1、构建柔性的多品种小批量生产系统1摘要：按需制造是所有制造企业的宗旨，而快速制造是区别于制造企业的竞争力的强弱;多品种小批量的柔性企业是衡量企业的应变能力。“在 21 世纪的动荡环境中，企业对环境反应的复杂性必须和环境的动荡性相互匹配”。战略学家伊戈 安索夫教授在创建柔性企业一书的前言写道。今天，在众多领域的制造业者所共同面临的挑战和困难是一二十年前所无法想象的，技术的发展瞬息万变，全球化的竞争四处涌现，客户的需求也上升到几乎不容许你出错甚至苛刻的水平。要想在这样的环境中取得成功，所以制造企业面临的新挑战是：随着外部环境的不断变化，生产管理的复杂度及规模性也发生了较大变化，必须能够迅速响应市场多
2、样化和不确定的需求，多品种小批量的快速提供满足顾客需求的产品。准时、保质、保量和以最小化的成本制造满足顾客需求的个性化的产品成为生产管理的目标。但是在技能人员有限、设备紧张等资源瓶颈，物料瓶颈供应约束下，使得很多难以适应，企业经营似乎愈来愈艰难。按需制造是所有制造企业的宗旨，而快速制造是区别于制造企业的竞争力的强弱;多品种小批量的柔性企业是衡量企业的应变能力，为实现按需生产，我们必需快速，柔性制造来反应客户的及时的多变的需求。一、 多品种小批量生产的特点1、 多品种并行。由于很多企业的产品是针对客户配置，不同的产品有不同的需求，企业的资源置身于多个品种之中。2、 资源共享。生产过程中的每个任务
3、都需要资源，而在实际过程中能够使用的资源却非常有限。例如，在生产过程中经常遇到设备冲突的问题，就是由于项目资源共享所造成的。因此，必须对有限资源进行适当调配才能满足项目需求。3、 定单结果和生产周期的不确定性。由于顾客的需求具有不稳定性，计划明确的节点与人、机、料、法、环等的齐套周期不一致等，生产的周期往往具有不确定性，周期不足的项目需要占用更多的资源，加大了生产控制的难度。4、 物料需求变化多变，导致采购延迟严重。由于订单的插单或更改，外加工和采购难以反应订单交货时间。由于小批量和单一货源导致供应风险极大。二、多品种小批量生产的难点1、动态工艺路径规划与虚拟单元线的部署：紧急插单、设备故障，
4、瓶颈漂移。2、瓶颈的识别与漂移：生产之前与生产过程中3、多层次瓶颈：装配线瓶颈，零件的虚拟线的瓶颈，如何协调耦合。4、 缓冲大小：要么积压，要么抗干扰性差。生产批量、转移批量等5、生产排程：不能仅考虑瓶颈，也要考虑非瓶颈资源的影响。三、多品种小批量的按单生产生产环境的主要流程1、接单评审，看看这个订单能否按客户的要求日期交付，如果不能交付，是什么瓶颈影响交付?如果不行，那什么时候可以交付?如果这个订单的优先级高，是否可以交付?如果插单，可能有个模拟过程。2、对非标的零件进行设计,采购，生产。对重用件或标准件进行选择或采购生产。构建客户需要的产品结构和工艺。构建柔性的多品种小批量生产系统23、对
5、一些提前期长零件的预测计划的按单冲消，对提前期短的(小于接单提前期)立刻计划。最好是具有约束的物料计划和约束的能力的预排程。4、对定单池的里所有定单进行规则优化排程，以达到服务最大化(交货期优先)5、跟踪与执行交付，这里可以采用批量执行，也可以采用精益节拍执行。监控可以采用可视化定单甘特图，也可采用缓冲渗透比例图等。四、 传统的 ERP 的计划模式 MRP 遇到巨大挑战传统的 MPS 主生产计划和 MRP 物料需求计划的方式,已佷难适应按需生产环境, 很多企业正在转向按需生产环境. 按需生产的最大的挑战是模拟计算CTP 可以承诺的交货期、准时交货和应对不确定的插单等变化。不仅需要订单需求直接进
6、入有限约束优化的计划排程的物料和能力系统，还要和供应商互动供应信息。基于无限约束的、提前期预定的 MPS/MRP 很难适应面向订单的多品种小批量的生产模式，在实践中，我们不能因为中国企业基础管理薄弱或国外、国内的权威专家的早期言论而对传统的 MPS/MRP 缺陷熟视无睹，MRP 理论大致具有如下 10 大缺陷：1. BOM 的模型缺陷，实际上是工序使用物料和机器、模具、人力等2. 提前期应是排程成的结果，不是简单固定的或和批量有关。3. 它是假设资源(机器、人员、物料)无限的计划排程，是不可行的计划排程，企业必须要使用有限约束排程。4. MPS/MRP/RCCP/CRP 计划层次之间是顺序的手
7、工闭环，难以适应多品种小批量的变化。5. 不能处理优先级等工厂规则的插单排程。不能模拟分析(插单、故障、缺料等)6. 资源不能可视化的监控和调度7. 管理人员不能交互运作，调整的效果显示不直观和实时，必须重新运行计划才能反映出来。8. 没有基于规则优化(如交货期、最短加工时间)9. 不能计算 CTP 合理的交期(考虑物料、能力、模具、人员等)10. 计划均不准确，何来准时供料 JIT/JIS现实中的生产计划必须考虑而 MRP 计划难以解决如下问题：1， 相互冲突的生产计划排程的目标-满足客户交货期与生产成本之间的矛盾-产能最大化与浪费最小化之间的矛盾-库存成本最小化与客户需求的矛盾-批量采购与
8、库存最小化之间的矛盾2， 复杂多约束的生产现场-复杂的工艺路径对各种设备的特殊需求各不相同-有限的生产设备，物料，库存，人员的约束-小批量多品种的生产模式-精益生产的多品种节拍混排模式3， 动态变动的生产环境-临时订单改变，紧急插单的需求-产品流程变化，新产品研制流程的不确定性构建柔性的多品种小批量生产系统3-机器设备故障检修，员工生病请假等五、 多品种小批量生产模式的企业实践中遇到的问题分析制造企业遇到的常见问题如下：-多品种少批量的生产，混合排产难度大-无法如期交货，太多“救火式”加班-订单需要太多的跟催-生产优先顺序频繁改变，原定计划无法执行-库存不断增加，却常常缺关键物料-生产周期太长
9、，提前期无限膨胀-生产部门往往成为市场表现不佳的替罪羊APSS 协会对企业咨询和诊断各个部门具体的困惑：销售部门： 面对的主要问题是如何更好的管理预测;如何得到合理的交期;如何提高交货绩效;如何全局的跟踪订单的状态。工程部门：面对的主要问题是如何更好、更准的配置客户化的 BOM;如何更快的转化 E-BOM 到 ERP 的生产 BOM;如何跟有效的控制 ECN。生产计划部门：面对的主要问题是保证交货期和物料短缺及资源瓶颈之间的冲突;资源瓶颈与物料瓶颈优化排程;插单变更的处理。采购部门：主要问题是物料延迟、缺料;供应商的管理;MRP 计划不准。仓库部门:主要问题是 ERP 系统的库存业务与实物不统
10、一;物料配套预警;如何提高库存的周转率。车间部门：精益改善面对的主要问题是交货期的价值流分析与改善;标准化;可视化;设备布局与库存的布局优化。一般企业需要主要解决的问题：1，CTP 和及时交货控制2，APS 高级计划与排程优化瓶颈、快速排程3，物料计划与物料控制4，车间跟踪管理与精益现场改善5，制造策略部分转向按单装配 ATO 模式6，业务流程没有正规化、及时更新和定期回顾六、 构建柔性的生产系统需要建立柔性的多品种小批量的信息化系统，具有高效敏捷的生产与物料计划、有效的物料控制、车间精益执行，有推式转向拉式生产、精细的成本管理、集成 PLM 追踪产品生命周期(从设计，制造，到售后)。具体实现
11、 1. CTP 功能,模拟计算交货期.2.订单可以设置优先级,且可以进行模拟插单分析;3.计划穿透性,从采购的延迟或缺料等异常情况,可以反查到哪个销售单.4.支持订单成本,也就是先进先出 FIFO. 5.按单计划和复杂的按单配置等APS 高效敏捷的生产与物料计划解决方案：1, 需求预测与 S在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划;实现快速排程并对需求变化做出快速反应。1，订单评估：交货期问题2，AP 高级计划：生产任务下达问题;生产任务成组问题与工艺路径的规划。工艺路径的规划：尽量少而简单的物理移动，把生产设备在逻辑上动态的组织成高效率的虚拟的生产线。工艺路径的规划的规则：工厂的布局;设备
12、的产能;生产任务状况;利用价值流(浪费最小化)，通过 APS 的仿真来模拟规划的生产能力、物流效率等 KPI。3，AS 高级排程 APS 的运作控制：识别瓶颈、瓶颈优化排程、缓冲设置与管理、生产节拍的控制。4，APS/MES 的模拟仿真的实时监控：监控绩效指标：在制品水平、订单完成情况、待加工产品的等待时间、设备的负荷、设备的利用率、产品的生产周期等。APS 具体缩短交货周期的具体方法：1，通过有限能力自动设定生产排程到秒和分钟的动态提前期，改变无限能力的固定提前期为天的生产排程。可以有效的缩短生产交货期。2，通过分割制造订单，缩短制造提前期。3，通过分割工作使其分派到别的资源上，可以缩短制造
13、提前期。4，通过工序的接续方法，缩小批量，使各工序的工作重叠分派，由此，缩短了制造提前期，5，通过设定前准备和后准备时间的连接点，来缩短制造提前期。6，通过有效的作业人员的排程，来提高生产力，来缩短制造提前期。7，通过对瓶颈中心的优化排程，前工序向后推分配，将后工序前推分配。提高生产力，来缩短制造提前期。8，通过先进的数学约束优化算法，来优化生产过程，缩短了制造提前期。柔性的精益生产解决方案：对工厂重新布局，设计具有流动拉式节拍的单元制造系统和互动的供应商联盟，最小化制造提前期，以适应快速响应客户需求。如：(1)单元(细胞)生产方式。布局灵活，距离短,人员少，团队精神,工作丰富.灵活多变，象细
14、胞一样，可以复制，移动。 (2)一个流的节拍生产方式。象溪流一样，有节奏持续流向市场的海洋，大大减少了中间库存，和移动时间。(1) 设备柔性布局一笔画整体工厂布置：将机群式布局改为流程式布局，采用 U 字形生产线，将长屋形变为大通铺形，将单独隔离生产线改为生产线集中布置。考虑设备布局的三不原则：设备不永久固定;设备不依附其他设施布置;设备不单独隔离布置;设备小型化;设备流动化;设备柔性化;设备作业切换快;设备自働化;设备入口出口一致;设备的操作界面有利于人体操作;设备的无附加价值动作或行程尽量减少;U 形生产线布置：能够按需求量的变化增减作业人员;入口与出口由同一作业员来操作，控制节拍、控制标
15、准数量;质量检验与控制构建柔性的多品种小批量生产系统5可以考虑多种生产线来应对不同需求，如专用生产线：生产数量多的产品，可以大幅度减少换模次数。通用生产线：生产数量不定的产品。成组生产线：不同产品，工序类似，形成多品种小批量流动生产。(2) 物流线路规划优化准时化物流：以客户为中心，准时节拍，准确，快速，降低成本、提高效率。1，小批量、多频次。2，等间隔时间供货;3，运输车辆高积载率。4，缩短作业循环时间;5，车辆安全行驶 6，运输车辆规格标准化，包装箱规格统一化虽然，精益生产看板拉式技术比 MRP 的推式技术具有很大的优势，但是，我们也不能忽视传统的手工看板的 10 大局限性,看板模式正在转
16、向利用现代的通信技术如电子看板、动态电子看板来快速柔性的应对变化。传统的手工看板拉式技术的 10 大局限：1,看板必须以均衡生产为前提，零件必须是可以重复使用的2,看板以持有基础库存为前提，不是零库存3,手工看板随物品移动，必须手工回收4,如混流品种多，看板就会在现场存有大量库存5,看板信息不透明,不能远距离共享6,看板卡容易磨损、丢失、损坏7,手工看板设置，无法动态模拟计算看板张数8,手工看板无法跟踪详细的工序序列号的质量追踪数据9,手工看板无法与 ERP 的财务成本数据集成10,看板难以适应多生产策略环境,尤其是多品种、小批量,按单设计，项目制造等模式精益生产具体缩短交货周期的具体方法：通
17、过交货过程的价值流分析，消灭其中的非增值的活动(一般占 80%以上)即浪费。利用利特尔法则(提前期=存货数量*生产节拍)为精益生产的改善方向指明了道路。1，通过搬运距离短，压缩转移批量2，通过改变为单元流水生产布局，创建各个工序的能力均衡和连续生产。3，通过看板让物料节拍流动起来，是原料、在制品、成品减少，并让生产顺序一致。4，通过把内准备变为外准备，消除浪费，来缩短制造提前期。5，通过快速换模 SMED，减少准备时间，并能混合生产。七、PLM 产品生命周期管理解决方案因多品种小批量的产品生命周期较短，品种繁多，必须有一个集成的产品平台来管理，采用精益研发，并行设计愈研发，加强横向设计管理及工
18、艺，进行模块化设计，公用零件组件设计与加工设计。把工程管理纳入 PLM 系统进行管控，直接在系统中进行项目跟进，通过项目自动提醒功能，提醒任务负责人按时启动、完成项目任务，输出产品技术文档。通过项目报表方便快速的统计各项目执行情况，以及工程师工作负荷情况，为研发绩效考核提供有力的数据依据。将所有产品技术资料电子档在 PLM 系统存放，通过电子工作流进行审核、归档、发布，建立企业电子资料室。建立产品图纸与物料的相互关联，同一份资料在系统中保存一份，确保资料的唯一性，资料更改后所有使用到该资料的构建柔性的多品种小批量生产系统6地方都能看到最新版本，通过工艺管理，完善 BOM 层级关系，为 ERP
19、的顺利运行提供准确的数据保证。PLM 产品生命周期管理具体方法：1，配置管理 CTO：产品配置模型管理，参数智能快速配置解算2， 产品结构及零部件管理：BOM 表维护、物料的认证、物料的标准化、物料的代替、借用、物料重用率的考核，产品版本的管理、产品技术资料完整性检查。3， 工艺的管理：工艺路线的制作、设计 BOM 与制造 BOM 的转换、工装模具的配套4， 设计变更管理：变更的申请、做变更的评估、做变更的执行5，文档图纸管理：控制文档的版本、控制操作人的权限、查看文档的状态6，研发流程管理：建立满足业务需要的工作流程、监督工作流的执行、查看工作流的历史7、 ERP 的集成：PLM 生成的 B
20、OM 自动集成到 ERP、PLM 更新 ERP 里的信息。8、 与 CAD 的集成：在设计工具的环境下调用 PLM 的资料、工程师修改了图纸，更新 PLM 的资料八、建立快速响应的供应链学习组织建立“快速响应”项目小组，融合 ERP、APS、精益、6 西格码、供应链管理思想和工具，来缩短交货期，快速响应客户需求。形成超越精益，建立四位一体的卓越制造体系：集成一体化 ERP 运作体系平台;高效敏捷的 APS 计划排程体系;精益柔性的现场执行体系;六西格码质量保证与控制体系。制造策略模式是采用推拉结合，APS 广播式拉动和精益看板连续拉动结合模式，从 MTO 按单生产逐步转向或部分转向 ATO 按单装配策略。
