Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L IT E C H N IK I ŚLĄ SK IEJ S eria: A U T O M A T Y K A z.119
1996 N r kol. 1339
T adeusz SA W IK
A k ad em ia G ó rn iczo -H u tn icza
P R O B L E M Y P L A N O W A N I A I S T E R O W A N I A P R O D U K C J I W E L A S T Y C Z N Y C H S Y S T E M A C H M O N T A Ż O W Y C H
S t r e s z c z e n i e . W p ra c y dokonano przeglądu a k tu aln ej p ro b lem aty k i p lan o w an ia i ste ro w a n ia p ro d u k c ją w elastycznych sy stem ach m ontażow ych. W szczególności om ów iono p ro b lem y w ielokryterialnego rów now ażenia obciążeń m aszy n , szeregow a
n ia o p eracji w elastycznych liniach m ontażow ych o raz jednoczesnego szeregow ania o p eracji m ontażow ych i tran sp o rto w y ch w elastycznych sy stem ach m ontażow ych ogólnej konfiguracji.
P R O D U C T I O N P L A N N I N G A N D C O N T R O L I S S U E S I N F L E X I B L E A S S E M B L Y S Y S T E M S
S u m m a r y . T h e p a p e r review s cu rren t p ro d u ctio n p lan n in g an d co n tro l issues in flexible assem b ly system s. In p a rtic u la r, it presen ts m u ltio b jectiv e loading an d ro u tin g p ro b lem s, scheduling of flexible assem bly lines, an d m ach in e an d vehicle sch ed u lin g in general flexible assem bly system s.
1. W prow adzenie
E la sty c z n e sy ste m y m ontażow e (E SM ) stanow ią o d rę b n ą klasę elastycznych system ów p ro d u k cy jn y ch o specyficznych cechach w ym agających odrębnego p o d ejścia p o c z y n a ją c od e ta p u p ro jek to w an ia, a kończąc n a bieżącym sterow aniu procesu m o n tażu .
W plan o w an iu i sterow aniu produkcji w ESM m o żn a w yróżnić trz y w zajem n ie p o w ią
z a n e poziom y decyzyjne (rys. I) [8]:
1. P lan o w an ie stra te g ic z n e (długookresow e).
2. P lan o w an ie ta k ty c z n e (średnio/krótkookresow e).
3. S tero w an ie o p e racy jn e (krótkookresow e/bieżące).
T . Saw ik
R ys. 1. Planow anie i sterow anie produkcji w ESM F ig. 1. P ro d u c tio n plan n in g and control in a FAS
Problem y planowania i sterowania produkcji w elastycznych system ach m ontażow ych 75
P lan o w an ie stra te g ic z n e w ESM zw iązane je s t z funkcjonow aniem sy stem u w d łu g ich h o ry zo n tach czasow ych i d otyczy p ro jek to w an ia sy stem u , k o n stru k cji w yrobów d la zro- botyzow anego m o n ta ż u i planow ania procesów m o n tażu .
P lan o w an ie ta k ty c z n e w ESM zw iązane je s t z przygotow aniem sy ste m u do w ykony
w ania k o n k re tn y c h zad ań p rodukcyjnych w k rótkich hory zo n tach czasow ych od jed n ej do k ilk u n a stu z m ian ro boczych, a sterow anie o p eracyjne dotyczy bieżącego funkcjonow ania sy stem u i ste ro w a n ia p rzep ły w em w yrobów przez sy stem w procesie realizacji tych za d a ń .
C hociaż p ro b lem y planow ania taktycznego i stero w an ia operacyjnego n a ogól d o ty c z ą różnych horyzontów czasow ych, to d la ja k najlepszego w y k o rzy stan ia zasobów sy ste m u p ro b lem y te należało b y rozw iązyw ać jednocześnie. O bserw ow ana w o statn ich la ta c h p o s tę p u ją c a in te g ra c ja p ro ced u r rozdziału zadań i zasobów w ESM coraz częściej um ożliw ia stosow anie tak ieg o po d ejścia w p rak ty ce (por. podejście jednopoziom ow e w h arm o n o g ra- m ow aniu m aszy n i wózków w ESM , p u n k t 4).
P odstaw ow ym z a d a n ie m planow ania taktycznego je s t o p ty m a liz a c ja ro zd ziału za d a ń i zasobów w ESM d la w ykonania najbliższych zleceń p ro d u k cy jn y ch , zw ane ta k ż e p ro blem em o b c ią ż e n ia rnaszyn. N a to m ia st w śród zad ań stero w an ia o p eracyjnego n a jw a ż n ie j
sze są p ro b lem y h arm o n o g ram o w an ia zw iązane z u sta la n ie m i rea liz a c ją szczegółow ych h arm o n o g ram ó w p racy w szystkich urządzeń sy stem u p o d czas w ykonyw ania w ybranego zlecenia pro d u k cy jn eg o (por. rys. 2). P ro ced u ry h arm o n o g ram o w an ia w inny um ożliw iać podejm o w an ie decyzji w u k ład zie zam k n ięty m (w try b ie on-line) i w czasie rzeczyw istym .
W y b ra n e p ro b lem y p lan o w an ia i sterow ania produkcji w ESM om ów iono w dalszy ch p u n k tach .
2. O p ty m a liz a c ja o b c ią ż e ń m a s z y n i m a r s z r u t m o n ta ż u w E S M
J e d n ą z isto tn y c h różnic pom iędzy elastycznym i sy stem am i obróbki m echanicznej a elasty czn y m i sy s te m a m i m ontażow ym i je s t duże obciążenie p o d sy stem u tr a n s p o rtu i m a n ip u lacji p rzed m io tó w m o n tażu w system ach m ontażow ych, co m oże p row adzić do p o ja w ian ia się w ąskich gardę! w procesie w ytw arzania. Aby w yelim inow ać ta k ą ew en tu aln o ść, konieczne je s t w ielo k ry terialn e w yznaczanie przydziałów o peracji do m aszyn ju ż n a e ta pie p ro je k to w a n ia sy stem u (u s ta la n ia jego konfiguracji) ta k , aby jed n o cz eśn ie rów now ażyć o b ciążen ia sta c ji m ontażow ych i p o d system u tra n sp o rtu .
ZŁ T . Saw ik
P ro b lem rów now ażenia obciążeń m aszyn w elastycznym sy stem ie m o n tażo w y m po leg a n a w yznaczeniu tak ieg o ro zd ziału części składow ych p om iędzy sta c je m o n tażo w e d y sp o n u ją c e ograniczonym i liczbam i podajników części i p rzy d ziału do nich o p eracji m o n ta żow ych, d la k tó reg o o b ciąż en ia w szystkich stacji b ę d ą zbliżone. Z różnicow anie obciążeń m aszy n , tz n . ró żn e długości łącznych czasów w ykonyw ania p rzydzielonych o p eracji, m oże p ro w ad zić do p o w staw an ia kolejek i w ąskich g ard eł w system ie.
In n y m często stosow anym k ry te riu m je s t m in im u m przem ieszczeń m o n to w an y ch w y ro bów p o m ię d z y sta c ja m i, n p . [1]. Jed n ak k ry te riu m to m oże z kolei prow adzić d o nierów no
m iern eg o o b ciąż en ia m aszy n , tz n . różnych łącznych czasów w ykonyw ania p rzy d zielo n y ch op eracji i w iększych zapasów m iędzyoperacyjnych, a w rezu ltacie p o w staw an ia w ąskich g a rd e ł w sy stem ie. P o n a d to , im m niej koniecznych przem ieszczeń m ontow anych w yrobów p o m ięd zy sta c ja m i, ty m m niejsze obciążenie p o d sy stem u tra n s p o rtu w yrobów .
W p ra k ty c e p ro b lem o b ciążen ia m aszyn w ESM łączy się często z p ro b le m e m w y b o ru o p ty m a ln e j konfiguracji sy stem u , polegającym n a w yznaczeniu liczby i typów sta c ji m o n tażow ych w chodzących w sk ład sy stem u w raz z jednoczesnym p rz y d z ia łe m o p eracji. T aki p ro b lem rozw iązyw any je s t głów nie w p rzy p ad k u ustalonego a so rty m e n tu m o n to w an y ch w yrobów , p o r. [1],
D la fo rm u ło w an ia i rozw iązyw ania pow yższych zagadnień szeroko stosow ane je s t p ro g ram o w an ie całkow itołiczbow e (np. [1]). M odele program ow ania całkow itoliczbow ego d la p ro b lem ó w p ro je k to w a n ia i rów now ażenia obciążeń elastycznego sy stem u m o ntażow ego o różnej konfiguracji m o żn a podzielić n a n a stę p u ją c e trz y kategorie [5]:
A . M odele bez a lte rn a ty w n y c h m a rsz ru t m o n tażu , w k tó ry c h k a ż d a o p e ra c ja je s t p rz y d zie la n a do ty lk o je d n e j m aszyny
1. M odele d la elastycznych linii m ontażow ych: jedn o k ieru n k o w y p rzep ły w w y ro bów bez pow rotów do odw iedzanych stacji;
2. M odele d la ogólnych elastycznych system ów m ontażow ych: p rzep ły w w yrobów z m ożliw ością w ielokrotnego odw ied zan ia stacji;
B . M odele z a lte rn a ty w n y m i m a rsz ru ta m i m o n tażu , w k tó ry ch d o p u szcza się a lte rn a ty w n e p rz y d z ia ły o p eracji do m aszyn
Problem y planow ania i sterow ania produkcji w elastycznych system ach m o n tażow yrf 77
1. M odele d la elastycznych linii m ontażow ych z m aszynam i rów noległym i: je d n o kierunkow y p rzep ły w w yrobów bez pow rotów do odw iedzanych stacji;
2. M odele d la ogólnych elastycznych system ów m ontażow ych: p rzep ły w w yrobów z m ożliw ością w ielokrotnego o d w ied zan ia stacji;
C . M odele o p ty m a liz a c ji konfiguracji sy stem u z jednoczesnym rów now ażeniem obciążeń sta c ji d la u stalo n eg o a so rty m e n tu m ontow anych w yrobów.
P ro b le m rów now ażenia obciążeń w ESM m o żn a rów nież sform ułow ać jak o d w u k ry te- rialn e z a d a n ie p ro g ram o w an ia całkow itoliczbow ego. Jak o k ry te ria o p ty m aln o ści p rz y jm u je się zrów now ażenie obciążeń stacji m ontażow ych oraz m inim alizację czasów p rzem ieszczeń wyrobów p o m ięd zy s ta c ja m i. R ozw iązanie ta k postaw ionego p ro b lem u o b ejm u je o p ty m aln y p rz y d z ia ł o peracji do stacji m ontażow ych i zw iązane z nim m a rsz ru ty m o n ta ż u d la w szystkich w yrobów , n p. [5].
Do ro zw iązan ia z a d a n ia dw ukryterialnego rów now ażenia obciążeń m aszyn w [8] z a p ro ponow ano dialogow ą p ro ced u rę poszukiw ania rozw iązań P areto -o p ty m a ln y c h , n a jb a rd z ie j preferow anych przez d ecy d en ta. M e to d a ta polega na w prow adzeniu w ag d la poszcze
gólnych k ry terió w i zastą p ie n iu problem u w ielokryterialnego przez rów now ażny p ro b lem jed n o k ry te ria ln y , a n a stę p n ie w yznaczeniu za p o m o cą in te ra k ty w n e j h eu ry sty k i takiego zbioru wag, k tó re m u o d p o w iad a rozw iązanie preferow ane przez d ecy d en ta.
W p ra k ty c e ESM , pierw sze k ry te riu m rów now ażenia obciążeń stacji m ontażo w y ch zw ykle je s t w ażniejsze niż dru g ie m inim alizacji czasu tra n s p o rtu w yrobów p o m ięd zy s ta cjam i. D o w y zn aczen ia rozw iązań efektyw nych d w u k ry terialn eg o rów now ażenia o bciążeń sy stem u m o ż n a w ięc zastosow ać a lg o ry tm o p a rty n a m eto d zie o p ty m alizacji sekw encyj
nej [8]. W pierw szym e ta p ie w yznacza się rozw iązanie pro b lem u rów now ażenia obciążeń m aszyn, a w d ru g im u s ta la o p ty m a ln e m a rsz ru ty m o n tażu . Ten o sta tn i p ro b lem w [8]
sform ułow ano ja k o zad an ie p rzep ły w u w sieci, d la którego znanych je s t w iele efektyw nych algorytm ów w y zn aczan ia rozw iązań o p ty m aln y ch . N ato m iast dla N P -tru d n e g o p ro b lem u rów now ażenia obciążeń m aszyn opracow ano h eu ry sty k ę, k tó ra z n a jd u je rozw iązanie z a d a n ia p ro g ram o w an ia całkow itoliczbow ego s ta rtu ją c z rozw iązania o p ty m aln eg o liniow ej relaksacji tego z a d a n ia . H eu ry sty k a relak sacy jn a w ykazuje k o rzy stn e w łasności oblicze
niowe, tj . k ró tk ie czasy obliczeń i stosunkow e niew ielkie odchyłki od o p tim u m [8].
78 T- Sawik
3. S z e r e g o w a n ia o p e r a c ji w e la s ty c z n y c h lin ia c h m o n ta ż o w y c h
E la sty c z n a lin ia m o n tażo w a je s t sy stem em p ro d u k cy jn y m ty p u przepływ ow ego z je d n o k ieru n k o w y m tr a n s p o rte m przedm iotów m o n tażu . L inia je s t z b u d o w an a z szeregow o p o łączonych stadiów m o n ta ż u zaw ierających zbiory jedn ak o w y ch m aszy n p ra c u ją c y c h rów nolegle. P o m ięd zy sta d ia m i m ogą znajdow ać się bufory m ię d z y sta d ia ln e o ograniczonych p o jem n o ściach , w k tó ry ch czasowo składow ane są w yroby oczekujące n a kolejne o p eracje, alb o te ż b ra k je s t jakichkolw iek buforów. W pierw szym p rzy p ad k u m ów im y o elasty czn ej lin ii m ontażow ej z ograniczonym i b uforam i m ięd zy stad ialn y m i, zaś w d ru g im o linii b ez buforów . W linii z b u fo ram i pom iędzy sta d ia m i m ogą pojaw iać się kolejki o o graniczo
n ych długościach u tw o rzo n e z w yrobów oczekujących n a kolejne operacje, zaś w linii bez buforów w ystępow anie takich kolejek je s t niedopuszczalne.
W elasty czn ej linii m ontażow ej w y tw arza się jednocześnie w iele różnych ty p ó w w yrobów . K ażd y w y ró b je s t poddaw any procesowi m o n tażu n a co najw yżej je d n e j m aszy n ie w każ
dy m sta d iu m , chociaż pew ne ty p y w yrobów m ogą zupełnie om ijać n ie k tó re sta d ia . W [3] p rzed staw io n o alg o ry tm szeregow ania operacji dla ogólnego p rz y p a d k u e la sty c z nej linii m ontażow ej z buforam i m ięd zy stad ialn y m i o ograniczonych p o jem n o ściach , zaś w [6] d la p rz y p a d k u szczególnego elastycznej linii m ontażow ej bez buforów . Z ap ro p o n o w ane a lg o ry tm y są h eu ry sty k am i k o nstrukcyjnym i ty p u w yrób-po-w yrobie, k tó re w każdej ite ra c ji w y z n a c z a ją k o m p letn y h arm onogram d la tylko jednego w yrobu w ybran eg o w tej ite ra c ji do w p ro w ad zen ia do sy stem u . W ybór tego w yrobu oraz h a rm o n o g ra m jego m o n ta ż u u s ta la n e są n a p o d staw ie częściowego uszeregow ania w yznaczonego ju ż d la w yrobów w y b ran y ch we w cześniejszych iteracjach . D ecyzje te podejm ow ane są n a p o d sta w ie p ro ced u ry lokalnej o p ty m alizacji, której celem je s t m in im alizacja przesto jó w m aszy n tw o rz ą cych m a rs z ru tę d la w ybieranego w yrobu. Pow yższe alg o ry tm y w skrócie n azw ano R I T M (ang. R o u te Idle T im e M inim ization) [3] oraz R I T M . N S (ang. R o u te Idle T im e M ini- m iz a tio n - N o S to rę) [6], odpow iednio d la szeregow ania o peracji w linii z ograniczonym i b u fo ram i m ięd zy stad ialn y m i o raz d la linii bez buforów . P ośród znanych alg o ry tm ó w kon
stru k c y jn y c h d la szeregow ania o peracji w elastycznych liniach m ontażow ych a lg o ry tm y te w y ró ż n ia ją się b a rd z o d o brym i w ynikam i (n a jk ró tsz e czasy obliczeń i długości g enerow a
nych uszeregow ali) [3, 6].
Problem y planow ania i sterowania produkcji w elastycznych system ach m on tażow ych 79
4 . S z e re g o w a n ie o p e r a c ji m o n ta ż o w y c h i tr a n s p o r to w y c h w E S M
E lasty czn y sy stem m ontażow y m o żn a trak to w ać jako.zespól dw óch ściśle pow iązanych w zajem n ie p o dsystem ów : p o d sy stem u m o n tażu i p o d sy stem u tra n s p o rtu . W y k o n a n ie o p e
racji m ontażow ej w p o d sy ste m ie m o n tażu g eneruje zad an ie tran sp o rto w e do w ykonania przez wózek z p o d sy stem u tra n s p o rtu . Z drugiej strony, ukończenie operacji tra n sp o rto w e j przez wózek z p o d sy ste m u tra n s p o rtu oznacza pojaw ienie się kolejnego z a d a n ia m o n ta ż o wego do w y k o n an ia p rz e z p e w n ą stację m o n tażo w ą w p o d sy stem ie m o n ta ż u .
W ESM s ta n całego sy stem u zm ienia się ta k często, że zasoby p o d sy stem ó w m o n ta ż u i tra n s p o rtu n a p rzem ian s t a ją się zasobam i kry ty czn y m i, dom inującym i w h arm o n o g ra m ie p ro d u k cji. T ak ie w z a je m n e , dw ukierunkow e od d ziały w an ia obu system ów m u sz ą by ć je d nocześnie uw zg lęd n ian e w pro ced u rach harm onogram ow ania. W ESM przew ażnie m a m y więc do c z y n ie n ia z h arm onogram ow aniem dynam icznym w czasie rzeczyw istym , k tó re m a c h a ra k te r stero w an ia dyspozytorskiego i może być realizow ane zarów no w try b ie ofF-line, ja k i on-line. H arm o n o g ram o w an ie w czasie rzeczyw istym w try b ie ofT-lme ozn acza proces w ielokrotnego w y zn aczan ia na bieżąco pełnego harm o n o g ram u d la w szystkich o p eracji i całego h o ry zo n tu czasowego. N a to m ia st harm onogram ow anie w czasie rzeczy w isty m w try b ie on-line o zn acza podejście, w k tó ry m decyzje dotyczą p o jed y n cz y ch o p eracji i są pod ejm o w an e n a bieżąco je d y n ie wówczas, gdy n a stę p u je z m ia n a sta n u sy stem u , n p . w y
konanie o p eracji, przyw iezienie w yrobu itp . K ażde z tych podejść m a określone w ady i zalety. Z astosow anie try b u ofT-line w ym aga znacznych nakładów obliczeniow ych spow odo
w anych złożonością pro b lem u generow ania i częstego ak tu alizo w an ia harm o n o g ram ó w w dynam iczn y m o to cze n iu system ow ym . Z drugiej strony, decyzje pod ejm o w an e n a bieżąco w try b ie on-line m o g ą p row adzić do słabszych wyników spow odow anych b rak iem szerokiej system ow ej p erspektyw y.
Je d n y m z isto tn y c h aspektów h arm onogram ow ania w elastycznych sy stem ach m o n ta żowych je s t konieczność uw zględnienia ograniczonych pojem ności w ejściow ych i w yjścio
w ych buforów sta c ji m ontażow ych. W iąże się z ty m zjaw isko blokow ania m aszy n albo też blokady całego sy stem u spow odow ane pow staw aniem kolejek w yrobów w m iejscach o ograniczonej p rzestrzen i. B lokow anie m aszyny w y stęp u je w tedy, gdy w ykonany p rz e d m io t m o n ta ż u nie m oże być przem ieszczony do b ufora, k tó ry z o sta ł w cześniej zapełniony.
N a to m ia st b lo k ad a całego sy stem u m a m iejsce w tedy, gdy sy stem n ie m oże w ogóle fu n k
T . Sawik
cjonow ać, tz n . n ie je s t m ożliw e przem ieszczenie żadnego p rz e d m io tu m o n ta ż u . P ro c e d u ry h a rm o n o g ram o w an ia w ESM m u sz ą więc uw zględniać dodatkow e o g ran iczen ia zasobow e do ty czą ce nie ty lk o m aszy n i wózków, ale rów nież buforów m ięd zy o p eracy jn y ch , w k tó ry c h tw o rzą się kolejki w yrobów oczekujących n a kolejne operacje.
C elem szczegółowego h arm o n o g ram o w an ia o peracji m ontażow ych i tra n sp o rto w y c h je s t w yznaczenie przydziałów operacji m ontażow ych do m aszyn d la każdej p o jed y n cz ej sz tu k i każdego ty p u w yrobu oraz harm onogram ów ja z d y wózków z w y ro b am i łub bez nich, d la każdego m o m e n tu czasu całego okresu harm onogram ow ania. J a k o k ry te riu m o p ty rn al- ności w yznaczanego h arm o n o g ra m u m o n tażu zw ykle p rzy jm u je się n a jk ró ts z y czas m o n ta ż u zad an ej p a rtii w yrobów , średni czas przepływ u w yrobu przez sy stem lu b n a jm n ie jsz e o d ch y łk i o d zad an y ch term inów w ykonania (por. [9]).
Z ad an ia m ontażow e
O p ty m aliza cja o b cią ż eń sy ste m u
P rz y d z ia ły operacji
H arri
M arszru ty m o n ta ż u
H arm on ogram ow an ie m a szy n i w ózków
o n o g ram m o n tażu
Z ap asy m ięd zy o p eracy jn e
E S M
R o zk ład ja z d y wó:
Z)
ków
Rozm ieszczenie wózków Rys. 2. W ielopoziom ow e h arm onogram ow anie m o n tażu w ESM
Fig. 2. M ulti-level scheduling in a FAS
W celu w y zn aczan ia szczegółowych harm onogram ów m o n ta ż u w [4] zap ro p o n o w an o n a s tę p u ją c e dw a podejścia:
1. P o d ejście w ielopoziom ow e (rys. 2)
P o d e jśc ie w ielopoziom ow e polega n a u sta le n iu n a jp ie rw obciążeń w szystkich m aszy n (p rzy d ziałó w o p eracji do m aszyn i w y b ran iu m a rs z ru t m o n ta ż u ), a n a stę p n ie d la
Problem y planowania i sterow ania produkcji w elastycznych system ach montażowych 81
Z ad an ia m ontażow e
H arm on ogram ow an ie m aszyn i w ózków
H a rn o n o g ram m o n tażu R ozkład ja z d y wó :ków
Z apasy m ięd zy o p eracy jn e
(
*\E S M
y \)
R ozm ieszczenie wózków R ys. 3. Jednopoziom ow e harm onogram ow anie m o n tażu w ESM
Fig. 3. Single-level scheduling in a FAS
zad an y ch o bciążeń, w yznaczeniu szczegółowych harm o n o g ram ó w m o n ta ż u każdej
p ra c y m asz y n i wózków w procesie realizacji całego zlecenia p rodukcyjnego.
2. P o d ejście jednopoziom ow e (rys. 3)
P o d ejście jednopoziom ow e polega na bezpośrednim szeregow aniu o p eracji m o n tażu d la każdej p o jed y n cz ej sztuki każdego ty p u w yrobu i w y m aganych o p eracji tr a n s p o rtu p om iędzy m aszy n am i poprzez bieżący p rzy d ział o peracji do m aszy n i je d n o czesny w ybór kolejnych odcinków ja z d y każdego w ózka p o m ięd zy kolejnym i m aszy n a m i, b ez w stępnego u sta la n ia obciążeń m aszyn sy stem u .
A lg o ry tm szeregow ania zad ań d la m aszyn i wózków d la p o d e jśc ia w ielopoziom ow ego, w skrócie n azw an y ” H A M i W " ( H A rm onogram ow ania A faszyn i W ózków ), p rzed staw io n o w [7, 8]. J e s t to h ie ra rc h ic z n a h eu ry sty k a k o n stru k cy jn a ty p u ” okres-za-o k resem ” , w k tó rej każdy o k res p rz y d z ia łu je s t rozw ażany tylko raz. W artości zm iennych d ecyzyjnych d la każdego o kresu są u sta la n e w n astęp u jącej kolejności:
1. P rz y d z ia ł o p eracji do m aszyn dla wyrobów oczekujących w b uforach w ejściow ych s ta c ji m on tażo w y ch .
p o jed y n cz ej sztu k i każdego ty p u w yrobu i odpow iadających im h arm o n o g ram ó w
2. W y b ó r w y ro b u do z a ła d u n k u do system u.
3. P rz y d z ia ł w yrobów do wózków dla w yrobów oczekujących w b uforach w yjściow ych sta c ji dostaw czych, a n astęp n ie wózków z w yrobam i do sta c ji odbiorczych.
4. P rz y d z ia ł p o zo stały ch pustych wózków do stacji dostaw czych.
5. W yzn aczen ie długości okresu, w k tó ry m p rzy d ziały m aszyn i wózków p o z o s ta ją sta le .
W k ażd y m okresie zm ien n e decyzyjne w yznaczane są n a p o d sta w ie w y b ran y ch reg u ł d y sp o zy to rsk ich . R eg u ły te u ła tw ia ją w ybór n astęp n ej operacji do w y k o n an ia n a danej m a s z y n ie sp o śró d w yrobów oczekujących w buforze tej m aszyny. R eguły d y sp o z y to rsk ie stosow ane są ta k ż e d la w y b ra n ia w yrobu do przew ozu pom iędzy m aszy n am i oraz w y b ra n ia n a stę p n e j m aszyny docelow ej d la każdego wózka z ład u n k iem lub bez ła d u n k u .
W [8] przed staw io n o alg o ry tm w yznaczania harm onogram ów m o n ta ż u i tr a n s p o rtu w y
robów d la p o d e jśc ia jednopoziom ow ego. A lgorytm te n , w skrócie nazw any " H A M i \ V \ n (7 /A rm o n o g ram o w an ie A /aszyn i W ózków 1-poziom ow e), p o d o b n ie ja k H A M i W , rów n ież je s t a lg o ry tm e m szeregow ania dyspozytorskiego. P rzed podjęciem decyzji dotyczącej p rz y d z ia łu o p eracji do m aszyn i wózków p rzeprow adza się u p o rząd k o w an ie oczekujących o p eracji w edług w artości przyjętych wskaźników zależnych od czasów w yko n y w an ia ope
racji m o n ta ż u i tr a n s p o rtu w yrobów pom iędzy m aszynam i.
A lg o ry tm w y k o rzy stu je pojęcie zd arzen ia o zn aczające dow olną zm ian ę s ta n u sy ste m u . N a stę p u ją c e z d a rz e n ia są uw zględniane w algorytm ie:
• Z akończenie op eracji m o n tażu , zała d u n k u lub w yład u n k u w yrobu.
• Z akończenie operacji tr a n s p o rtu w yrobu pom iędzs’ m aszynam i.
• Z akończenie op eracji p rzejazd u pustego wózka pom iędzy m aszy n am i.
K ażdorazow o, z chw ilą rozpoczęcia w ykonyw ania o p eracji, zd arzen ie o zn aczające je j z a kończenie w raz z te rm in e m zakończenia z o s ta ją w pisane do tzw . kolejki zdarzeń. A lg o ry tm H A M i W \ w każdej ite ra c ji przechodzi do najw cześniejszego zd a rz e n ia w kolejce zd arzeń . Jeżeli zd a rz e n ie to doprow adzi do zw olnienia m aszyny lu b wózka, to m o żn a ro zp o cząć w ykonyw anie o peracji o najw yższym p rio ry tec ie oczekującej w o dpow iedniej kolejce o p e
racji.
82_______________________________________________________________________ T. Sawik
Problem y planow ania i sterowania produkcji w elastycznych system ach m ontażow ych 83
Z astosow anie p o d ejścia jednopoziom ow ego oraz szeregow ania dysp o zy to rsk ieg o u m o ż liw ia w y k o rzy stan ie a lg o ry tm u H A M i W 1 do bieżącego stero w an ia p rzep ły w em w yrobów przez sy s te m m ontażow y.
5. U w a g i k o ń co w e
W p lan o w an iu i stero w an iu produkcji w ESM obok szeroko stosow anego p o d ejścia w ielopoziom ow ego (hierarchicznego) w raz z po stęp am i w dziedzinie technologii k o m p u terow ej i m e to d o p ty m alizacji coraz szerzej zaczy n a być stosow ane p odejście je d n o p o z io mowe zw ane m onolitycznym . Polega ono n a jednoczesnym w yznaczaniu w ielu w ariantów procesu m o n ta ż u d la każdego z w ytw arzanych w yrobów , a lte rn a ty w n y m p rzy d ziale o p e ra cji do m aszy n i u s ta la n iu szczegółow ych harm onogram ów ich w ykonyw ania. P o d ejście to w ym aga now ych m odeli m atem aty czn y ch i algorytm ów ro zw iązyw ania problem ów o p ty m alizacji d y sk re tn e j o znacznych rozm iarach. M odele te w inny um ożliw iać podejm o w an ie ogólnych decyzji dotyczących p rzy d ziału operacji i ro zd ziału zasobów jed n o cz eśn ie ze szczegółow ym i decyzjam i d o tyczącym i h a rm o n o g ram u m o n tażu . N a p o c z ą te k obserw uje się k o n stru o w an ie tak ich m odeli d la jednoczesnego planow ania i h a rm o n o g ram o w an ia p ro dukcji w zrobotyzow anych g niazdach m o n tażu [8].
P lan o w an ie procesów m o n tażu w ESM połączone z w yborem sekw encji m ontażow ych p rzew ażnie je s t dokonyw ane na p odstaw ie inform acji o sam y m przedm iocie m o n ta ż u , z po
m inięciem w ielu d an y ch o sy stem ie m ontażow ym , chociaż is to tn ie w p ły w a ją one n a w y b ó r odpow iedniego p la n u spośród wielu dopuszczalnych w ariantów m o n ta ż u . O p ty m a ln a se
kw encja m o n tażo w a p o w in n a zapew nić niskie koszty jednostkow e procesu m o n ta ż u , co m . in. w y m ag a ja k n ajlep szeg o zrów now ażenia obciążeń m aszyn. U zyskanie niskich kosztów jed n o stk o w y ch i jed n o cz eśn ie w ysokiej jakości w yrobów w ym aga z kolei p ro stej i e lasty cz
nej konfiguracji sy stem u oraz k ró tk ich czasów koniecznych d la rozw iązyw ania o d p o w ied nich p roblem ów p lan o w an ia i stero w an ia produkcji. W ym ogi te w iążą się z lan so w an ą od k ilk u la t k o n c e p c ją tzw . mont aż u szybko zmiennego (ang. agile assem bly) [8]. W aru n k i m o n ta ż u szybkozm iennego, tj. wysoką jakość i niskie koszty jed n o stk o w e, m o ż n a o sią
g nąć p ro je k tu ją c w yrób i p roces technologiczny odpow iednio do sy stem u m ontażow ego, zaś sy s te m m o n tażo w y odpow iednio do produkow anego w yrobu, co znaczn ie u p raszcza późniejsze ro zw iązyw anie zad ań planow ania i stero w an ia pro d u k cji. Do o siągnięcia ta k ic h
84 T. Sawik
celów konieczne je s t opracow anie now ych m odeli i algorytm ów p ro je k to w a n ia w ielow ersyj- n y ch procesów elastycznego m ontażu z jednoczesnym rów now ażeniem obciążeń m aszy n .
N a zak o ń czen ie należy podkreślić coraz pow szechniejsze stosow anie k o m p u tero w o w sp o m ag an y ch system ów podejm ow ania bieżących decyzji d y sp o zy to rsk ich . S y stem y t a kie w y k o rz y stu ją ro d zin y inteligentnych h eu ry sty k um ożliw iających szy b k ie g enerow anie zb io ru su b o p ty m a ln y c h rozw iązań d la różnych kryteriów o p ty m aln o ści, sp o śró d k tó ry c h w y b ieran e są ro zw iązan ia n a jb ard ziej preferow ane.
L IT E R A T U R A
1. G hosh S., G agnon R .J.: A com prehensive lite ra tu re review a n d an aly sis of th e design, b a la n c in g an d scheduling of assem bly system s. In te rn a tio n a l Jo u rn al of P ro d u c tio n R esearch , vol. 27, 1989, pp. 637-670.
2. K orcyl A ., Lebkowski P., Sawik T .: S election of assem bly sequences a n d b a la n c in g w orkloads in a flexible assem bly line. P roceedings of th e IN R IA /IE E E S y m p o siu m on E m erg in g T echnologies and F actory A u to m a tio n , P a ris O ct. 10-13, 1995, vol. 3, pp. 349-359.
3. Saw ik T .: A scheduling alg o rith m for flexible flow lines w ith lim ite d in te rm e d ia te buffers. A pplied S to ch astic M odels an d D a ta A nalysis, special issue on M a n u fa c tu rin g S y stem s, vol. 9, 1993, pp. 127-138.
4. Saw ik T .: S cheduling of m achines an d vehicles in a FM S: single-level versus m u lti-lev el a p p ro a c h . Z eszyty N aukow e A G H , A u to m aty k a, z. 64, no.4, 1993, pp. 541-568.
5. Saw ik T .: M odele zadań rów now ażenia obciążeń m aszyn w elastycznych sy stem ach m on tażo w y ch . Z eszyty Naukowe P olitechniki Śląskiej, A u to m a ty k a , z. 115, 1994, p p . 113-123.
6. Saw ik T .: S cheduling flexible flow lines w ith no in-process buffers. In te rn a tio n a l J o u rn a l of P ro d u c tio n R esearch, vol. 33, 1995, p p . 1359-1370.
7. Saw ik T .: D isp atch in g scheduling of m achines and vehicles in a flexible m a n u fa c tu rin g sy stem . P ro ceed in g s of th e IN R IA /IE E E S ym posium on E m erging Technologies an d F actory A u to m a tio n , P a ris O ct. 10-13, 1995, vol. 2, pp. 3-13.
8. Saw ik T .: P lan o w an ie i sterow anie produkcji w elastycznych sy stem ach m ontażow ych.
W N T , W arszaw a 1996.
9. U lusoy G ., B ilge U.: S im u ltan eo u s scheduling of m achines a n d a u to m a te d g u id ed vehicles. In te rn a tio n a l Jo u rn al of P ro d u c tio n R esearch, vol. 31, 1993, p p . 2857-2873.
P ro b lem y planow ania i sterow ania produkcji w elastycznych system ach m on tażow ych 85
R ecenzent: D r b ab , inż. M irosław Z aborow ski, prof. P ol.Ś l.
W p ły n ę ło do R edakcji do 30.06.1996 r.
A b s t r a c t
T h e p a p e r review s various p ro d u ctio n plan n in g and control issues in flexible assem bly sy stem s. Som e of th e to p ic highlights p resen ted are:
• In te g ra te d sy stem for p ro d u c tio n plan n in g and control of flexible assem bly sys
te m s, in clu d in g lo n g -term stra te g ic p lan n in g , m e d iu m -te rm ta c tic a l p la n n in g , an d s h o rt-te rm o p e ra tio n a l control.
• D esign and b a la n c in g of flexible assem bly system s.
• M u ltio b je c tiv e loading and ro u tin g in flexible assem bly sy stem s.
• S cheduling flexible assem bly lines w ith lim ite d in-process buffers o r w ith no in -p ro cess buffers.
• S im u ltan eo u s scheduling of assem bly sta tio n s an d a u to m a te d guid ed vehicles in flexible assem bly system s: single-level versus m ulti-level ap p ro ach .
