某船廠切割車間基于TOC的作業(yè)計劃問題研究

岳若飛

（連通設備集團有限公司，寧波 315830）

本文在閱讀文獻和實地調(diào)研某船廠的基礎上，基于約束理論，通過設備利用率等方法識別企業(yè)生產(chǎn)瓶頸，再在人員、機器、生產(chǎn)管理等方面進行改進，然后根據(jù)生產(chǎn)瓶頸制定時間緩沖，進而確定主生產(chǎn)作業(yè)計劃以及物料投放計劃，最后通過作業(yè)計劃甘特圖對比分析來說明應用約束理論的實際意義。

1 切割加工車間瓶頸的識別

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)該車間生產(chǎn)作業(yè)計劃制定的平均數(shù)和該車間的平均加工能力相差不大，但在具體執(zhí)行過程中經(jīng)常臨時改變作業(yè)計劃，造成原計劃的脫期，因此要對作業(yè)計劃改變的原因進行識別，也就是瓶頸識別。識別車間瓶頸的方法有經(jīng)驗判斷法、因果圖法和設備利用率法。由于船舶制造過程是一個非常復雜的過程，涉及設備較多，若要直接用設備利用率法來識別生產(chǎn)瓶頸是難以實現(xiàn)的。因此，要在設備利用率法識別生產(chǎn)瓶頸之前，應該先利用經(jīng)驗判斷法，查找生產(chǎn)瓶頸可能存在的地方，縮小識別范圍；然后利用因果圖法分析出該瓶頸存在的原因，以方便下一步優(yōu)化瓶頸工序；最后通過設備利用率法來準確識別哪些工序為生產(chǎn)瓶頸。

2 切割加工車間生產(chǎn)瓶頸改進

經(jīng)過分析，該船廠切割加工車間的主要約束為火工工序，焊接拼裝為次約束，具體可以通過人員、機器設備和生產(chǎn)管理三個方面來改進這些流程，以減小該瓶頸的約束程度或者解除該約束，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益。

2.1 人員方面的改進方法

可以通過以下兩種方法來提高工人的積極性和工作熟練程度：一是給予火工工人一定工作補貼提高工作積極性；二是對于提升焊接工人的培訓力度，特別是對于新來員工，要加強培訓專業(yè)程度，提升他們專業(yè)能力。

2.2 機器設備方面的改進方法

一是維修部門應及時查看生產(chǎn)部門作業(yè)計劃，在設備未使用或使用程度不高時主動檢修，做好故障預防工作，確保生產(chǎn)工作的順利進行；二是可以通過制定設備使用標準，限定設備的使用范圍，從而確保設備利用效率和效益。

2.3 生產(chǎn)管理的改進

一是通過培訓和現(xiàn)場指導等多種手段提高員工焊接技能，避免出現(xiàn)焊點焊角不飽滿、焊液過多形成焊瘤、返修率高等工藝問題；二是在制定作業(yè)計劃的時，充分考慮各設備的加工能力平衡問題。

3 切割加工車間時間緩沖設置及大小確定

設置緩沖是生產(chǎn)柔性的一個重要方面，是減小外界因素對生產(chǎn)系統(tǒng)影響的主要措施之一。以該船廠80000t散貨輪某曲面分段W的切割加工為例，對其設置緩沖。該分段在切割加工車間具體加工工藝如圖1所示，時間緩沖設置在瓶頸（火工工序）以及與火工工序相關的裝配工序（焊接）之前。

圖1 80000t散貨船W分段切割加工車間緩沖設置圖

目前用于確定瓶頸機器前保護性緩沖量大小的簡易方法主要有兩種：取瓶頸工序前后各道工序加工時間之和的固定比例作為緩沖量；根據(jù)經(jīng)驗和實際的生產(chǎn)提前期分布情況，取瓶頸機器生產(chǎn)提前期的3倍大小作為緩沖量。

4 基于DBR的主生產(chǎn)作業(yè)計劃制定

根據(jù)TOC理論，為了實現(xiàn)瓶頸資源的完全利用，增大系統(tǒng)的有效產(chǎn)出，需要將在瓶頸資源上加工的零件定義為關鍵件，而DBR排產(chǎn)最主要目的是對關鍵件的生產(chǎn)進行合理的安排。

由于火工和焊接是造船生產(chǎn)車間的制約因素，即加工車間的瓶頸，稱之為“鼓”資源，故作業(yè)計劃的制定就應圍繞“鼓”資源進行。

DBR系統(tǒng)中的三個重要組成元素中，“繩子”的作用就是根據(jù)“鼓點”的計劃，控制關鍵工序的上游工序的計劃安排以及原料的投入。對于關鍵工序的上道工序可通過“拉動”原理進行確定，而關鍵工序的開工時間確定之后，可以根據(jù)“推式”的原理，從前往后確定關鍵工序之后的各工序作業(yè)時間安排。

物料投放計劃應根據(jù)物料從投入口到達“鼓”所需要的時間和在“鼓”加工過程中所需要的時間確定。造船生產(chǎn)車間作為大型單件小批量生產(chǎn)系統(tǒng)，物料投放時間“繩”應采用兩倍生產(chǎn)任務“鼓”資源加工時間以及兩倍產(chǎn)品到達“鼓”資源所需要的時間之和，在實際運作過程中可以適當增加緩沖時間，以保證制約因素能夠充分運行。

5 基于甘特圖的優(yōu)化結果分析

對優(yōu)化前后作業(yè)計劃甘特圖進行對比可以發(fā)現(xiàn)，原來的作業(yè)計劃在瓶頸資源上還有等待時間，基于DBR原理排產(chǎn)后的作業(yè)計劃則優(yōu)化了這一問題，消除了在瓶頸資源上的8h的等待時間，明顯提高了生產(chǎn)效率。同時，本優(yōu)化方案在瓶頸工序前設置了時間緩沖，相當于在瓶頸工序上設置了保護措施，當瓶頸工序的前道工序由于外部環(huán)境或其他原因而發(fā)生異常波動時，瓶頸工序的生產(chǎn)不受該波動影響或者使影響減到更低，從而保證了整個生產(chǎn)系統(tǒng)受這些波動而產(chǎn)生的損失降到最低。

6 結論

本文通過實地調(diào)查某船廠切割加工車間作業(yè)計劃現(xiàn)狀，基于約束理論，通過識別生產(chǎn)瓶頸、設置時間緩沖、制定主生產(chǎn)計劃及物料投放計劃等環(huán)節(jié)，對該車間作業(yè)計劃進行優(yōu)化。具體的約束理論應用結論可總結為四點：

（1）通過經(jīng)驗判斷法、因果圖法和設備利用率法等方法識別出某船廠切割加工車間主要生產(chǎn)瓶頸為火工工序以及后續(xù)小部件焊接裝配工序。在識別出生產(chǎn)瓶頸的同時，本文從分別人員、機器以及管理等三個方面對該車間瓶頸資源進行優(yōu)化，以提高瓶頸資源的生產(chǎn)能力，從而提高整個切割加工車間的生產(chǎn)能力。

（2）針對該車間生產(chǎn)瓶頸，在瓶頸工序之前設置時間緩沖作為生產(chǎn)系統(tǒng)的保護措施，時間緩沖能夠保障其前道工序由于外部環(huán)境或其他原因發(fā)生異常波動時，瓶頸工序的生產(chǎn)不會受該波動影響或者使影響減到更低，從而保證了整個生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（3）基于DBR原理，對關鍵工序制定作業(yè)計劃，再通過“拉式”原理對關鍵工序之前的任務制定作業(yè)計劃，最后通過“推式”原理對關鍵工序之后的任務做出作業(yè)計劃。

（4）通過對應用約束理論前后的生產(chǎn)現(xiàn)狀進行對比分析，得出約束理論以及DBR排產(chǎn)思想在船舶行業(yè)中具有較高的可行性與優(yōu)越性。