專利名稱：一種機械產品裝配過程實時物料配送方法
技術領域：
本發明涉及自動化控制領域，尤其是機械產品裝配領域，具體為一種機械產品裝 配過程實時物料配送方法。
背景技術：
在準時化生產方式(Just In Time，簡稱JIT)下，目前現有的物料配送方式大多為 現場拉動式，即現場某個工位缺料時，采用看板或物料拉動系統給出送貨提示；或者設定安 全庫存，每當物料的消耗量到達安全庫存時，車間工作人員向倉儲部門發出提示信號，然后 再由倉儲部門安排配送工人進行配送。這種被動的配送模式，處理物料拉動的方式復雜且 響應速度慢，容易造成物料短缺或堆積，影響生產進度，導致現場管理混亂，增加生產成本， 同時不利于根據當日生產計劃的變動實時調整配送方案。
發明內容
本發明的目的是提供一種機械產品裝配過程實時物料配送方法，能夠達到準時化 物料配送并依據實時工況及時反饋調整配送方案，以解決現有技術的配送方法響應速度慢 導致生產效率低，生產成本增加的問題。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為本發明機械產品裝配過程實時物料配送方法的特點是包括以下幾個步驟(1)由車間日生產計劃獲知當天需要生產1種產品以及每種產品需要生產的數量 N1，根據每種產品的制造物料清單計算當天生產所需要的m種零部件以及每種零部件在每 個工位的需求數量Pij;(2)在裝配生產線開始生產之前，根據裝配生產線的開始生產時間、生產節拍、運 輸裝配生產線下線產品的車輛運力狀況、裝配生產線上各個工位的提前期、各個工位對于 每種產品對應的零部件的需求數量以及需求時間，建立數學模型如下 Itiinri=^a
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ηC ^YjFij ·μι (i=l,2,—,m)；
y=iα表示啟用一次運輸工具的固定成本；Γ工表示總運輸成本；(3)求解步驟(2)建立的數學模型得到配送結果集，所述配送結果集是指每一批 物料包含的每種產品所需零部件的合理配送數量、所述零部件配送至裝配生產線上設定工 位、所述零部件配送至對應工位的配送時間；(4)運用制造執行系統MES監控生產現場及日生產計劃的執行狀況，反饋調節配 送結果，以調整配送結果集得到最新的配送方案。本發明機械產品裝配過程實時物料配送方法的特點也在于所述步驟(2)建立的數學模型是以整體配送次數最少為優化目標，以滿足裝配生 產線的生產且工位旁不堆積物料為必要條件進行建模。所述步驟(4)中反饋調節配送結果的過程包括兩部分首先通過求解模型得到 的配送結果集中，第一批零部件的配送結果直接用于指導物料的配送，第二批及以后的配 送結果需要結合所述制造執行系統MES中記錄的當前工位旁零部件庫存數量，判斷零部件 實際消耗數量與理論消耗數量的差值是否在誤差范圍之內，進而判斷是否需要修改配送方 案；其次，運用制造執行系統MES實時監控生產計劃情況與生產現場情況，當生產計劃異 常、物料異常和生產異常時，及時修正配送方案；所述生產計劃異常指日生產計劃需要生產 的產品種類、數量增加或減少；所述物料異常指下線的產品入庫或者出庫的種類、數量異 常；所述生產異常指裝配生產線上的加工設備異常、下線的產品及產品品質異常、裝配生產
5線上的生產人員異常和裝配生產線使用的能源異常。本發明方法為事前計算，物料配送部門即倉儲部門變被動為主動，不再被動的響 應生產部門的需求，而是主動提供生產所需零部件，并能夠根據車間現場的實際生產情況 及時調整配送方案，避免物料短缺或堆積，保持現場的整潔與有序。本發明與MES系統結合，實時追蹤現場生產情況，記錄在制品數量以及各個工位 用料情況，及時反饋工位庫存信息。當生產計劃發生改變、生產現場發生異常等導致物料配 送發生改變時，從MES系統觸發配送算法，重新調用當前的零件所需數量、工位庫存數量等 數據進行計算，及時調整配送方案；同時，由于現場生產情況的復雜性，每次計算后只有第 一批配送結果是準確的，所以在進行第二批物料配送前，調用從MES系統中得到的最新數 據進行比較，若誤差超過一定范圍時則需要重新計算配送方案，達到真正的JIT配送。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在1、現有的物料配送模式習慣大批量送料，有的部門一天只進行一次或者兩次配 送，這樣很容易造成現場管理混亂，同時不利于根據當日生產計劃的變動實時調整配送方 案。運用本發明實時、小批量的配送物料，有利于現場管理并且可以根據生產計劃及時調整 物料配送方案。2、現有的被動物料配送模式，以生產拉動物料，處理拉動的方式復雜且響應速度 慢，這樣很容易造成物料短缺最終影響生產進度。本發明采用主動配送物料，根據生產計劃 情況，物料部門主動配送物料，即保證生產需求又不造成物料堆壓，同時考慮配送成本，達 到整體最優。3、現有的物料配送方法沒有考慮現場生產情況異常對物料配送的影響，當生產情 況發生改變時很難及時響應。本發明運用MES系統實時監控現場情況，跟蹤生產計劃信息、 記錄工位庫存情況，通過反饋及時準確的修正配送方案，實現整個制造車間生產體系高校 運轉，提高配送過程監控能力和配送效率，滿足敏捷制造和網絡制造的要求。
圖1為本發明系統總體方案圖。圖2為本發明算法結構示意圖。圖3為本發明反饋機制流程圖。
具體實施例方式參見圖1，通過日作業計劃得到當日生產所需要的所有零部件信息，利用實時物料 配送方法進行計算之后得到日配送結果集，由倉儲配送部門按照配送清單及時、小批量的 為生產線配送生產所需物料，同時，MES系統實時監控生產線，根據生產實際情況定期判斷 下一批即將配送的物料是否合理，及時調整配送方案。此外，如果生產計劃發生改變，配送 方案也隨之改變。參見圖2，具體算法結構如下利用產品BOM模型計算得到當日生產各個工位需要 的零部件信息，綜合考慮生產線的開始加工時間、生產節拍及每個節拍單位產品在各個工 位的零部件消耗情況、工位旁料箱料架的物料存儲量及原始物料數量、從倉庫到各個工位 的物料提前期、車輛的運力情況，經過計算得到一系列的配送清單，達到滿足生產要求、工
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參加圖3，面向MES的反饋機制如下MES系統包括計劃管理模塊、庫存管理模塊、 生產監控模塊、報表統計模塊等多個模塊，本發明應用MES系統實時監控生產線，追蹤生產 計劃執行情況、現場生產情況、以及工位庫存情況。運用實時物料配送方法得到的配送結果 集中的第一批物料配送方案是可以直接應用的，因為此時的現場狀況與輸入到算法的參數 完全吻合。隨著生產的進行，由于不可能完全按照理論情況進行生產，會產生一系列的誤 差，所以在第二批物料配送之前，利用MES系統比較理論零件消耗量與實際零件消耗量，如 果誤差在允許的范圍之內，仍然按照先前的配送方案進行配送；如果誤差在允許的范圍之 外，則重新計算，得到新的配送方案，按新的配送方案進行配送。其余非第一次的配送批次 與第二次類似，都需要經過比較分析之后才可以應用到實際配送中。同時，若生產計劃發生 改變或者生產現場發生異常時，通過MES系統的相應模塊如計劃管理模塊、設備維護模塊 等可以觸發配送算法，重新計算配送方案指導配送。具體實施中，首先，由生產計劃得到需要生產的產品種類與數量，再利用產品的制造物料清單 (英文簡稱Β0Μ)得到該產品的零件結構清單，進而計算得出生產這一批產品所需要的零部 件情況，包括零部件的種類與數量。例如生產一個70B3型號的變速箱在0P3030工位需要 4個同步彈簧，70B3變速箱在2009年8月30日的日生產計劃是100臺，則2009年8月30 日在0P3030工位需要同步彈簧4*100 = 400個供生產該產品使用。其次，建立數學模型如下1、模型參數定義實時物料配送模型中需要用到的參數定義如下m表示零件的種類，作為下標指數，i = 1、2、3，-,m；η表示工位的個數，作為下標指數，j = 1,2,3-, η ；s表示物料配送的批次數，作為下標指數，k= 1,2,3-, s；Pij表示j工位需要i零件的數量，當j工位不需要i零件時Pij = 0 ；Ni/表示第k批物料中運送至第j工位第i種零件的數量(i = 1，2···，m;j = 1， 2,…，η ;k = 1,2,…，s)；Tk表示第k批物料的開始配送時間(k = 1，2，…，S)；At表示物料提前期，即零件從倉儲部門送至工位所需時間；St表示裝配線開始生產時間；t表示裝配線的生產節拍為t ；Fij表示每個節拍即生產單個產品在j工位需要裝配i零件的數量；Dij表示j工位單位時間需要裝配i零件的數量，且Dij = FijA ；μ i表示i零件轉化為標準零件的系數；Sij表示j工位最多可以存儲i零件的數量；Ou表示j工位原有i零件的數量；C表示車間運輸設備一次最多可以運送的標準零件數量，且滿足
ηC ^YjFij* μ( (i=l,2，.",m);
j=iα表示啟用一次運輸工具的固定成本；Γ工表示總運輸成本。2、建立數學模型
權利要求
一種機械產品裝配過程實時物料配送方法，其特征在于包括以下幾個步驟(1)由車間日生產計劃獲知當天需要生產l種產品以及每種產品需要生產的數量Nl，根據每種產品的制造物料清單計算當天生產所需要的m種零部件以及每種零部件在每個工位的需求數量Pij；(2)在裝配生產線開始生產之前，根據裝配生產線的開始生產時間、生產節拍、運輸裝配生產線下線產品的車輛運力狀況、裝配生產線上各個工位的提前期、各個工位對于每種產品對應的零部件的需求數量以及需求時間，建立數學模型如下 <mrow><mi>min</mi><msub> <mi>Γ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>s</mi></munderover><mi>α</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>s</mi><mo>.</mo><mi>t</mi><mo>.</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>s</mi></munderover><msub> <mi>N</mi> <mi>ijk</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>,</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>,</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <mi>m</mi> <mo>;</mo> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>n</mi> </munderover> <msub><mi>N</mi><mi>ijk</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>μ</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mi>C</mi><mo>,</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>,</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msup> <mi>T</mi> <mi>k</mi></msup><mo>≤</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>T</mi></msub><mo>+</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>O</mi> <mi>ij</mi></msub><msub> <mi>D</mi> <mi>ij</mi></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>T</mi></msub><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msup> <mi>T</mi> <mi>k</mi></msup><mo>≤</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>T</mi></msub><mo>+</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>O</mi><mi>ij</mi> </msub> <mo>+</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mrow> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </munderover> <msup><msub> <mi>N</mi> <mi>ij</mi></msub><mi>x</mi> </msup></mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>ij</mi></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>T</mi></msub><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>></mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>A</mi><mi>T</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>S</mi><mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>O</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi></munderover><msub> <mi>N</mi> <mi>ijx</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>T</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>A</mi><mi>T</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>S</mi><mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>O</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中m為零部件的種類，作為下標指數，i＝1、2、3，…，m；n為工位的個數，作為下標指數，j＝1，2，3…，n；s為物料配送的批次數，作為下標指數，k＝1，2，3…，s；Pij為j工位需要i零部件的數量，當j工位不需要i零部件時Pij＝0；Nijx為第k批物料中運送至第j工位第i種零部件的數量，并有i＝1，2…，m；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，s；Tk為第k批物料的開始配送時間k＝1，2，…，s；AT為物料提前期，即零件從倉儲部門送至工位所需時間；ST為裝配線開始生產時間；T表示裝配線的生產節拍為t；Fij表示每個節拍即生產單個產品在j工位需要裝配i零部件的數量；Dij表示j工位單位時間需要裝配i零部件的數量，且Dij＝Fij/t；μi表示i零部件轉化為標準零部件的系數；Sij表示j工位最多可以存儲i零部件的數量；Oij表示j工位原有i零部件的數量；C表示車間運輸設備一次最多可以運送的標準零部件數量，且滿足 <mrow><mi>C</mi><mo>≥</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>F</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>μ</mi> <mi>i</mi></msub><mo>,</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>,</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>α表示啟用一次運輸工具的固定成本；Γ1表示總運輸成本；(3)求解步驟(2)建立的數學模型得到配送結果集，所述配送結果集是指每一批物料包含的每種產品所需零部件的合理配送數量、所述零部件配送至裝配生產線上設定工位、所述零部件配送至對應工位的配送時間；(4)運用制造執行系統MES監控生產現場及日生產計劃的執行狀況，反饋調節配送結果，以調整配送結果集得到最新的配送方案。
2.根據權利要求1所述的機械產品裝配過程實時物料配送方法，其特征在于所述步 驟(2)建立的數學模型是以整體配送次數最少為優化目標，以滿足裝配生產線的生產且工 位旁不堆積物料為必要條件進行建模。
3.根據權利要求1所述的機械產品裝配過程實時物料配送方法，其特征在于所述步 驟(4)中反饋調節配送結果的過程包括兩部分首先通過求解模型得到的配送結果集中， 第一批零部件的配送結果直接用于指導物料的配送，第二批及以后的配送結果需要結合所 述制造執行系統MES中記錄的當前工位旁零部件庫存數量，判斷零部件實際消耗數量與理 論消耗數量的差值是否在誤差范圍之內，進而判斷是否需要修改配送方案；其次，運用制造 執行系統MES實時監控生產計劃情況與生產現場情況，當生產計劃異常、物料異常和生產 異常時，及時修正配送方案；所述生產計劃異常指日生產計劃需要生產的產品種類、數量增 加或減少；所述物料異常指下線的產品入庫或者出庫的種類、數量異常；所述生產異常指 裝配生產線上的加工設備異常、下線的產品及產品品質異常、裝配生產線上的生產人員異 常和裝配生產線使用的能源異常。
全文摘要
本發明公開了一種機械產品裝配過程實時物料配送方法，其特征是根據當日生產計劃計算得到所需要的所有零部件，考慮各個工位上各種零件的儲存能力、現有數量、物料提前期以及產品生產節拍，計算物料配送方案，按照所得的配送方案及時、小批量地配送零件，同時運用MES系統，實時追蹤現場生產情況，記錄在制品情況以及各個工位用料情況，及時反饋生產計劃信息與工位庫存信息。本發明方法能夠達到準時化物料配送，并依據實時工況及時反饋調整配送方案，可提高生產效率、降低生產成本。
文檔編號G06Q10/00GK101950387SQ201010281788
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者劉明周, 劉正瓊, 張銘鑫, 扈靜, 沈維蕾, 葛茂根, 蔣增強, 錢芳 申請人:合肥工業大學