小批量多品種產品的工廠化定制生產模式

陳建杰, 屠建飛

小批量多品種產品的工廠化定制生產模式

陳建杰, 屠建飛*

（寧波大學 機械工程與力學學院, 浙江 寧波 315211）

針對作坊式門店個性化定制生產中存在的生產規模小、資源不足、生產過程不連續、計劃多變等問題, 本文結合小批量多品種生產的特點, 提出一種新的工廠化定制生產模式. 構建的小批量多品種產品工廠化定制生產架構平臺由用戶需求收集、生產管理和智能服務等三個子平臺組成, 可通過訂單分類匯總、生產任務批次分組等過程, 將小批量多品種訂單轉化為較大規模工廠化定制生產. 最后以配鏡為例, 驗證該模式的有效性和可行性.

小批量多品種; 工廠化定制; 生產模型; 運作模式

隨著人們生活水平日益提高, 客戶個性化需求不斷增長, 客戶不再滿足于實體門店提供的單一化產品, 而希望獲得更多與自身需求相一致的準確產品. 眾多仍采用傳統生產經營方式的作坊式門店將面臨個性化定制訂單增加, 單一產品批量變少等問題, 面臨轉型升級的迫切需要.

對小批量多品種產品生產問題的研究, 很多專家學者從多個角度做了較為廣泛的研究. 張于賢等[1]針對小批量多品種的訂單生產存在設備更換次數多、調整時間長的問題, 分析了產品的交貨時間以及工序之間的相似性, 建立訂單成組模型. 杜杰等[2]針對企業產品存在生產數量少、種類繁多以及生產過程中設備等待時間長、資源利用率較低等問題, 通過SIMIO建立生產線的模型. 王波等[3]針對小批量多品種的裝配生產線優化問題, 利用價值流分析圖、產品數量分析方法來規劃產品系列、過程和操作標準化, 建立U型精益生產線. 趙晏林[4]針對小批量多品種生產存在的問題, 通過對當前家具混流生產模式的研究分析, 采用啟發式算法計算最佳的混合流生產工作線. 李浩等[5]構建大批量定制個性化產品的設計模型, 以低成本滿足用戶定制需求. Steiner等[6]針對小批量多品種產品的生產質量問題, 提出一種制作質量控制圖的方法, 用于在同一過程中收集零件的類似特征值. Zhou等[7]針對多品種小批量生產模式下的調度問題, 提出一種改進的遺傳退火算法, 并通過改進染色體的解碼過程來滿足補充約束條件的要求. L?fving等[8]針對小批量生產模式中存在的產品種類多以及自動化生產困難等一系列問題, 建立小批量生產的柔性自動化技術.

國內外專家學者從模塊化、訂單成組等多角度進行了研究, 為后續研究提供了有益的參考和借鑒. 本文從工廠化生產角度探討小批量多品種產品的定制生產模式, 該模式通過互聯網平臺實現線上線下相結合, 建立工廠化定制生產系統, 將門店小批量多品種產品制造訂單進行統一匯總, 由制造工廠實現批量化生產, 由此提高門店服務質量和產品質量.

1 工廠化定制生產架構平臺

工廠化定制生產架構平臺如圖1所示, 平臺以用戶需求為核心, 由用戶需求收集子平臺、生產管理子平臺和智能服務子平臺等三部分組成.

1.1 用戶需求收集子平臺

用戶需求收集子平臺由電商網站和實體門店兩部分構成. 用戶可以通過電商網站選購產品的款式、風格、型號以及個性化設計, 形成個性化訂單; 上述過程也可以通過實體門店完成, 并由門店提交至電商網站, 即實體門店可成為平臺的實體終端.

圖1 工廠化定制生產架構平臺

在用戶需求收集子平臺中, 產品信息模塊、產品定制模塊和協同設計模塊用于支持生成個性化產品. 其中, 產品信息模塊提供產品信息檢索服務, 并能夠對通過用戶搜索行為的分析, 實現需求預測. 產品定制模塊包含模塊定制、眾創定制、專屬定制等多種定制方式[9], 用于實現產品定制. 協同設計模塊支持用戶與產品提供方圍繞產品特征進行信息交互, 共同完成設計.

1.2 生產管理子平臺

生產管理子平臺是工廠化定制生產系統的制造核心, 由訂單處理模塊、生產任務分組模塊、產品生產模塊等三部分組成.

其中, 訂單處理模塊利用產品服務系統對訂單產品進行分類, 分類后的訂單產品分解為零部件需求, 零部件需求再分解形成為生產任務.

生產任務分組模塊根據影響零部件生產任務的分組因素, 對同道生產任務進行批次分組.

產品生產模式中的工廠化定制生產組由標準件制造組和個性化定制組構成. 標準件制造組用于確定公共部件的分組生產, 個性化定制組用于確定定制產品的分組生產.

1.3 智能服務子平臺

智能服務子平臺由智能物流服務、智能售后服務、智能推薦服務、智能物料管理等模塊組成. 上述智能服務涵蓋物料管理、物流配送、售后服務與用戶反饋等多項業務. 通過智能化技術應用, 提高相關服務的效率與質量.

2 工廠化定制生產過程

工廠化定制生產過程包括訂單處理、生產任務分組和產品生產等三個組成部分, 用以將小批量訂單匯總轉化成為較大規模工廠化生產, 相應流程如圖2所示.

2.1 訂單處理

多項來源于不同用戶或不同實體門店的訂單, 按產品類型, 分組匯總形成不同的訂單類別組{1,2,3, …,C}. 每個類別組下可包含多個同類型的產品生產需求, 如{P, …,P}.

每一項的產品生產需求可基于產品物料清單(BOM)進行分解, 形成零部件和原材料需求, 分別轉化成為零部件的生產任務和原材料的采購需求清單.

零件的生產任務又可以依據加工工藝過程分解成為多項工序任務; 原材料的采購需求可依據采購分組要素形成多項采購任務. 如零件P1的生產任務為{生產任務T11, 生產任務T12, …}.

圖2 工廠化定制生產過程

此分類和分解的訂單處理過程將訂單分解成為生產任務和采購需求, 為后續生產計劃和物料采購計劃的制定提供依據.

2.2 生產任務分組

以類別C下的P、P、P定制產品為例. 此3項定制產品屬于同類別組, 可分解為同類別的零部件和原材料需求, 且每道生產任務存在一定相似性和內在關聯性. 這些關聯性包括加工設備的關聯性、加工人員的關聯性、原材料的關聯性等, 所以這些關聯性即是生產任務批次分組的依據.

考慮影響生產任務分組的關聯性要素, 結合時間、排程、客戶等級等其他經營要素, 可以確定分組要素的優先級, 將生產任務重新編制成生產計劃, 形成多組生產任務批次. 即可以將需要同一設備加工的任務編制為同一批次, 或需要同一生產工裝夾具的生產任務置于同一批次, 或將具有前后工序關聯關系的生產任務歸為同一批次等. 形成諸如生產任務批次1{生產任務T11, 生產任務T11, …}等批次任務清單.

2.3 產品生產

經重新組合的各批次生產任務可交由生產管理子平臺的工廠化定制生產組生產, 并生成相應的定制生產計劃.

歸屬公共部件的生產任務批次由標準件生產組完成生產, 個性化定制的生產任務批次交由對應的定制生產組完成生產. 工廠化定制生產組間統籌協調, 形成多條完整的主生產計劃, 從而完成批量化生產.

3 實例

以傳統眼鏡店為例, 其現階段存在的主要問題是客戶對于眼鏡的選擇更具個性化, 但由于客戶訂單數量少, 而鏡片又存在多樣化定制屬性, 如折射率、鏡片類型等, 使傳統眼鏡店無法快速且低成本地滿足客戶定制眼鏡的需求.

在工廠化定制環境下, 客戶通過門店或者電商平臺選擇定制眼鏡的相關參數, 形成眼鏡訂單(圖3).

鏡片生產工廠通過生產管理子平臺對眼鏡訂單進行分類, 劃分為近視眼鏡、遠視眼鏡、變光眼鏡等多種類別. 每一類別眼鏡基于產品物料清單分解為鏡片、鏡架等零部件, 形成鏡片、鏡架等生產任務和原材料需求(圖4).

鏡片等生產任務需經過原料配制、模具組裝、原料澆注、固化、切邊、鍍膜、磨片檢驗等多項工序, 每項工序形成對應的一項或多項生產任務,多項生產任務分組形成任務批次.

以磨片為例, 考慮磨片過程中分組因素的優先級, 如加工設備、加工人員技術、鏡片材料、鏡片參數及驗光參數對鏡片磨片生產任務的影響, 分組形成如圖5所示的生產任務批次組, 并以任務批次組為對象制定生產計劃.

圖4 眼鏡BOM

圖5 眼鏡生產任務分組

這種線上線下相結合的工廠化定制生產模式實現了客戶、門店、工廠多方協作, 滿足客戶個性化需求, 降低眼鏡生產成本, 提升了生產效率.

4 結論

本文提出了一種小批量多品種產品的工廠化定制生產模式, 利用工廠化定制平臺對用戶訂單實現有效的集成和統一管理. 并通過訂單產品的分組生產使制造資源得到充分利用, 解決了作坊式門店面對小批量多品種產品存在的生產能力不強, 效率較低等一系列問題, 實現快速應對客戶定制需求; 并能以較大批量定制的高效率實現小批量多品種產品的生產, 降低企業生產成本. 最后以配鏡為例驗證了方案的可行性.

[1] 張于賢, 丁修坤. 面向多品種小批量的訂單成組模型研究[J]. 系統科學學報, 2018, 26(1):92-95.

[2] 杜杰, 張利平, 唐秋華, 等. 多品種小批量生產方式的SIMIO仿真優化[J]. 機床與液壓, 2020, 48(2):133-137.

[3] 王波. 精益單元化生產在多品種小批量裝配生產中的實踐[J]. 現代制造工程, 2019(10):21-27; 39.

[4] 趙晏林. 多品種小批量環境下的家具混流生產線平衡分析與改善[J]. 林產工業, 2019, 46(1):66-72.

[5] 李浩, 陶飛, 文笑雨, 等. 面向大規模個性化的產品服務系統模塊化設計[J]. 中國機械工程, 2018, 29(18): 2204-2214; 2249.

[6] Steiner S H, Geyer P L, Wesolowsky G O. Shewhart control charts to detect mean and standard deviation shifts based on grouped data[J]. Quality and Reliability Engineering International, 1996, 12(5):345-353.

[7] Zhou D, Zeng L. Intelligent scheduling method oriented to multi-varieties and small-batch production mode[J]. Applied Mechanics and Materials, 2012, 263/264/265/ 266:1269-1274.

[8] L?fving M, Almstr?m P, Jarebrant C, et al. Evaluation of flexible automation for small batch production[J]. Procedia Manufacturing, 2018, 25:177-184.

[9] 吳畫斌, 陳政融, 魏珂. 工業互聯網平臺創新引領制造產業轉型升級—–基于海爾集團COSMOPlat的探索性案例研究[J]. 現代管理科學, 2019(10):21-24.

The factory customization production mode of small batch and multi-variety products

CHEN Jianjie, TU Jianfei*

( Faculty of Mechanical Engineering & Mechanics, Ningbo university, Ningbo 315211, China )

This paper proposes a new factory customization production mode to address the problems of small-scale production, insufficient resources, discontinuous production processes and variable planning in the personalized production for workshop-type shops. The platform is composed of three sub-platforms, including user demand collection, production management and intelligent service, which can transform small batch and multi-species orders into large scale customized production tasks through the process of order classification and batch grouping. Finally, the model is validated with the example of spectacles production.

small batch and multi-variety; factory customization; production model; operation mode

F273

A

1001-5132（2022）02-0068-05

2021?03?19.

寧波大學學報（理工版）網址: http://journallg.nbu.edu.cn/

浙江省自然科學基金（Y14G010012）.

陳建杰（1996－）, 男, 浙江寧波人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 制造業信息化. E-mail: 619980006@qq.com

屠建飛（1974－）, 男, 浙江余姚人, 副教授, 主要研究方向: 制造業信息化及供應鏈管理. E-mail: tujianfei@nbu.edu.cn

（責任編輯 章踐立）