1 前言

    车间作业计划是生产管理中的一个重要组成部分，它是根据厂级生产作业计划下达的生产任务，结合车间情况，安排车间内各加工机床作业任务。生产作业计划中一个核心内容是作业排序，合理的作业排序，可以缩短生产周期，提高生产系统快速响应的能力。生产作业排序问题非常复杂，一直是学术界和实践界研究的热点，针对各种情况提出了不同的作业排序算法，如流水生产线作业排序方法、单件生产作业计划排序方法以及任务分配问题等[1]。

    在实际车间布局中，同类设备可能存在多台，或者是存在不同类型的两台或者多台工艺能力相同的设备，即通常所称之的互替设备。这类车间的作业计划排序问题，实际上是单件生产作业计划排序方法以及任务分配问题的组合。作业排序问题被证明是NP-hard问题，解决此问题，通常采用启发式算法[2]。在本文中，针对此复杂的问题，采用面向对象的仿真方法实现车间作业计划的生成，方法简单而可行，为这类问题提供了一条解决捷径。

    2 车间作业计划问题描述

    本文中，假设车间作业计划具有如下特点：

   （1）车间由机床组组成，机床组包含了一台或多台工艺能力相同的机床，即互替设备，同一工件的同一工序可以在互替设备完成，且需要的加工时间相同；

   （2）车间中加工的工件属于小批量多品种，工件的工艺流程各不相同。工件的工艺文档中，为每道工序指定了机床组以及所需的加工时间；

   （4）在作业计划中每道工序具体分配给哪台机床，视机床组的运行状态而定，确保机床组中各机床的负荷均衡；

   （5）排列在机床前的工件队列，存在着工件之间的排序问题，即机床优先选择那个工件进行加工，这是一个优先调度问题，常见的优先调度规则有：FCFS（最先进入队列的优先），SPT（加工时间最短的优先），EDD（交货期最紧的优先）选择完工期限紧的工件，MWKR（剩余加工时间最长的优先选择工件），LWKR（剩余加工时间最短的优先）和RANDOW（随机规则）等；

   （6）对于上个计划周期中遗留的计划，包括已经执行的计划和未执行的计划，已经执行的计划优先，它们采用FCFS规则，未执行的计划与本周期作业计划一起重新排序。

    从上面描述可以看出，该类问题可划分为两部分，一部分资源选择问题，另一部分是优先调度问题[3]。具体地说，工件按照工艺规程，流入相应的机床组，在机床组中决定由哪台机床完成，这就是资源选择问题，通常也称为工件选择机床。而工件在机床缓冲队列中，是按照一定的调度规则按次序在机床上进行加工，这是优先调度问题，也可称为机床选择工件。实质上该问题是工件选择机床和机床选择工件两个问题的结合。

    在本文中，采用了仿真方法解决该问题，即采用仿真软件eM-Plant，实现对生产作业计划的排序。该方法具有如下的优点：

   （1）问题描述简化：采用仿真方法，可以将整个问题描述成两部分：资源和工件，通过工艺操作将它们连接起来。

   （2）结果清晰易懂：仿真方法是模拟工件在车间中的实际运转，在仿真过程中，对数据进行采集，分析得到所需要的数据，如排序结果，机床的利用率以及预期的交货期等等。

   （3）系统规模易于扩展：采用面向对象的仿真建模方法，系统易于扩展和重用。

    3 车间生产作业计划问题UML建模分析

    3.1 资源建模

    在生产作业计划仿真生成系统中，车间资源及工件的建模是基础，在实现的过程中，采用统一建模语言UML对车间生产作业计划中各对象进行分析。

    车间是由机床组组成的，机床组是由一台或多台机床组成，资源的对象模型如图1所示。对于机床组，又可划分为只含一台机床的机床组和含有多台机床的机床组，在只含一台机床的机床组中，不存在工件选择机床的功能。而对机床，则可以划分为多工位机床和单工位机床，这就意味着在多工位机床上可以同时加工多个工件，而在单工位机床上同时只能加工一个工件。机床组和机床的对象模型如图2和图3所示。

    3.2 工件建模

    工件是车间系统中的加工对象，它在车间中各设备之间进行流转，其模型如图4所示。其中，工件号是工件的唯一标识，工艺流程CAPP是工件在车间中的流转导向，是由工艺规程所决定的，其结构如表1所示。

    处理过程记录是生产计划执行过程中的记录，它是一个集合，其结构是如表2所示，这是生产计划处理过程记录最基本的信息，其它更多的信息可以从中派生出来。