（机械设计及理论专业论文）中小型企业车间生产作业计划系统研究.pdf

兰州理工大学硕士学位论文 摘要 同发达国家中小企业以高科技产业为主的情况相比，中国的中小型企业明显 具有劳动力密集、技术含量低、产品附加值低及重视加工而忽视技术开发等特征， 其结果是在激烈的市场竞争条件下缺乏竞争力。现代企业的竞争核心已从规模、 资金的竞争转变为企业管理的竞争。在信息时代，管理的提升必然要依靠与之相 适应的管理软件。正是在这种情况下，我国中小企业引入先进的管理思想具有重 要意义。 物料需求计划( m r p ) 系统对于车间层，尤其是基于车间一工段一班组的车 间层的作业计划和控制不是很有效的。本论文在回顾了传统的生产作业计划方法 以后，首先提出复杂车间和简单车间的概念并分析了两类车间不同的生产组织方 式，然后讨论了m r p 系统的优缺点、在车间层应用的可能性和局限性以及优化生 产技术( o p t ) 的概念和主要思想，提出了复杂车间环境下基于m r p 和o p t 的车 间作业计划与管理系统的基本模型，在该模型中，本论文将车间作业计划与管理 系统分为两层，m r p 系统完成车间层计划功能，而用o p t 思想进行工段层的计划 和控制。在此基础上，本论文介绍了一个实例一大连机车厂机二车间车间作业计 划与管理系统的基本思想、系统结构和流程以及部分软件模块的功能和工作过程。 最后，本论文对车间作业计划与管理系统开发中涉及到的软件技术进行了研 究，并结合实际针对系统设计和开发中系统体系结构的选择、系统开发方法和用 p o w e r b u i l d e r 作为开发工具，实现了车间作业计划系统和工段作业管理系统的设 计。 关键词：车问作业计划；物料需求计划( m r p ) ；优化生产技术( o p t ) 中小型企业车间生产作业计划系统研究 a b s t r a c t c o m p a f e dw i t ht h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s ，t h e r e i st h es i t u a t i o no fc h i n a ss m a l l a n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e sw i t hs i g n i f i c a n tl a b o u r i n t e n s i v e ， l o w t e c h ， l o w v a l u e a d d e dp r o d u c t sa n dt e c h n o l o g yt ot h en e g l e c to ft h ed e v e l o p m e n to fp r o c e s s i n g c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h er e s u l ti su n c o m p e t i t i v ei nt h ef i e r c em a r k e tc o n d i t i o n s t h e c o r ec o m p e t i t i v e n e s so fm o d e r ne n t e r p r i s e sh a sc h a n g e di n t oe n t e 砷r i s em a n a g e m e n t f r o ms c a l ea n df u n d so fe n t e 叩r i s e s t h ea d a p t i v em a n a g e m e n ts o f t w a r em u s tb eu s e d t oi m p r o v et h el e v e lo fm a n a g e m e n ti nt h ei n f o r m a t i o nt i m e s oi ti sv e r yi m p o r t a n t t h a ta d v a n c e dm a n a g e m e n tc o n c e p ti su s e di ne n t e r p r i s e si nt h i sc o n d i t i o n m r ps y s t e mi sn o tv e r ye f f i c i e n ti np r o d u c t i o np l a n n i n ga n dc o n t r 0 1o f j o bs h o p ， e s p e c i a l l y f o rt h eo n et h a tc o n t a i n st h r e e l e v e ls t r u c t u r e ：s h o p ，s u b s h o pa n d w o r k g r o u p a f t e rr e v i e w i n g t h et r a d i t i o n a lm e t h o d so fp r o d u c t i o np l a n n i n g ，t h i sp a p e r f i r s t l yb r o u g h tf o r w a r dt h ec o n c e p t o fs i m p l es h o pa n dc o n l p l i c a t e ds h o pa n da n a l y z e d t h ed i f 传r e n tp r o d u c t i o n o r g a n i z i n gm e t h o d so ft h e m ，t h e ni td i s c u s s e dt h ea d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e so fm r ps y s t e m ，t h ep o s s i b i l i t ya n dt h el i m i t a t i o no fi t sa p p l i c a t i o n t ot h ec o m p l i c a t e ds h o p ，t h em a i ni d e ao fo p t i m i z e dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ( o p t ) ， a n dp u tf o r w a r dt h em o d e lo fam r p - o p tb a s e dj o bs h o pp r o d u c t i o np l a n n i n ga n d c o n t r o ls y s t e m ，i nw h i c hm r ps y s t e mi sr e s p o n s i b l ef o rs h o pp l a n n i n ga n dc o n t r 0 1 w h i l eo p r b a s e ds y s t e mf b rt h ep l a n n i n ga n dc o n t r o lo fs u b s h o p b a s e do nt h i s m o d e l ，t h i sp a p e fd i s c u s s e da ne x a m p l eo faj o bs h o pp r o d u c t i o np l a n n i n ga n d c o n t r o l s y s t e mu s e di n j i e rs h o po fd l r wb yi n t r o d u c i n gt h ed e s i g nt h o u g h t ，s y s t e m s t n l c t u r e ，w o r kf l o wa n d 如n c t i o no fs o m es o r w a r em o d u l e s f i n a l l y ；t h i sp a p e rd i ds o m er e s e a r c ho nt h es o f t w a r et e c h n i q u e si n v o l v e di nt h e s y s t e md e v e l o p m e n ta n dr e l i z e ds h o pw o r ks y s t e ma n ds u b s h o pw o r ks y s t e mo nm e s y s t e ma r c h i t e c t u r e ， m e t h o do fs y s t e md e v e l o p m e n ta n dd e v e l o p t o o lw i t h p o w e l b u i l d e r k e y w o r d s ：j o bs h o pp r o d u c t i o np l a n n i n g ；m r p ；o p t i i 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名：啬聃剜日期：加妈年6 月声日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 日期：加o g 年矽月一日 日拗刚肛彦月日 兰州理工大学硕士学位论文 1 1 课题来源及研究意义 第1 章绪论 制造业是国民经济的支柱产业。在工业发达国家约占其整个国民生产总值的 6 0 以上，其发展程度体现了一个国家的综合国力和科技水平。最近二十年来， 制造业正在经历一场巨大的变革，市场需求产品品种增加，批量减小，同时产品 生命周期缩短，更新换代加快，过去相对稳定的市场已变成动态多变的市场。市 场竞争也日趋激烈，竞争方式从早期的规模、成本( c c o s t ) 模式转变成供货 期( t t i m et om a r k e t ) 、质量( q q u a l i t y ) 、服务( s s e r v i c e ) 、环保( e e n v i r o n m e n t a l ) 和成本的综合模式。为适应这些特点，在竞争中求得生存和 发展，企业需要不断提高生产与运作管理水平。 在企业的运作管理中，车间作业计划问题一直是最重要而又最薄弱的环节。 车间作业计划指导着企业日常生产活动，其制定的好坏直接关系到企业的人、财、 物等资源能否得到合理的利用，进而影响到企业的生产、经营和管理效率。好的 作业计划可以实现车间均衡生产，提高设备的利用效率，缩短交货期，减少在制 品库存，降低物料和能源消耗，从而降低成本，提高产品的竞争力。获得较好的 作业计划是提高企业市场反应能力和核心竞争力的重要因素。 在我国，由于以前长期处于计划经济环境下，人们把主要精力放在改进制造 技术上，而管理技术方面的研究与运用相对滞后，使得企业生产管理粗放，效率 低下。在许多企业中，尤其是多品种，小批量生产型企业，作业计划的编制基本 上是凭借主观经验手工制定，不仅工作量大，而且计划缺乏合理性和科学性，企 业在设备与工时的利用上存在很大的浪费。随着经济全球化的进一步加剧，中国 的制造企业将面临激烈的国际、国内竞争，为达到产品上市快、质量好、成本低 和服务好的目的，实现计算机辅助作业计划编制和优化已成为_ 二项紧迫任务。以 e r p 为代表的管理信息系统m i s ( m a n a g e m e n ti n f o m a t i o ns y s t e m ) 将成为企业实 现经营和生产优化，提高市场竞争力的有力工具。车间作业计划的优化方法是目 前m i s e r p 系统的关键和瓶颈技术乜】。 有效的计划方法和相关优化算法是编制较好作业计划的基础，一直是国内外 学术界研究的热点。车间作业计划问题是典型的组合优化问题，相应的优化理论 研究成果在计算机技术、交通运输、航空航天、医疗卫生等诸多领域都有着广泛 的应用前景1 ，所以对它的研究与应用不仅具有重大的经济价值，而且具有深远 的理论意义。 中小型企业车间生产作业计划系统研究 大连机车厂车间管理与自动化分系统的实施过程中，机二车间管理系统存在 的主要问题如下：车间现有的生产作业计划工作完全靠手工来完成，工作量大， 效率低，各工段计划的安排不合理，对在制品不能进行有效的管理。 本文采用统筹学的最优生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ，o p t ) 在发展一个新的车间作业优化算法基础之上，开发了车间作业计划与管理系统的 详细设计工作，并实现了部分模块，为国内中小企业在改善、优化主生产计划作 业系统方面提供了方法借鉴和参考。 1 2 国内外研究状况及发展趋势 1 2 1 国内外研究现状 自二战以来，生产管理理论与技术得到了极大的发展1 。二十世纪6 0 年代 初，随着计算机技术的发展，一种新的生产管理技术一物料需求计划m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) 首先在美国发展起来。m r p 使用物料单b o m ( b i l lo fm a t e r i a l ) ，将对系统的最终产品的需求展开为对零部件和原材料的需 求。在考虑现有存储和生产提前期的前提下，下达制造或采购计划。m r p 的应用 使制造系统的生产管理真正走上了科学化的轨道。随后，增加了能力平衡、成本 核算、帐务管理、订货管理等管理后，m r p 发展为对企业制造资源进行全面管理 的制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) ，称为m r ph 。9 0 年代以后， m r pi i 经过进一步发展完善，形成了目前的企业资源计划e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n n i n g ) 系统。与m r pi i 相比，e r p 除了包括和加强了m r pi i 各种功能之外， 更加面向全球市场，功能更为强大，所管理的企业资源更多，支持混合式生产方 式，管理覆盖面更宽，并涉及了企业供应链管理，从企业全局角度进行经营与生 产计划，是制造企业的综合的集成经营系统。e r p 所采用的计算机技术也更加先 进，形成了集成化的企业管理软件系统。从理论体系上来看，m r p ，m r pi i 和e r p 是一脉相承的，其核心思想是闭环m r p 婿1 。 m r p 系统主要是采用推的方式来推动制造系统的运行哺3 二十世纪7 0 年代 末，日本丰田公司创造了一种以消除制造过程中的一切浪费为宗旨的准时制 ( j u s t i n t i m e ) 生产j i t ，或称准时化生产。j i t 主要采用拉动方式来运行整个生 产系统，它将制造过程中一切不能增加产品附加价值的因素都视为浪费。装设时 间、在线存储、搬运时间、等待时间，这些为m r pi i 所接受的因素都被视为浪费， 属于应当消除之列。j i t 缩短装设时间使经济批量被否定，减少存储使制造周期 大大缩短，从而给企业带来了巨大的效益。 除了m r p 和j i t 生产方式外，o p t 生产技术的出现也为企业解决生产管理 中存在的问题提供了新的办法 3 。o p t 由以色列物理学家d r e g 0 1 d r a t t 于7 0 年代 2 兰州理t 大学硕十学位论文 末首创。o p t 主张用平衡物流，而不是传统的平衡生产能力的方法来解决企业生 产中存在的问题。用o p t 方法编制生产作业计划时，首先要找出生产系统中的瓶 颈资源，然后先安排瓶颈资源的生产，再根据瓶颈资源安排其他非瓶颈资源的生 产。o p t 从提出发展到今天不过二十年的时间，但是由于它在管理思想上别树一 帜，并且在生产实践中取得了明显的经济效益，所以己被企业界和理论界所接受。 o p t 系统软件是一项专利产品，它的主要技术内容和具体的计划算法规则目前是 保密的。人们只能从它公开宣传的o p t 管理思想和从系统要求输入的数据结构及 其输出功能上来了解和研究它。 目前国内应用最广泛的生产管理系统是m r pi i 系统9 3 。m r pi i 的基本思想 是围绕物料转化组织制造资源，实现按需求准时生产。通过产品出产的时间和数 量计划，根据工序反推出所有零件的投入产出时间和数量，进而确定对制造资源 ( 机器设备、工具、工装、人力、资金等) 所需的时间和数量，由此围绕物料的 转化组织制造资源，实现准时生产。但m r pi i 的生产方式也存在一些明显的问题， 例如：不确定的产品结构的引入；陈旧的工时定额数据；不合实际的提前期定义； 缺乏来自生产现场的反馈而导致计划的不准确。因此在实际应用过程中，存在在 制品的库存量过多，造成管理混乱和资金占用过多的问题。即使后来m r pi i 系统 扩展形成的e r p 系统，也没有解决如何获得准确的生产计划和实时的生产控制的 问题。 m r p i i e r p 系统的一个最重要的发展就是一些先进的生产管理与控制技术 不断地被加入进来，这些新技术的融入克服了m r p 固有的一些缺陷，为管理软 件注入了一股强大的活力。这些技术从不同的角度解决了不同类型生产企业存在 的一些问题，在解决企业生产经营管理问题上具有各自的优势，因此，将这些思 想引入软件系统很有必要。 1 准时制生产技术j i t 二十世纪7 0 年代末，日本丰田公司创造了一种以消除制造过程中的一切浪费 为宗旨的准时制生产j i t 。j i t 的核心是适时、适量生产，其基本思想是“只在需 要的时候；生产需要的数量。儿t 生产方式力图通过“彻底排除浪费 来实现 最大利润目标。为了排除浪费，j i t 相应地产生了适时、适量生产，弹性配置作 业人数以及保证质量等基本方法。实行儿t 生产模式必须满足以下条件：生产计 划平稳、减少调整准备时间、提高工人素质，生产车间重新布局、准时采购、消 除原材料和外构件的库存、加强质量管理、消除废品。 2 优化生产技术o p t 随着全球经济一体化步伐的加快，世界范围内的市场竞争日趋激烈。面对市 场环境的瞬息万变，企业要想在国内外的市场竞争中立于不败之地，就必须采用 各种先进的技术手段，就必须采用先进的生产运作和管理模式，就必须对客户和 中小型企业车间生产作业计划系统研究 市场的要求做出快速及时的响应，按市场的要求实现低成本、高质量、短交货期 地把产品交付到客户手中。企业的主要活动是生产，生产管理是企业管理中最重 要的部分，而生产管理的大部分工作最终要落实到车间，因此必须加强对车间生 产的管理和控制，从而提高企业的竞争力。 车间生产作业计划是生产计划的具体执行计划，是把企业的生产任务，具体 地分配到各车间、工段、班组乃至每个工作地点和操作人员，规定它们在月、旬、 周、日以至轮班和小时内的具体任务，从而保证按品种、质量、数量和交货期限 完成企业的生产任务。车间层作业计划的计划对象为零件的各道工序，所以在理 论研究中，作业计划( s c h e d u l i n g ) 问题有时候也称为作业排序( s e q u e n c i n g ) 问 题。 作业计划问题一直是十分活跃的研究领域，早在1 9 5 4 年，j o h n s o n 研究了两 台设备的流水车间作业计划问题，从此开始了作业计划理论的大量研究n 引。到7 0 年代后期就逐渐形成了完善的经典计划理论，并重视了作业计划问题的复杂性研 究。2 0 世纪7 0 年代末出现的优化生产技术o p t ( o p t i m i z e d p f o d u c t i o nt e c h n o l o g y o p t ) 1 。o p t 的主要处理逻辑是分清主次，找到“瓶颈 工序，并使“瓶颈”上 的资源得到充分利用，同时安排好非“瓶颈 工序的资源配置，使之能与“瓶颈 工序生产率保持同步，将在制品积压减少到最低程度。o p t 技术在面向订单生产 的情况下，对于多品种、小批量生产方式的生产计划制定有很大的指导意义。8 0 年代以后，随着许多跨学科领域的技术和方法被引用到作业计划问题的研究中， 涌现出了许多新的作业计划优化理论与方法。目前主要的算法有： ( 1 ) 运筹学方法 将作业计划问题简化为数学规划模型，采用基于枚举思想的分枝定界法或动 态规划算法进行求优，是一种精确方法。文n 2 3 1 提出了不同的分枝定界法，其不 同点主要在于分析规则、定界机制和上界的产生这三方面存在差异。分枝定界法 是初期解决作业计划优化的最重要方法，其中m c m a h o n 和f l o r i a n ( 1 9 7 5 ) 提出 的改进的分枝定界方法在相当长的时间内一直是最好的精确求解方法。此类方法 虽然从理论上能求得最优解，但这种纯数学方法有模型抽取困难、运算量大、只 能用来求解小规模作业计划问题，因而不能很好地满足实际应用的需要。 ( 2 ) 基于规则的算法 如c a m p v e l l 、g u p t a 、b a k e r 、d a n w n b r i n g 、g a r e y 和g o n z a l e z 等都提出了很 多重要的基于规则的算法。p a n w a l k a r h 和i s k a d e r 总结和归纳出1 1 3 条规则，并将 它们按形式分为了三类：简单规则、复合规则、启发式规则；此种算法规则简单、 易于实现、计算复杂度低，多年来一直受到学者们的广泛研究；将多种规则组合 起来实现车间作业计划优化，讨论分析了各种规则与性能指标的关系，并对如何 合理地选用规则提出了建议。文“引中的移动瓶颈算法( b o t t l e n e c kp r o c e d u r e ) 是 兰州理工大学硕士学位论文 目前最有效的启发式算法之一，它通过不断地对移动的瓶颈设备进行单机调度， 来获取更好的次优解。但是研究表明并不存在一个普遍适用的规则，规则的有效 性依赖于对特殊性能的需求标准及生产条件，该方法是局部优化算法，不能对得 到的结果进行次优性的定量评估，难以保证所得的解是最优解或次优解。 ( 3 ) 神经网络方法 c h e u n gj yn 钉描述了一些主要的用于求解作业计划问题的神经网络结构：搜 索网络( h o p f i e l d 网络) 、纠错网络( 多层感知器) 、随机网络( b 0 1 t z m a n 机) 。 y p s f o o 和t a k e 蜘i 较好地把h 0 1 p f i e l d 神经网络解决t s p 的方法移植到j o b s h o p 上来。j a i na s e t a 1 n 印提出的改进的b p 神经网络模型克服了传统的b p 网络 模型在处理包含复杂的输入输出问题时会训练不成功并收敛于局部极小解的不 足。由于神经网络方法存在会产生大量不可行解，计算时间较长，容易陷入局部 最优解等不足，因此在解决实际问题时单独使用情况的并不多见。 ( 4 ) 邻域搜索方法 近年来各种邻域搜索算法在作业计划中得到了广泛的应用，邻域搜索算法是 基于其随机和启发式的搜索方法，在“邻域搜索”框架中，从一个( 一组) 初始 解出发，通过邻域函数产生若干邻域解，按接受准则更新当前状态，然后按参数 修改准则控制参数，如此重复以上搜索过程直至满足算法终止条件。这些算法具 有全局优化性能，通用性强、无需问题的特殊信息等优点。研究较多的有模拟退 火算法( s a ，s i m u l a t e da n n e a l i n g ) 、禁忌搜索算法( t s ，t a b us e a r c h ) 、遗传算 法( g a ，g e n e t i c a l g o r i t h m s ) 等n ”。但此类算法也存在各自的不足，如g a 容易 早熟，s a 收敛到全局优化解需要很长的计算时间，并且算法效果的好坏对初始 解和控制参数的选取有较大的依赖性。 1 2 2 发展趋势 车间作业计划问题的复杂性，引起了无数研究者的浓厚兴趣。在过去的5 0 年里，大量的研究成果相继问世，总计有超过2 0 ，0 0 0 篇关于作业优化问题的科 技文献被发表，其中包括m u t h 、t h o m p s o n 、c o n w a y 、r i n n o o y 、c o 氡f m a n 、f r e n c h 、 m o r t o n 、b l a e w i c z 和c h r e t i e n n e e t a l 等的专著。 在对车间作业计划问题的研究中，有许多方法在不同程度上取得了研究进展。 基于m r p 、m r p j i t 相结合或m r p o p t 相结合的管理软件是目前开发最多，也 是应用最广泛的生产管理系统。除此以外，敏捷制造、成组技术、有限能力计划 等也是目前被广泛引入到生产管理系统中的一些热点技术n 引。 ( 1 ) 敏捷制造 敏捷制造代表着2 l 世纪制造业的发展方向，敏捷性由可重构 ( r e c o n n g u r a b l e ) 、可重用( r e u s a b l e ) 和可扩充( s c a l a b l e ) 共同构成，它是企 5 中小型企业车间生产作业计划系统研究 业驾驭变化能力的反映。敏捷制造的关键在于制造资源的快速有效集成，这离不 开先进信息技术的支持。具体包括：对先进制造技术的支持；对组织创新的支持； 市场信息的获得和合作伙伴的搜寻；虚拟企业的组建及其成员之间的远程信息交 互；对具体制造活动的指挥、调度与控制等。采用先进信息技术是实现制造资源 快速有效集成的先决条件，因此，实行有效的信息管理就更为重要。 ( 2 ) 成组技术 成组技术是将设计和制造工艺上相似的各种零件和产品归并成组，以便提高 生产效率通过在m r p i i e r p 系统中运用成组技术，可以缩短产品的提前期， 在计划时间内使各有关周期大为缩短，同时将会减少物料的处理时间，简化物流， 减少准备时问和零部件库存量，车间管理工作也会比较方便n 引。具体地说，成组 技术在m r pi i e r p 系统中的作用包括：提供系统化方式在可能的地方根据产品 或零部件的相似性和一致性对物料进行分类和编码，这些相似的产品或零部件可 以存储在系统内，并可被反复使用。提供快速的搜索工具，根据查询条件检索出 需要的产品或零部件。 ( 3 ) 有限能力计划 有限能力计划( f c s ) 是当前谈论的热门话题。与传统的无限能力相比，f c s 在实际能力约束条件下模拟车间作业的实际流动过程，产生一个更现实的计划， 对m r p 的计划进行跟踪和控制心玑引一利。同时它也是m r p 闭环生产控制中的一个 重要环节，使用f c s 能快速反映制造信息，更有效地承诺交货时间并按时交货。 2 0 世纪后期，全球市场竞争更加激烈，上层计划管理系统( e r p ) 受市场影 响越来越大，计划的适应性问题愈来愈突出，明显感到计划跟不上变化，企业的 决策者逐渐认识到计划的制定和执行要依赖于市场和实际作业执行状态，而不能 完全以物料和库存回报来控制生产。解决生产计划适应性以及增加底层生产过程 的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，已经成为一个重要的研究课题。 1 3 本文的主要工作 本论文所做的研究是基于大连机车厂机二车间管理与自动化分系统，利用计 算机技术并采用科学的方法来提高车间生产作业计划与管理工作的效率，主要完 成以下几方面的工作： 1 在分析了m r p 和o p t 的优缺点，m r p 在车间层应用的可能性和局限性 以及m r p 和o p t 结合在车间应用的可能性基础上，提出了一个基于m r p 和o p t 的车间生产作业计划与管理系统模型。 2 借鉴m r p 和o p t 的思想，并结合大连机车厂机二车间的实际情况，对车 间作业计划与管理系统设计与开发中涉及到的部分软件技术，如系统体系结构的 选择、系统开发方法和p b 数据库开发工具等进行了分析和研究，完成了车间作 6 兰卅f 理工大学硕士学位论文 业计划与管理系统的详细设计工作，并实现了车间作业计划子系统和工段作业管 理子系统模块。 3 通过车间作业计划子系统和工段作业管理子系统模块的应用，在工段作业 管理界面可完成某生产单元某个产品的某道工序的单日生产作业计划派工，解决 了市场e r p 软件最为薄弱的环节。系统采用动态报表技术可以把各种工作票按标 准格式打印出来，该工作票可以在工票回收窗口录入系统数据库中，作为原始数 据保存起来。增强了车间生产计划的合理性和指导性以及对市场的快速应变性。 7 中小型企业车间生产作业计划系统研究 第2 章车间生产作业计划理论 2 1 生产作业计划的作用及内容 企业生产计划工作包括制定年度生产大纲和生产作业计划。年度生产大纲规 定企业在计划年度内出产的产品品种、规格、质量、数量和大致的交货期限。生 产作业计划则是年度生产大纲的具体执行计划，它要为具体落实年度生产大纲而 对企业各个生产环节( 车间、工段、小组等) 规定品种和数量分工，以及具体的 投入和出产进度。 生产作业计划工作的主要内容包括：期量标准的制定；生产能力的细致核算 与平衡；生产作业准备的检查；生产作业控制，包括生产调度、进度管理、在制 品管理、生产作业统计与分析等等。 2 2 编制生产作业计划的方法 生产作业计划从期限上分，有季、月、旬( 周、五日) 、日( 轮班) 作业计 划，从执行计划的生产环节分，有车间、工段、班组、工作地作业计划。如果按 照编制范围分，生产作业计划可分为车间之间作业计划的编制和车间内部作业计 划的编制。以下分别介绍车间之间作业计划和车间内部作业计划的编制方法。 1 车间之间作业计划的编制方法 ( 1 ) 规定车间任务的计划单位 计划单位就是编制计划时，规定生产任务所用的单位。对于装配车间，通常 以产品或部件为计划单位，而对加工及毛坯准备车间，则根据不同情况，选用下 列四种不同的单位乜引。 1 ) 以成台份为计划单位 成台份计划单位是以产品装配所需的全套零件作为统一的计划单位。由于各 车间的分工不同，同一种产品的一台份对各车间所包含的内容是不同的。厂部向 车间规定生产任务时，只下台份计划及按台份规定统一的投入出产时间，而不考 虑其中各种零件或部件的具体需要时间。 2 ) 成套部件计划单位 成套部件计划单位的方法与成台份计划单位的方法相类似，不过它是以某部 件所包含的全套零件为单位安排计划，这种计划单位的优点是厂部编制计划比较 简单，车间安排生产的机动性大，成套出产的责任心强，能较好地保证按产品或 部件成套出产零件或毛坯。缺点是，计划过粗，生产周期较长，大部分零件要积 兰州理丁大学硕士学位论文 压相当长时间才能投入装配。 3 ) 零件组计划单位 零件组计划单位是指按结构、工艺等特征相似的零件所组成的零件组作为计 划单位。这种计划单位能按成组技术要求组织生产，有利于扩大批量提高效率， 但产品成套比较困难，生产组织工作比较复杂。 4 ) 以具体零件为计划单位 这种计划单位的优点是：缩短生产周期，减少在制品及流动资金占用量。缺 点是计划不容易切合车间实际；车间安排生产的主动性、灵活性差；当计划不切 合生产实际时，会影响生产的成套性。这种计划单位较适合于大量大批生产企业。 ( 2 ) 确定车间生产任务的方法 常用的确定车间生产任务( 品种和数量) 的方法有四种：在制品定额法、累 计编号法、生产周期法和订货点法心5 2 引。 1 ) 在制品定额法 就是以在制品占用量定额及其与期初实际结存量的差额作为依据来确定各车 间生产任务的方法。这种方法适用于大量生产的企业，并以零件为计划单位。 用在制品定额法确定各车间任务时，依据的资料是产品出产进度计划规定的 计划期产品产量，各车间内部及仓库在制品占用量定额及期初预计实际在制品占 用量。确定各车间任务时，要反工艺过程顺序进行，即首先计算装配出产量，依 次是装配投入量，加工出产量，加工投入量，毛坯出产量，最后计算毛坯投入量。 计算后一项任务量时要利用前一项的计算结果。 各车间投入量的计算公式如下： q 毫投= q 铂+ q 凌+ ( z 库定一z 内实) ( 2 1 ) 式中： q 后投一后车间计划期投入量； q 锖一本车间出产的外销半成品； q 废一该车间内部可能产生的废品数； z 库定一仓库( 流水线间) 在制品占用量定额； z 内宴一期初预计车间内部在制品实有数。 各车间出产量的计算公式如下： 缆= q 后投+ q 销+ ( z 库定一z 库实) 式中： q 后投一后车间计划期投入量： q 锖一本车间出产的外销半成品数； 9 ( 2 2 ) 中小型企业车问生产作业计划系统研究 z 库定一仓库( 流水线间) 在制品占用量定额； z 库实一期初预计库存在制品实有数。 2 ) 累计编号法 累计编号法又称提前期法，它是根据最终产品的平均日产量将生产提前期转 化为提前量，并由此规定各生产单位计划期应该达到的投入和出产累计数的一种 计划方法心9 3 引。 累计编号法只适用于需求稳定而均匀，周期性轮番生产的产品。累计号分产 品编制，从计划年度该产品出产的第一台算起，由此顺序地每出产一台就增加一 号，累计号数就是该产品的累计出产量。采用累计编号法用累计数规定各车间的 生产任务，容易控制生产的成套性和生产过程在时间上的衔接。 用累计编号法确定各车间生产任务时，首先要求出各车间计划期末生产某种 产品应达到的累计数。装配车间产品出产累计数可根据产品出产进度计划中规定 的产品月产量求得；其他车间投入或出产累计数可以装配出产累计数为基准，根 据各工艺阶段的投入或出产提前期标准及产品平均日产量来求得。各车间计划期 末投入和出产累计数的计算公式如下： 岛 出+ 垡 ( 2 3 ) 也出+ 砜g ( 2 4 ) 式中： k 一某车间计划期末投入累计数； k 一某车间计划期末出产累计数； k 出一装配车间计划期末出产累计数； d 格一某工艺阶段投入提前期； g 一该产品装配车间的平均日产量。 将计划期末各车间应达到的投入( 出产) 累计数，减去该车间计划期初实际 已达到的投入( 出产) 累计数，即为该车间计划期的投入( 出产) 任务，用公式 表示如下： 鲰嘞初 ( 2 5 ) 纨2 气初 ( 2 6 ) 式中： q 投一某车间计划期投入量； g i ：一某车间计划期出产量； 初一该车间计划期初已达到的投入累计数； 初一该车间计划期初已达到的出产累计数。 3 ) 生产周期法 生产周期法利用产品生产周期图表和生产提前期等资料，根据各项订货日期 1 0 兰州理工大学硕士学位论文 的要求，来规定各车间每月投入、出产任务。这种方法适用于单件小批生产玛h 3 2 3 3 1 。单件小批生产由于产品产量单一或不多、不重复生产或不定期生产，因此不 规定在制品占用量标准，也不需要编号，主要根据产品的交货期以及生产周期、 提前期等标准，来确定产品中各部件及其专用零件在各车间投入或出产的时间， 以及相应的各车间的生产任务。 由于单件小批生产的企业，产品品种多，生产不稳定，在用生产周期法确定 各车间生产任务时，既要解决每项产品在前后车间生产时出产时问和投入时间的 衔接问题，还要考虑每个车间生产任务与生产能力的平衡，以及各时间段生产任 务量的均衡问题。因此在用生产周期法确定各车间生产任务时，要编制年度分月 各产品投入、出产综合进度图表。编制产品投入出产综合进度图表的依据是产品 出产进度计划、定货合同以及各种产品的生产周期图表。产品投入出产综合进度 图表要随着定货任务的承接及时进行修正。 4 ) 订货点法 订货点法是以库存在制品储备量下降到定货点的时刻，作为制品投入投产生 产时间的一种规定车间生产任务的方法。这种方法适用于各种产品中的标准件和 通用件的生产，这类零件由于通用于各种产品，故其生产时间不决定于某一具体 产品的需要，而由仓库中的储备情况来控制。 用定货点法确定生产任务的零件( 毛坯) ，通常要在仓库中规定三种储备量 定额，即最大储备量、最小储备量和定货点储备量。最小储备量为保险储备量， 其作用及数值大小的确定方法同成批生产中的库存保险在制品储备量。最大储备 量等于最小储备量与一次定货数量之和。一次定货数量即下达给车间的任务数量。 定货点储备量的计算公式如下： z 订= 珞g + z ， 、 ( 2 7 ) 一订货周期，即提出订货到制品生产完毕验收入库的延续时间，单位为天。 互t 一订货点储备量； z ，。、一最小储备量； g 一零件平均日产量。 2 车间内部生产作业计划的编制方法 ( 1 ) 大批大量生产车间的作业计划 这类车间由于产品品种少，生产稳定，组织流水生产，每个工段( 流水线) 和 工作地完成固定的零件工序。因此，车间内部作业计划编制工作比较简单，在编 制工段月计划时，可以直接从车间生产作业计划中，按工段的专业分工，将工段 的生产任务摘出，并将月任务按日分配即可。这类车间中可以不编制工段旬计划。 轮班计划是进行日常生产任务分配的一种方法，它规定每个工作地、每个工 人在工作班内应完成的生产任务。但大量流水生产，由于在月生产作业计划中规 中小型企业车问生产作业计划系统研究 定了每天的出产任务，故不必编制轮班计划。对于间断流水生产线，工人可按标 准工作指示图表进行生产。当日产量发生变化时，要重新制定标准工作指示图表。 对于连续流水线，由于每道工序都必须按照规定的节拍进行生产，不必编制标准 工作指示图表，但必须规定每班内工作中断次数及时间，以便工人按统一时间休 息及更换刃具等工作。 ( 2 ) 成批生产车间的作业计划 成批生产车间内的生产作业计划包括一系列的计划与控制工作它要将厂部 下达的台份计划分解为零件任务，再将零件任务细化为工序任务，分配到有关生 产单位或设备工作地，编制生产进度计划，并为各项任务准备好所需要的材料、 毛坯、图样和工具等，然后组织计划的实施。 月产量 出产进度( 周) 零件名称零件编号 ( 件) 12 3 4 轴套 4 0 25 02 6 法兰盘0 4 32 0 01 0 01 0 0 法兰盘0 3 8 ll o l1 0 表2 1 工段月生产计划 成批生产中，当工段按对象专业化原则组织生产时，每个工段可以完成产品 某一工艺阶段的全部或绝大部分工序，所以工段月计划可以制品为对象，而不具 体到工序。零件品种根据车间月计划、零件明细表及工段专业分工来确定，零件 出产进度则根据厂部在车间计划中规定的零件组出产进度、零件的在制情况或材 料及毛坯的准备情况、设备负荷率等来决定；零件的出产数量由车间月计划规定 的出产累计数及零件期初实际出产数来决定。工段月计划的格式如表2 1 所示。 对于生产周期较长的主要零件，为了更好地控制其生产进度，可在工段月计 划中以工序为计划单位，用进度表的形式规定零件的投入、出产时间。 车间内部不但要编制工段月计划，还要编制工段旬计划。工段旬计划应列出 工段在每旬应该生产的制品品种、数量及出产时间。于本旬投入而将在下旬出产 的零件，可只列出其品种和数量，以便据此编制轮班计划和做好投入生产的准备 工作。 ( 3 ) 单件小批定货生产的生产作业计划编制 当工段按对象专业化原则组织时，单件小批定货生产工段月作业计划的编制 方法与成批生产相同，只是每种零件的生产数量直接根据车间月计划中的成套部 件或成套产品的数量及单位产品中同种零件的数量来决定口4 3 引。 当工段按工艺专业化原则组织生产时，在编制工段月作业计划前，要先把厂 部下达的以成套部件或成套产品为单位的车间月计划展开成以零件为单位的车间 1 2 兰州理- t 大学硕士学位论文 月计划，然后，利用零件工艺规程、时间定额、零件生产周期、期初在制品情况 及预计下一计划期要出产的零件等资料，列出所有该工段在计划月内应制造的零 件品种和数量。由于每种零件的加工要经过多个工段，因此，对于一般零件，在 工段月计划中可不规定其生产进度；对于生产周期长的主要零件，可如同成批生 产车间一样，编制零件生产进度表与相应的设备负荷图表。 2 3 存在的问题 目前多品种中小批量生产类型企业车间作业计划中存在下面的问题： 1 采用累计编号法编制生产作业计划的企业，车间生产作业计划完全靠手工 来进行，车间计划调度员要完成把台份计划分解成零件计划，再将零件任务细化 为工序任务，分配到有关生产单位或设备工作地等一系列繁琐的工作过程，任务 量非常大，效率低。 2 生产作业计划缺乏时间要求，形成调度代替计划。作为生产作业计划，应 具体规定出生产的数量和时间要求，才能对生产活动起到指导作用。目前许多企 业的车间计划只规定了出产数量，零件的具体数量和出产时间完全由调度员决定 和掌握，形成调度代替计划的局面。结果，往往出现任务安排不协调的情况，有 时工人不得不加班加点，有时却设备空闲，无活可干。 3 采用m r p 计划系统进行生产作业计划提高了企业生产管理的效率，但是 在m r p 计划系统中，车间的功能仅仅是执行已经生成的计划，对于计划执行过程 中出现的问题，车间无权自行解决，只能向上级部门反馈信息，这并不符合大多 数企业的实际情况。 由上述分析可以看出，不管是采用累计编号法，还是采用m r p 方法进行生产 作业计划编制的企业，车间的生产作业计划都成为一个急需解决的问题。车间作 为企业生产计划的执行部门，担负着实现企业利润的关键性的工作。利用计算机 并采用科学的方法来提高车间生产作业计划与管理工作的效率势在必行。 2 4 本章小结 本章首先介绍了车间生产作业计划的内容及作用，接下来仔细研究了编制生 产作业计划的方法，并且参照多品种中小批量生产类型企业分析了车间生产作业 计划存在的问题，最后提出了改善车间生