H企業(yè)單件小批量訂單排產(chǎn)的優(yōu)化1

朱玉杰，薛宇峰，朱曉琳

(1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040；2. 北京德?tīng)柛Ｈf(wàn)源發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)有限公司，北京 102600)

H企業(yè)單件小批量訂單排產(chǎn)的優(yōu)化1

朱玉杰1，薛宇峰2，朱曉琳1

(1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040；2. 北京德?tīng)柛Ｈf(wàn)源發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)有限公司，北京 102600)

由于單件小批生產(chǎn)模式的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，同時(shí)用戶訂貨提前期長(zhǎng)，需要制定詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)使企業(yè)更好地運(yùn)營(yíng)，因此如何提高單件小批生產(chǎn)運(yùn)作類型的效率便成為生產(chǎn)運(yùn)作管理最為關(guān)注的問(wèn)題。文中H企業(yè)是典型的單件小批量生產(chǎn)企業(yè)，是訂單驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)模式，產(chǎn)品的類型與數(shù)量都是由客戶的需求而定，面對(duì)的客戶主要是國(guó)內(nèi)外的大型電廠和船舶企業(yè)，所以很多訂單對(duì)交貨期有著很嚴(yán)格的要求，因此制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃就變得尤為重要。本文就是結(jié)合H企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況，運(yùn)用TOC理論對(duì)企業(yè)產(chǎn)能進(jìn)行分析，找出瓶頸工序，同時(shí)綜合考慮企業(yè)交付能力、生產(chǎn)緊迫度、加工時(shí)間等多方面因素運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)的相關(guān)方法，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)制定出詳細(xì)的年生產(chǎn)計(jì)劃，使設(shè)備運(yùn)行效率提升9.3%，相應(yīng)單位生產(chǎn)支出降低12%，平均生產(chǎn)周期由150d減少到120d，極大改善企業(yè)的現(xiàn)有狀況，提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。

瓶頸分析；生產(chǎn)排產(chǎn)；單件小批量

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)行業(yè)種類眾多，如機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、化工工業(yè)等，為了便于對(duì)不同企業(yè)進(jìn)行研究，可將企業(yè)分為不同的生產(chǎn)類型[1]，生產(chǎn)類型是生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的簡(jiǎn)稱，是產(chǎn)品的品種、質(zhì)量、生產(chǎn)的專業(yè)化程度在企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)、組織、經(jīng)濟(jì)效果等方面的綜合表現(xiàn)[2]。不同的生產(chǎn)類型所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行機(jī)制是不同的，因此相應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)制定生產(chǎn)計(jì)劃的方法也不盡相同[3]。

單件小批生產(chǎn)(job shop)的特點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)品品種繁多，每種產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量很少，生產(chǎn)重復(fù)程度低[4]。在生產(chǎn)管理方面，只能粗略制定工時(shí)定額；同時(shí)原材料、毛坯種類變化大，不易建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的協(xié)作關(guān)系，質(zhì)量與交貨期不易保證[5]，因此制度生產(chǎn)計(jì)劃的重點(diǎn)是：確定合理的交貨期；建立適應(yīng)訂貨變動(dòng)的生產(chǎn)計(jì)劃；提高零部件的標(biāo)準(zhǔn)量與進(jìn)度控制[6]。

生產(chǎn)計(jì)劃是生產(chǎn)管理的首要職能，是組織、領(lǐng)導(dǎo)和控制等管理職能的基礎(chǔ)和依據(jù)，滲透于企業(yè)各個(gè)組織層次中[7]。對(duì)于單件小批量型生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，訂單式生產(chǎn)為主要方式，生產(chǎn)計(jì)劃中不穩(wěn)定因素對(duì)計(jì)劃的影響較大[8]，未形成計(jì)劃制定的規(guī)范，可執(zhí)行性低[9]。制定者在進(jìn)行生產(chǎn)能力平衡、制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，所需的大部分信息，包括設(shè)備狀態(tài)信息、專用設(shè)備配置信息、采購(gòu)庫(kù)存信息、生產(chǎn)任務(wù)完成情況信息等處理時(shí)缺乏動(dòng)態(tài)更新，不利于進(jìn)行準(zhǔn)確的能力平衡和制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，造成各種不必要的浪費(fèi)[10]，因此制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，顯得尤為重要。

1 案例企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

H企業(yè)是以設(shè)計(jì)、制造大型汽輪機(jī)為主的大型企業(yè)。批量生產(chǎn)300、600 MW等不同功率汽輪機(jī)以及核電、艦船等相關(guān)設(shè)備機(jī)組，其特點(diǎn)主要為單件小批量的訂單生產(chǎn)。

產(chǎn)品主要分為加工和裝配兩部分，加工方式主要為車、銑、磨、刨、鉆、鋸、鏜等工序。企業(yè)已實(shí)行生產(chǎn)專業(yè)化分工，根據(jù)各主要零部件不同的生產(chǎn)方式進(jìn)行相應(yīng)的車間布置[12]。

該企業(yè)生產(chǎn)能力的主要影響因素是關(guān)鍵件的生產(chǎn)，很多企業(yè)也直接用關(guān)鍵件的生產(chǎn)能力來(lái)標(biāo)示企業(yè)的生產(chǎn)總能力[11]。在汽輪機(jī)生產(chǎn)中關(guān)鍵件主要是指轉(zhuǎn)子、汽缸、泵、閥等體積龐大、加工困難、加工周期長(zhǎng)、且對(duì)產(chǎn)品總裝有著重要影響的零件，這些零件的加工生產(chǎn)將直接決定產(chǎn)品的交貨期和顧客的滿意程度。

關(guān)鍵件的生產(chǎn)產(chǎn)品多為單件一次加工，即生產(chǎn)周期長(zhǎng)，對(duì)操作工人的技能水平要求較高，不同的技能水平對(duì)工件的加工時(shí)間影響很大。關(guān)鍵件的生產(chǎn)對(duì)原材料的采購(gòu)到貨提前期也有著很高的要求[13]。

汽輪機(jī)關(guān)鍵件的生產(chǎn)主要有以下幾方面的特點(diǎn)：加工困難，加工時(shí)間長(zhǎng)，零件間加工工藝各不相同；零件加工技術(shù)含量高，對(duì)精度、質(zhì)量要求高；加工設(shè)備數(shù)量有限；原材料稀缺，價(jià)格昂貴，資金占用率高；交貨期要求嚴(yán)格。為方便產(chǎn)能分析，本文對(duì)主要零部件轉(zhuǎn)子、汽缸、隔板套、主汽閥等進(jìn)行產(chǎn)能分析與研究。對(duì)各個(gè)生產(chǎn)車間產(chǎn)能進(jìn)行分析，運(yùn)用TOC理論找出瓶頸因素，應(yīng)用層次分析法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行改善研究，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率及效益。

2 運(yùn)用TOC理論對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行分析

20世紀(jì)70年代，以色列物理學(xué)家Goldratt博士和其他三個(gè)以色列籍合作者研究出了用于企業(yè)運(yùn)作管理新方法—最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)(OPT)[14]。后來(lái)Goldratt又進(jìn)一步將它發(fā)展成為約束理論(TOC)。TOC/OPT是繼MRPⅡ/ERP和JIT出現(xiàn)之后的又一組織生產(chǎn)運(yùn)作的新方式[15]。TOC強(qiáng)調(diào)必須從系統(tǒng)的整體效益出發(fā)來(lái)考慮和處理問(wèn)題[16]。它的基本思想是：將所研究的對(duì)象抽象成一條鏈條，任何鏈條上都至少存在一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)(即TOC理論中所說(shuō)的瓶頸)，鏈條的薄弱環(huán)節(jié)決定了其最終的承載量(即系統(tǒng)的產(chǎn)出)，是系統(tǒng)進(jìn)一步提升產(chǎn)出水平的制約因素[17]。因此，TOC理論的主要思想就在于找出瓶頸資源，并使瓶頸資源得到充分利用，同時(shí)合理配置非瓶頸資源，使非瓶頸資源與瓶頸資源保持同步，降低制品積壓程度，達(dá)到均衡生產(chǎn)目的[18]。

經(jīng)過(guò)對(duì)H企業(yè)的數(shù)據(jù)收集與分析，銷售主打產(chǎn)品為TX-1、TX-2，這兩種型號(hào)的產(chǎn)品的產(chǎn)量占總體產(chǎn)量的90%，產(chǎn)品產(chǎn)值占總體產(chǎn)值的98%。其中TX-1產(chǎn)品占產(chǎn)品總量的60%，TX-2產(chǎn)品占產(chǎn)品總量的30%，其余產(chǎn)量為TX-3產(chǎn)品，對(duì)全部產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)能分析。

得知關(guān)于TX-2轉(zhuǎn)子產(chǎn)品換算系數(shù)的ki，∑ti/∑td，k1=107 002/85 601≈1.25。

TX-3的產(chǎn)品換算系數(shù)：

k2=77 041/85 601≈0.9。

其加工工時(shí)定額和產(chǎn)能見(jiàn)表1。

表1 各主要零部件產(chǎn)能Tab.1 The capacity of main components

運(yùn)用TOC理論對(duì)瓶頸因素進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)對(duì)企業(yè)主要零部件進(jìn)行了生產(chǎn)能力測(cè)定，運(yùn)用生產(chǎn)能力負(fù)荷比進(jìn)行測(cè)定[19]。

表示為：

CA.T是計(jì)劃期T內(nèi)該車間加工設(shè)備的可用產(chǎn)能，CA.T=d·T(1-θ)·T·60，其中d代表設(shè)備的臺(tái)數(shù)，t為每日制度工作小時(shí)數(shù)，θ為設(shè)備的故障率。

設(shè)備的生產(chǎn)能力負(fù)荷比是一種能夠直接表達(dá)設(shè)備產(chǎn)能利用情況的重要指標(biāo)。當(dāng)1<β<1.5時(shí)，表明產(chǎn)能過(guò)剩，當(dāng)β≥1.5時(shí)，表明產(chǎn)能不足，也可以確定該類型部件生產(chǎn)車間的生產(chǎn)能力為瓶頸因素[20]。

通過(guò)以上分析進(jìn)行生產(chǎn)能力計(jì)算時(shí)求得各主要部件車間的設(shè)備生產(chǎn)能力見(jiàn)表2。

表2 生產(chǎn)能力負(fù)荷比Tab.2 The percent of capacity load

由表1得出各車間生產(chǎn)能力負(fù)荷比中轉(zhuǎn)子為1.843，數(shù)值最大，如圖1所示，確定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)為瓶頸因素。

圖1 車間產(chǎn)能負(fù)荷比Fig.1 Workshop capacity load ratio

產(chǎn)品的特點(diǎn)決定了系列產(chǎn)品的生產(chǎn)瓶頸為轉(zhuǎn)子生產(chǎn)，進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃制定時(shí)以瓶頸工序的最高生產(chǎn)能力額度為基準(zhǔn)。排產(chǎn)時(shí)以轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)能力作為衡量總體生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)，最大程度減少其他零部件的積壓和非生產(chǎn)性支出，其他產(chǎn)品的編排根據(jù)轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時(shí)進(jìn)行更改，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線平衡。

3 企業(yè)訂單排序分析與研究

經(jīng)過(guò)前面的生產(chǎn)能力的計(jì)算和評(píng)估，H公司每年生產(chǎn)整體機(jī)組能力為7，作為典型的訂單生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品只有在接受訂單以后才能生產(chǎn)。

在接受訂單的過(guò)程中，每個(gè)產(chǎn)品都根據(jù)客戶的不同需求進(jìn)行了一定程度的改動(dòng)，并且由于客戶有不同的付款方式和交貨期限，這在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中都要進(jìn)行考慮，按照不同的等級(jí)進(jìn)行排產(chǎn)。見(jiàn)表3。

表3 訂單的合同方案和具體細(xì)節(jié)Tab.3 The order of project and detail

根據(jù)客戶的需求和企業(yè)實(shí)際情況，相對(duì)于目標(biāo)層，重要因素由高到低依次為B1，B2，B3，B4；按照這種原則建立起來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)層B相對(duì)于目標(biāo)層選擇排產(chǎn)方案的判斷矩陣，見(jiàn)表4。

表4 判斷矩陣Tab.4 Matrix

對(duì)于綜合評(píng)定因素C2，C3以此類推建立準(zhǔn)則層C對(duì)準(zhǔn)則層B的判斷矩陣，見(jiàn)表5。

表5 判斷矩陣Tab.5 Matrix

可以計(jì)算準(zhǔn)則層的對(duì)目標(biāo)層的組合權(quán)重為：

根據(jù)交貨期和資金首付比例等相關(guān)因素影響和之間的相對(duì)關(guān)系可知方案層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣[21]。檢驗(yàn)上述判斷矩陣都具有滿意的一致性，分別求出各個(gè)層次和因素相對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量如下：

根據(jù)公式可以求出方案層對(duì)目標(biāo)層的組合權(quán)重，即各方案對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重

由上述計(jì)算出來(lái)的權(quán)重看出，在客戶訂單中進(jìn)行實(shí)際分析的排產(chǎn)方案最符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求的合理因素排序加工時(shí)間，訂單收益比例，客戶訂單首付比例，交貨緊迫程度，產(chǎn)品加工難度等級(jí)。

顧客下訂單交付定金后，為合同的起始。相同型號(hào)的產(chǎn)品集中編排，客戶交貨期均為年末最后截止日期，在加工過(guò)程中，存在半天現(xiàn)象，考慮到加工實(shí)際的寬放系數(shù)，存在小數(shù)的直接進(jìn)為整數(shù)。因此根據(jù)以上因素進(jìn)行排產(chǎn)。生產(chǎn)排產(chǎn)中相同型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)可以減少設(shè)備的轉(zhuǎn)換和產(chǎn)線的調(diào)試，同時(shí)能夠保證產(chǎn)品的工藝和質(zhì)量。

以影響因素作為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，在考慮交貨期的同時(shí)還考慮到產(chǎn)品的其他因素，如加權(quán)平均值，最后得出以下結(jié)論：H公司生產(chǎn)能力之內(nèi)的七個(gè)訂單的排序分別為客戶5(TX-2)，客戶2(TX-2)，客戶4(TX-1)，客戶3(TX-1)，客戶1(TX-1)，客戶6(TX-1)，客戶7(TX-3)。

4 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算額定工時(shí)對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行計(jì)算，得出主要零部件的生產(chǎn)能力，運(yùn)用約束理論求出生產(chǎn)能力負(fù)荷比，確定了轉(zhuǎn)子為瓶頸因素。根據(jù)訂單確定重要影響指標(biāo)，并進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化排產(chǎn)后設(shè)備運(yùn)行時(shí)間由原來(lái)的平均18h/d增加到19.68h/d，效率提高了9.3%，相應(yīng)單位生產(chǎn)支出降低了12%，平均生產(chǎn)周期由150d減少到120d，極大減少了各類非生產(chǎn)支出，提高了綜合效率。證明了基于TOC理論的訂單排產(chǎn)的優(yōu)化可提高生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性和合理性，從而提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

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OptimizationofSingleSmallBatchOrderProductioninHFactory1

Zhu Yujie1，Xu Yufeng2，Zhu Xiaoling1

(1.College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040；2.Delphi Beijing 102600)

Due to the low standard of single small batch production mode and the long lead time of user’s order，it is necessary to develop detailed production plan to make the factory operate better.Therefore how to improve the efficiency of small batch production and operation types has become the most concern of the production and operation management.In this paper，H factory is a typical single small batch production factory，which has an order driven production mode.The type and quality of products are determined by the customer’s needs.The clients are mainly domestic and overseas large power plants and ship enterprises，which has very strict requirements for the delivery time of orders.So it is particularly important to develop a reasonable production plan.Based on the actual production and operation of H factory，using TOC theory to analyze the production capacity，the bottleneck process has been found out.At the same time，considering the delivery capacity，production urgency，processing time the other factors，operational research methods is used to develop detailed annual production plan.It can increase efficiency by 9.3%，decrease unit production expense by 12% and reduce the average production cycle from 150D to 120D.It can greatly improve the current situation and raise operating costs of factory.

Bottleneck analysis；production schedule；single small batch

TP 301

：A

：1001-005X(2017)05-0091-05

2017-03-09

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2014RFXXJ108)

朱玉杰，博士，教授。研究方向：工業(yè)工程，E-mail：zhuyujie004@126.com

朱玉杰，薛宇峰，朱曉琳.H企業(yè)單件小批量訂單排產(chǎn)的優(yōu)化[J].森林工程，2017，33(5)：91-95.