制造型企業熱處理計劃智能排產應用研究

徐光宇

摘要：該文以大型制造類企業生產管理為背景，以熱處理生產中智能化排產為研究對象，探討適用于零件制造中熱處理工序的計算機計劃編制方式，通過建立熱處理排產原則和生產排序邏輯，利用MRB系統功能模塊，編制熱處理生產線的生產作業計劃，并將其嵌入制造MES系統中，形成零件制造的APS工序級制造計劃，打通零件冷熱工藝最后一公里計劃間隔，使零件生產全過程高效可控，提升企業制造的核心競爭力。

關鍵詞：熱處理生產 智能化管理 APS（高級計劃與排程） MRP（物料需求計劃） CAPP（計算機輔助設計）

引言：隨著我國“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要的確立，深入實施制造強國戰略勢在必行，制造業必將會迎來一場更加廣泛的發展變革，技術創新結合智能化制造，將成為制造業未來的一個主要發展方向，在大型制造型企業中，熱處理專業決定著產品內在質量和綜合性能;由于熱處理生產的特殊性，與冷工藝加工比較生產管理相對滯后，本文對熱處理生產管理中數字化使用開展初步的探討和研究，目的是推進制造業零件加工過程中，中間工序的智能化管理，使企業的APS工序級計劃實現全過程管控。

一、制造型企業的計劃層級管理

文中以某大型制造型企業為藍本，按企業管理層級編制下達各類計劃，不同部門將計劃層層分解，直至具體到作業現場的日計劃和工位計劃，其作用是企業計劃期應達到的產品品種、質量、產量和產值等生產任務的計劃和對產品生產進度的安排。企業主要的層級計劃如圖1。

文中企業的生產部門采用MES計劃系統制定各類生產計劃，裝配廠和零件生產廠利用MES系統生成廠級生產作業計劃，但熱處理廠的生產作業計劃，作為零件生產計劃的一部分，在MES系統中不能自行生成，造成零件生產計劃不能全過程管控;如果實現系統智能化編制熱處理生產作業計劃，可以實現零件生產計劃閉環管理，熱處理計劃實現智能化編制后，可以實現生產線產能最優排產和零件的準時交付，有助于實現熱處理均衡計劃生產，同時，實現計劃執行偏差的顯現化，有助于提高生產線計劃組織的能力。

二、MRB系統生成熱處理生產作業計劃序列

物料需求計劃（material requirement planning，MRP），是一種將庫房管理和生產進度計劃相結合的計算機輔助生產計劃管理系統，本文參考MRP編制方式制定熱處理生產作業計劃。

1、MRP以主生產計劃（MES）系統完成熱處理前廠際移交工序掃碼（到廠時間）為輸入，通過零件CAPP中的工藝參數與系統預存的BOM清單參數比較，生成以生產線為單位的熱處理生產作業計劃序列。

2、MRP系統中BOM（熱處理生產物料清單）表數據來源，是依據零件工藝文件（CAPP）信息，拆分出所需熱處理生產線（或設備）、生產線中核心設備、生產線開工限制條件（生產線設備檢測有效期內、槽液化驗有效期內、計量器具檢測有效期內、工藝淬透性試驗有效期內、生產線工藝評審有效期內）、單項零件單爐最大裝爐數量、工藝輔料庫存等熱處理生產要素生成。

3、為簡便說明問題，本文討論一條熱處理生產線編制生產作業計劃，當熱處理廠存在多條生產線時，系統設定順序后，可以按生產線依次編制計劃。

MRP系統對生產線選擇方式如圖2。

三、MRP系統熱處理計劃編制

（一）確定熱處理零件計劃自動排產四項原則

1、計劃優先級原則：優先級由高向低排序

（1） 計劃優先級原則

①計劃項優先級設定

熱處理排產計劃分類包括以下三種：訂單式計劃即計劃期等于（或小于）正常生產期量的熱處理計劃項目;期量式計劃即計劃期大于正常零件生產期量的熱處理計劃項目;手動排產計劃即生產進度需要插隊的熱處理計劃項目。

②零件優先率計算

零件i優先率γi=零件i生產時間/零件i剩余有效時間×100%。當零件數量大于設備最大裝爐數量時，生產時間=爐次×單爐生產時間（爐次數取整計算）;零件i的剩余有效時間=零件i距離交付的剩余天數×日有效工作時間+計劃當日有效工作時間-已排產占用時間;當天數≤0時，按0計算;工作日有效工作時間=班次×每班工作時間×0.86（設備平均效率系數）。

③零件優先級計算

零件i三種模式優先級計算：當零件i為手動排產時，計劃優先級ψi=N×100（N=1、2、…n）;當零件i為訂單式，計劃優先級ψi=γi×10;當零件i為期量式，計劃優先級為ψi=γi。

④優先級排產方式

系統按優先級數值大小依次向下排產。

（2）熱處理同工藝原則：與已確定排產零件同工藝項目同優先排序

最高優先級計劃項目確定后，當計劃項目實際數量等于設備最大裝爐量時，系統繼續向下一項計劃排產;當計劃項目實際數量大于設備最大裝爐量時，系統默認計劃項目向下一爐次排產;當計劃項目實際數量小于設備最大裝爐量時;系統自動搜尋同工藝參數的待排產計劃項目，組成同工藝計劃項目集，按設備利用率計算原則編制計劃。

（3）設備利用率原則：在同工藝基礎上，單爐裝爐量由高向低排序

系統在同工藝計劃項目集中，按優先級再次排序，依據BOM清單中給定裝爐工藝參數，計算同工藝計劃項目集中，可能達到的單爐最大裝爐量計劃項目組合，此計劃項目組合系統視為一爐，按同爐最高優先級排產，未排入的計劃項目回復原優先級繼續排產。

（4）熱處理工藝溫度原則：當日熱處理計劃按使用溫度由低向高排序

當日計劃中，同一設備多溫度點生產時，依據熱處理工藝溫度，由低向高設定排產順序，即當日計劃項中，熱處理工藝溫度最低的計劃項目最先排產，依此類推，向高工藝溫度計劃項目排序，可有效縮短設備生產準備時間。

（二）熱處理作業計劃編制

系統依據各項計劃編制原則，以生產線核心設備日有效工作時間為基準，編制生產線熱處理作業計劃，以計劃編制日期次日工作開始時間起，計劃當日最后1項（或1爐批）計劃的末道工序結束時間止，當計劃工作時間等于或近似等于當日有效工作時間時（偏差不超過±30分鐘視為符合），當日計劃編制結束;當結束時間超過±30分鐘時，最后一項計劃項目待確定狀態，系統按各項原則重新選擇最后1項（或同1批）計劃項目進行比對，直至符合設定要求，未選定計劃項目恢復原優先級次日排產，必要時，可選擇手動確認計劃，臨時調整班組工作時間（縮短或延長），以保證計劃進度需求。

1、熱處理日計劃工作時間M日確定

M日=∑s手動輸入計劃爐次×單爐生產時間+∑Di訂單計劃爐次×單爐生產時間+∑R期量計劃爐次×單爐生產時間

∑s訂單計劃爐次=生產線當日手動輸入計劃項折合開爐數量，∑D訂單計劃爐次=生產線當日訂單計劃項折合開爐數量，∑R期量計劃爐次=生產線當日期量計劃項折合開爐數量

當M日>日有效工作時間+30分鐘，重新選擇計劃項目，或選擇手動確認;

當M日=日有效工作時間±30分鐘，生成當日熱處理生產計劃;

當M日<日有效工作時間-30分鐘，重新選擇計劃項目，或選擇手動確認。

2、當日計劃編制完成后，系統繼續編制次日計劃，計劃周期一般設定為7天，即一次編制7天熱處理滾動作業計劃;當出現計劃優先級調整或MES系統新增計劃時，系統將提示重新編制新滾動計劃或手動添加計劃項目。熱處理計劃編制流程如圖3。

四、計劃編制中的常見問題

1、計劃上游信息輸入不準確，APS零件計劃系統處于動態管理中，受生產要素波動影響，熱處理上游計劃信息會出現偏差，即零件不能按期送抵熱處理廠，使熱處理計劃無法實施;

應對措施：1）在APS計劃編制中增加柔性部分，提高計劃抗波動能力;2）對熱處理期量式計劃編制時，采取T+1形式，即按到廠期延后一天開始制定計劃;3）及時調整熱處理作業計劃，必要時，重新編制新計劃。

2、系統中BOM工藝參數錯誤，系統工藝參數導入及后續技術標準更改等，都會造成系統中的BOM工藝參數錯誤，會導致計劃編制錯誤，嚴重時會造成零件報廢;應對措施：

1）指定技術部門專人負責BOM數據的導入前后的復查，確保工藝原始數據正確性和導入的完整性;2）制定專項規定，確保后續工藝參數更改時，系統及時維護更新;3）計劃編制人員和班組操作者也要對相關工藝參數進行檢查，避免錯誤計劃信息的傳遞和執行。

3、生產線設備臨時故障，熱處理生產線需要設備較多，使用條件嚴格，且生產線需要聯動，即一臺設備故障也會造成生產線停產，因此，熱處理生產線臨時故障不能完全避免，造成計劃無法實施;應對措施：1）建立熱處理生產線風險管理機制，及時發現生產線設備故障隱患，采取有效措施，減少臨時故障出現;2）在編制熱處理工藝時，盡量采取復線生產方式，及有兩臺以上的設備承擔各個工序，一旦出現設備臨時故障，可以使用其它設備繼續執行生產計劃;3）建立高標準設備維護保養制度，確保設備一、二級保養的落實，建立設備關鍵監控指標，實行設備計劃預知維修制度，建立設備檔案，監控使用年限和狀態，關鍵設備要有計劃的實行條件建設更新。

結束語：

大型企業中，熱表專業廠作為零件制造過程的中間工序，其生產作業計劃歷來不被重視，造成零件生產的APS計劃中部分工序不可控，制造計劃不能貫通零件制造的全過程，為提高制造業的管理創新能力，不斷提升生產計劃的管控能力，本文以熱處理生產作業計劃管控切入，引申大型制造型企業對熱處理、表面處理、清理強化、無損檢測等工步的計劃管理改進提升研討，通過數字化手段，達到零件生產工序級計劃的精準編制，提升國有制造業生產管理水平。

參考文獻：

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