資源主導的造船多項目計劃管理研究

張一弛，趙 東，羅凡琳，陳 宇，陳陸敏

(江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212000)

0 引言

造船企業因多項目同時生產、資源供應不足，延期交船現象日益嚴重。如何提高關鍵資源使用效率，優化多項目生產計劃管理已成為行業內共同難題。20世紀初，國外開始研究基于優先規則的啟發式算法，并將算法結合船廠實際情況和試驗解決資源調配問題。隨后，各國學者針對船舶制造項目的特殊性，提出了綜合遺傳算法、X-pass方法、約束理論(Theory of Constraints，TOC)、APS理論、S/OPN規則、計劃評審技術(PERT)等并經事實證明可以有效優化資源配置。

本文應用APS理論與控制理論，在理論分析的基礎上，結合仿真模擬案例，探究資源主導的多項目生產計劃管理方法，利用關鍵鏈法、優先級規則、資源主導的多項目生產計劃管理等方法，尋求最佳的資源配置方案。

1 高級計劃排程理論與控制理論研究

1.1 高級計劃排程理論

APS是利用先進的信息科技及規劃技術，例如遺傳算法、TOC理論、生產模擬仿真等，通過管理供應鏈運行中的規劃、編程和執行這3個重要過程，提供最合理的生產計劃，確保約束資源的可用性、機器和操作人員的能力、服務水平、安全庫存水平、成本、供需水平，幫助企業提高多項目生產計劃管理的敏捷性，提高客戶服務水平，最大化滿足顧客需求。

1.2 關鍵鏈多項目管理與關鍵路徑法

關鍵鏈項目管理(Critical Chain Project Management，CCPM)是由Goldratt提出的基于TOC的方法和算法。在將關鍵鏈從概念研究進一步發展為實際應用技術的過程中，實現了方法運行過程計算機輔助和構建綜合操作平臺，但并未將技術轉化為應用操作，核心思想還需要大量的人工工作來完成。

1.3 資源約束下的項目優先級規則

優先級規則是企業在制定生產作業計劃時需要遵循的規則。項目排序規則主要有：先進先服務規則、最短任務先服務規則、最多資源任務先服務規則、最小松弛量任務優先服務規則、最多的關鍵性跟隨活動優先規則，其中最小松弛量優先規則被國內外公認為是最優法則。

1.4 多項目的資源優化方法

多項目資源優化方法都具有面向多個資源、聯系緊密性、過程復雜性的特點。企業在進行選擇時，更加重視方法的實效性和對企業帶來的實際利益，最優化方法更加偏向于理論研究與開發，以求得資源最優計劃方法，如最優資源均衡法等。

2 資源主導的多項目生產計劃管理方法

2.1 定義

資源主導的多項目生產計劃管理是一種基于關鍵鏈及APS理論的方法，以“資源最高使用率—項目并行”為目標。該方法將多項目抽象一個項目，項目計劃中首先管理關鍵資源生產鏈，將項目活動安排進資源使用計劃中，得到資源主導的生產計劃。

資源主導的多項目生產計劃管理方法首先要發揮關鍵生產資源的能力，結合實際生產需求及生產現狀，識別項目中的關鍵資源，設置關鍵資源使用鏈；然后識別、設置非關鍵資源使用鏈，以此類推。對生產進度計劃不存在約束的資源不做使用計劃。當有新項目加入時，多項目計劃在原有計劃的基礎上遵循先來后到的原則進行排期，新項目與原計劃的末端項目允許有30%的重合。

資源主導的多項目生產計劃管理方法通過確立對關鍵資源和非關鍵資源處理的先后順序，提升生產全過程的資源分配合理性，優化生產過程資源使用率，這是與TOC、APS理論的不同之處。

2.2 應用步驟

資源主導的多項目生產計劃管理方法應用步驟見圖1，具體步驟如下：

圖1 資源主導的多項目生產計劃管理方法步驟

(1)確定船廠資源優先級。

①根據船廠各類資源的用途、使用范圍、數量等找出最有可能限制多項目生產進度的資源，即尋找關鍵資源；

②根據資源有限程度對不同資源進行優先級排序，設置關鍵資源使用計劃鏈及多條非關鍵資源使用計劃鏈。

(2)對多項目進行先后排序，將單個項目分解為具體的作業活動。

①根據項目的前后順序，結合計劃實施具體情況，對多項目進行排序；

②相鄰項目允許有進度計劃交叉現象，項目前后交叉各不超過該項目的30%；

③將各個項目流程分解為具體作業活動，并判斷生產活動所需資源種類和數量。

(3)進行計劃排期。

①采用倒排法，將多項目活動按照資源分類和項目前后順序，對關鍵資源和非關鍵資源使用計劃鏈進行計劃排期，從前向后將項目活動排入計劃鏈，使關鍵資源的使用率達到飽和；

②對比資源主導的多項目生產計劃與各項目的最晚交付時間，結合關鍵鏈法，從后向前沿關鍵資源鏈逆推生產計劃活動；

③若船廠資源不足以支撐項目生產所需，即資源鏈計劃內部出現沖突，則對優先級低的項目活動進行部分活動外包或在保證生產質量的前提下適當安排加班，保證各項目活動之間及多項目之間的矛盾最小化；

④對多項目管理計劃進行評估。關鍵資源使用率α的計算公式為

(1)

式中：為資源工作工時；為資源使用結束日期；為資源使用開始日期；為每日工時數。

(4)對資源鏈實時監控管理，動態控制多項目生產計劃。

①多項目生產計劃實施過程中對資源使用情況進行監控管理、實時管理，合理規避項目風險；

②監控生產過程，必要時對原計劃進行調整、重排，以防阻礙生產進度，打亂生產秩序，增加不必要的生產成本。

2.3 優點及局限性

(1)資源主導的多項目生產計劃管理方法將原本項目引導企業內部競爭轉化為資源引導項目和諧進行，在理論層面關鍵資源的使用率可達到90%左右，從生產角度解決了關鍵資源的資源約束問題。

(2)在有新的訂單出現時，資源主導的多項目生產計劃管理方法可以作為船廠是否接收新項目的輔助判斷依據。利用該方法將新項目排入關鍵資源使用計劃，完成步驟(2)后，計算新項目加入后的資源約束情況，判斷關鍵資源能否穩定支撐生產需要，以此為依據幫助船廠判斷是否可以接收項目及接收項目后船廠需要增加的資源種類和數量。

資源主導的多項目生產計劃管理方法在單一資源生產過剩問題上考慮不全面。資源主導使得不同資源使用相互無影響，與關鍵鏈法管理的單個項目生產進度計劃側重點不同，生產進度多線同時進行，項目中間產品生產先于進度計劃時，提前生產的中間產品的儲存、消耗都會產生額外預算，可能降低企業生產利潤。

3 某造船公司多項目生產計劃管理

3.1 案例概述

以某造船公司船塢搭載為研究對象，應用資源主導方法對船塢內的龍門吊使用計劃進行模擬。某造船公司配備有2座船塢：1號塢配備600 t門式起重機2座，編號為起重機1和起重機2；2號塢配備1 200 t門式起重機、600 t門式起重機各1座，編號為起重機3和起重機4。項目1和項目2在2號塢內先后進行合龍，選用Project項目管理軟件進行模擬，模擬吊裝計劃的數據見表1。

表1 模擬吊裝計劃數據

3.2 關鍵路徑法多項目生產計劃管理案例

利用Project軟件的關鍵路徑法對多項目計劃模擬數據進行排期。結果顯示：項目1和項目2中資源起重機3和起重機4多處出現了沖突。

資源沖突主要集中發生在起重機4，因為項目1和項目2可用資源為起重機3和起重機4，需要1 200 t起重重量的工序數只占工序總數的31%，其他工序由起重機4單獨完成。因此，起重機4會過度分配，產生資源約束。

為便于處理，僅對起重設備起重時間進行了模擬，分段舾裝、吊車移動等因素未考慮。

3.3 資源主導方法多項目生產計劃管理案例

運用甘特圖，將項目1、項目2起重機資源需求情況、時間進行模擬排序。由于船廠起重設備有限，項目1和項目2出現交叉進行的吊裝工序，項目2的321PS吊裝分段和項目1的711PCS、721PCS吊裝分段所需資源都是起重機3，項目2的321PS吊裝分段在項目1的711PCS、721PCS吊裝分段完成后即開始，項目2的513吊裝分段所需資源是起重機4，需要設置項目1的803PS、814吊裝分段為其前置任務。

應用資源主導的多項目生產計劃管理方法，吊裝進度有較大提升。關鍵鏈法管理項目計劃的主要約束條件是項目完成時間，在生產過程中產生資源閑置，增加生產成本。

采用資源主導的多項目生產計劃管理方法，對關鍵資源起重設備采用最高使用率，得到項目1全部吊裝工序的工期為101個工作日，項目2全部吊裝工序的工期為183個工作日。

3.4 模擬結果及分析

根據資源主導的多項目生產計劃管理的使用方法，對某船舶企業中2個項目并行的吊裝計劃進行模擬，得到的關鍵資源狀態統計見表2。由表2可知：起重機4承擔了項目1和項目2的大部分吊裝工序，共有3 968個工時。。

表2 關鍵資源狀態統計表

設定質量大于600 t的工序需要5個工作日，質量小于600 t的工序需要4個工作日，則：

=5+4

(2)

式中：為1個工作日的工作工時；為該資源參與1 200 t起重重量的工序數；為該資源參與600 t起重重量的工序數。

經計算，起重機3的資源使用率為96.55%，起重機4的資源使用率為100%。

為使數據更加直觀，計劃模擬對起重設備起重、移動時間進行了計算，統計數據為簡化的吊裝計劃數據，與實際生產使用的資源使用率有所偏差。

由于項目1和項目2質量大于600 t的工序占項目1和項目2總工序的31%，使用起重機4的工序占總工序的69%。因此，對于起重機3沒有按照資源主導的多項目生產計劃管理方法的預期，將資源使用計劃排期至飽和狀態，編排的生產計劃未達到起重機3的最佳配置。另一方面，起重機3和起重機4的使用率都達到了預期的目標。

從船塢內起重設備這一個約束資源的角度來看，2號塢配備的起重機3和起重機4在短時間內可以完成船廠當前的所有訂單。因此，在有新的訂單出現時，船廠可以接收新項目，2號塢的起重設備對新項目的船塢內合龍計劃進度影響不大，接收新項目后船廠不需要增加塢內起重設備。

4 結論

(1)基于造船業多項目并行、資源約束等特點，應用APS理論，提出了適合造船行業的生產資源主導的多項目生產計劃管理方法，建立了資源主導的多項目生產計劃仿真模型。

(2)應用Project軟件，并輔以適當的優先級規則，對某企業的多項目生產計劃進行仿真驗證，得到資源主導的多項目生產計劃，有效提高了關鍵資源使用率。