基于ISA_95的离散制造生产能力建模.pdf-资料库

第１９２　０　１　３卷第年期月５５计算机集成制造系统Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．５Ｍａｙ　２　０　１　３文章编号：１００６－５９１１（２０１３）０５－０９５４－１０基于ＩＳＡ－９５的离散制造生产能力建模中国科学院沈阳自动化研究所（１．史海波１，尚文利１，刘昶１　孙德厂１，２，３，辽宁，沈阳　河南工业大学管理学院３．中国科学院研究生院北京，　１０００４９；　１１００１６；２．河南，　郑州　４５０００１）摘要：　标准生产能力模型的基础上 — ＩＳＡ－９５建模语言对模型架构进行定义为解决业务控制集成制造系统中的生产能力数据获取和建模问题面向复杂离散制造过程，在分析，提出在组织，日历、资源三个维度上扩展的生产能力空间模型、。使用企业制造用于系统集成时的信息交换，。针对ＩＳＡ－９５标准生产能力模型仅定义了资源的资格能力属性给出了基于扩展模型组织维度的自底而上的生产能力层级核算方法，对每一层级的核算公式进行定，义。以采用面向订单装配生产策略的某车辆生产企业为例生产环境下生产能力是订单承诺能力核算的重要数据，。有助于提升业务系统计划与决策的可靠性和准确性对生产能力模型和核算方法进行验证，生产能力信息由控制系统及时面向订单装配。准确地反馈到业务系统、，生产能力离散制造订单承诺关键词：；；文献标志码：Ａ中图分类号：ＴＰ３９１　　　　；ＩＳＡ－９５。标准建模；Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＳＡ－９５ＳＵＮ　Ｄｅ－ｃｈａｎｇ１，２，３，ＳＨＩ　Ｈａｉ－ｂｏ１，ＳＨＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｌｉ１，ＬＩＵ　Ｃｈａｎｇ１（１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ－ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＳＡ－９５ｓｔａｎｄａｒｄ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｃａｌｅｎｄａｒ　ａｎｄ　ｒｅ－ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ｂｙ　Ｂ２ＭＭＬ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｓｙｓ－ｔｅｍ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆａｃｔ　ｔｈａｔ　ＩＳＡ－９５ｓｔａｎｄａｒｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｏｎｌｙ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｅｔｅｎｃｉｅｓ　ｐｒｏｐ－ｅｒｔｙ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ－ｕｐ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｍｏｄｅｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｅａｃｈ　ｌａｙｅｒ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｍａｋｅ－ｔｏ－ｏｒｄｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｐｒｏｄｕｃ－ｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＴＰ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｆｅｅｄ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｉｍｅｌｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｉｔｍｅｎｔ　ｏｒｄｅｒ　ｗａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｏｒｄｅｒ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ；ＩＳＡ－９５ｓｔａｎｄａｒｄ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ引言０　客户对产品需求的多样性使企业的生产模式从标准化转变为定制化生产模式下而是企业的生产能力订单式企业出售的不再是严格意义上的产成品，由于生产能力的不可保存性从库存式转变为订单式，。。，，收稿日期：２０１２－０８－１８；修订日期：２０１２－１０－１８。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　１８Ａｕｇ．２０１２；ａｃｃｅｐｔｅｄ　１８Ｏｃｔ．２０１２．基金项目：国家自然科学基金资助项目国家科技重大专项资助项目（２０１１ＺＸ０２６０１－００５）；（６０９０４０４７，６１１６４０１２）。Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｔｅｍｓ：Ｐｒｏｊｅｃｔｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｊｏｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１１ＺＸ０２６０１－００５），ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　ＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．６０９０４０４７，６１１６４０１２）．

第５期孙德厂等基于：ＩＳＡ－９５的离散制造生产能力建模５５９对生产能力进行建模和优化控制显得尤为重要［１］。柔性制造系统中，Ｇ．Ｌｉｂｅｒｏｐｏｕｌｏｓ［２］在分析生灵活性等特点的基础非等速性、、根据设备生产不同零部件的生产率不同建立起，等［３］建立了生产生产率固定情况下的生产能力、产设备的可替代性上生产能力模型多个产品模型并用于仿真和分析迭代生产过程中的绩效，；Ｒｏｎａｌｄ　Ｂｕｉｔｅｎｈｅｋ机器并行、等［４］分析了单一产品制造系统中；Ｊ．由于外部，Ｑ．ＨＵ需求变动导致的生产能力管理问题等［５］采用面向对象的方法ｇｅｌｍａｉｅｒ在物流造模型，的基础上建立了生产能力模型生产阶段、生产线、。；Ｗｉｌｈｅｌｍ　Ｄａｎ－建立了连续制，轮班时间等要素、传统的企业资源规划。，系统中（Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ生产能力主要通过工作中工作中心的设置虽然方便了生产成本张乐敏并对工Ｐｌａｎｎｉｎｇ，ＥＲＰ）心进行管理的收集但生产能力缺乏基础数据的支撑，。等［６］统计分析了制造执行系统采集的数据作中心生产能力数据进行了改善系统能力计划的准确性生产机组的穿孔机力进行了核算力核算方法建模方法进行了总结型的原型系统ＥＲＰ易兴斌［７］对组成无缝钢管；顶管机等各种设备的能轧管机、、并在此基础上构建了机组的生产能，李瑜等［８］对企业能力模型的；建立了企业能力模，从而提升了，，。生产能力作为企业资源的重要体现形是企业为客户提供产品和服务的基础，，是企业赢得客本文在现有研究成果的基式是企业管理者关心的主题户的关键要素础上进行离散制造过程生产能力建模，。。１　业务—控制集成制造系统中的生产能力要素及生产能力模型ＩＳＡ－９５１．１　生产能力要素订单式生产模式下，交货日期等如交货数量就要立刻检查生产资源和生产能力的可用性户订单做出承诺客户锁定交货数量和交货期的情况下客户订单务层计划系统做出的订单计划的制造提前期和无限生产能力控制脱节企业一旦接收到客户订单，，对客，或者在接受或拒绝业依据的是相对固定，造成与执行层制造，传统的递阶生产计划与控制系统中导致实际完工日期的提前或滞后，、；，。，、。针对业务控制集成系统中生产能力要素的度量与应用已经有较多的尝试和探索。Ａ．Ｄｏｌｇｕｉ — ，链Ｍａｒｋｏｖ等［９］采用遗传算法对带有机器故障的生产线能力和生产线缓冲能力的分配策略进行了研究对有限的生产，；Ｇｕｉｌｌｅｒｍｏ等［１０］将生产系统不同阶段之间看作存在供库存能力系统、Ｇａｌｌｅｇｏ需关系的的生产计划问题进行了优化；Ｊａｃｏｂ　Ｗｉｊｎｇａａｒｄ等［１１］提出了一种基于客户需求信息和生产能力约束条件下的订单优化策略用于减少生产能力的浪费和降低订单执行成本等［１２］使用仿真方法确定生产能力约束下的产品批次问题；Ｐｙｕｎｇ－Ｈｏｉ　Ｋｏｏ，；等［１３］研究了混合流水车间批次划分调度Ａｎｎａ　Ａｚｚｉ方法；。增加机器能力，更新生产排程并发送到生产车间，从而缩减生产周期，生产能力是生产计划与控制的重要因素。当业务系统接收到客户订单后，在订向制，制造系统验证预期的生产能生产车间根；向制造执行系统制造执行系统更新生产排程数业务。使用控，生产状态信息做出的单承诺过程中造系统发出生产要求力后据详细的生产排程完成生产任务反馈生产绩效数据据系统和制造制系统反馈的实际生产能力订单承诺更为准确和可靠向业务系统提供制造系统资源的可用量，所示控制系统集成模型如图、，；１、。１．２　ＩＳＡ－９５ＩＳＡ－９５生产能力模型标准作为国际标准化组织（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ－所接受的ａｌ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ＩＳＯ）业务与控制系统集成标准个部分模型截止到，６部分［１４－１６］定义了生产能力分别在第，模型对象、对象属性和模型架构、年共发布１，２，５２０１１。。１ＩＳＡ－９５标准在第包括生产能力信息，生产能力信息指企业拥有的人员部分定义了生产能力信息设备维护信息和能力、设备、、生产多少、维、设备维护期间与之相关的生产能力不可，能力计划信息指资源在时间轴上的可用性信息；构成要素计划信息物料等资源所形成的产品的能力信息护的信息用如人员班次计划设备维护信息指设备进行检修；能够生产哪些产品，，物料需求计划、。

６５９计算机集成制造系统第卷１９标准在第ＩＳＡ－９５是生产资源的集合并定义了资源模型，。部分定义了生产能力模型工艺段设备物料包括人员２、、、，， — 。业务ＩＳＡ－９５上述文献和标准对生产能力模型的构控制集成制造系统存较少从质的角度定义资源的资格能：① 较少定义用于信息交换的生产能力模型较少将生产能力与日历进行关联定较少定义各级生产组织生产能力核算方法。从质和量两ＩＳＡ－９５资源三个维度建立生产能重点，建进行了积极的尝试在以下不足力属性；② 的语义架构义针对以上不足个视角力模型定义各级组织生产能力的核算方法，以及组织，并定义模型用于信息交换的语义架构，本文基于日历标准；③ ；④ ，、、。扩展的三维生产能力空间模型２　、，、、、、，。。，、，。，串行以及设备企业按功能如财务资源在生产运作与管理中生产组织之间存在并行，生产能力是制造企业的基础能力之一影响生产能力的资源主要有人员，生产能力必须在生产组织之间进行综合平衡，。企业资源很多技术资源等无形资源是为客生产能力建立在企业基户提供产品和服务的基础人力资础资源之上工信息资源源、、在一定的生产技术水平和生具物料等实物资源、设备与产规模下、工艺产物料形成不同的品等因素划分成若干生产部门和层级并发等关生产组织否系，通常制造企业生产组则会出现能力不均衡的现象车间公司等织自下而上包括生产线、。、生产能力在生产企业资源分布在各级生产组织中，组织上下级之间形成积累效应企业生产与运营离库房场地不开一定的时空资源设备进行等是企业资源的载体生产作业时直接或间接开发和利用的自然时间和日历时间均衡协调性在人企业不同生产组织执行不同的工作日历性，日历的有效工作时员设备生产效率一定的情况下，、综上所述间是影响生产能力的主要因素为方便生产能力核算资源三个维度上、建立扩展的三维生产能力空间模型空间资源如厂房、时间资源是人员为提高生产能力的一致性选取在组织，。单元。日历工厂所示／、。，、，、。、。、，、如图，２。２．１　组织维度现代企业规模日益庞大集团内部以资金为纽带。团化经营龙头展开组织生产格的公司集团下。每个公司下建设若干生产工厂，。常常跨行业，跨地区集、以核心主业为注册若干具有法人资生产工，，。根据生产工艺或产品对象分成若干生产车，生产车间根据生产工序或产品类别分成若干生料等生产线或工作单元由人厂内部间产线或工作单元具体的企业资源组成、具备一定的生产能力，机，、生产组织间存在并行串行组织内部形成复杂的供需关系能力的核算是一个复杂的问题、，。。生产同步等形式、不同层级组织生产，２．２　日历维度生产能力与日历相关。，在当期及将来的计划周期内是一种不能保存的企业生产能力在理可承诺能力和难以达到的能难以达到的能力是随着企业管理水平的已承诺能力是企业已经占用的生产能力可承诺能力是可用生产能力，能力论上包括已承诺能力力三部分提高而减少的部分生产能力与日历的关系如图所示，、。，。３。不同层级，在企业实际生产过程中为取得不同生产组织，不同组织执行不同的工之间的能力平衡、如企业日历定义公司行政部门和人员的工作日历。一般遵循国家法定节假日的安排而工厂日作日历；，历定义某个工厂的工作日程和作息制度根据工厂性质的不同而不同如生产管理人员执行行政班制车间工作日历的安度车间生产人员执行轮班制，，，。

第５期孙德厂等基于：ＩＳＡ－９５的离散制造生产能力建模７５９／，，生产线有的执行两班制单元根据生产性质。有的一旦开启必须连续运转，排更为特殊有的执行行政班，的执行三班制以暂停生产非计划停机或计划检修工作日历的定义还要考虑具体工作时段的安排员的调休和加班准确地核算出其生产能力有有的可，除非出现，到设备和人员资源级别，人、从而，设备维护计划等特定的因素、。。，、２．３　，、、，、、、、１、周１ｈ喷涂季度物料辆汽车，月度包括人员在时间维度根据不同的计划策略进一步细分生产能力为年度根据工作日历体现为不同时间段上资源的可用能力班次等生产时段不同的人员，１．５ｈ；，如人员技能熟练程度１０底层资源的能力等级能力等级：① 物料强度等、切割工序而新的数控设备可以加工。资源维度资源是生产能力的载体设备与生产能力相关的属性为能力等级和加工速度等，。其中设备加工加工速度设备精度、。② 单位时间内加工的数量不同物料加工不同产品时，，如油漆工序而半熟熟练工可以，，旧的切割机每小时练工可能需要，仅能加工个工件的可替代性。资源三个维度上扩展图、标准的工艺段能力模了的生产能力模型。ＩＳＡ－９５型主要适用于流程制造行业在流程制造行业中人，，设备和物料在一定生产周期内往往是绑定的员、。离散制造行业资源之间的关联度相对较弱具有较如药物生产需要更换品种和强的互换性，甚至需要设备操作复杂的设备清洗工艺调试过程，、而机械加工仅需要调整模具夹具或人员一起更换、；一些参数即可本文针对离散制造建立生产能力模型，标志了在生产组织造成生产能力核算的复杂性３０以上资源，对工艺段能力部分进行了剪裁，可替代性、加工速度、灵活性、日历、个工件。４，。。基于２．４　Ｂ２ＭＭＬ的扩展生产能力架构定义。 — 利用这一规范ＸＭＬ　Ｓｃｈｅｍａ定义业务，规范是利用资源进行具体描述、Ｂ２ＭＭＬ（ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｔｏ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｍａｒｋｕｐ对模型组织日、控制集成系统间可以对意义明确的标使同一数据可以为有需求的不同系统重复利用，ｌａｎｇｕａｇｅ）历需交换数据的内容和格式不同应用系统中的数据定义统一的签达到系统间信息共享的目的（ｗｏｒｌｄ　ｂａｔｃｈ　ｆｏｒｕｍ）ｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎｇｕａｇｅ，ＸＭＬ）换［１７］。Ｂ２ＭＭＬ。Ｂ２ＭＭＬ基于可扩展标记语言ＷＢＦ（ｅＸｔｅｎｓｉ－用于信息交使业务过程和制造过程实现无缝创建由，、，，保证成本最小化的互操作性，促成异构系统之，集成间的数据交换。如图使用对扩展后的生产能力架构进行架构语义单元包括生产能力标设备、Ｂ２ＭＭＬ所示５位置发布日期人员能力、、、组织结构和日历资源物料能力、、能力类型、定义。志描述、能力，。生产能力核算３　；、，设备精度、材料等资源质量标准的人员生产能力从质和量两个视角来看、即不同组织级别，质指需要什或者生产一定规格的产品需要什么资，量指不同工作日历模式下、质的问题在生产能力模型定量，根据工业工程工序能力分析与企。资源层生产能力的核算采用工作，在各级生产能力的核算采用自下而上的方核算么样的条件格、能够做多少能够生产的产品数量义中通过人员设备、的问题需要核算业组织相关理论测定法生产组织上在生产能力模型的组织结构框架下法［１９］，人员班组人员、。物料的能力属性进行定义设备组等资源的生产能力、生产节拍等数据［１８］；、计算额定工时，设备、：① 、，；②

８５９计算机集成制造系统第卷１９／、／；③ 单元人员设备的配置、单元的生产能力根据生产线生产线数量或生产单元的组织关系核算车间生产能力根据生产工厂内部生产车间之间的工序关系的数量核算工厂生产能力厂间的供需关系、核算层级示意如图生产节拍核算根据生产车间生产线的再，车间根据企业内部生产工工厂的数量核算企业生产能力所示；④ 、。６。（１）生产能力核算假设为使下面定义的生产能力核算方法具有一定的适应性文中定义的核算公式基于如下假设，面向离散制造企业企业在一定时间内。：一定技术条件下处于稳、１）２）３）定运行状态。品率５）。６）以产品产出量表示生产能力在不同层级和，不同生产环节计量单位不同，。一定生产计划条件下可实现的正常生产能临时增加班次等形成的额外外包、、４）不考虑加班，力生产能力。生产能力核算考虑生产效率，但不考虑废，仅对各级生产性资源的生产能力进行定义，不包括辅助资源如能源，动力供应、。（２）符号定义为便于生产能力核算公式的表达符号标志如，表１所示。符号ｆｓｌｏｐｅｔｉｊＣｅｎＣｆａＣｓｆＣｐｌＣｐｓＣｅｑ表数学符号标志１　定义索引ｆ＝１，２，…，Ｆｓ＝１，２，…，Ｓｌ＝１，２，…，Ｌｏ＝１，２，…，Ｏｐ＝１，２，…，Ｐｅ＝１，２，…，Ｅｔ＝１，２，…，Ｔｉ＝１，２，…，Ｉｊ＝１，２，…，Ｊ工厂数量车间数量生产线／单元数量工序数量班组数量设备数量计划周期班组人数设备组设备数量企业日历工厂日历车间日历生产线／单元日历人员班次设备日历

第５期孙德厂等基于：ＩＳＡ－９５的离散制造生产能力建模９５９续表１工速度即，ＰＣｅｎＰＣｆａＰＣｓｆＰＣｐｌＰＣｐｒｓＰＣｐｒｇＰＣｅｑｓＰＣｅｑｇＦｅ（）ＴｓＶｓＴｔＴｄ ξ ε 企业生产能力工厂生产能力车间生产能力生产线／单元生产能力单人生产能力班组生产能力单台设备生产能力设备组生产能力日历有效工作时间函数额定工时加工速度生产线节拍代表产品额定工时人员工作效率设备工作效率３．１　人员、设备生产能力的核算３．１．１　人员生产能力核算产品制造过程中设备是辅助的生产因素，产因素在计划周期内核算方法为：工作效率再除以额定工时有些工序的人员是主要的生单人生产能力的有效工作时间乘以人员，即，。，ＰＣｐｒｓ＝Ｆｅ（Ｃｔｐｓ）×ξ Ｔｓ，ｔ∈Ｔ；或者有效工作时间乘以人员工作效率时间的加工速度，即，（１）再乘以单位ＰＣｐｒｓ＝Ｆｅ（Ｃｔｐｓ）×ξ×Ｖｓ，ｔ∈Ｔ。人员往往以班组的形式进行组织和管理即，组生产能力为班组内每个人生产能力之和（２）则班，或ＩＰＣｐｒｇ＝ ∑ ｉ＝１ＩＦｅ（Ｃｔｐｓ）×ξ Ｔｓｉ，ｔ∈Ｔ；（３）ＰＣｅｑｓ＝Ｆｅ（Ｃｔｅｑ）×ε×Ｖｓ，ｔ∈Ｔ。（６）实际生产中往往按产品对象或工艺对象对设备不等速设备组的生产能力核算方法，进行分组管理为设备组内所有设备的生产能力之和即，或ＪＰＣｅｑｇ＝ ∑ ｊ＝１ＪＦｅ（Ｃｔｅｑ）×ε Ｔｓｊ，ｔ∈Ｔ；（７）３．２　ｓ，ｔ∈Ｔ。（８）ｊ＝１，／Ｆｅ（Ｃｔｅｑ）×ε×Ｖｊ设备、人员（单元是由多个生产资源ＰＣｅｑｇ＝ ∑ 生产线／单元生产能力核算生产线物、组成的一组生产资源能够完成一系列加工工）如果生产设备使用传送带和铰链等装置连接在人员和物料依次排列在生产线两边则称为排，，工件或产品按照一定节拍在流水线上走仅靠工，柔性流水其刚性流水线生产能料序。一起列流水线过艺加工顺序进行约束线的生产能力等于瓶颈工序设备组的生产能力核算方法见设备组的生产能力力核算公式为如果生产资源之间没有物理装置连接则为柔性流水线。。，。，。（９）３．３　，ｔ∈Ｔ。ｐｌ）ＰＣｐｌ＝Ｆｅ（ＣｔＴｔ车间生产能力核算车间生产能力建立在人员班组单元生产能力的基础上／需要综合平衡，线不相等在工艺上的串行车间层生产能力时需要区别对待组织上的并行等形式、、、设备组生产由于上述生产能力一般，同时不同形式的生产能力存，因此在核算，。车间有效工作时间与代表产品额定工时的比值（１）额定工时法　即，ＰＣｓｆ＝ｓｆ）Ｆｅ（ＣｔＴｄ，ｔ∈Ｔ。组成该车间的生产线（１０）设备、单元／（２）求和法　人员班组的生产能力之和、即，ＰＣｐｒｇ＝ ∑ ｉ＝１Ｆｅ（Ｃｔｐｓ）×ξ×Ｖｉｓ，ｔ∈Ｔ。（４）组在产品制造过程中３．１．２　设备生产能力核算，人员作为辅助因素，有些工序设备是主要的生设备单台设备生产能力的核算方法。有效工作时间乘以设备工作效产因素的参数维护及停启在计划周期内为：再除以该设备生产单件产品的额定工时率，仅负责上下物料即，，、，ＰＣｅｑｓ＝ｅｑ）×ε Ｆｅ（ＣｔＴｓ或有效工作时间乘以设备工作效率，ｔ∈Ｔ；（５）再乘以设备加，ＰＥＬＰＣｓｆ＝ ∑ （３）瓶颈法　ｉ＝１ＰＣｉｐｒｇ＋ ∑ ＰＣｋ生产车间包含多道生产工序ｅｑｇ＋ ∑ ＰＣｊｊ＝１ｋ＝１ｐｌ。（１１）车间，生产能力是瓶颈工序的生产能力即，ＬＬＬｌ＝１ＰＣｌ２ＰＣｌ１ＰＣｓｆ＝ｍｉｎ（∑ ３．４　ｐｌ，∑ 工厂生产能力的核算工厂生产能力是在各车间生产能力综合的基础服务包括基本车间生产能力上加以确定的ｐｌ，…，∑ ｐｌ）。（１２）ＰＣｌＯ辅助ｌ＝１ｌ＝１、／，

０６９计算机集成制造系统第卷１９工艺上的供需关系车间生产能力。间生产能力为准系供零部件产不同类型的产品同的方法；② ：① ：。进行车间生产能力核算时以基本车工厂内各生产车间存在不同的关如加工车间为装配车间提，如两个装配车间生，在核算工厂生产能力时采用不产品上的并行关系。（１）额定工时法　工厂能够生产产成品的生产车间的有效工作时间与代表产品的额定工时的比值即，客户询价单后数量根据订单产品，、检查企业关键零部件的可用性整车生产计划、生产能力付数量订单承诺系统中的位置如图关键零部件的生产能力等、交付期能否满足的过程、交货期的要求、，整车、并答复客户交，生产能力要素在。所示７。ＰＣｆａ＝ｆａ）Ｆｅ（ＣｔＴｄ，ｔ∈Ｔ。（１３）工厂中能够生产产成品的生产车（２）求和法　间的生产能力之和即，Ｓｓｆ）。（１５）４．２　ＰＣｆａ＝ ∑ 工厂包含的生产车间中ｉ＝１ＰＣｉ。ｓｆ（３）瓶颈法　的生产能力即，（１４）瓶颈车间，ＳＳＳＰＣｓ１ＰＣｆａ＝ｍｉｎ（∑ ３．５　ｓｆ，∑ 企业生产能力的核算企业生产能力建立在工厂生产能力之上ｓｆ，…，∑ ＰＣｓＯＰＣｓ２ｓ＝１ｓ＝１ｓ＝１企业仅包含一家生产工厂厂生产能力终产品的工厂的生产能力为主生产能力为辅，如果企业有多家生产工厂；，，如果则企业生产能力等于工则以提供最，以其他配套工厂的。企业级生产能力核算有三种方法：一段时期内有效工作时间与（１）额定工时法　代表产品额定工时的比值即，ＰＣｅｎ＝ｅｎ）Ｆｅ（ＣｔＴｄ，ｔ∈Ｔ。（１６）能够生产产成品的所有工厂的生（２）求和法　产能力之和配套工厂的生产能力除外，即，生产能力组织、资源模型该车辆生产企业有底盘工厂、。，，、。 ——— ——— 总装涂装整车一厂、底盘工厂为整车一厂整车二、整车二厂提供整车厂为客户提供最终产按生产工艺底盘焊接和装配采用流水整车生产总装采。焊装底盘工厂分为三个车间。涂装、涂装采用单元式生产方式，底盘厂三个工厂重要的部件品汽车划分为焊接线生产方式按生产工艺划分为焊装用流水线式生产方式装配、生产阶段不同如底盘属于重要的部件，涂装采用单元式生产方式。，对资源的资格能力属性要求也直接关乎车辆安全，而整，由于底，而整车车，底盘装配对工人素质的要求也比资源模型及资源资格属性的要不同焊接工人必须具有国家认证的中级以上资格车的焊接只需熟练工人即可盘不影响美观油漆工人是半熟练工即可，身必须是熟练工总装高求如图。企业组织所示在涂装工序、。、，，。。、８基于组织、日历、资源的生产能力核算生产组织的生产能力与生产组织工作日历密切该车辆生产企业采用自然年度为业务年度日，，行政班执行国除去双休日和每，２５１每班有效，每个生产组织采用的日历模式如公司根据资源配置相关历模式主要有行政班和两班制两种家法定节假日制度年为例节假日日工作时间为表公司核定该年度的有效工作日为，有效工作时间中两班、所示的日历模式列两班制；８ｈ。早，２０１２同时８ｈ以日。，，。。，２４．３　ＦＰＣｅｎ＝ ∑ ｆ＝１ＰＣｆｆａ，ｔ∈Ｔ。（１７）（３）最大值法　企业内的工厂间存在供需关系，按能够向外部市场提供产品的工厂生产能力中最大者作为企业级生产能力即，ＳＳＳＰＣｓ１ｆａ，∑ ｆ＝１ＰＣｓ２ｆａ，…，∑ ｆ＝１ＰＣｓＯｆａ）。（１８）ＰＣｅｎ＝ｍａｘ（∑ 应用分析ｆ＝１４　４．１　生产能力要素在订单承诺系统中的位置本文提出的生产能力模型在某车辆生产企业订企业采用面向订单装订单承诺是在接收到单承诺模型中得到验证［１９］。配的生产策略满足客户需求。

第５期孙德厂等基于：ＩＳＡ－９５的离散制造生产能力建模１６９和生产工艺的要求，工时定额和生产节拍额生产节拍列、组织生产方式不同。对不同的生产方式设定了工序工时定、中的人员班次如表，２，／。，日日线）。）；、Ｎ根据式和）线Ｍ１０８（底盘焊装车间采用刚性流水线，（１１）底盘涂装车间为单元式生产生产能力核算方法也不同，。其生产，生产线上所有设备和人分别计算出根据式（９），线的生产能力为辆／４８（Ｍ底盘焊装车间的生产能力为焊装计算出为　　在底盘工厂能力由生产线的节拍决定员根据生产节拍进行作业底盘焊装辆（线的生产能力之和日额的方法生产单元的主要资源为涂装工人，于附属地位产单元日和）；）是上下道工序的关系二者中较小的那个日同样力分别为／出底盘装配车间的生产能力为式（１５）盘涂装６０、Ｎ辆／采用工序工时定，设备处，底盘涂装车间除油除锈生辆／因为涂装车间的两个单元之间所以涂装车间的生产能力是辆／线的生产能计算根据底计算出底盘工厂的生产能力为底盘焊装底盘装配中的最小值、求得底盘装配车间，辆６０（底漆生产单元的生产能力分别为、、Ｎ根据式日计算出为线，根据式（１１））。根据式，辆４８（１０８（１０８（１０８（１２０（（３），（１２）和）Ｍ日日／同样核算出相应的生产线，辆１０８（即，），）。辆日日辆／，／／、在整车工厂生产车间、月产能、元能整车工厂是供需关系辆（），日、／整车厂的生产能力、年产能等列在企业层级，详见表。底盘工厂的生产能力为，，由于底盘可以通过外部采购获得）。生产单、的日产底盘工厂与２１０８根据式，，）。４．４　故为，计算其生产能力为整车一厂和二厂的和（１８），辆日１２３（（Ｃａｐａｂｌｅ－ｔｏ　Ｐｒｏｍｉｓｅ，ＣＴＰ）／讨论与分析本文所示案例首先阐述了生产能力要素在订单表明生产能力要素是进行订单计算和交货然后以具体的某车辆装配企业生产；资源生产能力模、图基于，资源的生产能力与具体的生产工序直接、产品配置表明了订单需、具体工序及生产能力的资格属客户订单产品数量表明了订单需要的生产能力，表示资源在组织维度上的分布关系，表在不同日历模式和核算方承诺系统中的位置可承诺能力期设置的基础构建组织组织和生产过程为背景，最后进行具体的生产能力核算型；组织关联要经过的工艺路线性的数量以及不同生产工艺对资源能力资格的不同要求日历、而客户订单产品类型，表明图。７、。８。２法下表明在图周、８的基础上月、，。。年生产能力的核算结果、日，日生产能力根据生产节拍和日有效生产时间核算得到生产单元日生产能力根据人员班组数量、两班制日历下的日有效生产时间核算得到车间日生产能力根据生产线或生产单元的日生产能力计工厂日生产能力根据车间日生产能力计算企业算，，日生产能力的核算根据工厂的日生产能力计算在均要考虑到下层生产组织在工艺工序上的核算时，并行和串行关系不同日历维度的从生产能力表中可以看出比较采，依据相应生产组织的日历核算得到，不同组织层级和日历范围下，不同组织层级，。。、。

资料库

基于ISA_95的离散制造生产能力建模.pdf

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