離散制造ERP 中臨時計劃排程方法的分析改進

王佳卓

(遼寧軌道交通職業(yè)學院 高新技術學院,遼寧 沈陽 110023)

0 引言

現(xiàn)如今,裝備制造行業(yè)的市場呈現(xiàn)出條件化、定制化產(chǎn)品需求的現(xiàn)象,各個制造加工企業(yè)為了迎合市場的需求,提升企業(yè)的核心競爭力,爭取更大的市場份額,自主調(diào)整生產(chǎn)模式,逐漸將面向企業(yè)預測的批量生產(chǎn)模式,轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚩蛻舻囊杂唵螢閷虻纳a(chǎn)模式,這一生產(chǎn)模式與眾多的大型機械加工企業(yè)的生產(chǎn)模式類似,即離散制造模式。

離散制造模式的顯著特點是以市場訂單為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的指導,表現(xiàn)出單件小批量的生產(chǎn)模式,生產(chǎn)與加工的過程難以有效地控制,各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有較大隨機性,在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,任一生產(chǎn)資源的變動,都可能會引發(fā)生產(chǎn)變動,從而導致生產(chǎn)成本和周期失控。 為了減少生產(chǎn)管理成本,降低資源變動產(chǎn)生的影響,推進信息化建設,很多企業(yè)相繼引入和實施了ERP 系統(tǒng)。 但是,不同的ERP 系統(tǒng)對生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)任務排程的方法不盡相同,在實際應用中運算得出的結果差異較大,即實際計劃或任務的排程時間和順序不同,特別是離散制造企業(yè)中頻繁出現(xiàn)的臨時計劃插入后,ERP 排程方法直接影響企業(yè)的資源利用率和臨時計劃的生產(chǎn)周期,這意味著需要探究ERP 臨時計劃的插入排程方法,以達到企業(yè)提高資源利用率和壓縮產(chǎn)品生產(chǎn)周期的目標。

現(xiàn)階段,關于ERP 排程問題的研究較多。 筆者通過查閱相關資料,包括以馬鞍山鋼鐵公司為例的熱連軋高級排程系統(tǒng)的建立方法[1]、在ERP 環(huán)境下設計高級計劃排程系統(tǒng)[2]、對合同計劃排程的研究與應用[3]、離散型制造企業(yè)ERP 生產(chǎn)過程優(yōu)化方案的研究[4]、ERP 系統(tǒng)中的高級計劃排程應用研究[5]等。 從中可以得出探究離散制造ERP 中插入臨時生產(chǎn)計劃的方法具有較高代表性和實用性。 本文從生產(chǎn)管理的角度出發(fā),研究離散制造業(yè)ERP 中插入臨時生產(chǎn)計劃后對生產(chǎn)周期的影響,通過對排程方法進行比對分析,進而得出ERP 臨時計劃排程的優(yōu)化方案。

1 問題分析

離散生產(chǎn)過程經(jīng)常出現(xiàn)自制件返工和緊急生產(chǎn)任務插入的問題,問題表現(xiàn)為:在有的生產(chǎn)計劃中,插入臨時計劃,并要求在不影響原有生產(chǎn)計劃完成日期的前提下,將臨時計劃的生產(chǎn)周期壓縮到最短。 企業(yè)為了提升生產(chǎn)活動的管理水平,大多實施了ERP 系統(tǒng)進行生產(chǎn)計劃和資源的管理,將原有人工進行生產(chǎn)計劃排程的過程交由ERP 進行計算和處理,故ERP 對生產(chǎn)計劃的排程結果直接影響企業(yè)訂單的生產(chǎn)進度及企業(yè)的生產(chǎn)效率。 基于上述企業(yè)應用的現(xiàn)狀,任務排程方法的科學合理性是ERP 進階應用和亟待優(yōu)化的重點。以機械加工的生產(chǎn)企業(yè)為例,插入臨時生產(chǎn)計劃時,管理人員需要考慮企業(yè)當前生產(chǎn)計劃占用的生產(chǎn)資源、設備資源以及人力資源,生產(chǎn)資源指的是物料資源,即滿足一個生產(chǎn)計劃時,當前可用物料和在途物料應符合排程結果,在制造加工過程中,各個物料能夠保證按時使用;設備使用周期和設備可借用性作為生產(chǎn)計劃排程的基礎條件,在生產(chǎn)計劃的進行中,設備能力滿足生產(chǎn)要求,關鍵與非關鍵路徑上的工序所使用的設備均為可用,但不是無限可用;在生產(chǎn)過程中,人力資源的支出直接影響產(chǎn)成品的成本,因為臨時生產(chǎn)計劃的插入,在計算人力成本時,會表現(xiàn)為人工工時的增加,而工時增加的成本由臨時生產(chǎn)計劃的加工結果所體現(xiàn),工時增加時可通過人員借調(diào)或加班的方式予以滿足。 所以,在計劃排程的方法中,管理人員可以不考慮資源和能力的約束條件,而是研究如何插入為完成臨時任務所需的工序。 筆者通過查閱相關文獻,諸如基于MES 的離散型制造業(yè)的高級計劃排產(chǎn)的應用研究[6]、多品種小批量產(chǎn)品沖壓計劃排程多目標優(yōu)化[7]、基于期限約束與關鍵路徑的云工作流調(diào)度[8]、訂單可拆分的非等同并行多機生產(chǎn)排程問題研究[9]等,得出當前各界對ERP 排程方法的研究在廣泛而深入地進行。 但是,由于行業(yè)生產(chǎn)特點和企業(yè)自身實際情況的限定,研究結論具有特定性,即根據(jù)生產(chǎn)模式和管理過程的不同,研究結論只可以借鑒和參考。

2 研究過程

在不考慮企業(yè)生產(chǎn)資源和生產(chǎn)能力的前提下,為了使研究結論有意義,管理人員需要從生產(chǎn)過程關鍵路徑出發(fā),分別針對加工設備無限可用和加工設備有限可用兩個方面做計算分析[10-11],得出ERP 插入臨時計劃的方法,再以實際應用作為驗證過程,給出研究結論。

課題研究以瑞爾威工廠的生產(chǎn)過程為例,該工廠是離散機械加工企業(yè),在實際生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)插入臨時生產(chǎn)計劃的現(xiàn)象。 工廠在2016 年上線實施了ERP 系統(tǒng),通過多年的應用,相關人員發(fā)現(xiàn)該ERP系統(tǒng)在臨時生產(chǎn)計劃插入時,有一個典型的問題,即對產(chǎn)品BOM 展開后,物料需求計劃中的自制工序任務的插入過程,全部基于現(xiàn)有生產(chǎn)計劃之后,即臨時生產(chǎn)計劃是在原有生產(chǎn)計劃的全部加工工序完成后再進行。這一問題表現(xiàn)的結果就是臨時生產(chǎn)計劃不能在最短時間內(nèi)完工,使生產(chǎn)資源造成了巨大浪費,生產(chǎn)能力處于不飽和狀態(tài),企業(yè)的生產(chǎn)效率低下。 為了解決這一問題,通過與ERP 提供商的溝通,提供商同意由課題組重新設計ERP 的排程方法,在不改變企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)模式的前提下,使企業(yè)在插入臨時生產(chǎn)計劃時,最大限度地應用現(xiàn)有的生產(chǎn)資源和生產(chǎn)能力,以最短的時間完成臨時生產(chǎn)計劃的加工。

為了驗證排程的改進方法有效,本課題提出首先以使用的ERP 原有排程方式進行臨時生產(chǎn)計劃的排程,排程的前提是當前已有正在執(zhí)行的生產(chǎn)任務,記錄臨時生產(chǎn)計劃插入,系統(tǒng)計算出的臨時生產(chǎn)計劃最快的完成時間以及任務分解后各個自制任務的開始和結束時間。 建立改進算法的數(shù)學模型,通過計算后,推導出新的臨時生產(chǎn)計劃最快完成時間和自制任務開始、結束的時間,將排程方法前后的計算結果進行對比,得出最終結論。

3 模型建立

在現(xiàn)用ERP 系統(tǒng)中,生產(chǎn)計劃從開始到完工的歷時時間,是計劃下自制任務工期的關鍵路徑時長,自制任務工期時長是由各工序的工時累積之和得出[12]。 通常,自制任務是在產(chǎn)品的BOM 結構分解后得出的,自制零件的加工工序過程是由產(chǎn)品工藝過程數(shù)據(jù)得出的。 其中,產(chǎn)品BOM 結構數(shù)據(jù)和工藝過程數(shù)據(jù)是靜態(tài)數(shù)據(jù),不會對生產(chǎn)計劃的排程產(chǎn)生影響。 所以在改進ERP 計劃排程算法時,管理人員無需考慮這兩項條件,同時,為了便于比對算法改進前后對生產(chǎn)計劃排程的影響,本課題提出在對生產(chǎn)計劃排程前,將所有加工工時的單位由小時改為天。

計算組部工期的關鍵路徑。 首先,求任務最早開始時間,設節(jié)點任務為Si(i=1,2,…m),任務工期為DU(Si),計算每個緊后節(jié)點的最早開始時間表示為:

ES[SM] 表示任務j的緊后任務的最早開始時間,ES[j] 表示SM的緊前任務的最早開始時間,C[j] 為緊后任務的集合。

依照上式可得緊前任務的最早完成時間為:

記錄符合上述條件的任務Si,這些任務節(jié)點集合G[Si](TFSi=0) 即當前生產(chǎn)計劃的關鍵路徑。 正常情況下,當臨時生產(chǎn)計劃插入時,臨時生產(chǎn)計劃使用產(chǎn)品BOM 結構展開后得到的臨時任務處于原生產(chǎn)計劃的任務關鍵路徑上,即增加關鍵路徑長度,將使得臨時生產(chǎn)計劃的實際結束日期產(chǎn)生順延的現(xiàn)象,順延的時長與關鍵路徑上某個任務增加的時長總和形同。 但在實際生產(chǎn)過程中,自制任務的完工是以任務的工序完工為基準條件的,為了縮短臨時生產(chǎn)計劃的生產(chǎn)周期,管理人員需要分為兩個情況進行計算。

情況一是當插入的臨時生產(chǎn)任務不在原生產(chǎn)計劃的關鍵路徑上,即Si′?G[Si] ,第一種情況發(fā)生時,首先計算原生產(chǎn)任務節(jié)點的自有浮動時間,即:

其中,H[Su] 是任務Sp的緊后任務集合,且Su?G[Si]。 任務的工序工時決定了任務的完工時間,所以非關鍵路徑上插入臨時任務的總生產(chǎn)周期可表示為:

分別針對FC的取值進行分析,在不考慮工序加工過程的前提下,本課題假設工序在生產(chǎn)的過程中允許暫停,則針對FC的取值,有如下結果:

結果(3)在第二種情況中進行計算分析,即插入的生產(chǎn)計劃通過分解后,插入的生產(chǎn)任務節(jié)點在原生產(chǎn)任務AOE 網(wǎng)的關鍵路徑上,則分別對結果(1)和(2)在加工工序不允許暫停的情況下進行計算分析i。 在企業(yè)生產(chǎn)過程中,加工工序是與生產(chǎn)設備綁定的,相同工序在不同設備上存在不同的加工情況,工序與加工設備的對應關系需要在加工工藝過程文件中進行定義,如未定義,則假定生產(chǎn)過程不允許設備借用的情況,并假定生產(chǎn)設備沒有使用周期,即不需要檢修時間。 工序PYx,標準工時是Tx,則臨時任務的加工時長是該任務下的工時時長,通過臨時任務下的工序找到原任務下的相同工序,記錄原任務節(jié)點,新增的工序即是在原任務中增加的工序,增加的加工工時占用的即為原生產(chǎn)任務的自由浮動時間,增加后的原任務節(jié)點的加工時間NTx為:

如果NTx≤0,則與上述結果(3) 的情況相同,如果NTx＞0,且NTx＞TF,則在情況二中進行計算,否則臨時生產(chǎn)計劃的總工期為NT′。

當為情況二時,即插入的臨時生產(chǎn)計劃中的任務,全部或部分在原生產(chǎn)計劃的任務關鍵路徑節(jié)點上,臨時生產(chǎn)計劃的總工期NT″為:

分析臨時生產(chǎn)計劃插入算法可得,插入的生產(chǎn)任務如果與原生產(chǎn)任務中有相同的工序時,需要分別計算該工序是否為關鍵路徑中的任務工序,如果全部為關鍵路徑中的任務工序,且沒有可借用的設備時,插入的臨時生產(chǎn)計劃的最終完工時間即為原生產(chǎn)計劃的最早完工日期加上各個工序的持續(xù)時間;如果部分為關鍵路徑中的任務工序時,則需要遞歸算出每條路徑的持續(xù)時間,即重新計算所有工序?qū)蝿盏年P鍵路徑,則插入的臨時生產(chǎn)計劃的完工日期即為原生產(chǎn)計劃的開始時間加上新計算出的關鍵路徑的持續(xù)時間。

4 結語

離散制造業(yè)在生產(chǎn)過程中,普遍存在臨時生產(chǎn)計劃插入的情況。 這種情況發(fā)生時,管理人員需要在不影響原有生產(chǎn)計劃完工日期的前提下,最大限度地使用生產(chǎn)資源,達到壓縮臨時生產(chǎn)計劃的生產(chǎn)周期的目的。 本文基于上述要求,提出一種任務排程方法,在任務的非關鍵路徑上插入任務工序,再重新計算任務序列的關鍵路徑,迭代插入任務工序,每次規(guī)避任務的關鍵路徑,實現(xiàn)在ERP 系統(tǒng)中對臨時生產(chǎn)計劃排程的優(yōu)化方案。