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清华大学出版社 2002.10 第9章 MRP/ERP原理: 生产作业控制 车间作业控制(Production Activity Control，简称PAC)是 MRP中执行层次的生产管理，它是在企业生产目标的指导下， 根据主生产计划编制的产品生产计划、物料需求计划和能力需求 计划产生的零部件生产计划，对车间生产的有关事务进行运作管 理和分析控制。 车间生产按照产品的工艺流程划分则有离散式生产和流程式生 产之分。对于离散式的生产作业管理常称之为车间作业控制 (Shop floor control，简称SFC)，而生产作业控制(PAC)则是包 含离散式生产和流程式生产的生产作业管理的统称。 离散式的车间生产组织可分为两类：车间作业生产和流水生 产。车间作业生产是指多品种小批量的生产，生产任务以批量按 订单的方式下达。它与大批量重复式流水生产之间在生产计划、 生产组织方面有着很大的差别。 9.1 生产作业管理系统 图9-1 车间作业计划与控制的体系统结构 9.2 生产作业任务准备 图9-1 车间作业计划与控制的体系统结构 图9-2 任务下达流程图 9.2.1 核定订单的关键信息 为了执行生产控制活动，应该依靠一些关键信息，如一些文 件和报告，包括：计划文件、控制文件、车间信息这3个主要资 源。 1. 计划文件 计划文件包括3种重要的文件：项目主文件、工艺路线文件和 工作中心文件。 项目主文件是许多计划或控制活动(如 MRP库存管理、成本估 算等)所必需的。它对每一零件有一条记录、内容包括零件特征 、库存状态和标准成本等内容。 工作中心文件则对工作中心主要数据，如工作中心号、能力 、替换工作中心、排队时间等作业记录。后两个文件也用在能 力需求计划中。 2. 控制文件 对车间管理人员来说，有两个重要的控制文件：车间任务主文件 和车间任务详细文件。 车间任务主文件是对每一任务订单的记录。用于存储描述订单特 征、状态及优先级的主要数据。对车间任务来说，主要包括下列 数据。 车间任务号：对于每批特定的计划加工的订单的标号； 任务数量：订单所要加工的产品数量； 已完工量：经过最后一道工序和最后检验的产品数量； 废品数量：在每一加工步骤中产生的废品个数； 原料投入量：生产该产品所需的原料或零组件数量； 交付日期：完成订单加工，交货的日期； 优先级：用于将订单进行加工先后排序的一个值； 未完成量：订单总量减去已完成量和废品数量后的余量。 每份订单都对应于一份车间任务详细文件，对生产过程的每道工 序、生产调度、优先级变化等信息予以记录。包括以下数据。 工序号：标记某工序的特定号码； 工序名：对该道工序的简单解释； 准备工时(计划和实际)：进行加工以前(如设备安装等)准备过 程所需的时间； 加工工时(计划和实际)：对项目进行加工所需的时间； 完成量报告：该作业完成量中符合质量要求的数量； 废品量报告：在加工时或加工完毕后所检验出的不合格品的数 量； 交货日期：重新安排计划时的订单计划完成日期。 上述信息对于订单下达的决策具有重大意义。 3. 车间信息反馈 最新的和最关键的信息是从车间工作进展中得到的反馈信息 ，这可能是由工长或其他车间人员那里反馈的，或通过更正规的 系统提供。下达订单给车间的决策就是根据每天的工作进度、车 间存在的问题来做出的。 9.2.2 识别工具、材料、能力的需求 收集工具、材料的需求信息可由多种渠道，如物料清单、车 间订单本身、保留在车间的打印记录或计算机终端等获得。重点 信息是所需工具、材料的内容和数量。 在能力的需求方面，应考虑瓶颈能力需求。多数情况下，瓶 颈需求可由计划订单提供，若未提供，则必须用需求数量乘以工 时定额再加准备时间，以确定瓶颈上总的追加负荷。 提前期需求是下达计划订单所考虑的一个重要因素。提前期 反映了生产零件所需的总时间，包括加工任务的准备时间、加工 时间、搬运时间、等待时间等。 9.2.3 确定工具、材料、能力的可用性 确定了工具、材料、能力的需求后，余下的问题就是对要素的 可用性进行确定。 工具和材料的可用性可通过工具库和库存控制来确定。大多数 的计划订单虽已做过能力计划，但这一能力估计可能不准，工作 中心能力可能比计划低或因不可预见的问题失去了能力，故应将 计划订单的能力需求与可用能力作一比较。对于提前期，同样也 应将计划所需时间与可用时间作比较。 1. 确定工具、材料的需求及可用性 其主要过程分两步：第一，产生或获得工具和材料的分检单；第 二，用工具和材料的库存来查其可用性。 分检单是用来表示生产某订单所需全部材料、零部件和工具的清 单。分检单必须列出工具和材料编号、需要量、需要日期和替换 信息等内容。其中，替换工具和替代材料分别是原定的工具和材 料不可用时，可以使用的替代工具和材料。 对工具和材料可用性的确定。为了控制工具和材料的可用性，管 理人员应制定严格的质量管理标准，注意对工具的维护检修 若工具或材料不可用，则不能下达订单，必须解决其短缺问题， 才能满足计划要求。 但是，即使工具或材料可用了，也不能立即下达订单，还应对 能力和提前期的可用性进行确认。 2. 确定能力 可用能力也是必须考虑的一个因素。订单下达到车间时，一般已 做了粗能力计划，但详细能力计划还应在车间级做。对于所收到 的计划订单，当能力已计划好后，生产管理人员评价可用能力分 为两步： 工厂能力与增加的负荷作业比较；首序或入口的工作中心能力与 增加负荷作比较。 每一步的计算公式表示为： 总能力当前负荷可用能力 可用能力新负荷超/欠负荷 可用能力小于新负荷时，则能力出现短缺，应采取措施来增大能 力或减小负荷，才能将订单下达。对应满足计划订单所需能力的 情况，可以从负荷报告和输入/输出报告确定。这可分别查能力需 求计划部分及任务分配的内容。 3. 确定提前期 在计划订单下达时，还应考虑一重要因素，即提前期。即使 工具、材料、能力是可用的，但若无足够提前期，仍不能下达订 单。 产生提前期不足的原因很多，可能是建立的计划提前期不准， 催交的订单或订单要求的交货日期小于提前期，以及相似作业间 的能力和材料争夺等。例如，某订单安排交货的时间为2周，而 其提前期为3周，显然，若不采取措施，将不能按时交货。 评价提前期是否足够可用两个标准：即可用时间与提前期比较 ；确定临界比，即紧迫系数(Critical Ratio，简称CR)。 可用时间是计划开工日到计划完工日之间的时间，当可用时间 小于提前期，则提前期不足完成订单；反之则提前期足够。 紧迫系数则是交付日期与提前期的动态比值，其计算公式为 当 CR值大于1(如 A)表示提前期足够，能完成订单；等于1时(如 B)则刚好可按时完成；而CR小于1时(如 C)则发生短缺，就应采取 措施。这是一种确定工序优先级的方法。 表9-1 CR值计算列表 (当前日期：164天) 订 单交 货 期可 用 时 间剩余提前期CR值 A197332232/22=1.5 B186222222/22=1.0 C175112211/22=0.5 9.2.4 解决短缺 1. 解决工具短缺 对工具短缺一般可采取：替换工具、替换工艺路线、替换资源 和外协等措施。 2. 解决材料短缺 解决材料短缺也可采取四项措施：替代材料、调整批量、生产 部分产品和替换资源。 3. 解决能力短缺 解决能力短缺的主要措施是调整人力、调整批量、生产部分产 品和外协。 4. 解决提前期不足 解决提前期不足常用的方法有交叉作业、工序分批、人力调整 、按急件下达、改进工艺等。这也就是平常所说的作业调度方式 。 图9-3 常规和交叉作业图示 图9-4 正常计划与工序分批示意图 9.2.5 订单确定下达 订单下达的主要文档资料包括加工单、分拣单、传送单、 任务等。 1. 加工单 加工单是一种面向加工件说明物料需求计划的文件。有点像手工管 理中的传票，可以跨车间甚至厂际协作。车间作业的优先级主要根 据MRP要求的计划产出日期。加工单的格式同工艺路线报表很相似 ，见表9-4。它的表头和左侧各栏的信息取自工艺路线文件；只是增 加了加工单号、加工单需用日期、每道工序的开始日期和完成日期 。 2. 分拣单 分拣单即前面提到的工具和材料的需求清单，但可能此时作了修改 ，特别指明了替代工具、材料和工艺路线及调整批量的情况。各分 拣单将送到工具保管地各库房，按分拣单授权将适当数量的工具和 材料发给各工作中心。 3. 传送单 传送单则用来批准和记录物料从一个存储地传到另一个存储地的移 动，主要根据工艺路线建立。这种记录仓库和工作中心、工作中心 和工作中心之间的物料移动情况的单子，常常也包括在任务单中。 其形式可以是人工系统中的传送票或卡的格式，也可是计算机系统 里由终端进行认可的物料移动。 4. 任务袋 任务袋中包括了生产订单所需的全部信息资料，一般有：工艺路线 ；产品或部件的装配图；记录工时的工票；物料清单；特殊的处理 过程和产品说明；特殊的材料标志等。有时也包括分拣单和传送单 。所有的资料被放入一信封或袋中发放到车间。任务袋将跟随订单 通过加工过程一直到订单完成。在此过程中，若采取了一些纠正手 段，则任务袋信息将随之变化。 9.3.1 作业任务分配 车间任务分配把作业分配给工作中心，但并不规定此加工单将 必须由此工作中心完成。当几个工作中心都有能力执行同一作业 ，或多个作业需要加工时，负荷分配就会有问题，这时要确定恰 当的工作中心来接受作业。 一旦作业被分配到工作中心后，紧接着的任务是排列作业的执 行次序。在分配作业到工作中心时，并没有必要指定它们的加工 次序。作业排序常常又称工作分派，它确定工作中心上的作业优 先权(作业执行次序)。负荷分配考虑的是工作中心的能力控制， 而作业排序考虑的是工作中心的作业优先权控制。一个加工车间 是一个由等待行列组成的网络。在等待行列里，各作业的相对紧 急程度在不断地变化。必须注意这种作业先后次序的约束关系。 当作业经过工作中心时。它们要同其他作业竞争有限的资源。 9.3 车间生产作业管理 9.3.2 作业日产控制 1. 车间生产监控概述 如果车间的日常生产很正常，完全与计划相符，那么就无需对生 产情况进行监控了。但实际的情况并非都是十全十美的，总会出 现或发生这样或那样的问题，例如生产拖期、加工报废、设备故 障等。因此，要对车间的生产过程进行经常性的监视、控制和调 整。 通常情况下，用于监视和控制生产过程的主要信息有： 投入/产出报告； 拖期订单报告； 物料短缺报告； 设备状态报告； 车间人员反馈的信息。 2. 投入/产出报告 投入/产出报告，也叫“输入/输出报告”，是衡量能力执行 情况的方法。通过投入/产出报告了解生产进展的情况，分析出现 的问题，对失控的状况进行纠正。另外，还可通过投入/产出报告 ，来控制计划和控制排队时间和提前期。 如表9-7，是一份典型的投入/产出报告。表中工作中心：30 ，允许偏差：20小时，一周期的能力：150小时，计划订单需求 量：125小时。在表9-7中，在第2周期计划投入与实际投入的偏 差为20，计划产出与实际产出偏差75，说明实际生产能力比 投入的工作负荷落后55小时，在这种情况下，必须采取措施纠正 ，否则还下达125总任务将是不明智的。 在生产中，应对计划投入与实际投入、实际投入和实际产出及计划 产出与实际产出作出比较，分析计划和生产中出现的问题。 表9-8 投入/产出分析 对 比 结 果说 明 什 么 计划投入实际投入加工件推迟到达 计划投入实际投入加工件按计划到达 计划投入实际产出在制品增加 实际投入实际产出在制品维持不变 实际投入实际产出工作中心落后计划 计划产出实际产出工作中心按计划 计划产出实际产出工作中心超前计划 计划投入与实际投入：将计划投入与实际投入作比较的目的在 于监视加工订单进入某工作中心的情况。 当某工作中心计划投入大于实际投入时，通常表明加工任务拖 期到达该中心，应检查前序工作中心，以确定拖期原因；当计划 投入与实际投入相等时，加工任务按计划到达工作中心；若计划 投入小于实际投入，则说明加工任务提前到达，应检查前序工作 中心生产定额，很可能在原制订的计划低估了工作中心能力。 实际投入与实际产出：这项比较告诉管理人员，报告上每个工 作中心是否都完成了进入该中心的所有加工任务，指出了加工中 心的实际未完成任务及等待加工队列情况。当实际投入大于实际 产出时，说明工作中心未完成任务较多，应考虑减少投入或加快 产出；若两者相等，表明已有任务已完成，另一种情况是有未完 成任务，而该任务量保持不变；当实际投入小于实际产出时，则 表明末完成任务或加工等待队列减少。 计划产出与实际产出：比较工作中心执行计划的好坏。 若某工作中心计划产出大于实际产出，表明工作中心落后于生 产进度，往往会引起后序工作中心计划投入大于实际投入。对 两个比较的分析，可以确定问题出现在哪个工作中心。 如果计划产出等于实际产出，则工作中心按计划进度生产。此 时应注意的问题是生产率。当计划产出小于实际产出时，工作 中心超前计划，这可能意味着该工作中心正在追补前期拖欠任 务，或意味着生产定额过低，应重新审查。这种情况很可能导 致后序工作中心产生积压的工作任务，因为从这个工作中心来 的工件比预期快。 投入/产出报表还可以用来分析物料流动和排队状况。排队时 间相当于已下达订单但尚未完成的“拖欠量”，并不意味着一 定是脱期。排队时间的变化可用下式表示： 时段末的排队时间时段初的排队时间产出量投入量 如果要减少排队时间，就必须使产出量大于投入量。永远不要 投入超过工作中心可用能力的工作量。当拖欠量增大时，不加 分析地用延长提前期(放宽工时定额)的办法，过早地下达过多 的订单，增加投入只会增加排队时间，积压更多的在制品，人 为地破坏了优先级，从而造成了更多的拖欠量，形成恶性循环 。由于能力问题造成的拖欠量只能从能力入手来解决。 3. 车间信息 对通过生产过程的工件流进行监视与控制的信息源还包括拖 期订单报告、物料短缺报告、机床状态报告等内容，必须对这 些信息加以记录及分析，以便更好的进行控制。除此之外，另 一种有关生产实施情况的重要报告是即时车间信息。 除了提供当前生产进展的情况和问题外，车间人员还可提供 在何时某工作中心会发生严重瓶颈现象的情况。当待加工任务 超过确立的限定值或允许值，工件的流通将变得缓慢，该工作 中心出现瓶颈现象。正确地确立限定值，将有助于瓶颈现象的 判断与解决。限定值应大小合适，太小了会产生不必要的警报 ，太大则可能会扩大问题。车间人员往往以件数来计量工作任 务，确定偏差是否超出限定值。 每个人都应重视对工艺和产品质量的控制，为了及时报告 出现的问题，应该建立有效的报告机制。为了更有效地进行控 制，还可以建立车间信息网络。 9.3.3 生产问题处理 生产中出现问题是不可避免的，但重要的是应预见问题并准备 迅速应变和正确地解决问题。只有快速而正确地作出反应并解 决，才能减少停机时间，维护排产计划，减少返工并节省资金 。对于投入/产出报告中出现超出允许偏差或限度的情况，生产 控制人员应确定产生问题的原因，采取纠正措施，同时相应地 修改任务分配单。 一般地，车间产生的问题多数是由于缺少工具、物资、加工能 力没有按计划完成任务，这些问题包括物料短缺，废次品物料 、机器停机、出勤问题、人为失误，紧急设计改变和市场引起 的对生产需求的变化等。只有快速对其反应，采取措施，才能 避免产生大量的拖期任务，出现过大的投入/产出偏差。 1. 物料短缺 尽管在订单下达过程中已做出巨大努力保证物料可用性，但由于 在生产中出现如物料数量订错，发至工作中心的数量出错，物料 清单出错等问题，物料短缺的情况仍时有发生。一旦发生物料短 缺，应对发生原因作出分析： 在物料清单中的物料需求量是否正确? 适当的数量发到工作中心了吗? 利用率/报废率是否超出定额值? 报废定额是否正确?应提高否? 是人员失误或机器失灵造成的吗? 同时，还要将情况汇报给有关人员，防止问题再次发生。但首要 任务则是应使工作中心启动并运转起来。此时，类似于订单下达 计划中的措施，可以采取使用同等或高档的替代品，调整批量， 完成部分产品或停机重新安排生产等办法。对于人的失误、物料 报废、机器故障等原因，也应及时进行调整修补。 2. 废次品物料 废次品是指发送到工作中心或由工作中心生产加工的一些有缺陷 的物料。如果这些物料过多，有可能阻滞生产加工。当发生此类 问题时应考虑： 送到工作中心的物料是否有缺陷?若没有，则在哪儿首次发现 这些有缺陷物料? 是否长期以来存在设备方面的问题? 该机器从上次加工出标准产品后，有何不同?发生了何种变化? 操作员是否进行了相应的培训? 应迅速地判断出产生废次品的原因，在首次发现问题的地方着手 调查，系统地检查所有的运行环节(包括供应商)，对问题进行确 定并纠正。从长远考虑，可在所有的生产环节引入质量管理，编 制设备预修计划并对人员进行培训。 在短期内，应尽快地解决问题以便继续生产。此时，可以采取以 下措施： 对废次品进行返工； 要求维修部门或设计部门采取措施； 产品降级； 将其视为物料短缺问题。 如果选择返工，那么受影响的工作中心(假设废品的出现不是在 该中心)，在完成返工任务后，继续加工下一优先级别高的工件 。对于高档产品出现缺陷，则可将其降级进行生产。另外，也可 视其为物料短缺，此时可用解决物料短缺的办法解决。 3. 机床停机 机床停机是指因机床出现故障无法工作时的任何停机情况；当分析停 机原因时，应考虑机床和机床操作人员两方面因素。诸如： 有缺陷的物料是产生机床故障的原因吗? 日常的维护性保养进行如何? 是按规程操作与运行机床吗? 自从上次机床正常运行以来有何变化? 为解决机床停机可以编制预防性维修计划，制定正确物料质量控制方 法和对人员进行必要培训。而当发生停机时，可采取的措施包括： 请维修或工程部门来修理； 将任务转到备用机床上加工； 将任务委托外部加工； 停机，重新排计划，等待修复； 安排加班或增加开工次数。 在此期间，应根据不同的情况，采取相应的解决措施，同时也要考虑 采取措施后可能产生另一些问题。 4. 出勤问题 出勤问题对生产能力的影响也是十分重要的。它影响着生产计划，特 别是劳动密集的工序。如果缺勤或迟到的职工，掌握着他人未掌握的 关键技巧，问题会更严重。 处理缺勤的方式方法取决于公司人事政策。解决这类问题的理想方 法是对职工进行交叉培训以便能承担多个工种的任务。这样，当出现 岗位缺勤时可以迅速地重新指定人员到所需的工作中心。但是，这样 做需要时间和费用，它是一种预防措施。而生产过程中，尽管已经做 过能力需求计划的估计，仍可能因出现缺勤问题而影响生产，对此可 采取的措施有： 重新指定经过交叉培训人员； 指定一组候补人或临时人员； 雇用临时工； 安排加班； 委托外协加工。 5. 人为失误 人为失误是许多生产问题产生的原因。当确认是人为失误时应检查： 造成失误的人员是否接受了该项工作的培训? 该人员过去是否已证明是可以胜任这项工作? 是否有合适的工具和设备来做这项工作? 该人员是否不能适应这种仅是偶尔出现的情况? 针对上述问题，可以采取一些预防性的措施，包括专门、深入的培训；进 行监控以保证车间按正确规程生产；进行岗位指导或提供参考资料；对作 业进行重新设计。 尽管培训常被看成开销很大的事而不是一种正常需要，但适当地培训职工 付出的费用可以从减少差错和降低生产成本得到补偿。不过，要使这种培 训取得最大收效，还应保证工作环境有助于实施培训中规定的正确规程。 因此，所进行的培训应当反映实际的和正确的规程。另外，对如何处理很 少发生的一些情况，提供有关的指示或参考资料是必要的，这些资料可以 是一些卡片或图表。最后，当某一工作点反复出现差错时，应考虑重新设 计作业，以便从根本上得到改变。 9.3.4 外部变化处理 表9-9 生产工艺和产品设计改变 原 因 对工艺的改变对产品的改变 安全 安装一台具有安全性的新机器重新设计一种完全没锋刃 的玩具 成本 在工作站之间安装传送带以减少物料 传输管理费用 在电接点上减少金的用量 性能 将机加工件改成粉末冶金件以减少产 生粘结和磨损引起的表面不平度 用更大规模的芯片取代计 算机的芯片 按工程设计改变的紧急程度，可以分成如下3类：危急设计改变 、紧急设计改变和常规设计改变。不论是采取危急的、紧急的 ，还是常规的设计改变，都应使实施改变引起的影响最小。 危急设计改变。是必须立即执行的改变。它不考虑对成本、库 存或当前生产流程的影响。安全、质量或性能方面的问题，会 引起危急设计改变。由于危急设计改变的本质，它的计划性很 差，改变的类型也难以控制。 紧急设计改变。是比危急设计改变紧急性差一些的改变。一般 ，紧急设计改变是由于要降低成本或改进质量而提出的。在分 析这样改变对降低成本的效果时，应考虑为实施这一改变而应 付的开销，旧库存物清出，新库存入库。必须仔细对这项设计 改变进行规划，以便计算总的成本节余是多少。 常规设计改变。例如对工艺路线的调整，与一些成本开支减少 或功能改变有关，其潜在的收益相对较小。所以，进行这类改 变，应使成本最小，且对生产的影响也最小。 由于设计改变对一些生产环节可能产生严重的负面影响，因此 设法降低改变的影响和开支是十分重要的。进行设计改变的各 方面都应在工厂的文档、计划编制和处理规范中加以考虑。 有3组人对设计改变的效果及成本起决定的作用，他们是设计/制 造工程人员、生产计划人员和车间人员。 工程师对设计改变的成功实施影响最大，对该项改变的设计、 开发和实施负主要责任。 计划排产人员则通过分时间周期安排零件生产和减少废品，使 设计改变的影响最小。对车间人员应提供必要的培训，并提供 机会对新处理过程进行实习。此外，车间人员将提供一些重要 反馈信息，以描述对产品和工艺的改进意见，通知工程设计人 员加以改进。 9.3.5 车间数据采集 1. 数据采集系统 一个数据采集系统，应具备收集和整理数据，储存和核对数 据以及发送数据的功能。系统通过一些仪器设备，集中地存放 和记录信息，并以一定的方式将信息传给需要信息的人员。 一般地，可将数据采集系统分为手工系统、计算机系统、 手工与计算机相结合的系统。手工系统中，数据以文档形式存 放。而计算机系统，依靠联机终端，采集实时的信息，进行储 存和传送。对于二者相结合的系统，可以人工采集数据，由计 算机完成数据的校对和存储，再由人工或计算机方式发送。 随着计算机能力的不断增加和设备成本的降低，越来越多 的工业生产管理实现计算机化，采用现场总线型的控制网络进 行生产实时信息的采集和监测，并与上层的信息网络集成，形 成一体化的计算机集成制造系统(CIMS)。 2. 车间数据 采集什么数据?多长时间采集一次?谁负责采集? 负责采集数据的人员可以是车间管理人员、班组长、质检 员、生产人员。 采集数据可有5种方式，包括：按工序报告、检测点报告、 订单报告、日常活动报告和例外情况报告。 表9-10 车间数据 车间数据提供信息 劳动力数据生产数据质量控制数据物料流动数据 雇员数量 上/下班时间 各订单/作业/部门 的时间 作业数/机器数 零件/批量/流水号 加工时间 准备时间 停工时间 生产统计 废品统计 工具使用量 拖期原因 订单号/零件号 试验结果 废品率 返工 接收 储存 检验 发放工作中心 工作中心间传输 包装与发运 完成返工 表9-11 数据采集方式 方 式频 率详 细 程 度注 释 按工序报告高很高+控制严格 +纠正迅速 大量书面工作 手工系统劳动力费用高 检测点报告中等可能很高+书面工作量小，费用低 +适用于多道作业 问题不易察觉 订单报告高很