生产计划和调度的解决方法

生产型企业的生产计划和调度解决方案及工业应用实例陈玉旺博士研究生上海交通大学自动化系&铜陵市科技局E-mail:[e-mail],ShanghaiJiaotongUniversity2提纲生产型企业概述生产型企业信息化过程生产计划和调度系统功能生产计划和调度解决方案工业应用实例•炼钢连铸生产计划与调度解决方案•热轧生产调度系统研究领域和项目实施方向Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity3生产型企业概述生产系统物质资源人力原材料辅助材料零配件等信息生产计划技术标准工艺规程效益指标生产过程加工制造按预定技术要求改变对象的形状、尺寸物理性质和化学性质的过程物质资源产品服务废品信息成本质量进度系统状况反馈输出输入生产过程既是物料消耗过程，同时也是生产对象的价值增值过程。随着原材料和各种辅助材料的消耗，逐步改变生产对象的物理性质和化学性质，最终变为产成品（副产品、环保要求）。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity4生产型企业类型按生产过程的连续性质分:连续式生产运作系统（流程式）连续式生产是指物料按一定的工艺顺序、连续地通过生产过程各环节，在运动中不断地改变其形态和性能，最后转化成产成品的生产方式(化工、石油、冶金、食品、造纸等)。离散式生产运作系统(加工装配式）物料分别在不同时间和地点生产出零部件，再按一定的要求集合装配成产成品的生产运作方式(如电子、轻工、机械等产品）。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity5生产型企业类型按与市场需求的关系分:生产-库存式生产系统(Make-To-Inventory)预测需求→确定计划→组织生产→成品入库→销售库存式生产运作模式可以较好地满足随机小批量需求；同时企业生产运作系统运行均衡，质量稳定、人力、设备等自然可以得到较充分的运用。但运作过程的产成品占用的流动资金大，具有一定的市场风险，对需求变化的适应性较差。一般用于通用产品生产。订单-生产式生产系统(Make-To-Order)客户订货→确定计划→组织生产→交货订单式生产可以大幅度地减少产成品库存量，降低流动资金占用额，避免市场风险。但这种方式对生产运作系统的管理水平要求高，需求随机波动对运作过程影响大，生产计划、人力资源、设备利用、质量保证等工作难度大，要求生产运作系统具有良好的适应性。生产-储存-装配式(Assemble-To-Order)总量需求预测→零部件生产计划→零部件库存→客户订货→装配计划→产品组装→产品交货按ATS方式运作的前提条件是产品个性化，零部件通用化，储存一定数量的通用零部件，满足不同客户的订货要求。这种运作模式具有前面两种模式的优点。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity6生产型企业生存环境生产－科技高速发展加速产品更新换代速度如医药产品50%是近5年研制出来的，每两年计算机就有一次重要的技术突破。技术环境的变化使生产系统的适应性、创新性，快速反应能力，成了企业生存和发展的关键。用户需求趋向个性化、多样化客户开始采取多品种、小批量、多批次的订货方式。市场竞争日益激烈客户随着世界市场一体化进程的加快，国内企业、特别是中小型企业面临的竞争压力日益加大。为了生存和发展，企业生产运作系统必须满足高质量、高效率、低成本、高柔性、短且准时的交货期要求。全球化供应链运作模式快速发展全球供应链运营理念和模式，使企业间的竞争变为供应链之间的竞争，强调企业间的核心竞争力和供应链的整体竞争力。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity7生产型企业生产模式六、七十年代八、九十年代•大批量生产模式•定制式生产模式Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity8生产型企业制造战略50-60年代：生产规模70年代：生产成本80年代：产品质量90年代～：市场响应速度生产型企业制造战略的变化过程Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity9生产型企业制造战略如何适应新的生产企业生存环境，实施生产型企业的制造战略，实现制造过程的信息化和综合自动化是提升企业核心竞争力的重要手段？十六大报告明确指出“实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”《欧洲钢铁工业技术发展指南》：“对于降低生产成本、提高产品质量、快速响应市场需求、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现。”Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity10生产型企业信息化过程阶段企业经营方面问题提出管理软件发展阶段理论基础（I）60年代追求降低成本手工订货发货生产缺货频繁如何确定订货时间和订货数量时段式MRP系统库存管理理论、主生产计划、BOM与物料需求计划、期量标准（II）70年代计划偏离实际人工完成车间作业计划如何保证计划得到有效实施和及时调整闭环式MRP系统能力需求计划车间作业管理计划、实施、反馈与控制的循环（III）80年代追求竞争优势各子系统缺乏联系，矛盾重重如何实现企业管理系统的一体化MRPII系统系统集成技术物流管理决策与仿真（IV）90年代追求创新要求适应市场环境的迅速变化如何在社会范围内利用一切可利用的资源ERP系统供应链管理混合型生产管理预测控制ERP发展历程Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity11生产型企业信息化过程MRP阶段(MaterialRequirePlanning)企业的信息管理系统对产品构成进行管理，借助计算机的运算能力及系统对客户订单，在库物料，产品构成的管理能力，实现依据客户订单，按照产品结构清单展开并计算物料需求计划.MRPⅡ阶段(ManufactureResourcePlanning)在MRP管理系统的基础上,系统增加了对企业生产中心、加工工时、生产能力等方面的管理，以实现计算机进行生产排程的功能，同时也将财务的功能囊括进来，在企业中形成以计算机为核心的闭环管理系统，这种管理系统已能动态监察到产、供、销的全部生产过程。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity12生产型企业信息化过程ERP－EnterpriseResourcePlanning企业资源计划系统建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供生产管理和决策的管理平台。ERP系统系统增加了包括财务预测、生产能力、调整资源调度等方面的功能。配合企业实现JIT管理全面、质量管理和生产资源调度管理及辅助决策的功能。进一步地，我们可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定义：•由美国著名的计算机技术咨询和评估集团GarterGroupInc.提出的一整套企业管理系统体系标准，其实质是在MRPII（ManufacturingResourcesPlanning,“制造资源计划”）基础上进一步发展而成的面向供应链（SupplyChain）的管理思想；•综合应用了客户机/服务器体系、关系数据库结构、面向对象技术、图形用户界面、第四代语言（4GL）、网络通讯等信息产业成果，以ERP管理思想为灵魂的软件产品；•是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的企业资源管理系统。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity13生产型企业信息化过程70年80年90年2000年代客户本企业供应商MRP主机MRPII3gl小型计算机ERP4gl客户服务器SCMo/o网络计算机Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity14生产型企业信息化过程Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity15生产型企业信息化过程ERP(EnterpriseResourcePlanning)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)ERP(EnterpriseResourcePlanning)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)economicdecisionenterprisemanagementproductionschedulingprocessoptimizationprocesscontrol过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统(TheodoreJ.Williams,1989)企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的自动化系统(柴天佑,2003)Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity16生产型企业信息化过程国际制造执行系统协会（ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA）对MES的定义是“MES提供为优化从订单投入到产品完成的生产活动所需的信息。MES运用及时、准确的信息，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件的变化做出迅速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。MES不但可以改善设备投资回报率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的绩效。MES在企业和供应链间，以双向交互的形式提供生产活动的基础信息。”美国的权威机构先进制造研究中心AMR（AdvancedManufacturingResearch）提出的：MES是位于上层的计划管理系统与工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统。它为操作人员/管理人员提供计划的执行和跟踪以及所有资源（人员、设备、物料、客户需求等）的当前状况。Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity17生产型企业概述如何提高生产型企业核心竞争力？提升生产型企业的信息化水平•采用先进的信息化技术，开发如ERP、MES、APS、等从管理到生产的软件系统实现企业级ERP管理系统和现场自动化系统的有效衔接•开发生产计划和调度辅助决策系统，以根据工厂和车间的实时工况信息，制定出科学合理的生产调度方案，完成生产排程任务，以降低成本，减小库存，快速响应客户订单Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity18生产计划和调度系统功能生产调度为供应链管理的一个重要组成部分，其实现的任务是在一段时间内根据生产约束进行生产线上的资源分配和生产作业安排（设备分配、工序流程和加工时间等），以满足某些给定的调度目标（Makespan、产品成本、服务质量等）。调度优化器生产订单调度目标调度结果用户界面GUIERPMES生产车间调度模型生产约束Dept.ofAutomation,ShanghaiJiaotongUniversity19生产计划和调度系统功能生产计划是根据市场需求、考虑企业现有生产能力和资源供应条件，对未来一定时期内的生产作业活动和各项资源的使用作出的统筹安排。生产调度目标（调度指标）：•生产能力指标：最大生产率、最短生产周期等，在给定产品需求条件下，实现生产能力最大化以提高效益。•成本指标：最小化产品成本、最小化运行费用和最大化投资回报率，运行费用包括库存成本、生产成本和交货拖期损失等。•客户满意指标：