基于 APS研究的注塑生產排程改善

肖學良 張智騫 熊江偉

摘要：以 CSG公司注塑車間人工粗估產能的計劃排程方式為研究對象，分析發現目前計劃排程結果誤差大，不能達到預期的執行效果。分析發現因物料進貨時程、實際產能、實際庫存等影響因素均由人工掌控及運算，與實際偏差較大，導致生產車間常以加班或外包等來滿足交期。繼而通過分析目前 ERP系統的局限性，提出引入 APS高級計劃排程系統，結合 MES實時采集生產現場數據功能，運用 TOC約束理論及運籌學方法，根據機臺產能、齊套物料、工藝路線、生產提前期等關鍵因素，自動計算生產資源調度可行解，快速實現較為精準的計劃排程，達到車間高效生產、急單快速響應、庫存精益控制、交期完美保障的效果。同時為企業生產管理工作提供可靠的人工決策依據與科學管理決策。

關鍵詞：注塑生產;APS;排產

中圖分類號：TP391. 73文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0314-03

Improvement of Injection Molding Production Schedule based on APS Research

Xiao Xueliang ，Zhang Zhiqian ，Xiong Jiangwei

（Zhuhai Gree Electric Appliance Co. ， Ltd. ， Zhuhai， Guangdong 519000， China）

Abstract： Taking the planning and scheduling method of manual rough estimation of production capacity in the injection molding workshop of CSG company as the research object， it was found that the current planning and scheduling results have large errors and could not achieve the expected implementation effect. It was found that the influencing factors such as material purchase schedule， actual production capacity and actual inventory were controlled and calculated manually， which deviated greatly from the actual situation， resulting in the production workshop often working overtime or outsourcing to meet the delivery date. Then， by analyzing the limitations of the current ERP system， it was proposed to introduce APS advanced planning and scheduling system， combined with the function of MES to collect production site data in real time， and use TOC constraint theory and operational research methods to automatically calculate the feasible solution of production resource scheduling according to key factors such as machine capacity， complete set of materials， process route and production lead time， so as to quickly realize more accurate planning and scheduling， achieve the effect of efficient production in the workshop， rapid response to urgent orders， lean inventory control and perfect guarantee of delivery time. It provides reliable manual decision-making basis and scientific management decision-making for enterprise production management.

Key words： injection molding production; APS; production scheduling

0 引言

對于物料及產能規劃與現場詳細作業排程而言，企業常因無法準確掌握生產制造現場實際的產能狀況及物料進貨時程，且人工分析約束因素的能力有限，而采取粗估產能的生產排程方式。人工分析后的計劃排程結果必然存在需求與產能不足的誤差[1-4]，于是在面對提高對顧客的服務水平及允諾交期的基本前提下，生產車間常以加班或外包來滿足訂單交期。想要交貨準時，生產過程順暢，就必須對應建立精確的生產計劃與即時的生產過程監控[5-8]。而目前各企業使用 ERP 輔助生產管理，其缺陷較明顯：在假設無限大能力的前提下，以固定的提前期、靜態的 BOM、按照固定的工藝路線，只考慮保障交付期的保障目標來安排生產計劃，而實際生產現場呈現的“小多高”模式，具有“快、短、少”的實際需求，ERP 管理軟件已無法滿足。隨著基于優先資源能力理論的提出[9-10]，APS方法逐漸顯出優勢，后續的生產管理將交由 APS+MES負責，ERP 將逐漸弱化為進銷存+財務+后勤管理，這是制造業管理軟件的大勢所趨。APS是解決詳細計劃排程的根本方法[11-12]。

CSG公司目前采用的排產方式是計劃員每天根據車間物料庫存、總裝車間的計劃訂單、車間的機床產能以及機床運行狀況等等進行物料的生產排程，為確保數據準確性，物流班每班安排1人核實出入庫數據的準確性，大量的人工作業是可以通過 APS系統來實現信息化提效改善，本文對此進行分析論述。

1 注塑排產原則

1. 1 按照常不常用、量大小進行區分

不常用的物料量小，嚴格按照訂單式排產，如果是容易成型的物料，一般提前12 h 安排即可，若是難產的，最少要提前1天準備。不常用的物料量大，嚴格按照訂單排產一般提前12 h安排即可，若是難產的，最少要提前2天準備。常用物料量大，備料時一般會把一周內的計劃全備齊，避免多次換模生產。常用物料量小，計劃量一般會長線多備，做戰略庫存，計算最大庫存量，按月度計劃全備。

1. 2 按備料類型區分

跟線生產物物料：模具容易調機生產，生產過程中模具質量問題幾乎為0，模具生產效率較高，生產節奏比總裝進度快，此類物料一般集中在380～800 T生產的部分物料，如風葉、格柵等，跟線生產的最小理論時間：無需預裝的最少比總裝上線提前3 h完成，即在不考慮異常的情況下，從注塑生產完成到總裝線至少要3 h緩沖時間，需預裝的最少比總裝上線提前5 h完成。

戰略庫存：計算最大庫存量。短期內有模具高峰，但模具套數有限，需提前備庫存的物料。有足夠的包裝材料或工裝車周轉。間斷需求，合并原則生產，提前上線時間12 h生產。模具狀態差，產出不穩定。

根據模具噸位安排對應噸位機床。原料切換效率較快，一般為白色之間切換，或者淺色換為深色，且換料前的原料不是阻燃料（增加零件編碼對應的顏色、切換邏輯、備注阻燃料的零件明細及材料編碼）。實際生產考慮換模、換料時間、調機、首檢時間，生產提前期需要3 h （切換準備）。兼顧輔助設備（例如水溫機、時序控制器、溫控箱等）錯峰排產（哪些零件需要用到對應的設備）。根據崗位定編、產品打包類型合理調整，減少人力（整理產品打包類型、人員定編基礎數據）。根據產品去向，考慮皮帶線流向，減少物流運轉（整理機床對應皮帶線流向）。排產邏輯如圖1所示。

2 具體實施方案

注塑版塊 APS排程需開發注塑生產、預裝生產兩個模塊，從而實現由系統替代人工排產、人工核數工作。

2. 1 注塑機臺生產模塊

派工單生成：（1） 根據業務需求，該界面展示生產計劃，每一次需求導出之后計算出來的排產計劃將會在該界面進行展示，方便相關操作人員查看;（2）其中最重要的一個邏輯處理就是生成生產訂單，因為注塑車間注塑部分是合并需求進行生產預排，所以本身注塑車間的訂單在 ERP 中與總裝訂單沒有對應的關系表，所以只能關聯每一個班組對應的物料編碼和計劃量作為一個唯一值去 ERP 數據庫中抓取車間訂單信息;（3）抓取到車間訂單之后就相當于計劃已經下達到車間進行生產，這時候才會將帶有車間訂單的派工單保存到數據庫，另外需要剔除掉本次生產能夠滿足的總裝需求，在本系統中采取的是將已經能夠滿足的總裝需求進行備注，保證下一次需求導出的時候不會出現在需求列表中。

具體需求：（1） 根據操作人員選定的時間段在 ERP 數據庫中導出該時間段內的總裝確認計劃，即初步的需求明細;（2）去掉需求中調撥外協的物料，篩選掉排過產的物料，處理一模多物的物料，擬定戰略庫存物料;（3）將需求按照基礎數據表中給定的合并時間，切換時間，提前時間等條件進行合并并且計算出物料的生產起始時間和結束時間;（4） 根據基礎數據表計算每個物料、模具對應哪些機床（其中要考慮定機的物料）;（5）因為存在有產能不能滿足需求的物料模具，所以部分存在多套模具的物料需要將合并的需求拆分給不同的模具進行排產;（6）結合上一次排產的情況將此次需求的物料排程到對應的最優機床上面。

具體實施：從 ERP 數據庫中抓取對應時間段的確認計劃，根據物料組、物料類型整理出注塑自制件需求數據，如圖2所示。按照備料類型、常用與不常用、需求量大小進行區分，合理安排零件生產時間以及生產數量。根據模具噸位安排合適零件到合適噸位機床生產。兼顧輔助設備（例如燙金機、水溫機、機械手、溫控箱等）需求，實現錯峰排產。結合實際生產中的換模換料時間、調機時間、首檢時間，合理安排生產提前周期，確保物料適時適量供應給后工序。提高原料切換效率，降低原材料切換出現的色差。一般為白色之間切換，或者淺色換為深色，且換料前的原料不是阻燃料，阻燃料集中機臺生產。根據崗位定編、產品打包類型合理調整，提高打包點人均效率。根據產品去向，考慮皮帶線流向，減少物流運轉。短期內有零件需求峰值，但模具套數有限，需提前備庫存的物料，需做戰略庫存削峰，計算最大庫存量和提前上機時間點。根據零件需求、模具產能、零件庫存合理安排上機的模具數量，均衡排產，并識別出峰值，提前安排生產消峰。根據計劃下達車間訂單后，從 ERP 系統抓取車間訂單自動備注已經排產完畢的零件需求訂單。開發手機派工單 APP ，實現計劃無紙化下發班組，班組生產準備報完工一鍵式完成。

2. 2 部件預裝生產模塊

（1） 派工單。展示生產計劃，因為預裝模塊的需求不需要合并，生產計劃是貼著總裝的需求逐個進行的，所以車間訂單和總裝訂單在 ERP 中有著對應的關系，同樣需要抓取出來并展示，該子模塊中有一個重要的功能就是需要一鍵刷新歷史派工單中的需求時間以及生產時間并且檢測訂單的異常（總裝是否刪除計劃，是否修改計劃數量，以及今天往后的計劃是否提前到今天生產）。

（2） 需求明細。直接從 ERP 中篩選物料組導出總裝計劃作為預裝的需求，并且去掉調撥和外協物料，篩選掉已經排產的物料。

（3） 具體實施。從 ERP 數據庫中抓取對應時間段的確認計劃，根據物料組、物料類型整理出預裝生產需求。根據需求訂單、物料提前時間進行排產。從 ERP 抓取車間訂單篩選掉已經排產完畢的需求訂單。能夠一鍵刷新派工單中需求時間和生產時間并且檢測異常訂單;開發手機派工單 APP ，實現計劃無紙化下發班組。

①可實現從ERP 數據庫中抓取對應時間段的確認計劃，根據物料組、物料類型整理出注塑自制件需求數據;實現了根據既定排產規則自動安排注塑件排產功能。

②按照備料類型、常用與不常用、需求量大小進行區分，合理安排零件生產時間以及生產數量，實現了班組查詢生產訂單原材料定額，減少材料成本，完全做到按定額加料，解決超定額加料造成夠數后放料工作浪費和材料浪費，有效控制生產運行狀態和庫存情況;

③以設備、模具工藝要求標準為基礎，通過采集設備數據與模具工裝編號數據，集成至 APS 排產系統中，對模具和機床噸位切換進行信息化監控;杜絕出現小機床上大模具等問題，減少設備異常影響生產運行情況。

3 結束語

本文以注塑版塊計劃排程為研究對象，通過分析計劃排產步驟及原則，指出目前排產過程存在物料庫存、總裝計劃提前期、機床產能、機床運行裝況、物料使用頻次與數量等影響因素，需人工判斷約束條件，從而生成可滿足交期的生產排程。但因信息收集過程耗時耗力，信息處理過程運算量大，最終人工“運算”結果無法達到最優解，導致實際生產需要加班或者調整計劃等策略保障交期。

在此基礎上提出引進 APS （高級計劃排程）系統，結合 MES系統的實時數據采集功能，利用運籌學原理，計算庫存、產能、交貨期等多個條件下的最優解，實現小多高復雜生產環境下的計劃動態優化與高效生產，為生產管理提供可靠的人工干預依據與科學管理方法，同時驗證了APS解決方案在離散型制造業的可行性及推廣性。

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第一作者簡介：肖學良（1982-），男，江西贛州人，大學本科，助理工程師，研究領域為注塑工藝及自動化基礎。

（編輯：王智圣）