大規模定制作為個性化定制和服務的大規模生產的完美結合，很好地避免了定制化生產中單件生產的高成本、批量受限和交貨期長的缺點，以及大規模生產的低柔性、市場反應能力差的缺點，但是由于其生產策略定制生產 (MTO)，因此大規模定制生產在生產過程中存在成本和時間上的劣勢。
作為一個很有發展前景的生產模式，大規模定制生產是很多制造企業努力的方向，但是在其具體實施過程中，制造企業面臨多方面的難題，其中生產調度系統就是其中一個重要的方面。本文的主要目的就是在對大規模定制生產的生產特征分析的基礎上深人研究其生產作業調度系統，希望能有助于制造企業更好提升其大規模定制化生產能力，在有效地降低其生產成本的同時幫助企業提升其對客戶需求的反應速度。
1 大規模定制生產作業系統分類研究
根據客戶訂單分離點 (CODP)在生產活動中的不同階段，大規模定制的實現可以分為按訂單銷售、按訂單裝配、按訂單制造和按訂單設計4種類型，4種類型的定制化程度依次增強，所謂 COPD 就是指企業在生產活動中基于面向庫存制造的備貨生產型轉向基于客戶需求的訂貨生產型定制生產的轉折點。
在實踐中，應用大規模定制生產方式的企業并非所有的環節都是按照客戶的定制化需求進行生產，一般大規模定制企業生產作業系統主要由訂單處理系統、零件生產系統、產品組裝系統3個部分組成。首先，根據物料清單將訂單進行分解成基本的產品結構樹，然后根據加工過程中的約束條件進行判斷，是否需要外購定制產品的基本構件，其中約束條件通常是加工能力約束、庫存水平約束、生產成本約束、用戶指定用料約束以及產品交付期約束等，在不滿足約束條件時需要對一些基本構件進行外購，滿足條件則自行組織生產，最后將產品構件組裝成為客戶定制的產品。
2 大規模定制生產作業調度問題分析。
針對大規模定制生產的零件加工和產品組裝兩個主要生產步驟，其生產作業調度問題也主要由零件加工調度問題和產品組裝調度問題構成，兼具離散制造與連續制造調度的特征，雖在不同行業存在特征弱化，其調度問題依舊具有典型的混合生產調度特征。
2.1 零件加工調度問題分析
成組技術在機械零件加工方面的應用，是將多種零件按其工藝的相似性分類，以形成零件族，把同一零件族中生產量小的零件匯集成生產量大的組，從而使小批量生產能獲得接近大批量生產的經濟效益。在批量生產的加工車間，.實際上僅有少量時間花費在機床上，其余則花費在車間內部的工件搬運和等待，而大規模定制生產具有多批次小批量的生產特征，因此大成組技術是保障其成功的一項重要策略。
傳統的成組技術對零件的描述一般是采用成組編碼的形式，近年來基于零件特征的成組方式越來越多受到關注。基于零件特征的成組方式就是利用數學方法和人工智能方法等手段估算出零件和產品特征庫中零件的相似度，將零件歸類成組到最大相似度的零件作業族中。成組作業優化生產調度是在生產調度中充分考慮和利用作業在加工上的相同性和相似性，減少生產工具轉換的次數，優化生產目標，以提高生產效率。
在減少了產品加工的機器調整時間的同時，同一作業族連續不間斷生產則會造成其他作業族的等待時間，因此，根據多批次小批量的JIT制造思想，同一族的作業在加工過程中可分成若干作業組，同族的作業連續加工，其后的作業沒有機器重新設置時間，不同族的作業連續加工，其后的作業有機器重新設置時間。因此大規模定制企業零件生產調度問題屬于考慮到零件加工等待時間、作業機器調整時間下的作業族分組調度問題。
2.2 產品組裝調度問題分析
流水生產線是一種先進的生產組織形式，有利于設備的充分利用和提高生產率，裝配線是一種典型的流水生產線。在大規模定制生產實踐中組織裝配時，流水線是常采用的一種基本方式，是大規模定制生產實現快速響應的一個基本要求。
產品組裝生產位于整個大規模定制生產制造流程的后段，其生產模式主要是由一條條的生產線所構成的生產系統，并沒有任何瓶頸機臺的限制，組裝生產的工藝順序既定，因此產能限制的重要性相對較小。然而，雖然在大規模定制組裝生產時產能的限制比較小，但是物料限制卻非常重要，作為面向客戶定制化的基本能力，通過對流水線的加工速率和組裝物料的調整，同一條生產線往往可以組裝出多個規格的產品。
從裝配的角度看，產品族的結構可以分為產品類、部件類、組件類和零件類，每種規格的產品依據不同顧客需求有不同的物料組合，其中物料主要由顧客指定用料和非指定用料所組成，某些顧客可能會指定專用的物料組合，而某些顧客則認為混料也可以接受 (圖2)，但為了保證加工的連續性和交付產品的同質化，通常同一訂單的同一道工序只能采用相同的物料。
為了實現對客戶需求的快速反應，產品的總體組裝時間也是大規模定制組裝生產的一個重要考量指標，因此，大規模定制企業產品組裝生產調度的一個重要特征就是產品物料限制下的流水型快速組裝生產調度問題。
3 大規模定制生產調度優化問題建模研究
因此大規模定制企業生產調度優化問題由考慮零件加工等待時間、作業機器調整時間下的作業族分組調度的零件生產調度問題，以及產品物料限制下的流水型快速組裝生產調度問題兩部分構成，具體數學建模描述如下:
3.1 零件加工調度問題建模與仿真研究
針對n作業族m臺機器的加工作業，每個作業族由伙作業組構成的車間作業調度問題，本文引人緩沖區的思想，相同作業族作業組之間的作業族號相同，根據成組的思想，相同的作業族之間的作業組連續加工不需要準備時間 (作業緩沖時間)，不同作業族之間需要機器調整時間，則以最小化MakeSpan為調度目標的大規模定制零件加工生產調度問題如下：
3.2 產品組裝調度問題建模與仿真研究
針對多訂單多任務序的裝配作業，第道裝配工序有多種可供選擇物料的流水線作業調度情況，訂單的總生產時間由訂單加工時間和訂單等待時間兩部分組成，設訂單i的j道工序的等待機器加工時間為Wij，加工作業時間為Tij，加工過程中的缺貨補充時間為tij，則以最小化MakeSpan為調度目標的大規模定制生產組裝生產調度問題建模如下:
一個4個訂單5道工序，每道工序均有3種可選物料的問題，其中訂單用料數量約束st-mat ，訂單加工時間約束，起始庫存量為安全庫存數量ST-str若發生缺貨，除了加工所需用料外，一次性補充到安全庫存，其缺貨補充時間為TIME-short，客戶指定用料約束為ST-custom :則調度問題的最優解為Min-MakeSpan=252，其中的一個可行解為訂單的加工順序為1、4、3、2; 物料的用料情況為訂單1依次使用物料1、3、3、2、1;訂單2的物料使用情況為2、2、2、1、2;訂單3的物料使用情況為1、2、2、3、3;訂單4的物料使用情況為 1、1、1、3、2.
4 結束語
大規模定制生產作為一種先進的制造模式在制造業中備受關注，其生產與調度系統是實現企業大規模定制能力相當重要的一環，基于定制點分離思想，結合大規模定制生產的應用實踐，本文提出大規模定制生產調度間題主要包括零件加工作業調度問題和產品組裝作業調度問題，并且對兩種調度問題提出了解決策略，零件加工的成組作業族和基于JIT思想的小批量作業組生產調度策略，以及產品組裝的同工序同物料的物料限制滿足策略，并且對其基本思想進行了數學描述和實例仿真，對今后進一步研究大規模定制生產調度問題的提供了一定的幫助，對企業實施大規模定制的可行性研究也有一定的借鑒意義。
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本文標題：大規模制定企業生產作業調度優化問題研究
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