（机械电子工程专业论文）多品种单件小批生产模式下生产计划与调度问题研究.pdf

南京航空航天大学顶士学位论文 摘要 激烈的市场竞争和用户需求的多样化，使多品种、单件小批生产模式成为 主流，这种生产模式下企业的产品种类多、批量小、生产重复度低、工艺过程 经常变更、生产计划的稳定性较差，这就迫切需要一个能满足实际要求的生产 汁划与管理系统。 本文首先分析了多品种单件小批生产的特点以及存在的问题，在对一些生 产计划模式研究的基础上，提出了将m r p 与j i t 相结合的包括订单任务分解与 车问作业计划的两层计划体系，分析了该生产模式的特点以及计划体系中各计 划层次的内容，定义了系统功能模型。论文描述了在订单任务分解中m r p 计 划分解的方法，研究了能力平衡的措施，介绍了外协处理。在分析车间作业调 度内容的基础上，提出了多品种单件小批生产模式下车间级作业调度与车i 司内 作业分配相结合的分层调度模型，阐述了该调度方法。最后开发了生产计划与 管理系统的相关模块，通过企业中的应用实施，验证了该方法的可行性。对在 实施过程中遇到的问题，进行了分析，提出了解决方案。 关键词面向订单生产生产计划制造资源计划准时制生产车间作业调度 多品种学件小批生产馍式下生产计划，【州度问题圳， a b s t r a c t f i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o na n dc u s t o m e r s d i v e r s i f i e dr e q u i r e m e n t s ：m a k et h e m l d t i c a t e g o r i e sa n ds m a l lb a t c hb e c o m e t h em a i n s t r e a mo ft h ep r o d u c t i o nm o d e i n t h e s ee n t e r p r i s e s ，p r o d u c t sa r ea l w a y sm u l t i p l ew i t hs m a l lb a t c h ，l o wr e p e a t ，l o w s t a b i l i t yo fp r o d u c t i o np l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g p r o c e s s e sa r eo f t e nm o d i f i e d s o t h e s ee n t e r p r i s e sn e e da na p p l i c a b l es y s t e mt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fp r a c t i c e t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m so ft h e p r o d u c t i o nw i t hm u l t i - c a t e g o r i e s a n ds m a l lb a t c h o nt h eb a s i so fs t u d y i n ga b o u t s o m ep r o d u c t i o ns c h e d u l i n gm o d e s ，ap l a n n i n gs y s t e mc o m b i n e db ym r p a n dj i t w i t ht w ol a y e r so fp r o d u c t i o np l a ni sp u tf o r w a r di n c l u d i n go r d e rt a s k sr e s o l v i n g a n dw o r k s h o pt a s k sp l a n n i n g i t sc h a r a c t e r i s t i c sa n dh o wt op l a na n ds c h e d u l ea r e s t u d i e d ，a n dt h es y s t e m a t i c f u n c t i o nm o d e li sd e f i n e d t h ea p p r o a c ho fm r p r e s o l v i n gt h et a s k si s d e s c r i b e d ，t h ew a yo fc a p a b i l i t yb a l a n c e di s s t u d i e da n dt h e m a n u f a c t u r i n ga g e n c yi si n t r o d u c e d o nt h eb a s i so fa n a l y s i so fw o r k s h o pp l a n n i n g a n ds c h e d u l i n g ，t h et w ol a y e r so fs c h e d u l i n gm o d ew i t ht h es c h e d u l i n go fw o r k s h o p a n ds c h e d u l i n gi n w o r k s h o pi sp u t f o r w a r da n dt h i sm e t h o do fs c h e d u l i n gi s d e s c r i b e da tl a s t ，ap r o d u c t i o np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e l o p e d ，a n d t h ef e a s i b i l i t yo ft h i sm e t h o di sv e r i f i e db yt h ei m p l e m e n ti n a i l e n t e r p r i s e t h e p r o b l e m sw h i c ha p p e a r e d i nt h ec o u r s eo fi m p l e m e n ta r ea n a l y z e d ，a n dt h es o l u t i o n s a r ep u tf o r w a r d k e y w o r d s ：m a k et oo r d e r ，p r o d u c t i o np l a n n i n g ，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 j u s ti nt i m e ，j o bs h o ps c h e d u l i n g 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的 研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出 贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被 查阅和借阅可以将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、缩印或其他复制手段保存论文。 作者签名：磁支! 】互 日 期：逆查! 竺l 多品种单件小批生产模式下生产汁划与调度问题研究 缩略词 b o m m r p m r p i i e r p s c m m p s c i m s j i t 0 p t t o c c s b s m i s m t o 论文中英文缩略语列表 全称 b i l lo fm a t e r i a l m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g 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 e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g s u p p l i e r - c h a i nm a n a g e m e n t m a s t e rp r o d u c t i o ns c h e d u l e c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m j u s t i n t i m e o p t i m i z e d p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y t h e o r y o fc o n s t r a i n t s c l i e n t s e r v e r b r o w s e r s e r v e r m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m m a k et o0 r d e r 中文解释 物料清单 物料需求计划 制造资源计划 企业资源计划 供应链管理 主生产计划 计算机集成制造系统 准时制造 最优生产技术 约束理论 客户服务器 浏览器i n 务器 管理信息系统 按订单生产 南京航空航天人学顾 学位论文 11 引言 第一章绪论 2 l 世纪一个重要特征就是全球经济一体化，企业的竞争领域是全球市场， 企业之间的竞争同趋激烈，越来越多的企业认识到企业管理是企业在竞争中生 存的一个重要因素。现在用户对产品的质量以及服务质量的要求越来越高。已 不满足于从市场购买标准化的产品，他们希望得到按照自己要求定制的产品和 服务，这些变化导致产品生产方式革命性的变化。面向订单、多品种、中小批 量、商质量、交货期短以及低成本等己逐渐成为制造业明显的生产特征。 1 2 多品种单件小批量企业生产管理存在的问题 我国的制造业除了设备技术水平相对落后外，更突出的问题是企业管理模 式的落后，尤其是小批量、多品种生产类型车间的生产组织和控制方式已成为 企业发展的障碍】。这是因为多品种单件小批生产的企业，产品品种多、每种产 品的数量少、生产重复性小专业化程度不高，设计质量与工艺质量不易提高。 模具制造企业是典型的多品种单件小批生产类型的企业，通过调研认为该 类型的企业在生产计划管理方面存在以下一些问题： ( 1 ) 生产计划与调度方法较为落后 基本完全依赖管理者的经验、技巧编制各类生产计划，比较粗放， 不仅工作量大，而且不够准确，不能保证生产能力的平衡，通常缺乏 科学性和合理性；计划均衡性差，生产发生变化时计划调整困难，响 应速度慢，不能满足快速响应的要求。 ( 2 ) 生产数据反馈不及时、不准确 包括生产计划监控、零件进度监控与产品或订单进度监控都是由 人工进行统计汇报，工作量大，而且很难能够及时反馈，缺乏动态更 新很难对生产进度实现有效控制和管理，超差品常常得不到及时补 救与处理。生产中采用较为分散的组织管理体制，由于零件品种多， 很多零件属一次性加工，其基础信息如工艺等多凭人工经验获得，存 在一定的误差，这也对计划调度提出了更高的要求。 多盘t 种甲件小批生产填止下生产计划+ i j i 4 艘问题 , j f s i i 由于生产数据反馈不及时、不准确，营销部门难以实时掌握生产 状况，造成在接客户订单时存在一定盲目性。 本文针对上述问题将以无锡国盛精密模具有限公司为应用背景，着重研究 面向订单的多品种单件小批生产模式下生产计划体系、生产作业计划与能力平 衡以及作业调度等问题。 1 3 国内外生产计划与作业调度的研究概况 1 31 生产计划研究概况 目前国内外主要的生产计划与管理方法有：网络计划方法、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 ，m r p i i ) 、准时制生产( j u s t i nt i m e ，j i t ) 、 最优生产技术( o p t i m i z e dp r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ，o p t ) 以及在o p t 基础上进一 步发展起来的约束理论( t h e o r yo f c o n s t r a i n t s ，t o c ) 等。 网络计划法又称统筹法，是制定工程项目工作计划的有效方法，比较常用 的方法和技术有关键线路法c p m ( c r i t i c a lp a t hm e t h o d ) ，计划评审技术p e r t ( p r o g r a me v a l u a t i o n a nr e v i e wt e c h n i q u e s ) ，图形评审技术g e r t ( g r a p h i c a l e v a l u a t i o na nr e v i e w t e c h n i q u e s ) 等。关键线路法是生产管理中e e 较经典的方法， 通过有向图，可求得影响整个产品生产的关键工序。通过控制这些关键工序以 达到控制生产全局的目的。这是一种比较粗放的管理模式，一般只能进行大环 节的管理和大环节间的协调，不能自动进行部件、组件的物料分解，适用于大 型项目的单件生产。 制造资源计划m r p i i 是在闭环物料需求计划完成对生产计划与控制基础上 的进一步扩展，将经营、财务与生产管理相结合而形成的制造资源计划。m r p i i 是一种计划主导型管理模式，计划层次从宏观到微观、从战略到战术、由粗到 细逐层细化，是一种比较有效的组织现代化生产的技术。m r p i i 的基本目标是 建立一个连接需求预测计划和供应计划的过程，使得资源在加工者与供应者特 别是他们的顾客等多个环节中的利用能够做到最有效益，而且花费少、产出高， 其主要目的是实现“正确的时间、准确的地点得到生产准确数量的物料等资源”。 m r p i i 系统是发展比较成熟的技术，但也存在一些局限性。m r p i i 系统为了应 对生产中的不确定因素，对提前期等指标留有一定裕度，生产批量相对固定， 招致对其“期”与“量”的批评，注重事前计划，对生产的执行过程不够充分 南京航中航尺人学删1 1 学位论j ( = 重视，不利于生产管理的持续改进【2 】。 准时制尘产j i t 的基本思想是“只在需要的时候，按需要的量生产所需的产 品”，严格按照订货组织生产，通过看板在工序恻传递物料需求信息，并利用看 板的绝对权威性，将生产控制权下放到各工序的后续工序。这种控制方式是分 散的，并且追求尽善尽美地消灭一切浪费，大大降低了库存和在制品，从而降 低了生产成本。但j i t 难以适应大的需求变化，一般只适用于大规模批量生产， 产品品种有限且有一定的相似性，对生产布局有特定要求，要求供应商就近布 置。j i t 在我国目前的市场环境下还难以全面实现p j 。 最优生产技术o p t 是通过识别企业生产的瓶颈资源并充分利用瓶颈资源柬 对生产进行计划安排，瓶颈资源之前、之间和之后的工序分别按拉动、工艺顺 序和推动的方式安排生产计划。系统的计划与控制是通过d b r 系统来实现的。 但是，o p t 也有其适用条件：瓶颈相对稳定、瓶颈要保证达到1 0 0 负荷能力、 需求相对稳定等。实践表明，o p t 比较适合于一些零件种类较少、批量较大的 产品生产，而在单件生产车问中应用的效果不佳i ) 】。 除上述几种基本方法以外，国内外学者还针对不同应用情况提出了多种混 合方法，如网络计划方法与m r p 结合 4 , 5 1 、m r p 与j i t 相结合 6 , 7 , 8 , 9 , 1 0 】、m r p i i j i t 与t o c 相结合【l l j 等生产计划与控制模式。 此外，还有不少学者针对小批量生产方式提出了其它一些计划管理模式， 其中比较著名的是同济大学的张曙教授提出的独立制造岛模式，其技术构思是： 以成组技术为基础，以n c 机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的 生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间、权力 下放、综合治理，并以获得经济效益为主要目标【l “。独立制造岛的应用有其局 限性，比较适合多品种中小批量制造企业中有大量相似零件的加工制造 1 3 】。 3 2 生产作业调度研究概况 生产作业计划是指导企业日常生产活动的具体行动计划，是建立正常生产 秩序组织生产的主要依据，而车间是企业内部组织生产的基本生产单位，因而 良好车间的生产作业计划是整个企业完好运转的重要保证。 车| 白j 作业调度问题非常复杂，一般情况下，是一类n p 完备的组合优化问题， 随着舰模的增加，问题解空间也呈非线形剧增。车间作业调度问题的研究始于 多品种峄件小批生产模下生产汁划t j 调度问题研究 ! ( ) 世纪j o 年代，随着调度理论的深入研究及各种交叉学科的发展，涌现出了许 多车吲调度的理论和方法，并发表了大量与此相关的科技文献。车间调度的方 法主要有：数学规划方法、控制论方法、人工智能技术、人工神经网络技术、 离散事件解析模型方法、邻域搜索技术( 包括模拟退火法、遗传算法和禁忌搜 索等) 、模糊逻辑以及规则调度等方法“。”3 。但f 如车间调度领域专家r e h a u z s o y 教授所指出的目前调度领域分成了两个阵营，一个是理论阵营，他们对理 论非常感兴趣：另一个是实用阵营，认为理论阵营的文章毫无价值，注重研究 的实用性。在上述提及的各种方法中，实际应用的多是基于规则调度或基于知 识的启发式调度，因为生产的实际情况太复杂，且一些理论方法计算比较复杂， 显得无能为力，而由实际情况提炼出的规则和知识调度相对而言比较简单且更 接近于生产实际。但是仅出若干规则或经验知识进行调度又存在着调度结果不 一定是最优的问题“。 在对面向订单的多品种单件小批生产的车间生产作业调度问题的研究中， 文献：1 9 介绍了转移瓶颈方法( t h es h i f t i n g b o t t l e n e c k p r o c e d u r e ) 考虑了运输时 问、多资源约束等实际因素在单件生产车自_ 的应用，但仍然存在条件比较苛刻、 计算量大等缺点，不大适合于实际的生产。文献 2 0 提出了一种将粗细排产相 结合的调度方法，文献 2 2 与文献 3 8 分别探讨了单件小批生产车阳j 的j i t 方式 的调度方法，但离实际应用都还有些差距。 1 4 本课题的提出背景与研究目的 在我国有众多的面向订单的多品种单件小批生产企业，这类企业根掘订单 组织生产，不仅生产品种不断地变化，而且在客户就是上帝的口号下，已经安 排好的生产计划也会突然由于客户需求的改变而改变，于是生产计划也逐渐变 为纷繁复杂的r 常工作。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和较低的管理 水平，使企业巨资引进的先进设备也难以发挥出应有的效率，而一些实力比较 雄厚的企业所搠有的e r p 等信息化管理软件也对生产调度显得无能为力或支持 力度不够，企业迫切需要能够提供一种方法帮助其进行有效的生产计划与管理。 本课题是在无锡囤盛精密模具有限公司的生产计划与管理系统开发实施阶 段，为解决如何选择生产计划体系的问题以及如何有效的对车间进行计划与控 制而提出的，并将以实用为出发点，对问题进行研究。 南京航空航天大学硕上学位论文 研究的目的就是将管理技术、现代信息技术相结合，研究丌发一个“多品 种单件小批生产计划管理系统”，使企业能够方便有效地对生产进行计划与管 理，并进一步提高管理的科学性与及时性，促进企业生产管理水平的提高，帮 助企业提高生产运营效率，进而提高企业的市场竞争力。 15 本文的主要研究内容 本文的研究内容主要包括： 多品种单件小批生产模式下的计划系统设计 分析多品种单件小批生产的特点以及对生产计划与管理系统的需 求，结合m r p 与j i t 方法提出多品种单件小批生产的计划控制体系。 m r p 计算分解与能力平衡 介绍本文提出的计划方法中m r p 计算分解的方法，分析能力负荷计 算方法，研究相关能力平衡方法，并介绍外协方法及其流程。 作业调度 介绍车间级作业调度与车间内作业调度的两层调度模型，并分别研 究二者调度的目标、规则的选取以及计算步骤。 1 6 论文结构 本文各章节的内容安排如下： 第一章绪论首先分析多品种单件小批生产中存在的一些问题，然后分别 介绍生产计划与作业调度的研究现状，最后阐述本课题的提出背景与目的以及 主要的研究内容和研究意义。 第二章多品种单件小批生产方式下生产计划与管理系统的分析与设计首 先分析多品种单件4 , t l 生产特点，然后在对其生产计划与管理系统的需求分析 的基础上，阐述系统的设计思想，选择m r p 与j i t 结合的生产计划与控制模式； 最后对系统的功能模型进行了定义。 第三章生产计划与管理系统中计划分解与能力平衡研究根据实际生产 的需求以及系统的设计思路，研究了系统的相关关键技术。首先讨论了多品种 单件小批生产方式下物料需求计划的要求以及运算的逻辑；叙述了能力计算的 内容以及计算的方法；接着探讨在多品种单件小批生产方式下各种能力平衡措 多品社毕件, l q l t 生产模式下生产计戈= j 埘度问题 i j 究 施的应用，最后研究了系统中外协的处理。 第四章生产计划与管理系统中调度问题研究首先讨论了作业调度的问 题，介绍了作业调度的概念、类型与特点，重点介绍了应用比较多的优先规则 凋度方法。然后分析了系统对调度的需求与问题，在此基础上提出了车间绒调 度与车削内分配的两层调度方案，并分别详细分析了调度规则的选取、计算的 步骤等。 第五章生产计划与管理系统的实现及其实施主要介绍了多品种单件小 批生产计划与管理系统的几个主要模块：能力计算与能力平衡的外协处理以及 车问级作业调度与车间内作业调度。最后简单介绍了系统的实施以及实施中遇 到的几个问题与其解决的方案。 第六章总结与展望总结了本文的主要工作与应用的情况，分析了研究与 开发及实施过程中的不足，最后展望了需进一步完善和研究的内容。 南京航奄航天人学砸t 学位论立 第二章多品种单件小批生产计划体系研究 本章将详细分析多品种单件小批生产的特点以及存在的一些问题，在此基 础上提出适合于多品种单件小批生产的计划体系并分析该计划体系中各计划 层次的内容。 2 1 多品种单件小批生产特点分析 多品种单件小批生产一般每种产品产量较少，品种繁多，专业化程度不高， 其产品多属次性生产的产品，通常只生产一件或少数几件，而且今后不再重 复，即使重复也无确切的时间。 首先，产品的专用零件占的比重较大，标准件和通用件所占比重较小，所以 不具备采用专用设备和专用工艺装备的条件，只有在特殊情况下，如果不采用 就无法达到技术要求时，才采用少量专用设备及工艺装备。通常情况下，多采 用应变能力较强的适于多品种生产的通用设备，这也导致其自动化水平相对较 低，手工操作的比重也相对较大，因此产品的生产周期相对较长。 其次，在每台设备和每一个工作地上，不可避免地要完成范围较广的工作内 容，因此专业化程度相对较低，不利于提高工人技术水平和操作技巧，对工人 技术要求较高，以适应产品多变的需要。 再次，为了提高对多品种生产的应变能力和设备的有效利用，车间多采用工 艺专业化原则的组织形式，即把同类设备集中在一起，形成机群式布局。在我 们调研的模具制造公司中将设备按车、铣、磨等工艺安排设备到班组，每个产 品的工艺规程可自t 不一样，但同一班组内都进行同一工艺加工的设备可能有多 台。 在多品种单件小批生产模式下，不可能像大量生产那样，采用比较集中的组 织管理体制，通常采用较为分散的组织管理体制，并在工作中车间有较大的灵 活性和机动性【2 ”。如：零件工艺的编制一般不要求过细，一般仅规定工艺路线 和指定工序加工所用的设备，而实现的细节则由车间根据产品图纸规定的要求 自行决定。 与大量生产相反，一般单件小批生产多按订单生产，由于订单的随机性，在 制品种类较多，工艺数据不太细致准确，计划稳定性较差。 多品种单件小批生产模式下生产计划t j 调度问题 i 究 2 2 多品种单件小批生产企业的需求分析 上一节分析了多品种单件小批生产企业生产管理的特点，本节将在此基础 上分析企业对此方面的期望与需求。总的来说：利用信息技术，通过计算机作 为辅助手段对生产进行有效计划，对生产现场信息有效采集与统计处理，实现 企业各职能部门的生产信息的共享，确保各类生产信息传递的及时、准确，同 时生产调度人员能够根据一定的调度方法，对车间生产任务进行有效的调度排 产。作为企业信息化的一部分，生产计划的具体需求如下： 功能需求 根据企业接受的订单，能够进行生产计划的有效编制，提供相应的能 力平衡手段：进行车间作业计划时，能够在可行的基础上实现一定的优化 调度：对生产进行监控时，根据采集的信息，做相应的统计分析，为进一 步的改进提供依据。 性能需求 能够满足企业的发展需要，即系统要求具有开放型、可扩展性和可靠 性以及满意的响应速度；能够与其它信息系统实现信息共享；用户操作界 面简洁友好，操作方便，信息显示应支持图形、表格、文本等多种格式。 信息需求 实现信息的共享与集成是企业信息化的一个核心，系统中的用户都应 能共享其权限范围内的数据。按共享程度与涉及的范围，信息化工程中的 信息可分为： ( 1 ) 各分系统之间共享的全局共享信息； ( 2 ) 各分系统内部各子系统之间共享的局部共享信息； ( 3 ) 各子系统内部使用的局部信息。 其中全局共享信息是企业信息化工程重点关注的信息，主要包括指生 产计划与管理系统与产品信息管理系统、营销管理系统以及全局查询的经 理信息系统之间的共享信息。 接口需求 主要是指生产计划与管理系统与其它分系统之间的接口以及一些内部 接口：与产品信息管理系统之间、与营销管理系统之间、与经理信息查询 系统之削的接口，与一些信息采集传输相关的接口如d n c 、条码采集设备 南京航窄航天夫学顾【+ 学位论文 等之间的接口。 2 3 生产计划与管理系统在企业生产管理中的地位与作用 上一节中我们讨论了生产计划与控制系统的功能需求、性能需求、信息需 求，以及系统与其它系统( 经理信息查询系统、产品信息管理系统、营销管理 系统等) 的信息需求接e l 需求。下图是企业信息化的总体框架，图中描绘了生 产计划与管理系统在整个企业信息化中的地位与作用。 经理信息查询系统 么 z 7 r lj 多 营销管理系统 耍单| j o bf 生掌f 生产f 采贿z 信息 i 信息l 计划l 信息 库存 产品j r+fl 信息 e 一口u 岬b o m | h u m 叫转换p 管理 图纸 一 科荆训魏愕f 运雾f 囊薹】f 季鐾j _ 喜耋 系统 一f 艺信息 n c 程序 反馈 生产计划与管理系统 3 j 3 与，：乃 l 计算机网络 幽2l 生产计划与管理系统在企业信息化体系中位置 由上图可以看出生产计划与管理系统与经理信息查询系统、产品信息管理 系统、营销管理系统之间信息交互情况。体现了生产计划与管理系统在企业信 息化中的核心地位。 多品种单件小批生产摸式下生产计划与调度问题研究 24 生产计划与管理系统的体系结构 2 4 1 生产计划与管理系统设计思想 为了解决多品种单件小批量生产企业所面临的问题，将以无锡国盛精密模具 有限公司为应用背景，从企业的实际需求出发，进行系统的总体设计。在我国 m r p t i 与j i t 的管理方式引进的比较旱应用范围也比较广。这两种生产管理方 式分别是从两种不同的社会文化背景下产生的，各有其优缺点，在设计生产计 划与管理系统的时候应该汲取其值得借鉴的地方。下面将首先分别对m r p i i 与 j i t 进行分析比较，以及分析二者结合的可行性。 m r p i i 是当今世界上各类制造业普遍采用的一种以工业工程的计划与控制 为主线的、体现物流与资金流信息集成的管理信息系统。m r p i i 是计算机集成制 造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 的重要技术单元， 也是企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 的核心组成部分。m r p i i 源于西方的个人主义环境，企业内部与外部一样强调竞争，企业的人事管理以 建立公平竞争的制度为目标。企业的内部管理处于严格的控制下，业务运作强 调集权，即在企业高层强有力的控制下，员工展开自由竞争，因此m r p i i g 页向于 集权式管理。 m r p i i 的基本思想是基于企业经营目标指定生产计划，围绕物料转化组织制 造资源，实现按需要按时进行生产。具体而言，是将企业产品中的各种物料分 解为独立需求物料与相关需求物料，并按时间段确定不同时期的物料需求，从 而解决库存物料订货与组织生产问题；按照基于产品结构的物料需求组织生产， 根据产品完工日期和产品结构规定生产计划；根据产品结构的从属关系，以产 品零件为计划对象，以计划完工日期为计划基准倒排计划，按各种零件与部件 的生产周期反推出它们的生产投入时间和数量，按提前期长短区别各种物料下 达订单的优先级，从而保证在生产需要时所有物料都能配套齐备，达到减少库 存量和资金占用的目的。 m r p i i 系统可以分为5 个计划层次：经营规划、生产计划大纲、主生产计划、 物料需求计划和车问作业计划，如图2 2 所示。m r p i i 划分层次的目的是为了体 现计划管理由宏观到微观、由战略到战术、由粗到细的深化过程。 南京航窄航天大学砸i 学f , 2 论土 土计划：宏观计划 一 ： l l ：微观计划 图2 ，2m r p i i 中计划与控制的层次( 引自参考文献 3 2 ) m r p i i 系统具有剖析物料清单、安排项目时间与物料需求的功能，因此可以 用于生产计划，但在生产计划与管理过程中在生产提前期、能力计划等方面存 在着一些问题，有些严重影响应用的效果，主要不足可概括如下1 ”。”“”： ( 1 ) 相对于j h 而言，库存和在制品量大。其主要原因在于中、长期需求预测 的误差较大，计划和实际需求很难达到平衡。为了减少库存短缺造成的损失， 往往采用较大的安全库存和生产提前期，而进行m r p 计算时，各物料的提前期 相对来酷是固定的，且多是留有余地的，所以难免会增加在制品库存； ( 2 ) 对数据准确要求非常严格，否则会严重影响系统的性能。当物料清单 b o m 分级较多时，数据处理任务繁重。如数据不准确、物料清单、主生产计划 等得不到及时更新，就难以及时反映拖期交货以及生产和市场等方面的变化。 ( 3 ) m r p 的生产是按计划执行的，约束了员工主观能动性的发挥，企业的管 理成了少数高层管理人员的事。这就要求计划既要详尽，又要尽可能准确无误， 而这往往是相互矛盾的。 ( 4 ) 一般m r p 系统按零件组织生产，在编制物料需求计划时合并相同零部件 的不同来源的需求数量，不利于反查，对多品种单件小批生产方式来浣，生产 数据量更加庞大，订单信息可能湮没在大量的生产数据中，回溯查询性能较差。 j i t 是起源于同本丰田汽车公司的- , c o 生产管理模式，具有浓厚的东方文化 背景，提倡集体观念，比西方更重视社会以及团体对个人的评价。j i t 的基本思 多品种单件小批生产模式下生产汁划io 调度问题研究 想可用现在比较流行的一句话来概括，即“只在需要的时候，按需要的量生产 所需的产品”，其核心是追求一种无库存的生产系统或使库存达到最小的生产 系统。j i t 生产方式通过“看板”在工序间传递物料需求信息，并利用“看板” 将生产控制权下方到各工序生产现场，因此，j i t 的控制方式相对于m r p i i 的集 中控制来说是分散的。 在j t 生产方式中，同样根据企业的经营方针和市场预测指定年度计划、季 度计划以及月计划等，然后以此为基础指定出日程计划，并根据日程计划制定 投产顺序计划。其独特之处是只向最后一道工序以外的各工序出示大致的生产 品种和数量计划，作为其安排作业的一个参考基准，而真正作为生产指令的投 产顺序计划只下达到最后一道工序，其余各工序在需要的时候通过“看板”由 后工序顺次向前获得生产指令。 j i t 不仅是一种生产控制方法，实际上又是一种管理的哲理，在很多方面值 得借鉴，如基本目标是努力消除企业生产经营过程中各个方面存在的一切浪费。 相对于m r p i i 而言，j i t 可以降低在制品库存；j i t 的约束机制有助于提高员工的 主动性，进而提高产品的质量，提高劳动生产率和设备利用率；j i t 的生产控制 方式迫使生产中的弊端不断暴露，以及生产过程的不断“同步化”，推动企业 生产管理的不断改进。 人们在实际应用j i t 的过程中，也发现j i t 并非十分完美，认为存在不少不足 之处，可概括如下。”3 ： ( l ) 对产品类型变化缺乏足够的反应能力，适用于品种不太多、变化不 太快的流水线生产系统。文献 2 9 建议需求变化不宜超过正负1 0 。过大的需求 变化将导致生产能力严重过剩或严重不足。目前国内外大多只是应用于重复性 生产的制造业特别是汽车制造业中。 ( 2 ) 成功地开发并应用j i t 需要很长时间，其中包括产品和工艺流程重新设 计、员工技能培训等。 ( 3 ) j i t 对生产过程中设备的故障，尤其是瓶颈资源的故障应变能力较低， 这将严重影响产品的交货期，破坏系统的正常运转。 ( 4 ) j i t 对员工的素质与企业的管理水平要求都很高，并且要求稳定的供应 协作关系。 出于m r p i i 与j i t 在实际应用中优势与局限都比较明显，所以将m r p i i 与j i t 结合的思想应运而生。目前已有不少文献研究探讨了m r p i i 与j i t 的集成的可行 南京航守航天人学删l 学位论正 性与途径，并提出了多种集成的策略。文献 8 对比分析了m r p i i 与j i t 两种生产 管理模式产生的背景、要素构成以及运行差别，提出了上层计划采用m r p 形式， 下层执行系统以及物料供应采用j i t 模式的思想。文献【3 0 】通过建立两种不同系 统的在等价条件下的p e t r i 网模型，进行计算机仿真，分别在加工时间f l 随机变化、 加工批量大小两个方面进行了定量比较，分析了两种不同生产管理系统在相同 条件下的性能差异，并提出了将二者结合的必要性。文献【6 从生产管理的主要 影响因素生产类型、生产提前期、库存等7 个方面以及生产管理方法的主要选择 原则进行了探讨，认为j i t 方式的应用条件苛刻，在相关条件满足的情况下，可 以取得满意的效果。若在一些条件不满足的情况下采用j i t 将得不偿失，在部分 满足的情况下可采用m r p j i t 混合方式进行生产管理，否则只能采用m r p 方式 进行。 m r p 的信息处理速度快，能够实现对生产过程中制造信息的追踪与更新， 因此，m r p 在计划编制、计算原材料和零部件数量方面有明显的优势，在品种 较多、数据量较大的情况下尤为明显。但是，由于生产过程中随机干扰的影响， m r p 制定的作业计划往往跟不上实际情况的变化，不能保证按时生产、按时交 货。因此，m r p 制定的作业计划往往不能保证得到有效地执行。在多品种单件 小批生产模式下，生产的产品零件品种多，数量较大，计划编制的工作量繁重， 因此计划分解适宜采用m r p 方式。在车间作业计划与控制方面，由于多品种单 件4 , t t 生产的一些客观条件如工艺的编制不是很细致、多是一次性生产等，造 成车间实际生产相当复杂，这就要求采取相对较为分散的组织管理体制，并在 工作中给车间以较大的灵活性和机动性，m r p 对此在很多情况下显得无能为力。 j i t 采用拉动式分散控制方法，前工序根据后工序的需要进行生产，具有自动调 节功能，作为计划的执行系统非常有效。但是如上所述j i t 对产品类型变化缺乏 足够的响应能力，不能及时对计划进行调整与变更，因而不宜作为企业的计划 系统。此外，根据调研结果，如果有稳定的供应商，某些企业已经在部分程度 上实现t j i t 采购，这也将有助于提高企业应用j i t 的效果。 从刻画制造系统的粒度( 描述对象的数据详细程度) 的角度来说，粒度越 细，所需的信息就越多，反应的情况就越准确，而且变化的频率也越快，控制 就越困难，于是突发事件就越频繁，控制成本也越大【3 ”。因此应该在粒度较大、 计划周期较长的环境中，利用m r p 系统制定生产计划，在此条件下制造系统才 有统计意义上的相对平衡性，因而实施的计划有较大的保障。相反，在粒度较 多品种单件小批生产模式下生产计划与调度问题研究 小、计划周期较短时，由于制造系统的状态信息、控制参数较多，应该采用分 敞、协调原理，利用类 以j i t 拉式系统的控制调度方法来管理。也就是晓，在描 述粒度较大的上层计划管理中可以采用物料需求计划来管理控制，而在粒度较 小的下层控制协调中，针对按工艺布局管理的特点则应采用“工艺工序调度”策 略。 综上所述，m r p 作为生产与物料的计划系统是比较适宜的，j i t 作为计划的 执行系统是可行的。但正如上面分析所述，多品种单件小批生产模式有其一定 的特殊性，即使应用m r p 与l i t 相结合的方法也不应该是将m r p 与j i t 进行简单的 嫁接。 下面将分别对在多品种单件小批生产方式下上层m r p 计划与下层车间类似 j i t 拉式系统控制的方法进行详细分析。 2 4 2 生产计划与管理系统分析 上一节分析了m r p 与j i t 在多品种单件小批生产方式下结合应用的必要性与 可行性，本节将详细分析在多品种单件小批生产模式下m r p 与j i t 结合的计划方 法。 图2 3 系统总体结构示意图 从总体上来说，本文中提出的计划方法可分为两层：订单任务分解层与车 间作业计划层。订单任务分解层应用m r p 思想将任务进行计划分解并经能力平 衡处理得到建议性的车间生产计划，而车间作业计划层是将上层的计划结果即 南京航审航天凡学倾十学位论文 建议性的车扭j 尘产计划应用体现j i t 思想的调度方法进一步分配到具体设备与加 工人员，如图2 3 所示。 下面将分别详细分_ l ! 【亍在多品种单件小批生产模式下针对该种生产方式的特 点应采取的一些方法策略以及生产计划与管理系统中各层次的计划管理内容。 在多品种单件小批生产中b o m 层次应该扁平化。单从计划的角度来说，m r p 决定了零件的作业计划，b o m 层次越多，中间制造件数量就越多，m r p 生成的 中间制造件的计划作业单就越多，一个简单的产品下达大量的中间件作业是不 合理而且也是不切实际的。因此，b o m 的层次应该在符台企业生产实际的基础 上制定。如果层次较多，在多品种单件小批生产模式下，进行调整，其难度可 以想象很大，而且不容易获得满意的结果。在调研的企业中，对于没有明显加 工先后顺序要求的同一产品中的零件可以放在同一层次中，这样在调整计划结 果时相对就要简单的多。 1 ) 主生产计划 主生产计划m p s 一般是根据客户订货单和需求预测制定出来的，是一个面 向产成品的制造计划。在传统的m r p i i 系统中，m p s 作为一个必须的输入束驱动 m r p 。通常，为了处理需求变化，m p s 一周甚至更短时间就更新次，物料需 求计划也随之变化。频繁的更新致使计划还未执行就已改变，计划跟不上变化， 从而导致系统陷入“神经质”( n e r v o u s n e s s ) 型调整。为了适应计划的改变，执行层 也将频繁变化，车间控制会陷入混乱，调整时间和在制品库存增加，工人也会 产生不满。 在多品种单件小批生产模式下，多是根据客户订单在组织生产的，我们调 研的企业则完全根据客户订单组织生产，客户订单的数量以及订单要求的品种 数量较多，因此需要营销部门与生产部门共同对订单进行评估，讨论是否可以 接单，然后对接受的订单进行分解，并以j o b 工作令的形式下达给m r p 作为主生 产计划。这种计划方式下同样有j o b 工作令下达频繁的困扰，解决的方法通过下 层m r p 计划以及车间作业计划进行解决。 将订单分解为j o b 工作令时，不仅要考虑订单的交货期，还应考虑生产部门 的能力负荷情况。比如某订单的交货期为5 月1 日，可以分解为两个j o b b p j o b l 与j o b 2 ，假女1 ：1 4 月初生产的负荷较少任务不饱满，可以根据实际情况将其中一个 或两个j o b 都安排在4 月初生产。此外，由于是按订单生产，在进行订单分解的 时候就应考虑未来可能的订单对能力的需求，也就是说在制定j o b t 作令的时 多品种单件小批生产模式下生产计划与渊度问题研究 候，在保证已接订单能够按时交货的前提下，应该留有适当的剩余加工能力。 2 ) m r p 物料需求计划 m r p 是对主生产计划的进一步展开，它根据主生产计划m p s 、物料清单b o m 以及库存情况，计算出企业要生产的全部加工件和采购件的需求量；按照产品 的出货优先级或交货期，计算出全部加工件和采购件的需求时间，并提出建议 性的计划订单。 多品种单件小批生产模式下，可以发挥m r p 的信息处理速度快的特点，在 计算原材料和零部件数量方面的明显优势，根据主生产计划的j o b 工作令进行计 划分解，以无限能力方式计算出企业要生产的全部加工件和采购件的需求量以 及最迟需求时间。m r p 的计划分解对加工件可以进行到工序级，采购件则依然 是零件级，b o m 扁平化的处理为这种思路的可行性提供了保证。直接分解到工 序级计划( 当然也产生了相应的零件级计划) ，可以方便车间作业计划的调度调 整。在多品种单件小批生产计划中可以认为没有“批”的概念，不采取将不同j o b 工作令中相同物料( 在我们调研的企业中基本是采购件) 合并的策略，因为多 品种单件小批生产中订单或j o b 2 1 2 作令较多