提示：西門子Opcenter APS（以前稱為Preactor APS）是一系列生產(chǎn)計(jì)劃和計(jì)劃軟件產(chǎn)品，可幫助您更好地協(xié)調(diào)制造流程。解決方案包括Siemens Opcenter高級(jí)計(jì)劃和Siemens Opcenter高級(jí)計(jì)劃。

爐資源合批優(yōu)化問(wèn)題描述

在制造業(yè)的生產(chǎn)制造過(guò)程中，存在這樣一種類型的資源，他們可以將具有相同加工特性的產(chǎn)品進(jìn)行同時(shí)加工處理，往往在他們前面有個(gè)緩存區(qū)堆積等待需加工的物料，爐資源在進(jìn)行加工特性切換時(shí)往往會(huì)有產(chǎn)能的損失，因此生產(chǎn)調(diào)度人員經(jīng)常會(huì)考慮如何提升爐子的生產(chǎn)效率、降低能耗，將等待區(qū)及即將進(jìn)入的物料進(jìn)行合批分組排序，我們把這一類問(wèn)題稱為爐資源的合批優(yōu)化問(wèn)題，這類問(wèn)題在實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程的具體對(duì)象工藝包含但不限于：熱處理爐、干燥爐、浸漬、擴(kuò)散等。

1. 爐資源排程的特點(diǎn)

1、       爐資源能同時(shí)處理的任務(wù)量可能有最大值和最小值限制，任務(wù)量限制可能跟體積或面積、工裝卡具、載體等相關(guān)。

2、       每個(gè)爐資源都有自己的加工特點(diǎn)，不同加工屬性類型（如爐溫升溫曲線）的不能同時(shí)一起加工，即爐資源有一起合并生產(chǎn)條件。

3、       爐資源一旦開(kāi)工，不能再增加或者減少任務(wù)，且中間不得休息暫停，一旦加工開(kāi)始，必須結(jié)束后，才能進(jìn)行下一批任務(wù)的加工。

4、       爐資源加工時(shí)間和加工數(shù)量無(wú)關(guān)，，同批任務(wù)不論多少，加工時(shí)間為定值。

1. 爐資源排程的難點(diǎn)

1、       保證爐資源盡量滿負(fù)荷生產(chǎn)有兩點(diǎn)含義：保證高的滿載率，即每次盡可能最大批量去工作；保證高的利用率，即爐資源運(yùn)轉(zhuǎn)的空閑時(shí)間盡可能短。這兩點(diǎn)現(xiàn)實(shí)存在著權(quán)衡策略，為了保證高填充料有時(shí)必須犧牲利用率，因?yàn)椴煌锪系竭_(dá)緩存區(qū)的時(shí)間不一致。

2、       解決此類問(wèn)題時(shí)，不僅需要考慮單點(diǎn)優(yōu)化，還需要結(jié)合上下游工序的排程調(diào)度問(wèn)題一起看，因?yàn)榍昂蠊ば蜿P(guān)系的制約，爐資源的組批優(yōu)化策略的取決于上游機(jī)臺(tái)的調(diào)度結(jié)果，另外爐資源的組批優(yōu)化策略又會(huì)影響到下游資源組的調(diào)度結(jié)果。

3、       同時(shí)，在換型策略上，爐資源還需要兼顧考慮不同策略造成不同維度的浪費(fèi)，如切換時(shí)間的浪費(fèi)、能耗損失的浪費(fèi)、質(zhì)量穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，以便進(jìn)行換型切換的排序規(guī)劃（例如提升爐溫或降低爐溫）。

• 西門子OpcenterSC助力爐資源合批排程的方法

  
  

我們將整個(gè)爐資源的優(yōu)化模型分為Filter Rule、GroupRule、Scheduling Rule

Filter Rule用于篩選可匹配爐資源生產(chǎn)的任務(wù)隊(duì)列，包含但不限于爐資源可加工的產(chǎn)品屬性參數(shù)匹配，任務(wù)在觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)前置條件的滿足情況判斷試算（例如再下一次開(kāi)爐時(shí)，判斷某任務(wù)能否到達(dá)緩存區(qū)）；

Group Rule用于組合可合批的生產(chǎn)任務(wù)，包含一起生產(chǎn)條件（相同升溫曲線），約束限制（空間限制、工裝卡具限制）；

Scheduling Rule用于根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，評(píng)估優(yōu)化切換順序，包含（交期、能耗、利用率、后續(xù)任務(wù)所用資源滿載情況等等）；

這些規(guī)則在實(shí)際算法應(yīng)用會(huì)交叉循環(huán)使用，同時(shí)整體排程算法最好還需要支持根據(jù)緩存區(qū)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)快速刷新任務(wù)隊(duì)列以靈活快速應(yīng)對(duì)實(shí)績(jī)變化。

下圖以簡(jiǎn)單的做飯問(wèn)題舉例，如何在Opcenter SC進(jìn)行爐資源合批優(yōu)化問(wèn)題的處理：

假設(shè)我們可以做2種菜，每種菜都需要進(jìn)行切菜準(zhǔn)備、混合、再烘烤，其中烘烤是爐資源，每次烤箱烤A需要花費(fèi)1個(gè)小時(shí)、B需要40分鐘（批次用時(shí)，無(wú)關(guān)數(shù)量），我們將批次時(shí)間設(shè)置為60分鐘和40分鐘并將其賦值屬性如下圖所示，同時(shí)因?yàn)榭鞠湟坏┐蜷_(kāi)就不好中途暫停，所以假設(shè)我們中午休息的話，上午最后剩余的10分鐘是不能利用烤箱進(jìn)行烤東西的，我們將烤箱的最大工序時(shí)間跨度增量百分比設(shè)置為0表示加工過(guò)程不允許中斷。

并在資源中設(shè)定烘烤資源的一起生產(chǎn)條件為表屬性2相同（Group Rule相同烘烤時(shí)間一起生產(chǎn)）

并設(shè)定爐資源的一起生產(chǎn)約束、約束用法用量（如同時(shí)烘烤數(shù)量限制）

設(shè)定排序規(guī)則評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（Scheduling Rule支持自定義、客制化、加權(quán)計(jì)算）

模擬9個(gè)客戶訂單需要的菜品不同、數(shù)量不同的排程，設(shè)定烤箱容量為同時(shí)最多烤10盤

采用APSPreferred Sequence進(jìn)行資源優(yōu)化排程，下端顯示約束滿足情況

鎖定烤箱資源，倒排其他非瓶頸工序，減少制造周期，精益采購(gòu)

此示例以簡(jiǎn)單的模型展示了Opcenter SC解決此類問(wèn)題的基本思路，在實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用過(guò)程中因?yàn)镺pcenterSC可進(jìn)行算法級(jí)別的高度柔性定制化開(kāi)發(fā)及與西門子MES平臺(tái)高度互聯(lián)互通的特點(diǎn)，為全球企業(yè)的實(shí)際爐資源優(yōu)化問(wèn)題提供了可靠的解決方案。