離散制造ERP 中臨時(shí)計(jì)劃排程方法的分析改進(jìn)

王佳卓

(遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 高新技術(shù)學(xué)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(gè)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(yù)測的批量生產(chǎn)模式,轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚩蛻舻囊杂唵螢閷?dǎo)向的生產(chǎn)模式,這一生產(chǎn)模式與眾多的大型機(jī)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(diǎn)是以市場訂單為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的指導(dǎo),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(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)有較大隨機(jī)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(dǎo)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(jìn)信息化建設(shè),很多企業(yè)相繼引入和實(shí)施了ERP 系統(tǒng)。 但是,不同的ERP 系統(tǒng)對生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)任務(wù)排程的方法不盡相同,在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)算得出的結(jié)果差異較大,即實(shí)際計(jì)劃或任務(wù)的排程時(shí)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(shí)計(jì)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(shí)計(jì)劃的生產(chǎn)周期,這意味著需要探究ERP 臨時(shí)計(jì)劃的插入排程方法,以達(dá)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(biāo)。

現(xiàn)階段,關(guān)于ERP 排程問題的研究較多。 筆者通過查閱相關(guān)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(shè)計(jì)高級計(jì)劃排程系統(tǒng)[2]、對合同計(jì)劃排程的研究與應(yīng)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(jì)劃排程應(yīng)用研究[5]等。 從中可以得出探究離散制造ERP 中插入臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的方法具有較高代表性和實(shí)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(shí)生產(chǎn)計(jì)劃后對生產(chǎn)周期的影響,通過對排程方法進(jìn)行比對分析,進(jìn)而得出ERP 臨時(shí)計(jì)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(wù)插入的問題,問題表現(xiàn)為:在有的生產(chǎn)計(jì)劃中,插入臨時(shí)計(jì)劃,并要求在不影響原有生產(chǎn)計(jì)劃完成日期的前提下,將臨時(shí)計(jì)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(shí)施了ERP 系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和資源的管理,將原有人工進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃排程的過程交由ERP 進(jìn)行計(jì)算和處理,故ERP 對生產(chǎn)計(jì)劃的排程結(jié)果直接影響企業(yè)訂單的生產(chǎn)進(jìn)度及企業(yè)的生產(chǎn)效率。 基于上述企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀,任務(wù)排程方法的科學(xué)合理性是ERP 進(jìn)階應(yīng)用和亟待優(yōu)化的重點(diǎn)。以機(jī)械加工的生產(chǎn)企業(yè)為例,插入臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí),管理人員需要考慮企業(yè)當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)劃占用的生產(chǎn)資源、設(shè)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(gè)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí),當(dāng)前可用物料和在途物料應(yīng)符合排程結(jié)果,在制造加工過程中,各個(gè)物料能夠保證按時(shí)使用;設(shè)備使用周期和設(shè)備可借用性作為生產(chǎn)計(jì)劃排程的基礎(chǔ)條件,在生產(chǎn)計(jì)劃的進(jìn)行中,設(shè)備能力滿足生產(chǎn)要求,關(guān)鍵與非關(guān)鍵路徑上的工序所使用的設(shè)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?yàn)榕R時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的插入,在計(jì)算人力成本時(shí),會表現(xiàn)為人工工時(shí)的增加,而工時(shí)增加的成本由臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的加工結(jié)果所體現(xiàn),工時(shí)增加時(shí)可通過人員借調(diào)或加班的方式予以滿足。 所以,在計(jì)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(shí)任務(wù)所需的工序。 筆者通過查閱相關(guān)文獻(xiàn),諸如基于MES 的離散型制造業(yè)的高級計(jì)劃排產(chǎn)的應(yīng)用研究[6]、多品種小批量產(chǎn)品沖壓計(jì)劃排程多目標(biāo)優(yōu)化[7]、基于期限約束與關(guān)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(jī)生產(chǎn)排程問題研究[9]等,得出當(dāng)前各界對ERP 排程方法的研究在廣泛而深入地進(jìn)行。 但是,由于行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和企業(yè)自身實(shí)際情況的限定,研究結(jié)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(jié)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(jié)論有意義,管理人員需要從生產(chǎn)過程關(guān)鍵路徑出發(fā),分別針對加工設(shè)備無限可用和加工設(shè)備有限可用兩個(gè)方面做計(jì)算分析[10-11],得出ERP 插入臨時(shí)計(jì)劃的方法,再以實(shí)際應(yīng)用作為驗(yàn)證過程,給出研究結(jié)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(jī)械加工企業(yè),在實(shí)際生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)插入臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的現(xiàn)象。 工廠在2016 年上線實(shí)施了ERP 系統(tǒng),通過多年的應(yīng)用,相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)該ERP系統(tǒng)在臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃插入時(shí),有一個(gè)典型的問題,即對產(chǎn)品BOM 展開后,物料需求計(jì)劃中的自制工序任務(wù)的插入過程,全部基于現(xiàn)有生產(chǎn)計(jì)劃之后,即臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃是在原有生產(chǎn)計(jì)劃的全部加工工序完成后再進(jìn)行。這一問題表現(xiàn)的結(jié)果就是臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃不能在最短時(shí)間內(nèi)完工,使生產(chǎn)資源造成了巨大浪費(fèi),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(shè)計(jì)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(shí)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí),最大限度地應(yīng)用現(xiàn)有的生產(chǎn)資源和生產(chǎn)能力,以最短的時(shí)間完成臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的加工。

為了驗(yàn)證排程的改進(jìn)方法有效,本課題提出首先以使用的ERP 原有排程方式進(jìn)行臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的排程,排程的前提是當(dāng)前已有正在執(zhí)行的生產(chǎn)任務(wù),記錄臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃插入,系統(tǒng)計(jì)算出的臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃最快的完成時(shí)間以及任務(wù)分解后各個(gè)自制任務(wù)的開始和結(jié)束時(shí)間。 建立改進(jìn)算法的數(shù)學(xué)模型,通過計(jì)算后,推導(dǎo)出新的臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃最快完成時(shí)間和自制任務(wù)開始、結(jié)束的時(shí)間,將排程方法前后的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,得出最終結(jié)論。

3 模型建立

在現(xiàn)用ERP 系統(tǒng)中,生產(chǎn)計(jì)劃從開始到完工的歷時(shí)時(shí)間,是計(jì)劃下自制任務(wù)工期的關(guān)鍵路徑時(shí)長,自制任務(wù)工期時(shí)長是由各工序的工時(shí)累積之和得出[12]。 通常,自制任務(wù)是在產(chǎn)品的BOM 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jì)劃的排程產(chǎn)生影響。 所以在改進(jìn)ERP 計(jì)劃排程算法時(shí),管理人員無需考慮這兩項(xiàng)條件,同時(shí),為了便于比對算法改進(jìn)前后對生產(chǎn)計(jì)劃排程的影響,本課題提出在對生產(chǎn)計(jì)劃排程前,將所有加工工時(shí)的單位由小時(shí)改為天。

計(jì)算組部工期的關(guān)鍵路徑。 首先,求任務(wù)最早開始時(shí)間,設(shè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)為Si(i=1,2,…m),任務(wù)工期為DU(Si),計(jì)算每個(gè)緊后節(jié)點(diǎn)的最早開始時(shí)間表示為:

ES[SM] 表示任務(wù)j的緊后任務(wù)的最早開始時(shí)間,ES[j] 表示SM的緊前任務(wù)的最早開始時(shí)間,C[j] 為緊后任務(wù)的集合。

依照上式可得緊前任務(wù)的最早完成時(shí)間為:

記錄符合上述條件的任務(wù)Si,這些任務(wù)節(jié)點(diǎn)集合G[Si](TFSi=0) 即當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)劃的關(guān)鍵路徑。 正常情況下,當(dāng)臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃插入時(shí),臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃使用產(chǎn)品BOM 結(jié)構(gòu)展開后得到的臨時(shí)任務(wù)處于原生產(chǎn)計(jì)劃的任務(wù)關(guān)鍵路徑上,即增加關(guān)鍵路徑長度,將使得臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)際結(jié)束日期產(chǎn)生順延的現(xiàn)象,順延的時(shí)長與關(guān)鍵路徑上某個(gè)任務(wù)增加的時(shí)長總和形同。 但在實(shí)際生產(chǎn)過程中,自制任務(wù)的完工是以任務(wù)的工序完工為基準(zhǔn)條件的,為了縮短臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的生產(chǎn)周期,管理人員需要分為兩個(gè)情況進(jìn)行計(jì)算。

情況一是當(dāng)插入的臨時(shí)生產(chǎn)任務(wù)不在原生產(chǎn)計(jì)劃的關(guān)鍵路徑上,即Si′?G[Si] ,第一種情況發(fā)生時(shí),首先計(jì)算原生產(chǎn)任務(wù)節(jié)點(diǎn)的自有浮動時(shí)間,即:

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

分別針對FC的取值進(jìn)行分析,在不考慮工序加工過程的前提下,本課題假設(shè)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(jié)果:

結(jié)果(3)在第二種情況中進(jìn)行計(jì)算分析,即插入的生產(chǎn)計(jì)劃通過分解后,插入的生產(chǎn)任務(wù)節(jié)點(diǎn)在原生產(chǎn)任務(wù)AOE 網(wǎng)的關(guān)鍵路徑上,則分別對結(jié)果(1)和(2)在加工工序不允許暫停的情況下進(jìn)行計(jì)算分析i。 在企業(yè)生產(chǎn)過程中,加工工序是與生產(chǎn)設(shè)備綁定的,相同工序在不同設(shè)備上存在不同的加工情況,工序與加工設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系需要在加工工藝過程文件中進(jìn)行定義,如未定義,則假定生產(chǎn)過程不允許設(shè)備借用的情況,并假定生產(chǎn)設(shè)備沒有使用周期,即不需要檢修時(shí)間。 工序PYx,標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)是Tx,則臨時(shí)任務(wù)的加工時(shí)長是該任務(wù)下的工時(shí)時(shí)長,通過臨時(shí)任務(wù)下的工序找到原任務(wù)下的相同工序,記錄原任務(wù)節(jié)點(diǎn),新增的工序即是在原任務(wù)中增加的工序,增加的加工工時(shí)占用的即為原生產(chǎn)任務(wù)的自由浮動時(shí)間,增加后的原任務(wù)節(jié)點(diǎn)的加工時(shí)間NTx為:

如果NTx≤0,則與上述結(jié)果(3) 的情況相同,如果NTx＞0,且NTx＞TF,則在情況二中進(jìn)行計(jì)算,否則臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的總工期為NT′。

當(dāng)為情況二時(shí),即插入的臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃中的任務(wù),全部或部分在原生產(chǎn)計(jì)劃的任務(wù)關(guān)鍵路徑節(jié)點(diǎn)上,臨時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃的總工期NT″為:

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

4 結(jié)語

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