裝配式智能工廠生產計劃優化輔助工具研究實踐

邱 月，廖 羿，文小東，宗 霏，叢 旭，高 聰

（成都交投建筑工業化有限公司，四川 成都 610041）

1 研究背景

住房和城鄉建設部印發的《“十四五”建筑業發展規劃》《關于加強縣城綠色低碳建設的意見》等文件，為“十四五”時期建筑業發展提出明確的發展目標和任務。在國家政策的指導下，四川省印發“十四五”建筑業發展規劃明確：到2025 年，全省新開工裝配式建筑占新建建筑40%；在市政橋梁、綜合管廊、城市軌道交通等市政基礎設施項目中積極推行裝配式技術。成都交投建筑工業化有限公司是成都交投集團按照國家“大力推廣裝配式建筑，走綠色低碳產業之路”的發展要求，結合成都市戰略規劃和集團企業發展規劃，打造全國一流的綜合性預制構件生產企業和研發基地，以在西南裝配式建筑市場占據先發優勢。目前國內裝配式橋梁構件工廠，普遍采用人工進行管理，在計劃調度、執行、跟蹤、反饋環節基本依靠管理團隊人工執行，存在計劃編制效率不高，與執行環節存在一定的脫節，執行數據不能及時得到反饋，所以需要研究計劃管理信息化輔助工具，通過平臺的合理計劃和調度，提高生產效率和管理效率，同時降低管理人員的工作負擔，從而實現企業減員增效，提高產能的目標。

2 國內外研究現狀

在生產計劃調度管理領域，MRPII（Manufacturi ng Resources Planning）JIT（Just In Time）分別是當今世界上兩個具有代表性的先進生產管理模式。

2.1 MRPII 研究現狀

MRPII 系統是在美國生產與庫存控制協會（APICS）在物料需求計劃MRP 的基礎上形成的一套生產調度管理算法模式，它經歷了基本MRP、閉環MRP 從而演化到MRPII，是應用于生產與庫存控制方面的一種先進的管理思想和管理方法，可適用于離散型工業，廣泛應用于汽車、電子、機械、化工、食品等行業。

MRPII 的核心思想以MRP（Materials Requi rements Planning）為基礎，是生產型企業中成熟的企業管理方法和生產調度理論。MRPII 包含了企業生產管理全過程的所有環節和元素，有效利用生產資源達到最大化生產產能為目標。通過對生產的科學調度，有效的調度、組織、管理生產資源，在保證生產順暢連續執行的前提下，最大限度地降低各生產原材料的庫存，從而提高企業的生產管理效率，以創造最大的經濟價值和效益。MRPII 根據訂單需求，合理安排生產計劃及生產調度，把物料的需求作為生產計劃制定的核心依據，從而制定出詳細的車間生產作業計劃，并以此為支撐，涵蓋到生產管理的全部過程，形成一個閉環管控系統。這種生產管理方法，通過計劃依次推動后續生產環節及生產活動，推動各環節以及各生產要素的協同作業。MRPII 的生產計劃指令的執行過程如圖1 所示。

圖1 MRPII 的生產計劃指令的執行過程

2.2 JIT 研究現狀

JIT（Just In Time）準時制生產，也稱作為無庫存、零庫存生產，該生產管理方法由日本豐田公司于20 世紀60 年代首創，通過生產模式的優化調整，為豐田公司帶來巨大的經濟效益，從而被全世界其他國家生產型企業廣泛接受并不斷優化。JIT 的基本原理是只有在接到訂單的時候才開始組織生產，在組織生產的時候才開始從供應商處采購原材料，后置工序根據現場生產看板向上一道工序取貨，保證各環節物質傳遞和生產加工節拍始終同步，達到物資庫存以及各生產環節在制品均達到最低庫存以及零庫存，最終實現生產管理的經濟效益最大化。

在JIT 生產管理模式中，采用拉取模式，每個工序的生產計劃是根據下一道工序的需求定制，所以各工序的計劃量與需求量可以保持絕對的一致，從而達到每個工序在制品零庫存的目標。JIT 的生產計劃執行過程如圖2 所示。

圖2 JIT 的生產計劃執行過程

2.3 MRPII 和JIT 的局限性研究

MRPII 模式中制定的生產計劃和管控相分離，不能適應復雜的行業變化情況；生產計劃的發揮效果依賴批量以及提前期等參數的準確性，如果參數偏差則會造成生產計劃的嚴重偏離；為了保證適當的生產緩沖，會造成在制品和成品的庫存量增加，制造周期變長等后果。MRPII 以上的局限性增加了生產控制的難度，如果要保證生產計劃在復雜的行業變化中具備較高的可執行性，就需要保持較高的柔性以及行業反應靈敏度，提高批量及預期的參數的準確性，從而避免MRPII 的局限性，充分發揮MRPII 的優勢。

JIT 以及時交付、零庫存為管理目標，整體的計劃性較弱，生產控制中缺少對長期生產計劃的指導，如果行業需求頻繁、復雜變化，就會造成生產能力的明顯過剩或短缺，導致生產空閑或交付延期。JIT 過于強調零庫存，沒有考慮安全庫存的必要性，生產過程中對于變化的承受能力明顯低于MRPII，且在一般的JIT 模式中，多存在生產不均衡的情況，且很難真正定位到生產瓶頸并加以處理。在執行過程中需建立穩健的供應鏈，確保供應完全可靠，以免造成生產停頓及交付延期。

3 主要研究內容及關鍵技術

裝配式橋梁的生產組織是一個復雜的系統性工程，對外需要協調訂單需求、供應商材料供應等，對內需要協調生產部、經管部、物資部、設備部、工程部、質量部、安全部等多部門以及資源的配合，同時還受制于產品養護周期和有限的堆場庫存容量限制，所以需要綜合采用高效的生產組織控制方法，以提高生產組織效率，最大化發揮有限資源，實現最大交付產能。

3.1 裝配式橋梁生產管理流程

裝配式橋梁是這一種粗粒度訂單式離散型生產過程，所接收到的業主方的生產訂單均為長期、大批量、定制化的生產任務。在接收訂單之后，需要對訂單進行分解，制定長期、中期、短期生產執行計劃，以對生產進行指導。

如圖3 所示，在中長期生產計劃的指導線，車間以短期執行計劃為指導，進行具體的生產加工工序，按照生產計劃的要求，完成產品的生產任務。

圖3 裝配式橋梁生產工藝過程

3.2 裝配式橋梁生產過程關鍵制約因素

裝配式橋梁生產與其他工業化產品生產存在一定的差異，在生產過程中對應的生產制約因素而有所差異，裝配式橋梁生產過程主要制約因素如下。

①產品生產的進度需要與工程現場施工進度匹配，并根據現場施工計劃的調整快速調整生產計劃。②裝配式橋梁生產需要按照規定的時間周期養護，所以生產計劃需要提前與現場施工進度配合，并留出充足的緩沖量。③裝配式橋梁的原材料極其容易受到宏觀管理調控的影響，原材料短缺對生產存在較大的影響。④裝配式橋梁成品體積較大，需要較大面積的成品堆場倉庫，有限的庫存能力也嚴重制約著產能。⑤生產過程需要大量的勞務工人，自動化程度較低，生產計劃的執行存在較大的不可控因素。

綜上所述，裝配式橋梁的生產管理，無論是采用MRPII 或者JIT 均不能有效解決所有問題，需要在現有管理理論的基礎上，結合裝配式橋梁生產管理過程的特點，進行優化調整，研究一種特有的適合企業生產和管理現狀的生產調度理論體系。

3.3 MRPII 與JIT 的整合應用

對MRPII 和JIT 的優缺點進行對比和分析可知，MRPII 側重于中長期的規劃，但生產計劃和管控相分離，對于橋梁生產模式中作業層面的管控并不是特別到位；而JIT 模式中的拉取模式，對于各生產環節的管控比較到位，能夠在一定程度上彌補MRPII 缺少生產計劃執行管控的局限性。在MRPII/JIT 混合模式中，可以通過JIT 的庫存控制策略，為原料采購和生產作業提供有效的指導方法，詳見圖4。

圖4 MRPII/JIT 混合生產管理模式

3.4 在MES 生產管理軟件平臺中的應用

在MRPII/JIT 混合生產管理模式的基礎上，成都交投建筑工業化有限公司與成都五言信息技術有限公司聯合研發了裝配式橋梁生產管理數字化平臺，并在邛崍裝配式橋梁基地進行試點應用。

（1）計劃輔助工具。研發成功的軟件平臺中，提供的生產計劃制定輔助工具，在工具中對生產過程中的關鍵數據進行自動采集，并計算關鍵生產制約因素，提供可視化的報表執行生產計劃人員進行計劃的編制，在計劃編制的過程中，還可以對關鍵參數進行調整優化，軟件工具自動進行計算和校驗，確保實時的及時反饋到管理人員，克服MRPII 模式中的計劃執行脫節的問題，更好地為現場生產提供有效指導。

（2）執行過程即時監控反饋。為了克服MRPII在執行層面存在的問題，在執行車間設置崗位管理看板，通過崗位管理看板實時監控現場生產計劃執行情況，對于計劃的任何偏離，在第一時間反饋在管理看板以及推送到生產管理人員，通過現場管理看板，克服MRPII 在現場管理存在的局限性。

（3）總體進度控制。通過生產管理軟件平臺，對生產過程中的執行數據進行匯總分析，并形成總體進度控制報表，推送至生產管理人員，生產管理人員根據報表可以對生產計劃的整體進行情況進行具體分析，從而做出對應的計劃優化調整手段。通過MRPII整體計劃以及車間執行JIT 的綜合管理，實現了對裝配式橋梁生產過程中的有效管理。

4 展望及應用前景

通過對MRPII 和JIT 的綜合應用，并結合MES生產管理軟件，在邛崍生產基地得到良好的應用，在應用過程中對基本的理論框架進行了有效的驗證。

文章僅對MRPII 和JIT 在裝配式橋梁生產的核心過程進行研究和實踐，在后續的研究中，還存在很大的研究空間和提升潛力。文章提供了生產計劃編制的輔助工具和執行監控工具，尚未提供智能化的自動排程算法和工具，在后續的研究中，可以根據裝配式橋梁的生產管理特點，并基于現有的MES 管理平臺軟件基礎，進行自動排產算法的研究和實踐，進一步提高生產計劃編制和執行效率。