摘 要：柔性MRPⅡ系统以作业计划与调度优化为核心，通过对企业的制造资源进行计划、组织、领导、控制，在使企业的物流、信息流、资金流成为畅通无阻的动态反馈系统的基础上，还具有开发周期短、开发代码量少、快速升级维护、便于后期修改模块功能或添加新模块、产线柔性化改造（柔性响应不同类型产品的生产设备变更）的特性，能实现企业信息化的集成。本文以H公司现状为依据，分析该企业的业务流程及构建柔性MRPⅡ系统后可实现的功能，确定系统整体的开发目标，将系统划分为八大功能模块，以物流成本最小为优化目标快速规划车间布局，减少车间内的资源浪费，保证系统工作流与信息流的畅通。然后，使用速e软件工厂实现H公司MRPⅡ系统并应用到车间现场。H公司使用柔性MRPⅡ系统后提高了生产效率与客户满意度，降低了不良产品的流出率，并当新旧生产计划交替时，在资源成本浪费最小的前提下实现了产线柔性化改造。
关键词:车间布局优化;遗传算法;优化研究;
1 引言
柔性MRPⅡ系统能实现企业信息化的集成，通过对物流、设备状态等进行实时监测与协调优化控制，达到快速响应制造及降低能耗的目标。由于多品种、小批量的离散制造企业的生产环境和信息环境复杂，因此多品种、小批量的柔性MRPⅡ系统体系结构能够解决生产管理的适应性问题，既满足各种复杂的调度目标，又动态处理车间的不确定随机事件。本文使用速e软件工厂，基于B/S架构为企业定制化实现MRPⅡ系统并应用到公司实际生产中。与传统开发方式相比，使用速e软件工厂具有柔性MRPⅡ系统开发周期短、开发代码量少、开发成本低、升级维护简单的优点，便于后期修改模块功能或添加新模块，还具有产线柔性化改造的能力。在解决公司生产运作问题的同时，可以达到优化运行、控制与管理企业生产活动和经营活动的目的。
2 系统功能模块划分
根据H公司整体的业务流程分析，将系统划分成8个功能模块：
(1）数据管理
构建MRPⅡ系统需要提前维护基础数据，比如系统中重复使用的参数。
(2）订单管理
企业生产通过订单拉动，订单是企业获利的源头，订单管理的目的是准确记录客户需要产品的详细信息，包含产品名称、需求数量和交期等信息。
(3）生产计划管理
生产计划管理的设计要符合H公司现在的流程，目前的流程分为三个步骤：产品计划、在制品计划和生产指示。
(4）实际生产管理
企业需要记录车间生产的详细信息，必须精确到每一个生产人员和在制品。有了生产记录，系统还需要按照车间和班组等对数据分类汇总。统计人员可以根据这些数据计算生产成本和员工绩效，同时为质量管理部门提供降低不合格率的依据。
(5）发货管理
企业既要生产出来产品，还要将产品成功交付到客户手中。及时准确地向客户发出产品才能建立良好的伙伴关系、维护资金链的正常运转；另一方面正确的发货管理可以把发货情况反馈给双方，进而方便市场部与客户沟通。
(6）仓储管理
仓储管理主要是为了管理仓库里面各种物品的存放情况，比如生产材料的领用、在制品的出入库导致库存数量变化等。
(7）采购管理
该企业无法自己生产原材料和生产用具，必须向上级供应商采购。目前的采购流程是采购员根据生产需求进行采购申请并等待审批。
(8）车间布局管理
车间布局管理的核心内容是工厂、车间内部的设计与平面布置、设备的布局，以求物流路线的合理化。公司希望根据生产需要在该模块上传包含车间面积、设施数量、设施大小和物流量的文本文件，系统快速规划设备的最优布局，缩短车间重新投入生产所需时间，提高生产效率。
3 车间布局管理设计
H公司的生产车间根据需求分析，当产品需求发生变动时，系统下达新的生产计划，不合理的车间布局会降低生产效率，以传统的SLP方法为基础，确定离散型车间总体空间和各个设施的几何特性，以物流搬运成本最低建立数学模型，利用遗传算法求解目标函数。将遗传算法求解结果录入服务器的数据库，并在平台的车间布局管理模块显示最终结果。
3.1 模型假设
本文确定了H公司车间和各个设施的几何特性，基于布局优化问题提出了以下假设：
(1）将各个工序的接收区、加工区和暂存区归为一个区域，以此为标准将车间划分为一个个的矩形区域，并且区域内设备相对位置不发生改变，根据H公司的需求，车间面积、设施数量、设施大小和物流量由用户录入。
(2）假设车间每个区域都是矩形结构，长宽为已知条件，对H公司生产线布局即对每一块矩形区域的布置，实质上是每块矩形区域中心坐标的变化。
(3）假设车间足够高，忽略设备的高度。在实际的纱线生产中，机器设备的高度不会高于车间高度。
(4）假设等待布置的区域都是水平或竖直放置。
(5）假设布置的区域都在同一平面。
3.2 建立平面直角坐标系
将H公司车间现场简化为矩形区域，建立X-Y的平面直角坐标系，如图3-1所示。
在图3-1的平面直角坐标系中，m＿i、m＿j、m＿k分别表示第i、j、k个矩形区域lk、wk分别表示第k个矩形区域的长和宽；xi、xj分别表示第i和j个矩形区域的中心横坐标；yi、yj分别表示第i和j个矩形区域的中心纵坐标；sij表示第i和j个矩形区域之间的水平净间距，rjk表示第j和k个矩形区域之间的竖直净间距。
dij表示第i和j个矩形区域的中心距，选用欧式距离表示dij:
3.3 建立布局优化的数学模型
车间各个设施的布局设计是指在给定的车间面积下，将各个机器设施进行最合理的布局。一般情况下是将物流搬运成本最小化为离散生产线布局的标准，其目标函数为：
其中，为i和j之间的距离矩阵；为i和j之间的物流量矩阵；为i和j之间的单位距离的物料搬运单价矩阵。
H公司离散型生产线布局优化问题应该满足的基本约束条件为：
(1）一台设备只能布置在一行上：
(2）任何两台设备均不能重叠：
4.4遗传算法求解过程：
第一步，遗传编码。
H公司生产线布局优化是单目标优化问题，目标函数是非线性离散的，并且解不连续。H公司生产线各个区域布置的重点是确定各个区域的位置而得到布局方案，并非进行数值运算，所以采用符号编码，本文采用数字对各个设施进行编号，编号的顺序是从左往右，从下到上。
第二步，产生初始种群。
一般初始种群的规模在20～100较为合适，用户可以自定义录入种群规模。设施数量由客户手动录入，假设为n。随机产生一串1到n的数字组合序列，将这串序列作为一个染色体，得到染色体组合。
每次生成的序列都要对其进行一次车间布局排列，保证车间布局不能超出车间范围，假设随机序列为{4,7,1,3,9,6,8,2,5}，以车间左下角为坐标原点(0,0)。
(1）沿着车间底端放入，序列中第一个放入车间的是设施4，将设施4向左移动，直至无法移动，并计算设施4右下角的坐标是否超出设施范围；序列中第二个放入车间的是设施7，将设施7沿着车间底端向左移动，直至无法移动，并计算设施7右下角的坐标是否超出设施范围，其他设施以此类推。
(2）当第i个设施的右下角坐标超出车间范围，如图3-2(d）所示，将在新一行开始排列。此时，沿着最高点7的顶边为底边放入设施3，将设施3向左移动，直至无法移动，并计算设施3右下角的坐标是否超出设施范围。
(3）重复以上步骤，直至所有设施在车间中布局成功。
第三步，确定适应度函数。
本文对H公司离散型生产线进行布局优化，目标函数是求最小值问题，因此适应度函数取目标函数的倒数作为函数表达式，即：
第四步，遗传算子。
(1）选择
采用轮盘赌法进行“选择”操作。
(2）交叉
根据设施布置问题特点，本文采用部分匹配交叉操作，随机选取两个交叉点确定匹配段，根据匹配段上染色体各基因对应的映射关系，匹配片段内部和匹配片段外部的基因分别被替换以产生新的个体。
(3）变异
采用交换变异的方式进行变异操作。交换变异是指某一染色体中选中的两段基因进行交换操作，进而产生新的个体。
第五步，遗传算法终止条件。
当迭代100次后，停止迭代。
4效果及评价
将铸造车间、飞轮车间、齿圈车间和飞总车间某十周期的量距积和与使用MRPⅡ系统优化后的量距积和比较，使用MRPⅡ中的车间布局优化功能后，车间设施之间的量距积减小，物流效率提高。
在生产计划突然变更需增加或减少设备时，可快速对车间布局进行优化，确保物流量最小，降低企业生产成本，缩短投入生产时间，提高企业生产利润。
生产工序变更导致设备需增加或减少，MRPⅡ系统对车间内设备重新布局，以减少10号设备为例，图4-1所示，设备的数量由10台变为9台。
在生产计划发生变化时，MRPⅡ系统优化车间布局后的各个车间重新投入生产所需时间远远少于未使用MRPⅡ系统重新投入生产所需时间。
使用MRPⅡ系统后，不同的客户需求导致生产不同型号产品，不同型号产品的生产工序不同，需对各个工序的设备进行增减或更替，当设备数量或类型发生变化时，系统可自动进行车间布局优化，实现产线的柔性化改造，减少车间内部资源浪费，缩短车间重新生产新类型产品所浪费的时间，实现快速整合设备。
5 结语
随着信息技术不断发展，制造企业对信息化、时效性、可视化等方面的要求越来越高。MRPⅡ系统作为企业生产计划管理与车间底层生产的桥梁，随着企业内部日益增多的业务越来越复杂。
本文使用速e软件工厂，基于B/S架构为H公司定制化实现MRPⅡ系统，以H公司现状为依据，分析该企业的业务流程及构建MRPⅡ系统需实现的功能，确定系统整体的开发目标。根据需求分析，分别对系统的数据库和功能模块进行设计，在面对不同类型的产品订单时，系统可根据不同的生产流程柔性制定生产计划，并增减各类型产品所需的不同设备，以物流量最小为优化目标快速规划车间布局，减少车间内的资源浪费，快速响应生产计划的动态变化。
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