制造流程分層次規(guī)劃方法的研究與應(yīng)用

滕漢生

摘 要：改革開放以來，我國零部件工業(yè)迅猛發(fā)展，特別是近幾年來的發(fā)展速度進一步加快。為了提高企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率，促進企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)和均衡化，也是企業(yè)為提高其核心競爭力和車問管理水平，亟需采用各種先進技術(shù)對企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)制造流程進行規(guī)劃分析。

關(guān)鍵詞：制造流程;物流;分層次規(guī)劃

為了解決汽齒行業(yè)在制造流程管理方面存在的問題，提高企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率，促進實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)“物流有序、勞動有效、生產(chǎn)均衡、信息充分”的目的，有必要對我國汽齒行業(yè)制造流程進行研究，確定適合我國汽齒行業(yè)自身特點的、有效的制造流程規(guī)劃方法，也是企業(yè)提高其核心競爭力和車間管理水平的一個有效途徑和必由之路。

一、制造流程規(guī)劃分析的必要性

我國汽齒行業(yè)逐漸采用了MRPII/ERP、IE、JIT、OPT、MES等車間管理與控制方法，并且在一定程度上取得了一些效果，但是由于以下幾方面的原因使其應(yīng)用受到限制：

1.誠然，企業(yè)利潤的實現(xiàn)在于產(chǎn)品能夠順利地銷售出去，但是，所有的產(chǎn)品都是在企業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)的，如果生產(chǎn)管理混亂、無序，就很難生產(chǎn)出適銷對路、質(zhì)量合格、數(shù)量符合要求的產(chǎn)品。因此，生產(chǎn)系統(tǒng)的管理和市場經(jīng)營管理同樣重要。

2.企業(yè)目前應(yīng)用的管理與控制方法是在西方發(fā)達國家產(chǎn)生和發(fā)展起來的，在有些方面我國企業(yè)與國外企業(yè)所面臨的環(huán)境有很大不同，企業(yè)普遍管理基礎(chǔ)薄弱，如果一味盲目追求西方先進的管理模式和管理方法，必然難以承受和實施應(yīng)用成功。

二、制造流程分層次規(guī)劃方法的研究

1.制造流程規(guī)劃的界定本文所說的制造流程是指相對狹義的制造流程，即只對制造流程中的主要對象及其動作進行研究，具體到齒輪制造行業(yè)是指從毛坯加工、零件加工、零件裝配到成品入庫活動的運行過程，其整個過程的主體就是物料的動態(tài)和有序流動。

2.制造流程分層次規(guī)劃的體系框架企業(yè)制造流程系統(tǒng)是一個開放的、離散的、非線性的、不確定性的動態(tài)系統(tǒng)。結(jié)合制造流程的上述特點，利用信息系統(tǒng)論的層次觀，制造流程規(guī)劃的系統(tǒng)化方法———分層次規(guī)劃方法，主要分為3個層面。（1）生產(chǎn)系統(tǒng)層的制造流程規(guī)劃。通過規(guī)劃分析，在企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)布局及生產(chǎn)條件下獲得有效的物流運行方式，使企業(yè)制造流程連續(xù)均衡地運行，以縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。（2）生產(chǎn)線層的制造流程規(guī)劃。通過對特定生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)的均衡性、生產(chǎn)布局進行規(guī)劃，識別生產(chǎn)線的瓶頸工序，進而進行工作單元的劃分，為工作單元層的制造流程規(guī)劃提供依據(jù)。（3）工作單元層的制造流程規(guī)劃。通過分析單元內(nèi)人工、設(shè)備利用率以及人機配合狀況等，為以上各層次制造流程的改善提供基礎(chǔ)支持。通過上述3個層次的綜合分析，最終對制造流程提出改善建議。用于制造流程規(guī)劃的分層次分析方法的功能圖如圖1所示。

圖1制造流程規(guī)劃的多層次分析功能圖

圖1表現(xiàn)出多層次分析方法用于制造流程規(guī)劃的整體功能和分析過程，可簡要概括為以下幾個主要階段。①問題定義階段。通過調(diào)研，充分了解企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所要解決的主要任務(wù)，建立生產(chǎn)系統(tǒng)要解決問題的概念模型，并采集生產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。②生產(chǎn)系統(tǒng)制造流程規(guī)劃。應(yīng)用制造流程規(guī)劃方法，進行生產(chǎn)系統(tǒng)物流的規(guī)劃與設(shè)計，通過建立虛擬生產(chǎn)線，在企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)布局及生產(chǎn)條件下獲得有效的物流運行方式，從而使生產(chǎn)系統(tǒng)制造流程連續(xù)均衡地運行。③生產(chǎn)線層分析。通過對概念模型的反復(fù)分析和論證，運用計算機仿真技術(shù)手段，建立并運行生產(chǎn)線級仿真模型;在生產(chǎn)線級仿真分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，劃定單元構(gòu)建要素，進行瓶頸工序分布識別和工序分析，并按照工業(yè)工程方法劃分工作單元。④工作單元層規(guī)劃分析。對以瓶頸工序為中心的工作單元進行人機操作分析和閑余能量分析，通過繪制標準作業(yè)組合票，分析人工、設(shè)備利用率以及人機配合狀況等。⑤建議與改進。

3.關(guān)鍵技術(shù)的研究。（1）虛擬生產(chǎn)線物流系統(tǒng)規(guī)劃。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一般要經(jīng)過幾個不同的加工階段，為便于調(diào)配、控制生產(chǎn)進度以及合理規(guī)劃物流，并簡化規(guī)劃方法，根據(jù)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)手段的不同和加工性質(zhì)的差別，把整個產(chǎn)品的制造過程劃分為局部的制造環(huán)節(jié)，這一過程稱之為制造環(huán)節(jié)的“質(zhì)點化”，并組成了代表原生產(chǎn)系統(tǒng)的虛擬生產(chǎn)線。圖2表示一典型齒輪產(chǎn)品“質(zhì)點化”后的虛擬生產(chǎn)線圖。目標函數(shù)：max（qi）或min（fi），i=1，3，4。（1）

Q1≈Q2≈Q3≈Q4≈Q訂單，差值在±5%之間。式中，Q經(jīng)濟為指熱處理過程的經(jīng)濟批量;Q貨幣為質(zhì)點B中熱前庫在生產(chǎn)開始前的在制品數(shù)量;Q貨D為質(zhì)點D中半成品庫在生產(chǎn)開始前的在制品數(shù)量。

考慮到虛擬生產(chǎn)線的物流平衡問題，主要考慮到搬運頻率和搬運批量的問題，系統(tǒng)優(yōu)化模型如式（1）所示。在這里不考慮報廢和返修的情況，物料單向流動，假設(shè)各階段物流量平衡。這里考慮的目標函數(shù)是要獲得盡可能大的搬運批量或者盡可能小的搬運頻率。由于熱處理環(huán)節(jié)的特殊性，沒有考慮到其熱后加工過程的搬運過程，同時考慮到熱處理環(huán)節(jié)有經(jīng)濟入爐批量Q經(jīng)濟的限制，這使得熱處理環(huán)節(jié)成為整個制造流程的瓶頸環(huán)節(jié)，因此，在質(zhì)點B中設(shè)置了熱前庫。通過上面的虛擬生產(chǎn)線的優(yōu)化過程，即可獲得優(yōu)化的搬運頻率或搬運量。（2）生產(chǎn)線工作單元劃分。按照最大分配原則劃分工作單元后，可能會出現(xiàn)這樣的情況：連續(xù)2個以上工序的作業(yè)時間都比所要求的節(jié)拍短，而它們中，由任意2個相鄰工序所組成單元的單元工時又大于要求節(jié)拍，這時候就要進行如下的調(diào)整。觀察各工序操作步驟及其自動化水平，找出其中哪些工序需要工人配合;哪些工序不需要工人配合（即可由機器獨立完成）。

綜上所述，由于生產(chǎn)系統(tǒng)在市場需求環(huán)境下響應(yīng)的復(fù)雜性，對于制造流程規(guī)劃多層次分析方法的研究還需在微觀和宏觀上繼續(xù)拓展和深入。

參考文獻：

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