徐建萍 郭 鋼 羅 妤,3

1.重慶大學(xué),重慶,400033 2.貴州大學(xué),貴陽,550025 3.重慶科技學(xué)院,重慶,400050

面向項目制造的復(fù)雜裝配過程資源匹配研究

徐建萍1,2郭 鋼1羅 妤1,3

1.重慶大學(xué),重慶,400033 2.貴州大學(xué),貴陽,550025 3.重慶科技學(xué)院,重慶,400050

大型復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)由于其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對制造過程的組織管理不同于一般產(chǎn)品。在MRPⅡ系統(tǒng)基礎(chǔ)上,整合項目管理方法滿足復(fù)雜產(chǎn)品制造過程特征要求,建立滿足項目制造管理模式的分級生產(chǎn)計劃模型。針對大型復(fù)雜產(chǎn)品的最終裝配過程,構(gòu)建基于時段的資源匹配矩陣,反映資源對計劃的匹配程度,采用排隊原則優(yōu)化多項目有限資源與計劃的匹配,提高最終裝配計劃的可行性,保證項目產(chǎn)品的按期交付。

大型復(fù)雜產(chǎn)品;項目制造;分級生產(chǎn)計劃;資源匹配矩陣

0 引言

大型復(fù)雜機械產(chǎn)品是指由客戶定制、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積(容積或質(zhì)量)大、技術(shù)含量高、生命周期長、以單件或小批量方式生產(chǎn)的高成本、高風(fēng)險、管理過程復(fù)雜的大型機械產(chǎn)品[1],例如大型專用設(shè)備、飛機、艦艇、坦克等。大型復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程復(fù)雜,生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造過程周期長,一般采用面向訂單設(shè)計(ETO)的單件小批生產(chǎn)模式,包括技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)準(zhǔn)備、產(chǎn)品制造等多個階段,在產(chǎn)品制造階段主要劃分為零部件制造和最終產(chǎn)品裝配兩個制造層次。單件小批生產(chǎn)模式通常采用基于MRP/MRPⅡ、網(wǎng)絡(luò)計劃等理論的混合計劃管理模式[2-6];從產(chǎn)品的唯一性、獨特性等項目特征出發(fā),面向項目的制造(project-based manu facturing,PM)管理模式正逐步形成,實現(xiàn)項目管理與物料管理兩大功能的結(jié)合[7-8]。作為產(chǎn)品形成重要階段的最終裝配過程,基于MRPⅡ的能力需求分析和網(wǎng)絡(luò)計劃的單一項目資源優(yōu)化都不能滿足大型機械產(chǎn)品最終裝配過程多項目、多資源匹配的要求。本文針對大型機械產(chǎn)品生產(chǎn)組織、計劃的特點,以項目制造管理模式為出發(fā)點,提出面向大型產(chǎn)品復(fù)雜裝配過程的資源匹配方法,解決多項目、多資源環(huán)境下資源能力匹配問題,提高最終裝配計劃的可行性。

1 面向項目制造的分級生產(chǎn)計劃模型

大型機械產(chǎn)品具有較高的定制性,持續(xù)的客戶影響貫穿整個生產(chǎn)過程;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,生產(chǎn)周期長,具有逐步演進、邊設(shè)計邊生產(chǎn)等特點。相對于工程建設(shè)項目,面向訂單設(shè)計的大型復(fù)雜產(chǎn)品制造過程也具有獨特性、臨時性、唯一性和多功能性等項目的一般特征;不同的是離散制造企業(yè)是以零部件制造和產(chǎn)品裝配作為關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程,基于一定的制造策略通過生產(chǎn)系統(tǒng)來進行管理。其生產(chǎn)計劃和控制過程與傳統(tǒng)批量生產(chǎn)方式不同:

(1)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的計劃需要與產(chǎn)品開發(fā)進度計劃建立關(guān)聯(lián),并最終滿足整個項目的進度要求,即服從以項目為主線的整體生產(chǎn)調(diào)度。

(2)較長裝配提前期對物料需求計劃的影響。傳統(tǒng)物料需求計劃制定最終產(chǎn)品裝配所需物料的配送時間是以主生產(chǎn)計劃制定的開始時間為基準(zhǔn)。大型復(fù)雜產(chǎn)品由于裝配周期長,從滿足零部件的采購/加工提前期、降低庫存成本等方面考慮,要求最終產(chǎn)品裝配所需物料的配送時間以所在裝配工序的計劃時間為基準(zhǔn),使得不同工序所需物料的MRP完工時間有所不同,如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)MRP計劃時間與大型復(fù)雜產(chǎn)品MRP計劃時間的差異比較

(3)基于項目的粗計劃和細(xì)計劃的有機結(jié)合。項目產(chǎn)品的粗計劃是根據(jù)綜合BOM數(shù)據(jù)編制,在產(chǎn)品制造BOM及工藝路線數(shù)據(jù)尚不完整的情況下,用于項目進度的控制以及安排關(guān)鍵件/重要件的采購和加工;產(chǎn)品的最終裝配計劃是以產(chǎn)品部裝、總裝為對象的細(xì)生產(chǎn)計劃,需要根據(jù)各進裝點的計劃安排確定完整的物料配送清單。

(4)復(fù)雜裝配過程資源配置不同于一般離散產(chǎn)品。傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)中無論是粗能力計劃還是能力需求計劃都是建立在工作中心基礎(chǔ)上的單一資源能力計劃,即每一工序所需的資源僅為一項。大型單件產(chǎn)品的裝配過程在資源配置上既要考慮整個裝配任務(wù)的共享資源,如裝配場地、裝配工裝等,又要考慮單個工序的多資源需求特征(人員、設(shè)備、工裝夾具等)。能力計劃需要針對多項目實現(xiàn)多資源匹配的成套性。

我國學(xué)者吳炎太[9]認(rèn)為項目制造是由一系列緊密相聯(lián)的任務(wù)組成的,盡管項目制造的結(jié)果是某種產(chǎn)品,但項目制造并不是產(chǎn)品本身,項目制造包括項目投標(biāo)、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、工藝裝備設(shè)計與制造、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品安裝調(diào)試、產(chǎn)品生命周期內(nèi)的服務(wù)與支持等整個項目生命周期過程。離散制造業(yè)的項目制造是以創(chuàng)新型產(chǎn)品為對象,在廣義資源約束下涵蓋整個產(chǎn)品生命周期對產(chǎn)品及其資源進行的計劃、組織、協(xié)調(diào)和控制,旨在按期交付滿足客戶要求的產(chǎn)品。在生產(chǎn)計劃與控制階段,產(chǎn)品形成階段是整合項目管理與物料管理兩大功能模塊的關(guān)鍵,需要從項目管理的角度出發(fā)將產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、產(chǎn)品制造這三方面的工作相互銜接、相互貫穿,實現(xiàn)以產(chǎn)品項目為主線的多級集成計劃控制模式。在此,提出基于MRPⅡ的項目制造分級計劃模型,如圖2所示。

面向項目制造的分級生產(chǎn)計劃模型由項目定義層、項目計劃層和基本生產(chǎn)計劃層構(gòu)成,通過項目計劃層形成一個橋梁,形成產(chǎn)品研發(fā)和制造兩大核心業(yè)務(wù)過程的協(xié)同;以典型MRP處理邏輯作為基本生產(chǎn)計劃層的核心,滿足企業(yè)項目制造模式與重復(fù)生產(chǎn)模式的混合管理。其主要處理邏輯是:

(1)項目計劃階段是在項目定義的基礎(chǔ)上圍繞裝配網(wǎng)絡(luò)圖展開,采用網(wǎng)絡(luò)計劃編制項目主生產(chǎn)計劃,確定每一裝配節(jié)點的工期、計劃開始時間和計劃完成時間,與之相對的裝配粗能力計劃是對整個裝配過程涉及的共享性資源(裝配場地、工裝夾具等)的能力計劃。項目物料需求計劃(MRP by Project)是針對產(chǎn)品最終裝配過程,用于最高層裝配的零件、部件,并以項目主生產(chǎn)計劃網(wǎng)絡(luò)圖上的裝配節(jié)點時間為參照形成的物料需求分析。

(2)基本生產(chǎn)計劃的制定遵循了MRP的處理邏輯,從主生產(chǎn)計劃到物料需求計劃進行需求轉(zhuǎn)換,但產(chǎn)品的最終裝配計劃與零部件的主生產(chǎn)計劃相互獨立。項目制造環(huán)境下,由于產(chǎn)品最終裝配環(huán)節(jié)的重要性及其復(fù)雜性,僅僅采用“輸入-輸出”的黑箱計劃方法難以對較長的裝配提前期實現(xiàn)有效的計劃和管理。通過項目計劃層的宏觀整體規(guī)劃,最終裝配計劃是對項目主生產(chǎn)計劃的細(xì)化,并形成與之對應(yīng)的滿足復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程資源需求特點的能力計劃和物料配送計劃。

圖2 面向項目制造的分級生產(chǎn)計劃模型

2 項目制造模式下最終裝配過程的資源與計劃匹配問題

M RPⅡ/ERP系統(tǒng)中計劃與資源匹配問題主要是針對零部件制造過程的能力需求分析,通過粗能力計劃和能力需求計劃實現(xiàn)單一資源要素與計劃的匹配[10-13]。普通批量裝配生產(chǎn)線強調(diào)裝配過程的專業(yè)化、簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化,生產(chǎn)過程中通過節(jié)拍保證能力與負(fù)荷相對均衡,工作中心這種資源組織形式比較適合有一定加工批量、工序時間少于在班時間的批量生產(chǎn)環(huán)境,工作中心的能力是每一天的每一班可用的時間和有多少能力單元可用,利用工作中心的累積能力來執(zhí)行一個任務(wù)項,縮短加工周期。大型復(fù)雜產(chǎn)品由于體積龐大,通常采用地坑等進行固定裝配,裝配工序較復(fù)雜,涉及的物料、設(shè)備、工裝夾具等種類繁多;對裝配人員的技能要求較高。對于大型單件產(chǎn)品而言,工作中心的累積能力不能真實反映其對計劃的滿足程度,關(guān)鍵是單個能力單元的能力是否滿足計劃需要。

項目制造環(huán)境下的最終裝配過程對物料供應(yīng)和資源能力的管理不同于一般產(chǎn)品的裝配過程,作為企業(yè)核心業(yè)務(wù)過程的產(chǎn)品最終裝配過程在資源匹配問題上具有以下特征:

(1)每個項目產(chǎn)品的裝配過程是由一系列相關(guān)聯(lián)的裝配單元構(gòu)成,裝配單元作為獨立的任務(wù)有對應(yīng)的人員、工裝、設(shè)備等資源需求。每個計劃期需要針對不同項目的多個任務(wù)進行資源匹配。

(2)項目主生產(chǎn)計劃為最終裝配計劃的制定提供了時限約束,最終裝配計劃是在項目主計劃基礎(chǔ)上擴展形成的二級網(wǎng)絡(luò)圖計劃。

(3)裝配計劃與資源的匹配需要,直接資源與資源要素的能力對應(yīng),而不能采用工作中心的累積能力來評價對資源需求的滿足程度。

傳統(tǒng)MRPⅡ/ERP系統(tǒng)中對資源能力的管理是通過每一天的每一班可用的時間來實現(xiàn)的,即資源能力是通過資源的可用工時來表達。大型單件機械產(chǎn)品最終裝配過程的資源需求不僅需要資源滿足一定的工時,同時還存在多個可替代資源同時承擔(dān)一項裝配任務(wù)的情況,即還對資源數(shù)量也有要求。為了不與工作中心產(chǎn)生混淆,這里采用資源組的形式針對資源的工時能力和數(shù)量能力兩大指標(biāo)建立對資源能力的描述。

資源組是在同一時間需要的一組資源或是可以互相替代的資源集合。例如,裝配過程中用到的裝配鉗工,組成資源組后,則可以在該資源組中指定多名裝配鉗工同時負(fù)責(zé)一項裝配任務(wù)。

基于以上特征,項目制造環(huán)境下資源/資源組能力信息可以描述為一個三元組:

式(1)中,Capa In fo描述資源的基本信息包括資源總量Amount,屬性ResNature描述該資源是否處于正常使用狀態(tài)。裝配制造資源能力包括兩個部分:可用能力(Capa)和負(fù)荷(Load),資源能力是根據(jù)該項資源對應(yīng)的工廠日歷設(shè)置的工作時長和班次,形成基于時間軸確定的工時能力Capa Value,資源負(fù)荷Load反映了某個時段任務(wù)Task ID對資源能力的占用,即結(jié)合工廠日歷形成的資源工時負(fù)荷(ResLoad),以及任務(wù)Task ID在資源/資源組中分配的資源數(shù)量(AcquireNum)和占用狀態(tài)(OccupState)。

項目制造環(huán)境下裝配過程的任務(wù)及資源需求定義為:

式(2)中 ,Durationi、TSi、TFi和Bu f feri分別描述任務(wù)taski的工期、開始時間、完成時間和任務(wù)具有的時間緩沖(自由時差)。Dep描述了任務(wù)間的緊前、緊后關(guān)聯(lián)關(guān)系。任務(wù)taski的第l項資源需求ResRequestil可以對應(yīng)一個資源組Team ID il,或是直接與資源項ResID il關(guān)聯(lián),所需資源數(shù)量為RequestNum il,占用資源的工時能力根據(jù)任務(wù)的開始時間和工期確定。式(2)對資源能力從資源的工時能力(Capa Value)和資源數(shù)量兩個方面進行了統(tǒng)一,使得對資源可用性的評價可以直接通過資源數(shù)量來進行判斷。

項目制造環(huán)境下,每個任務(wù)受到所在項目計劃時間的約束,不同項目的任務(wù)是可以并行執(zhí)行的,因此,將各時段不同任務(wù)對同一資源的需求量進行累計便得到資源項在計劃展望期內(nèi)所需資源能力單元之和,稱為資源需用量,顯然,資源需用量是時間的函數(shù),記為R=R(t)。假設(shè)整個計劃期需要考慮的資源或資源組表示為Resourcej(j=1,2,…,h),根據(jù)式(1),資源或資源組在時刻t的能力為

式(3)表示如果資源或資源組Resourcej在時刻t的資源數(shù)量Availab leNum j≥1,此時該資源具有的單位工時能力值為CapaValuej(1小時/1天/1周);否則,Capa Valuej=0,即資源能力已經(jīng)被占用形成負(fù)荷。

資源與計劃的匹配就是要滿足R(t)j≤AvailableNumj|t,對于R(t)j＞AvailableNumj|t的時段在資源需求與資源可用能力之間產(chǎn)生沖突,需要采取一定的措施來進行沖突消解。

3 多項目有限資源與計劃的匹配方法

在計劃與資源的匹配問題中,任務(wù)資源需求與資源能力如何進行比較以及兩者比較的結(jié)果以哪種形式體現(xiàn)出來是解決問題的關(guān)鍵,下面就針對匹配計算方法進行具體描述。

3.1 參數(shù)描述

假設(shè)進行資源匹配的計劃展望期H=[h1,h2],其中h1大于當(dāng)前日期。集合Jc表示該展望期中需要進行資源匹配的任務(wù)集合,Jc={Ptask1,Ptask2,…,Ptaskn},Ptaski∈ Jc(i=1,2,…,c)的基本信息包括任務(wù)開始時間 TSi、完成時間TF i和工期Durationi,集合中任務(wù)根據(jù) TSi的遞增順序排隊,確定其在集合Jc中的序號Priorityi。單個任務(wù)的資源需求可能不止一項,包括主要資源和次要資源,任務(wù)Ptaski的第l項資源需求表示為ResRequesti l=(ProjectIDw,Task ID i,Team ID il,ResID il RequestNunil),主要反映對資源的數(shù)量需求,資源占用工時跨度通過工期Durationi確定;整個計劃期需要分析的關(guān)鍵資源或資源組表示為Resourcej(j=1,2,…,h)。資源能力根據(jù)式(1)得到,描述資源/資源組基于時間軸的工時能力 Capa Va lue及資源數(shù)量AvailableNum。

3.2 面向最終裝配計劃的資源匹配分析

項目制造環(huán)境下產(chǎn)品的最終裝配計劃采用網(wǎng)絡(luò)圖的形式,計劃與資源的匹配分析需要把不同項目的多個任務(wù)的多項資源需求集中反映出來,這里采用時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖[14]構(gòu)建多項目的混合網(wǎng)絡(luò)圖計劃,進行資源匹配分析。

(1)繪制多項目的任務(wù)時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖,劃分資源能力需求時段。

集合Jc={Ptask1,Ptask2,…,Ptaskn}中的任務(wù)來自同一項目或是不同項目,任務(wù)之間的時間銜接不一定是連續(xù)的,根據(jù)各任務(wù)的開始時間TSi/TSij和完成時間TFi可以將展望期劃分為N個作業(yè)節(jié)點,由此構(gòu)成 N-1個對應(yīng)的時段ty=(a,b),其中y=1,2,…,N-1;a,b∈[h1,h2]。如圖3a所示,計劃展望期內(nèi)包含兩個項目的9個任務(wù),根據(jù)任務(wù)安排展望期劃分為6個時段。

圖3 多項目網(wǎng)絡(luò)圖及資源需用量動態(tài)曲線

若ajy≥1,在時段ty=(a,b)內(nèi)資源Resourcej的資源能力滿足資源需求。若ajy＜1,在時段ty=(a,b)內(nèi)資源Resourcej的資源能力不滿足資源需求,存在資源沖突。另外,如果在時段ty=(a,b)內(nèi)對資源Resourcej沒有使用需求,即R(ty)j=

(2)按時段匯總所需資源的能力需求R=R(t)。資源能力需求是時間的函數(shù),由此可以得到多項目的資源需用量動態(tài)曲線。如圖3b所示是資源Resourcej在計劃展望期6個時段的資源需求量動態(tài)曲線,橫坐標(biāo)是基于工廠日歷表示的資源工時能力,縱坐標(biāo)表示任務(wù)在各時段的資源需求數(shù)量。

(3)根據(jù)時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖的時段構(gòu)成計算各時段的資源能力。

(4)資源需用量與資源能力的匹配分析,構(gòu)建基于時間分段的資源能力-需求匹配矩陣,反映資源匹配結(jié)果。資源能力與資源需用量匹配分析的結(jié)果反映的是資源在各時段的資源需求與資源能力的匹配程度,可以采用一個基于時間分段的資源匹配矩陣[ajy]h×m來表示,如圖 4所示。其中,ajy為資源能力-需用量匹配系數(shù):0，則令ajy=+∞。

圖4 基于時間分段的資源匹配矩陣

(5)有限資源與計劃沖突的消解。

對于存在資源沖突的時段,根據(jù)資源特點采取不同的策略來進行沖突消解。

在多項目混合網(wǎng)絡(luò)圖基礎(chǔ)上按時間分段來評價資源能力對資源的需用量R(t)的滿足程度,

3.3 多項目有限資源沖突的消解

生產(chǎn)系統(tǒng)中的資源沖突問題無時不在,引起資源沖突的原因可能是資源數(shù)量過少,難以滿足任務(wù)需求;也可能是任務(wù)安排過于集中,導(dǎo)致資源在某些時段超負(fù)荷。通常解決資源沖突的措施主要有4類:①增加資源容量/資源總數(shù);②業(yè)務(wù)外包/外協(xié);③通過資源組合的方式利用多項資源的能力共同滿足任務(wù)的資源需求;④利用排隊原則調(diào)整某資源對應(yīng)任務(wù)的優(yōu)先順序號,借助于任務(wù)的時間緩沖來優(yōu)化資源配置。在項目制造模式下資源沖突更多體現(xiàn)的是不同項目產(chǎn)品對有限資源能力的競爭,任務(wù)對資源需求的時間受到項目計劃的約束,同時要滿足緊前、緊后生產(chǎn)任務(wù)的時間約束,因此,在項目制造管理模式下多項目資源沖突需要在保證計劃進度的基礎(chǔ)上,進行多項目之間的資源協(xié)調(diào),通過資源的優(yōu)化配置為更重要、更緊迫的項目爭取足夠的資源能力,保證計劃進度。

多項目有限資源沖突消解方法是利用任務(wù)具有的時間緩沖(時差)來對沖突時段的任務(wù)進行調(diào)整,優(yōu)先保證關(guān)鍵任務(wù)的資源需求。

(1)準(zhǔn)備多項目的任務(wù)時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖和資源能力-需用量匹配矩陣。

(2)從左向右逐一考察動態(tài)曲線的資源能力-需用量匹配矩陣的各個時段,若在某個時段(a,b)內(nèi)資源能力-需用量匹配系數(shù)ajy≥1,即資源能力滿足資源需求,則考慮下一個時段。否則,就對該時段內(nèi)的所有任務(wù)按照對應(yīng)資源進行重新排隊編號,依次按編號順序分配需要的資源。

(3)重新排隊后,若時段(a,b)及其后續(xù)時段內(nèi)任務(wù)都為關(guān)鍵任務(wù)或是已無時差可采用的非關(guān)鍵任務(wù),則調(diào)整結(jié)束。否則分配不到資源的工作,將其移到該時段后,從時刻b開始。

(4)根據(jù)調(diào)整后的任務(wù)時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)修正資源能力-需用量匹配矩陣。

需要說明的是,在時段(a,b)內(nèi)某任務(wù)右移時,如果該任務(wù)的緩沖時間小于右移的量b-a,這時它的緊后任務(wù)也必須右移一定量,也就是將其開始節(jié)點右移(b-a)-Bu f feri個單位。若緊后任務(wù)為關(guān)鍵任務(wù)就會造成整個工期的延長,此時需要在延長工期和保持資源沖突兩種結(jié)果上作出選擇。

資源沖突時段內(nèi)任務(wù)的重新排隊,是根據(jù)任務(wù)在網(wǎng)絡(luò)計劃中的時差以及與沖突時段的關(guān)聯(lián)性來決定的,排隊原則是:

(1)首先排(a,b)時段前已經(jīng)開始了的任務(wù),對于這些任務(wù)應(yīng)優(yōu)先滿足其資源需要,使它們能繼續(xù)下去。這些任務(wù)按式(5)中F′i遞增順序進行排隊。對于F′i相同的任務(wù),資源強度大的任務(wù)排在前面,強度小的任務(wù)排在后面。

(2)然后排(a,b)時段內(nèi)時刻a開始的關(guān)鍵任務(wù),當(dāng)關(guān)鍵任務(wù)為多項時,按資源強度的遞減順序排隊。

(3)最后排(a,b)時段內(nèi)時刻a開始的非關(guān)鍵任務(wù)。這些非關(guān)鍵任務(wù)按任務(wù)總時差的遞增順序排隊。當(dāng)任務(wù)的總時差相同時,資源強度大的排在前面,資源弱小的排在后面。

基于排隊原則的資源沖突消解方法能夠有效利用任務(wù)的緩沖時間(時差)平衡來自不同項目的多個任務(wù)的資源需求。

3.4 實例分析

以圖3所示的多項目時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖為例,該計劃包含了9個任務(wù),各任務(wù)計劃時間參數(shù)以及任務(wù)資源需用量值如表1所示。項目P1中的任務(wù)Ptask7具有6個單位時間的緩沖時間,項目P2的任務(wù)Ptask3具有10個單位時間的緩沖。根據(jù)時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖,任務(wù)安排展望期劃分為6個時段,分別是t1=(0,5),t2=(5,10),t3=(10,16),t4=(16,20),t5=(20,24),t6=(24,30)。假設(shè)項目 A 、B在展望期內(nèi)的任務(wù)涉及兩種關(guān)鍵裝配制造資源:人工和清洗機,為簡化資源能力的計算過程,現(xiàn)設(shè)人工和清洗機兩項資源各時段的能力為常數(shù),即單位時間人工最多為14個能力單位,清洗機最多為2個能力單位。由此,得到該計劃展望期內(nèi)所需資源匹配情況的資源能力-需用量匹配矩陣,如圖5所示。當(dāng)前資源匹配情況是時段t1資源能力與需求匹配,時段t2、t3和t4出現(xiàn)資源匹配沖突,時段t5和t6資源能力與需求匹配。

任務(wù)的資源強度主要體現(xiàn)為任務(wù)執(zhí)行期間對所需資源占用的數(shù)量和時間,包含資源數(shù)量和資源工時兩方面的能力需求。根據(jù)各任務(wù)資源強度及時間信息,按照資源沖突消解步驟逐一分析各時段的資源匹配情況,基于排隊原則對資源匹配進行調(diào)整,消解資源沖突。調(diào)整過程中隨著任務(wù)的移動,相應(yīng)時段的資源需用量值發(fā)生變化,根據(jù)資源能力與資源需用量動態(tài)值比較來評價資源匹配程度。

表1 任務(wù)資源強度及基本計劃信息

圖5 多項目資源能力-需用量匹配矩陣

根據(jù)圖3和圖5對時段(5,10)內(nèi)的任務(wù)進行調(diào)整。對于資源A和B,時段(5,10)內(nèi)任務(wù)的排隊順序如表2、表3所示。

表2

表3

由此,任務(wù)Ptask3必須推遲到時段(5,10)后開始。推遲后的時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖及其相應(yīng)的資源需用量動態(tài)曲線如圖6所示。

經(jīng)過調(diào)整,時段(5,10)的資源沖突得到消解。從圖6可見,時段(10,15)內(nèi)的任務(wù)必須調(diào)整。按照排隊原則對資源A和B在時段(10,15)內(nèi)的任務(wù)進行排隊(略),將任務(wù)Ptask5可以調(diào)整到時段(10,15)以后開始,調(diào)整后的時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖及其資源需用量動態(tài)曲線如圖7所示。

圖6 時段(5,10)基于時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖的資源沖突消解過程

圖7 時段(10,15)基于時標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖的資源消解過程

在圖 7中,時段(15,20)內(nèi)包含3個任務(wù)Ptask4、Ptask5和Ptask6,其中Ptask4和Ptask6為關(guān)鍵任務(wù),Ptask5經(jīng)過調(diào)整后只含有1個單位的緩沖時間,此時,在時段(15,20)內(nèi)資源A仍然存在沖突,時段(15,20)的對應(yīng)資源A任務(wù)的排隊情況如表4所示。

表4

根據(jù)這個排隊順序,需要調(diào)整Ptask5到時段(15,20)后開始,由于此時Ptask5的緩沖時間僅僅為1,Ptask5右移5個單位時間到時段(15,20)后開始,相應(yīng)的其緊后任務(wù)Ptask7也必須右移相同的量,這樣就導(dǎo)致項目P1工期延長。反觀圖7的資源匹配情況,兩種資源A和B僅有資源A在時段(15,20)超負(fù)荷1個單位,此時可以根據(jù)表4的任務(wù)順序,優(yōu)先滿足任務(wù)Ptask4和Ptask6的資源需求,為任務(wù)Ptask5尋求替代資源,從而在保證項目工期的前提下,最大程度保證關(guān)鍵重要任務(wù)的資源需求。

綜上所述,面向項目制造的多項目有限資源與計劃匹配方法體現(xiàn)了四方面特點:①根據(jù)任務(wù)的計劃安排動態(tài)劃分資源需求時段;②采用數(shù)量指標(biāo)作為資源能力評價的顯性指標(biāo),資源工時作為隱性指標(biāo),統(tǒng)一了不同性質(zhì)資源能力的表達;③構(gòu)建反映各時段的資源需求與可用能力匹配程度的資源能力-需用量匹配矩陣,強調(diào)資源與計劃匹配的整體性;④利用排隊原則對任務(wù)資源匹配順序進行調(diào)整,將出現(xiàn)的資源沖突與任務(wù)相關(guān)聯(lián),盡量滿足關(guān)鍵重要任務(wù)的資源需求,從而保證項目產(chǎn)品的按期交付。

4 結(jié)束語

項目制造模式在大型復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)的應(yīng)用需要在傳統(tǒng)生產(chǎn)計劃與控制模式的基礎(chǔ)上整合項目管理方法。本文針對大型復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的特點以及所反映出來的項目特征,將網(wǎng)絡(luò)計劃方法和MRPⅡ系統(tǒng)進行整合,建立面向項目制造的分級生產(chǎn)計劃模型,利用粗、細(xì)混合計劃管理方式滿足不同生產(chǎn)階段的計劃控制要求。針對大型復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程的資源匹配問題,提出了多項目有限資源優(yōu)化配置方法,利用任務(wù)緩沖時間合理分配有限資源,最大程度保證關(guān)鍵重要任務(wù)的資源需求。構(gòu)建基于時間分段的資源匹配矩陣,全面反映計劃期內(nèi)所需資源的需求與供給情況,有效提高計劃可行性。

[1] 劉紅偉,齊二石.大型復(fù)雜機械產(chǎn)品企業(yè)信息化工程問題分析[J].工程機械,2004(11):38-43.

[2] 彭祖成,陳一君,李暉.基于ERP單件小批環(huán)境下的生產(chǎn)計劃研究[J].中國管理信息化,2009,12(11):98-101.

[3] 王篤俠,冷晟,周燕飛.單件小批生產(chǎn)模式下的M RP算法改進[J].現(xiàn)代制造工程,2009(2):85-88.

[4] 姜思杰,徐曉飛,戰(zhàn)德臣,等.大型單件小批生產(chǎn)的計劃與控制模式[J].計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS,2001,7(2):1-5.

[5] 李小平,徐曉飛,戰(zhàn)德臣,等.單件小批生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)計劃/M RP研究與實現(xiàn)[J].計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS,2002,8(6):425-428.

[6] Jin Guang,Thomson V.A New Framework for M RP Systems to be Effective in Engineered-toorder Environments[J].Robotics and Computer Integrated Manufacturing,2003,19(6):533-541.

[7] Samaranyake P,Toncich D.Integration of Production Planning,Project Management and Logistics Systems for Supp ly Chain Management[J].International Journal of Production Research,2007,45(22):5417-5447.

[8] Caron F,Fiore A.ETO Com panies:How to Integrate Manufacturing and Innovative Processes[J].International Journal o f Pro ject Management,1995,13(5):313-319.

[9] 吳炎太.項目制造成本管理研究[D].南京:南京理工大學(xué),2003.

[10] 姜思杰,徐曉飛.大型單件小批生產(chǎn)模式下資源平衡問題的一種實用算法[J].中國機械工程,2002,13(8):657-659.

[11] 莊亞明,何建敏.MRPⅡ/ERP能力計劃的一種改進方法[J].中國管理科學(xué),2002,10(5):62-68.

[12] 方葉群.機械制造企業(yè)的生產(chǎn)能力及能力計劃研究[J].預(yù)測,2003,22(1):78-80.

[13] 黃復(fù)賢.ERP環(huán)境下能力需求計劃的分析與設(shè)計[J].中國管理信息化,2008,11(17):82-84.

[14] 朱弘毅.網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1999.

Research on Resource Matching of Complex Assembly Process under Project-based Manufacturing

Xu Jianping1,2Guo Gang1Luo Yu1,3
1.Chongqing University,Chongqing,400033 2.Guizhou University,Guizhou,Guiyang,550025 3.Chongqing University of Science and Technology,Chongqing,400050

Organization and management o f m anu facturing p rocess in large-scale and comp lex product enterprises is different from common products because of the com plexity of products.Layered production planning module was established to meet the needs of project-based manufacturing,which integrated projectmanagementw ith MRPⅡsystem.On account of the final assembly process of large-scale and comp lex products a resourcematching matrix based on period of timewasbuilt to evaluate the resource matching degree w ith p roduction p lanning.A t the same time,a queuing p rincip le was app lied to op tim ize limited resource capacity matching of mu lti-p rojects,so that the feasibility of the finalassembly scheduling can be increased and the product can be comp leted on time according to the delivery time.

large-scale and comp lex product;project-based manufacturing(PM);layered production p lanning;resourcematching matrix

TH 181

1004—132X(2011)12—1427—07

2010—08—16

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(2007A A04Z1B1)

(編輯 何成根)

徐建萍,女,1974年生。重慶大學(xué)機械工程學(xué)院博士研究生,貴州大學(xué)管理學(xué)院副教授。研究方向為項目管理、生產(chǎn)運作管理的理論研究與工程實踐。發(fā)表論文 9篇。郭 鋼,男,1960年生。重慶大學(xué)機械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。羅 妤,女,1981年生。重慶大學(xué)機械工程學(xué)院博士研究生,重慶科技學(xué)院講師。