基于网格环境的制造资源优化配置区间规划

樊文泽

（内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特 010051）

0 引言

制造网格为制造资源共同分享、高效管理与提供制造资源服务的集成型平台。制造资源是产品生命周期中落实产品设计、制造与服务等各类活动的总称，异构性、多元性与繁杂性是其特征。网格环境下对制造资源进行优化配置，是提升产品全生命周期资源共享率与利用率的有效办法，而上述目标实现的基础是在网格环境下建设制造资源优化配置的区间规划模型。

1 制造网格环境对资源模型建设的要求

（1）完整性，即对资源的所有属性均要有一个完整的定义与阐述。

（2）具备一个完整统一的数据模式，为制造资源的后续管理与调度创造便利条件。

（3）应该涉及到制造活动的具体资源信息，具体是指模型应与资源制造能力以及制造任务间建设明确关系。

（4）模型具备支持网络环境下异构系统间的数据信息交互与共享的功能[1]。

（5）所研究的制造资源模型适用对象不单是制造信息化中的某一系统，而应适用于制造网格平台上各类系统。

2 制造资源优化模型建设

2.1 制造资源的物理模型

制造资源的物理模型由软件资源与硬件资源2大部分构成，其实质上是制造资源物质要素构成的模型。

图1代表制造资源整体框架，上半部分代表静态制造资源，即软件资源和硬件资源。其中，每一静态制造资源都具备自体运行状态信息，全部的状态信息统一被叫做资源状态信息，其归属于本框架下半部分所呈现的动态制造资源。

图1 制造资源整体框架

只有在供应链系统大框架建设健全基础上，制造资源组织、规划与优化目标才有可能达成，网络化制造动态企业联盟是其运行的核心。在企业内部，制造资源分布的层次结构并清晰罗列，其按照制造资源的类型将其细化为6个层面，即联盟层、企业层、车间层、制造单元层、工作组层与设备层。联盟层结构为制造资源配置期间关键研究部分之一，也是网络化制造资源优化配置模型建设的重点。联盟层承担的责任重大，参与到任何任务配置过程、管理资源分配速率与效率，同时也与制造任务运行模式建设连带关系，共同完成对制造资源重组任务还能动态化地获取所有制造单位运转状态信息。制造企业为实现可持续发展目标，管理者就应对联盟层所具备的职责以及资源在其间利用情况有整体性认知，和联盟层建设信息实时反馈体制。车间层职责在于明确本车间的加工任务，以及所应用的制造单元或工作组的运行状态信息。制造单元层应明确并落实本单元的任务信息与工作组以及设备信息，为了确保制造资源配置、组织与管理的便利性，夹具、量具、刀具等信息管理均应归属该层面[2]。

2.2 以UML为基点的制造资源数据模型的建设

本次研究中，采用面向对象软件Delphi的设计方法以及UML（Unified Modeling Language，统一建模语言或标准建模语言），设计并建设制造资源优化配置的区间规划模型、其中，类图模型被设为概念数据模型的拓展部分，其具备软件设计与数据库设计双重优势特征。

2.3 评估指标体系的建设

（1）交货时效性。体现出制造资源商对制造资源任务的落实情况，即速率与效率。

（2）预计生产能力。一般将年作为时间单位，去表示企业的整体生产能力，例如万吨/年、套/年等。对于制造企业而言，可将本企业单位时间生产批量设为计量单位，其是干扰时间因素的关键指标之一。

（3）制造生产率。即单位时间中产品质量达标数目与单位时间中制造该产品的平均人数间的比值，其是影响时间因素的主要指标。

（4）设备生产能力。这也是影响时间因素的重要指标，通常体现在生产批量和生产率2方面，生产批量能呈现出设备生产能力（下面将设备生产率设为评估设备生产能力的标准），而设备生产率即单位时间中能够制造出的工件数目。

（5）工人技术级别。这是干扰被制造产品周期、质量与成本高低的重要指标之一，可分为初级工、中级工、高级工、技师、高级技师等职称，在配置过程中需参照层次分析法标度标准，对不同级别工人所占比例按表配置[3]。

（6）制造任务负荷度。通常指生产车间、制造单元、工作组等环节在运行期间所承担的职责与任务，在其他环节制造资源所需量明确情况下，估测自体运营期间所需资源量以及所产生的效果。

（7）设备运转情况。主要是传递出设备某一时间点的运转状态信息。

（8）精度能力。它是干扰产品制造质量的主要因素之一。精确能力的评估结果能够检验制造企业设备能否符合所规定的精确度标准，尺寸精度、几何精度和粗糙度3大指标能够呈现出精度能力。

（9）设备高端性。设备的高端性对机械制造效率与质量均产生影响，数控机床的高端度通常高于普通机床。

（10）质量认证体系。依照当前我国相关部门制定与颁发的质量认证标准，结合企业发展现状，施以管控措施，以协助制造企业连续强化产品质量安稳性[4]。

（11）环保措施。环保能力与产品的环保性能在制造企业发展中体现的价值是极为重大的。其要求制造企业在运营过程中主动落实回收再利用措施、环保认证与产品的环保性能3大项内容。

3 网格环境下企业资源优化配置的逆优化模型

在市场经济条件下，制造企业产品生产任务是否落实，决定因素不仅仅是自体，市场需求的作用不容忽视。因此，制造企业需在分析市场交易运行态势下，结合市场需求设定产品的生产任务，并进一步提升制造资源交易数目的交易数额。实质上就是采用对资源数额整改方式，去确保市场需求的生产任务成为资源数额调整后所对应资源优化配置的最佳点。此时，可以将企业的资源优化配置模型的互补最佳性作为限制条件，将资源数目作为优化变量的逆优化模型，去明确每一企业可提供的资源种类与数目以及需租赁的资源种类与数目[5]。

在制造资源交易过程中，资源需求方持有采用最低价格获取所需资源的意念，但需综合分析网格中其他需求方对同类资源的需求量与出价情况。此时如果企业给出的采购价格过低，就有无法获得所需资源的可能。当然，资源供给方也希望以较高价格进行交易活动，只有在科学评估需求方的采购能力的基础上，才有可能规避无需求方采购资源以及资源浪费现象。这就需要资源供给方与需求方，在网格中介组织合理提出资源预租赁价格，以确保网格上的资源交易活动有序有效运行[6]。

在制造资源供给与需求共同作用下，资源的交易价格才会明确化，这也是资源需求方愿意支付的价格以及供给方可以接受的单价。也就是说，在制造资源价格设定上，需求方与供给方的出价不能悬殊太大。制造资源是为产品生产服务的，而资源自身价格对其交易价格起决定作用，但是因为服务产品的无形性、客户参与性以及服务产生与消费的同步性，以致服务质量对产品价值产生深远影响。因此，资源服务质量的优劣决定制造资源交易价格，而制造资源的服务质量可以采用制造资源的影子价格表示。在供求双方的使用价值与技术水平没有显著差异情况下，制造资源在供求双方的应用环境中均达到科学配置，就不会对各方整体效益目标实现产生较大影响，可以采用资源价格作为优化变量的逆优化模型，去确定每一企业可提供资源的出价与所需租赁资源的进价[7]。

4 结束语

制造网格中资源的优化配置始终是制造网格领域中的重要研讨问题之一，建设有效的资源配置方案，在提升制造企业资源利用率、保证制造任务在限定期限中保质保量完成等方面，有较大现实价值。以资源使用量与资源交易参考价格为参变量的线性规划模型，彰显了网格环境下制造资源流动快速可随着市场需求变化对制造资源弹性提出一定需求，阐述了网格环境下制造资源优化配置的区间规划模型建设与推广的可行性。