1 軸承制造業(yè)生產(chǎn)管理的問題分析

    1）近幾年來，隨著在汽車等多種領(lǐng)域用的異構(gòu)、安裝一體型、高附加值的特殊或?qū)Ｓ幂S承的不斷涌現(xiàn)，使軸承制造行業(yè)也從大批量生產(chǎn)逐漸向多批或中小批量的大規(guī)模定制（MASS PRODUCTION）過渡。而這些對企業(yè)生產(chǎn)管理提出了更高要求：縮短產(chǎn)品生命周期、迅速響應(yīng)對需求與供給的變動，有效整合及穩(wěn)定上下游間的供需互動以便減低庫存、構(gòu)建新的管理以滿足分散化的代工或外協(xié)制造方式。作為典型的離散制造、設(shè)備密集型行業(yè)，軸承企業(yè)在設(shè)備層達到了較高的自動化和柔性化水平。但是隨著訂單的碎片化、規(guī)模化，軸承制造業(yè)逐漸向訂單驅(qū)動型和計劃驅(qū)動型制造并存的混流生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變，造成了按照計劃驅(qū)動型生產(chǎn)管理的傳統(tǒng)簡單人工排程已經(jīng)無法滿足企業(yè)要求：

    2）排程調(diào)度局限于個人的知識和經(jīng)驗，排程結(jié)果往往具有很多的不確定性和差異性，造成計劃安排的隨意性和產(chǎn)能不均衡，無法實現(xiàn)排程優(yōu)化的判斷；

    3）軸承生產(chǎn)具有較為繁雜的工序，同時設(shè)計包括外協(xié)（如熱處理等）、配套（如有時限的潤滑油脂等）等，尤其特種軸承中的設(shè)計變更等，都會造成其呈現(xiàn)級數(shù)發(fā)展的復(fù)雜性；

    4）無法及時取得訂單產(chǎn)品（包括其半成品、在制品）的工作狀態(tài)，也無法精確控制外協(xié)或配套的交貨期，造成交貨的不確定性增加，無法對客戶作出及時的回復(fù)；

    手動排程缺乏模擬的彈性，當客戶需求變更或非預(yù)期之例外狀況發(fā)生時（包括插單、抽單等），會對生產(chǎn)管理造成較大的擾動，而手工排程無法快速準確地適應(yīng)這些變化。

2 先進排程及其DBR算法實現(xiàn)

    先進排程系統(tǒng)（APS, Advanced Scheduling Planning）是為滿足企業(yè)實現(xiàn)精益生產(chǎn)，特別是針對其制造過程核心的生產(chǎn)流程進行資源優(yōu)化的一種策略和計算方法，它不僅針對物料的供給，同時也將設(shè)備、人員、成本等相關(guān)因素納入了其計算范圍。

    APS系統(tǒng)考量多個限制條件，充分利用企業(yè)當前銷售訂單、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝及工序、采購、庫存信息，為管理者提供：生產(chǎn)排程計劃、詳細產(chǎn)能規(guī)劃、產(chǎn)能資源負載計劃、物料 采購分析、接單的優(yōu)先順序分析、訂單允交量分析。

    對于軸承制造這樣典型的離散制造，APS的核心是解決多工序、多資源的優(yōu)化調(diào)度問題，即實現(xiàn)基于多重資源約束優(yōu)化和建模。作為一個數(shù)學(xué)上的NP難題，TOC理論中的DBR算法是一種廣泛應(yīng)用的方法，構(gòu)建符合工藝實際和行業(yè)現(xiàn)狀的DBR模型是APS實現(xiàn)的首要問題。

    DBR算法的核心是：(1)識別生產(chǎn)過程、甚至是工序中的真正瓶頸約束；(2)基于瓶頸約束來建立生產(chǎn)計劃(即Drum“鼓”的節(jié)拍)；(3)對Buffer“緩沖”的管理；(4)非瓶頸的物料的投入受到瓶頸的產(chǎn)出率的控制，即Rope“繩子”所控制。

    在DBR算法模型中：

    鼓（Drum）是約束資源的產(chǎn)出速度決定整個生產(chǎn)的速度，即瓶頸控制著企業(yè)同步生產(chǎn)的節(jié)拍，在安排軸承生產(chǎn)計劃時，首先把優(yōu)先級計劃安排在約束資源上,“鼓”反映了系統(tǒng)對約束資源的利用，“鼓”的目標是有效產(chǎn)出最大。

    緩沖（Buffer）分為時間緩沖、庫存緩沖，是保證瓶頸不會出現(xiàn)因缺料而停工,在約束資源的后續(xù)裝配工序前設(shè)置非約束資源緩沖，保證瓶頸能力100%利用時間，譬如在軸承生產(chǎn)中內(nèi)外圈的絎磨工藝。繩子（Rope）的目標是在制品庫存最小,繩子根據(jù)約束資源的生產(chǎn)節(jié)拍，決定上游原材料的發(fā)放速度，其作用類似于看板管理思想。

圖1 軸承生產(chǎn)過程的DBR模型

    對軸承生產(chǎn)DBR的模擬模型如圖1所示，通過DBR模型進行計算，可實現(xiàn)初級功能：

    1）具有每個工序的多重約束

    2）基于當前工序的子工序的約束

    3）可以使用優(yōu)先資源選擇規(guī)則

    4）最大工序跨度和間隔,也可以延遲到下一個工序

    5）可以計算在每個加工過程的順序和平行批量

    6）可以對裝配線的建模和子裝配線建模。

    在此基礎(chǔ)上，進行多重資源約束, 物料的動態(tài)約束,需求計劃,分銷網(wǎng)絡(luò)配置計劃,運輸計劃,全局CTP,ATP.實現(xiàn)系統(tǒng)的高級功能：

    1）從MRP處自動物料分配(靜態(tài)物料約束控制)

    2）可以從不同的訂單中將相同的相鄰的工序進行集中排程，并平衡平行工序的負載

    3）具有標準的派工規(guī)則:優(yōu)先順序,關(guān)鍵率

    4）可以處理訂單,生產(chǎn)或資源的特別規(guī)則

    5）可以讓用戶自定義建立規(guī)則

    6）可以處理動態(tài)物料約束控制。

    根據(jù)DBR算法，建立APS系統(tǒng)框架如圖，完成生產(chǎn)計劃與詳細排程功能，實現(xiàn)訂單管理、資源管理、資源能力管理、產(chǎn)品管理、庫存管理、工序管理、客戶管理、日歷設(shè)定、工作指令管理等基本功能模塊。

    完成的系統(tǒng)將具備如圖2所示的功能架構(gòu)。

圖2 面向軸承生產(chǎn)的APS功能架構(gòu)

3 先進排程在軸承制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成

    通過軸承生產(chǎn)APS的建立，可與ERP系統(tǒng)進行集成，形成制造執(zhí)行系統(tǒng)的信息集成與共享，如圖3所示。

圖3 APS與ERP (SAP) 集成的信息流

    通過可以實現(xiàn)制造信息流在ERP及生產(chǎn)過程內(nèi)部、貫穿制造全過程的‘滲透’，包括采購訂單—生產(chǎn)訂單—生產(chǎn)指令—操作參數(shù)等，并實現(xiàn)了工廠級-車間級-設(shè)備級的信息共享和數(shù)據(jù)交互，包括設(shè)備人員裝置狀態(tài)信息、具體加工過程信息、作業(yè)跟蹤信息、作業(yè)狀態(tài)信息，訂單完成實時信息，以及質(zhì)量保證與監(jiān)控信息等，從而切實通過底層數(shù)據(jù)的‘井涌’。在車間級和工廠級的信息系統(tǒng)獲得實時作業(yè)信息的同時，可以實時修正修調(diào)，從而“實現(xiàn)計劃協(xié)調(diào)化、物流同步化、信息可視化，生產(chǎn)協(xié)同化”，從而實現(xiàn)制造系統(tǒng)的再造，保證了以設(shè)備產(chǎn)能最大化的生產(chǎn)效率提升。

4 結(jié)論

    分析了軸承混流生產(chǎn)管理存在的問題和以軸承生產(chǎn)為代表的離散型制造系統(tǒng)實現(xiàn)精益生產(chǎn)的路徑，提出了先進排程的算法實現(xiàn)和系統(tǒng)構(gòu)成，并將其植入到制造執(zhí)行系統(tǒng)中，從而有效提高了企業(yè)的核心競爭力。

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本文標題：面向軸承生產(chǎn)的APS及其在MES中的實現(xiàn)

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