印刷企业的生产优化设计

印刷企业的生产优化设计

罗忆辉

广州日报社广东广州510000

摘要：在过去的十几年中，印刷业正承受着巨大挑战。不仅是因为数字媒体不断的冲击，还牵扯到其工艺与原材料都与环境问题相关，固定常用的油墨和其他有污染的印刷耗材都会减少消费的需求。通过对某印企车间实际生产能力展开分析，以此来设计最佳生产排单方案，节约生产时间，促进企业生产资源的有效利用。

关键词：数学模型；遗传算法；MATLAB；排单方案

1当前印刷企业生产存在的问题

1.1过度依赖生产调度员的经验和个人的计算能力，倘若调度员计算失误，必然会加重车间生产任务、降低生产效率，乃至影响订单的交货期限[1]。

1.2面临突发情况，无法及时调整。若顾客订单有所变化或某个机器出现故障，调度员需要去了解具体情况，从新计算安排，既费时又费力[2]。

2印刷企业的生产优化设计建模

2.1问题描述

该问题的数学模型可以描述为：有n个需要加工的工件，要在m台机器上进行加工，1个工件在1台机器上的加工为一道工序，与之相对应的加工时间为该工序的加工时间，以事先给好的“加工路线”来表示工件加工技术上的约束（即所谓的加工工艺过程）。要求通过合理安排工件的加工顺序以使总加工时间最短（即求最小的总完工时间）。

2.2模型构建

（1）数学模型：①工件集合矩阵P={p1，p2，p3，p4，…，pn}，pi表示：第i个工件（i=1，2，3，…，n）；②机器集合矩阵M={m1，m2，m3，…，mm}，mj表示：第j台机器（j=1，2，3，…，n）；③工序矩阵OP={op1，op2，op3，…，opn}T，opi={opi1，opi2，opi3，…，opim}表示opi的工序序列，opik表示：第i个工件的第k道工序的机器号；④每个工件所使用的每台机器加工的时间矩阵为：T={tij}，tij表示：第i个工件在第j台机器上所要的加工时间，如果tij=0，则表示工件Pi没有在机器j上加工，也就意味着工件Pi的这道工序实际上不存在，所以在工序OPi中与之对应的机器可以为任意一台，但是其加工时间为0。

（2）模型的约束条件

①每个工件在每台机器上使用的次数不得超过一次；②每个工件在每台机器上使用的顺序可以不同；③每个工件的加工工序必须得依次进行，加工时，后面的工序不能先于前面的工序进行；④任何品种的加工工件都没有优先加工的权力，应该服从生产顺序安排；⑤在工件加工的过程中，既不能有新的工件加入，也不能临时取消先有工件的加工。

3模型仿真

3.1车间产品的印刷工艺以及设备情况

在某车间，工序1印刷、工序2上光、工序3折页、工序4配页、工序5包封面、工序6覆膜、工序7裁切；彩色精装书也涉及到7道工序，分别为：工序1印刷、工序2上光、工序3折页、工序4配页、工序5裁切、工序6覆膜、工序7包封面。车间现有设备：机器1单色印刷机，机器2彩色印刷机、机器3折页机、机器4配页机、机器5胶装机、机器6骑马装订机、机器7为蝴蝶装订机、机器8、9均为三面刀裁切机、机器10覆膜机、机器11上光机。需生产6种不同类型的印品。其中，各产品在各个工序上的加工总时间（单位/h），即各个工序的加工总时间=各产品在各个工序上的单位加工时间×各产品的产量。

3.2变量信息提取

Jm={1，11，3，4，7，10，[8，9];1，11，3，4，5，10，[8，9];1，11，3，4，5，10，[8，9];

2，11，3，4，[8，9]，10，5;2，11，3，4，[8，9]，10，7;2，11，3，4，[8，9]，10，6}；

加工时间矩阵（各工序的总时间）：

T={12.5，0，13.33，8.33，21.67，12.5，[11.67，10];10.5，0，10，10，24，10，[10，8];

8.33，0，7.5，6.67，16.67，7.92，[7.5，5.83];13.42，7，11.67，8.17，[9.92，7.58]，8.75，14;

20.83，11.67，19.17，14.17，[16.67，12.5]，14.17，26.67;11.33，8.33，13，8.33，[10.67，8]，8.67，15.33};

3.3程序运行

将所提取的变量工序矩阵Jm和时间矩阵T分别代入MATLAB2016b软件所编写的主程序中，可以得到：①输出结果：MakeSpan=136.09h（即最小的总完工时间为136.09h），可见通过该设计后得出的排程安排相较没有排程安排时的加工总时间（T总=481.03h）有了明显的节约；②最优生产排单方案所对应的印刷车间胶装书生产加工调度（生产）甘特图。

3.4结果分析

（1）加工甘特图中的横坐标表示加工时间，纵坐标表示印品加工所使用的机器号；（2）完成印刷产品全部加工的最长流程时间大约为136.09小时，即印刷品6的最后一道工序（工序7：包封面）在机器6完工的时刻；（3）甘特图中同一颜色的色块表示同种品牌的印品，以及其加工时不同工序在不同机器的加工时间，例如图中绿色色块的101表示印品1从0h时刻开始在1号机器（单色印刷机）上进行工序1（印刷）的加工，到12.5h时刻结束；（4）表示样品2的第二道工序（工序2）在机器11上加工的时间为0，即印品2的工序2不存在（工序2不能为其第二道工序）；（5）根据加工甘特图可以确定各个印刷产品的排单方案，如印品1的排单为：（101）从0h开始在机器1上进行第1道工序（工序1），到12.5h时刻结束-（103）从12.5h时刻开始在机器3上进行第2道工序（工序3），到25.83h时刻结束……（107）从第68.33时刻开始进在机器7上进行第6道工序（工序7），到80h时刻结束；依次类推，可排出其他印品的排单方案。

4注意事项

4.1由于实际生产是一个复杂的动态过程，而在此构建的是静态的作业车间调度模型，在实际生产期间可能会出现一些情况，如机器出现故障、插单等，因此还需要经验丰富的印刷从业人员进行些许的调整，使整个产品的排单方案更符合实际[3]。

4.2未将印前处理中的原稿获取、排版设计及油墨调制等准备工作纳入到整个的排单计划当中，只是针对印刷车间设备的加工能力来构建调度模型，制定排单方案，具有一定的局限性。

4.3模型仿真中的数据参数可能与实际中车间设备生产情况有些许出入，以致对仿真结果造成一定的误差[4]。

4.4车间生产的决定因素还是人，未将人力因素纳入到方案当中。车间生产调度受人力因素影响明显，操作人员的技能熟练程度对印刷机械的平稳运行有着直接或间接的影响，进而影响到整个排产计划的正常运行。

结语：

总之，针对印企车间产品调度问题，将现实问题转换为一般的作业车间调度问题，建立约束条件、决策变量以及目标函数，再来构造数学模型，利用一种改进的自适应迭代寻优的遗传算法进行求解。通过MATLAB模拟遗传算法用于求解印企车间产品生产排单问题，得到排单方案。

参考文献：

[1]郝琪.基于APS的印刷企业生产管理系统的设计与实现[J].广东印刷,2017(04):13-15.

[2]闫蓉蓉,付海燕.印刷企业社会责任评价体系研究[J].北京印刷学院学报,2017,25(01):46-50.

[3]杨雪玲.做好印刷企业生产车间管理的几点思考[J].中国包装工业,2015(14):75+77.

[4]秦必瑜.印刷企业实施清洁生产促进节能减排[J].科技与出版,2014(06):11-14.