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- 基于 DBR 模型 生产 研究
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基于DBR模型的生产排程研究
□郑秋雁□钱静
江南大学机械工程学院江苏无锡214122
摘要:在有限资源条件下对企业生产进行计划,需要将重心聚焦在限制产能产出的资源上。在约東理论的基础上,
将Drum- Buffer-Rope模型导入生产环节,基于约東资源进行生产排程,以最小化最大生产时间为目标,通过遗传算法得
到最优解。仿真結果表明,在保证约東资源不停工的情下,排程总时间为526min,与实际情况进行对比后证明该方法
切实可行。
关键词:约東理论DBR模型约束资源遗传算法
中图分类号:'TH162
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2014)05-0045-04
生产排程作为生产管理的核心问题,一直受到广充分配合约束资源的生产节奏;④通过增加设备等方
泛的关注,如何究分利用生产资源、提高生产效率,是式来提高约東资源的产能,使当前的约束资源变成
企业一直追求的目标。
约東资源;⑤回到①,找出系统中新的约東资源。
对于目前比较通用的生产管理技术,制造资源计
通过合理控制生产现场的生产节奏、缓冲量和投
划( Manufacturing Resource Planning,MRPⅡ)旨在合理料节奏,增加系统有效产出、缩短生产前置时间并减少
利用资源,降低库存,通过集中式的计划方式,按无限在制品库存,从而保证生产环节的顺利进行
能力编排各个工序的生产,追求能力的平衡。准时生产1.1找出系统的约東资源
方式( Just In Time. T)旨在消除一切浪费,通过看板控
约東资源是指系统中实际生产能力小于或等于生
制模式,以有限能力计刘进行編排,后道工序传递生产产负荷的资源,这类资源限制了整个企业的产出。一般
需求信息,上游工序按时按量向下游工序传递所需的确定约東资源是通过比较系统中所有工序的产能负荷
产品,不考虑能力的平衡2。MRPⅡ和JIT在生产改比,产能负荷比值最大的工序为约東资源。设备的产能
善方面均能达到很好的成效,但是对于生产系统中的负荷比为
所有资源都相同对待,不具有很强的针对性。约東理论
X=C/L
( Theory of Constraints,TOC)将企业在实现其目标的过
C=N XA
程中存在的限制因素称为约東资源,通过识别和消除
L=2(T*xdemandk)
这些约東,使企业更有效地实现目标,具有很强的针对式中:X为设备i的产能负荷比;C为设备に所能提供
性和快速性。
的产能;L1为设备的负荷;N:为设备的数量;A;为设
1DBR模型的应用步骤
备的理论可用工时;7k为产品k在设备上的实际
加工时间; Demanda为经过设备i的产品ん的需求量。
TOC理论由 Eliyahu M. Goldratt t博士于1986年色
根据式(1),产能负荷比最小的工序为系统的约束
立,目前已广泛应用于各行业,TOC的基本思想源于资源,且同一时刻系统中只存在一个约束资源,在挖
“局部系统的最优不一定是全局最优”和“优化是一个尽、打破约東后,约東便会转移至其它工序,此时需要
持续改善的过程”。
迸行新一轮的改善。
Drum- Buffer-Rope模型(简称DBR)是TOC理论12确定系统的缓冲区及缓冲量
解决生产制造中的问題的一种方法3,具体操作流程
设定缓冲区是为了保护约束资源,避免系统中的
①找出系统的约朿资源,即生产中的产能制约资源不稳定因素影响到约東资源的利用和最大化系统的有
( Capacity Constraint Resources,CCR);②为应对系统中效产出。缓冲区设置在约東资源和交期之前,分别称为
的波动因素,需在约東资源之前设立一定的缓冲约東缓冲和出货缓冲,缓冲时间的大小包含在制品的
( Buffer)以保护生产顺利进行;③因约東资源决定整个加工和调整准备时间、系统的不稳定宽裕时间与高峰
系统的有效产出,故约東资源的生产节奏(Drum)决定的宽裕时间等;为了简单估计,一般会设置与总加工卧
了系统的生产节奏,非约東资源需要通过绳子(Rop
间成某种比例的关系,比较稳定的系统可能只需一般
收稿日期:2013年11月
总加工时间即可。本文约東缀冲区长度设置为约束
ラ机械制造52卷第597期
2014/5
工序前加工时间的1/2,出货缓冲时间设置为约束工序
(5)不考虑加工过程中的换线时间。
至末道工序加工时间的1/2。
基于DBR模型的生产排程问题可表示为在满足
1.3确定约東资源的生产节奏
如上条件的情况下,求解最小化最大完T时间。
在基于DBR模型排程时,最重要的是确定约束资2.2排程计算
源的生产节奏。由于本文仿真的数据来自库存式生产2.2.1遗传算法流程
企业,故需要确定适合于此类企业的生产排程计划。因
遗传算法( Genetic Algorithm,GA)仿效生物界中
库存式生产不存在严格意义上的交货期问题,在排程的“物竟天择、
时重点考虑约東资源的利用率最大,并选择将最小化适者生存”的
确定实际冋题参数集
最大完工时间作为目标函数。
演化法则,把
1.4确定非约東资源配合生产的节奏
问题参数编码
对参数进行编码
根据TOC理论,非约東资源只要能配合约東资源为染色体,再
殖机生产初始
的生产即可。之后的工序根据推式生产进行排程,调度利用迭代的方
种群P()
法则一般采用先到先服务( First n First Service,FIFS)式进行选择、
?;约束资源之前的工序依据拉式生产进行排程,即以交叉以及变异
计算个体适应度值
该作业在约東资源处的开始时间来确定前道工序的完等运算来交换
评价种群
工时间,得到各工序的加工时间
种群中的染色
种群
体信息,最终
P(t)-P(+)
2基于DBR模型的生产排程步骤
是否满足
生成符合优化
优化准则
2.1问题描述和模型建立
目标的染色
基于DBR模型的生产非程问题描述为N个待加体
工的产品要在M台设备上加工,具体定义如下
遗传算法
遗传操作
给定非约東资源设备集乃={F,2,F3…,,F表是近年来解决
(选择、交又、变异)
示第j台设备,i=1,2,?…,n;约東工序的设备集CCR=生产排程的最
经过优化的参数值
CCR,CCR2,CCRn,CCR,表示约東工序的第台主要方法
设备,j=1,2,…,n;产品加工集P=P,P2,P,:P,P其它方法相
▲图1遗传算法流程
表示第个产品,i=1,2,…n:工序序列集M=1M,M2,比,遗传算法能以较大概率找到全局最优解,非常适合
Ms,…,,M=Mn,Ma,,Mah表示产品P的工序序于大规模并行分布处理,其流程如图190所示
列;可选设备集M=Mn,Ma,Mw表示产品P在工2.2.2基于DBR模型的生产排程问题的参数设计
序j可以选择的设备
(1)编码方式的确定。遗传算法在求解问题之前,
对于约束工序的设备,要求满足
必须把解空间的解数据表示成遗传空间的染色体或个
S; CCR +TCCR =S(EAI)CCR
(2)
体,本文采用双层编码方式,第一层是基于工序的编
式中:Sc是在约東展开阅读全文

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