层根据车窗生产的需要分为三个部分；车窗生产车间基础 信息管理、车窗生产计划与调度管理和系统管理。这一层次是系统的核心。 具体情况如下： 车间基础信息管理。包括班次管理、车窗部件管理、工作中心管理、生 产日历管理四个部分。由基础信息管理员负责。其中：班次管理。包括增 加班次记录，设置班次数，并设置班次的时间长度，确定开班时间与结束时 间等：车窗部件管理。主要完成车窗零部件编号、名称等信息的管理； 工作中心管理。包括维护管理工作中心的编号、名称、类型和数量等基本信 1 2 哈尔滨工程大学硕十学位论文 系统应用层 历管理。主要是完成设置与调整休息日和工作目的安排。 图2 6 生产计划及车间调度系统体系结构 车窗生产计划与调度管理。包括车窗月生产计划与日生产计划管理、加 工与工序信息管理和车窗生产作业调度结果管理。其中：车窗月生产计划 管理。包括车窗月生产计划的编制信息的管理与维护；车窗日生产计划管 理。根据车窗月生产计划分解与产能平衡后形成的日生产计划信息的统计与 维护；车窗部件加工信息管理。主要是为管理与维护车窗零部件工艺信息， 为生产作业调度提供原始数据信息；车窗部件工序信息管理。主要是为管 理与维护车窗零部件工时信息，为生产作业调度提供原始数据信息；车窗 生产作业调度结果管理。主要是显示、保存和下发生产作业调度的安排结果， 进行生产派工。 系统管理。包括用户的员工类别与权限管理，确保不同级别用户按各自 权限使用系统。员工的管理是针对使用本系统的工作人员，按各自的岗位来 设置员工类别，然后根据不同的员工类别按系统操作要求给予不同的用户级 1 3 尔滨r 丁程大学硕+ 学位论文 别与权限。 ( 3 ) 系统数据层：该层主要是完成对用户层、应用层的数据管理与维护的 支持，考虑数据管理的易用性，拟采用m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 7 来管理系统所 要用到的各类数据，建立相应的数据库。 2 3 系统功能模块设计 2 3 1系统功能分析 以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品生产计划与调度系 统的功能需求，包括以下几个方面的内容： ( 1 ) 车窗生产车间基础信息管理 主要实现车间设备资源情况，人员情况，加工产品所需的工时定额和工 艺路线和生产日历的管理。 ( 2 ) 车窗生产计划管理 主要实现对上级月度生产计划的输入与维护，工序日计划、生产准备计 划的制定及能力校核。 ( 3 ) 车窗生产调度管理。运用调度算法将工序日计划安排到人和设备，对 生产进度进行控制的管理。 ( 4 ) 车窗产品统计管理。检验完工的产品质量后，进行统计登记。 ( 5 ) 系统管理。管理系统数据，包括用户、角色的定义，角色权限的管理， 日志管理等。 2 3 2 系统模块功能 在对该生产计划与调度系统功能系统需求分析的基础上，根据铁路客车 车窗类产品生产计划与调度工作实际情况，在保证满足车窗生产计划与调度 工作需要的前提下，设计出相应的系统。该系统包括车窗生产车间基础信息 管理、车窗生产计划管理、车窗生产调度管理、车窗产品统计管理和系统管 理五大模块，每个模块中含有一个或多个子模块，具体情况如如图2 7 所示。 1 4 图2 7 生产计划与调度系统组织结构图 下面分别介绍各模块的组成及主要工作内容； ( 1 ) 车窗生产车间基础信息管理 车窗生产车间基础信息管理是车窗生产计划与调度系统中系统的重要部 分之一，包括用生产班次管理、工作中心设备管理、生产日历管理和车窗零 1 5 大学硕士学位论文 进行录入、编辑和维护等管理。 划与调度系统的核心模块之一。包括车 窗月生产计划管理、车窗日生产计划管理、车窗加工信息管理、工序信息管 理。主要是完成车窗月生产计划的录入、分解与产能平衡。 ( 3 ) 车窗生产调度管理 车窗生产调度管理也是车窗生产计划与调度系统的核心模块之一。主要 车窗生产作业调度结果管理，对分解后形成的车窗日生产计划进行维护或调 整，并按一天一调度原则，对车窗日生产计划进行生产作业调度，并下发生 产派工指令。 ( 4 ) 车窗产品统计管理 主要是统计完工产品的数量信息。 ( 5 ) 系统管理 系统管理包括用户管理、权限设置、增加用户、修改密码、数据备份、 数据还原和日志管理。系统管理员通过该模块可以对用户的权限、类别等进 行管理，并能实现数据的备份、还原等操作。 2 4 本章小结 本章主要根据对以铁路客车车窗类产品为代表的铁路客车配件类产品生 产活动调研的基础上，对该产品类型、生产计划流程与作业调度管理的目前 情况进行了梳理，并分析了其生产计划与调度中存在的问题及原因，完成了 相应的生产计划与调度系统体系结构设计和功能分析。 1 6 b 型窗外框lib 型窗活扇li 夹紧块li 扣盖 b 型外框i i b 型外框横梁i l 活景形| l 活毒蓑梁ii 扣盖堵头扣盖主体 图3 1b 型成品车窗的组成结构示意图 同时，以上这6 个二级部件加工工艺各异，它们的工艺信息如表3 1 所 示。 另外，二级部件装配为一级部件时，多使用焊接工艺，可将此类工艺看 作一级部件的加工工艺，具体工艺信息见表3 2 所示。 以上一级部件中除夹紧块的加工活动不受二级部件生产完成情况的制约 外，其他如：b 型窗外框、b 型窗活扇和扣盖的生产分别受各自二级部件生 产完成情况的制约。 整个b 型成品窗的组装活动要受到一级部件生产完成情况的制约，并也 间接受n - 级部件生产完成情况的制约。 1 7 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 表3 1b 型车窗中二级部件工艺信息 二级部件 工艺信息 名称 工序 序号 工序名称所用设备名称 工时( 单位：m i n