2 单元化制造系统中面向订单的动态组织

1. TAEMS任务建模语言
   单元化制造系统要根据产品单元提供的任务来进行组织。我们采用麻省理工大学MAS研究所提出的TAEMS(Task Analysis, Environment Modeling, and Simulation)作为产品任务结构的描述语言，该语言具有表达组织和任务结构的双重功能。
   
   图2 产品A的BOM和任务结构(TAEMS表达)

   • TAEMS基本要素
     TAEMS用TaskGroud树代表问题求解过程(图2b)。树节点称为任务(task)，叶节点又可称为方法(method)。非叶节点task有一个或多个子任务，任务间存在约束关系。任务(方法)有三个量化参数：成本(cost)、质量(quality)和工期(duration)，用来比较方案之间的优劣。质量是任务完成质量的量化表示。质量值越大，任务完成得越好。非叶节点任务的质量以其子任务的质量值为参数，通过质量累计函数(quality accumulating functions简称为QAFs)计算得出。树中各级任务质量依次逐级向上累计，最后得到根节点的质量值，从而可对任务的全局完成情况进行评估。
   • 质量累计函数(QAFs)-min和exactone(图2b)
     min函数表明子任务全部完成了，父任务才算完成，父任务的质量值由子任务中当前最小质量值决定：exact one函数表明父任务有若干种互斥的解决方案，父任务质量值取决于选中的执行任务的质量值。
   • ‘enables’关系(图3)
     ‘enables’是任务之间的一种重要约束关系。用下式表示任务T_a、‘enables’任务M： enables(T_a, M, t, d, q, q)式中：t——当前时刻
     d——在时刻t，完成T_a需要的时间(duration)
     q——T_a的当前质量
     q——‘enables’关系满足时，T_a必须具有的质量值
     
     图3 ‘enables’关系
     如果q等于q(M，d)，对‘enables’的简单解释是：T_a完成之前，M不可能开始。‘enables’关系类似于活动网络分析中的先后次序关系。
2. 产品A的任务结构示例
   图2a表示产品A的BOM。产品A由零件B和零件C装配而成。零件C自制，零件B有两种获得方式：“自制”和“外购”。图2b是产品A的生产任务结构。每个任务都有自己的“执行单元”和“单元角色”。前者负责任务的执行和管理，后者表明单元的组织关系。task B与两个子任务之间的质量累计函数为exactone，表示task B只能选取子任务中的一个执行。task B的“执行单元”根据实际情况(产品交货期的紧迫程度、生产设备的状况)，通过质量累计函数计算得到质量、成本、工期的值，并做出方案决策。
3. 面向订单的组织形成过程
   单元围绕订单的协调组织过程可分为两步：(1)任务单元分析任务结构，逐层产生辅助任务单元：(2)任务单元根据自身任务结构与相应的资源单元协商，取得资源使用权。
   (1)任务单元的组织
   根据客户合同产生产品A的订单(任务单元A)。任务单元A在产品单元A处取得产品A的生产任务结构后，根据任务结构中task B和task C的复杂程序，生成对应的“执行单元”(任务单元B和任务单元C)，同时将任务结构复制给新产生的任务单元，见图4a。执行任务的单元必须承担任务规定的角色，从而在多个任务单元之间形成了一定的组织结构关系。这种关系通过角色来表达。其中，角色“任务执行者”负责向“任务管理者”报告方案选择结果、质量累计结果、质量、成本、工期等。“任务管理者”对子任务信息进行统计、分析和决策(比如，根据质量累计函数对子任务质量进行计算，取得累计质量)。总而言之，“任务管理者”承担管理职能，“任务执行者”负责任务执行和进度汇报。单元的组织关系具有分形特点，比如任务单元B和任务单元C对任务单元(而言是“任务执行者”，对于其子任务的执行单元而言是“任务管理者”。
   
   图4 单元的组织过程
   (2)任务单元和资源单元的组织
   为具体组织生产，任务单元要和相应资源单元协商取得资源使用权。以任务单元B与资源单元的协商为例，见图4b。任务单元B在取得自己的任务结构之后，根据质量累计函数exact one，首先向企业的采购部门(资源单元)和可承担加工任务的工作中心1和工作中心2(资源单元)询问当前状况。根据当前状况，任务单元B作出方案选择。假设任务单元B从任务单元A得到的订单控制策略是“质量越高越好”，在权衡了候选方案(“自制”和“从供应商S1处购买”)的质量后，任务单元B选择前者(其质量值为4，大于后者的3)。随后，任务单元B与工作中心1和工作中心2进行协商取得相应时间段的资源使用权，形成了任务单元和资源单元之间的合同关系。
4. 单元化制造系统组织结构的柔性
   各单元在TAEMS基础上，通过协调围绕任务单元A形成了单元之间的组织结构。任务单元之间形成管理层次结构，任务单元与资源单元(工作中心1和工作中心2)形成“合同”结构。单元间这种组织关系不是固定的，可随内外环境的变化做出相应的调整。比如，在工作中心1不能工作的情况下，任务单元B可根据其质量累计函数(exact one)，转而采用“从供应商S1处购买”的方案，并且与供应商协商得到新的task B的完成时间(供应商交货时间)。根据关系“task B‘enables’task D”，task B的“执行单元”(任务单元B)还要与task A的“执行单元”(任务单元A)直接协商，为task D(装配产品A)的执行安排新的时间。因此，利用TAEMS语言描述的任务结构，单元间可形成灵活、动态的组织关系，增加和提高系统的抗干扰能力和柔性。

3 结论