基于 APS研究的注塑生產(chǎn)排程改善

肖學(xué)良 張智騫 熊江偉

摘要：以 CSG公司注塑車間人工粗估產(chǎn)能的計(jì)劃排程方式為研究對象，分析發(fā)現(xiàn)目前計(jì)劃排程結(jié)果誤差大，不能達(dá)到預(yù)期的執(zhí)行效果。分析發(fā)現(xiàn)因物料進(jìn)貨時程、實(shí)際產(chǎn)能、實(shí)際庫存等影響因素均由人工掌控及運(yùn)算，與實(shí)際偏差較大，導(dǎo)致生產(chǎn)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(tǒng)的局限性，提出引入 APS高級計(jì)劃排程系統(tǒng)，結(jié)合 MES實(shí)時采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)功能，運(yùn)用 TOC約束理論及運(yùn)籌學(xué)方法，根據(jù)機(jī)臺產(chǎn)能、齊套物料、工藝路線、生產(chǎn)提前期等關(guān)鍵因素，自動計(jì)算生產(chǎn)資源調(diào)度可行解，快速實(shí)現(xiàn)較為精準(zhǔn)的計(jì)劃排程，達(dá)到車間高效生產(chǎn)、急單快速響應(yīng)、庫存精益控制、交期完美保障的效果。同時為企業(yè)生產(chǎn)管理工作提供可靠的人工決策依據(jù)與科學(xué)管理決策。

關(guān)鍵詞：注塑生產(chǎn);APS;排產(chǎn)

中圖分類號：TP391. 73文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)能規(guī)劃與現(xiàn)場詳細(xì)作業(yè)排程而言，企業(yè)常因無法準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)制造現(xiàn)場實(shí)際的產(chǎn)能狀況及物料進(jìn)貨時程，且人工分析約束因素的能力有限，而采取粗估產(chǎn)能的生產(chǎn)排程方式。人工分析后的計(jì)劃排程結(jié)果必然存在需求與產(chǎn)能不足的誤差[1-4]，于是在面對提高對顧客的服務(wù)水平及允諾交期的基本前提下，生產(chǎn)車間常以加班或外包來滿足訂單交期。想要交貨準(zhǔn)時，生產(chǎn)過程順暢，就必須對應(yīng)建立精確的生產(chǎn)計(jì)劃與即時的生產(chǎn)過程監(jiān)控[5-8]。而目前各企業(yè)使用 ERP 輔助生產(chǎn)管理，其缺陷較明顯：在假設(shè)無限大能力的前提下，以固定的提前期、靜態(tài)的 BOM、按照固定的工藝路線，只考慮保障交付期的保障目標(biāo)來安排生產(chǎn)計(jì)劃，而實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場呈現(xiàn)的“小多高”模式，具有“快、短、少”的實(shí)際需求，ERP 管理軟件已無法滿足。隨著基于優(yōu)先資源能力理論的提出[9-10]，APS方法逐漸顯出優(yōu)勢，后續(xù)的生產(chǎn)管理將交由 APS+MES負(fù)責(zé)，ERP 將逐漸弱化為進(jìn)銷存+財(cái)務(wù)+后勤管理，這是制造業(yè)管理軟件的大勢所趨。APS是解決詳細(xì)計(jì)劃排程的根本方法[11-12]。

CSG公司目前采用的排產(chǎn)方式是計(jì)劃員每天根據(jù)車間物料庫存、總裝車間的計(jì)劃訂單、車間的機(jī)床產(chǎn)能以及機(jī)床運(yùn)行狀況等等進(jìn)行物料的生產(chǎn)排程，為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，物流班每班安排1人核實(shí)出入庫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，大量的人工作業(yè)是可以通過 APS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信息化提效改善，本文對此進(jìn)行分析論述。

1 注塑排產(chǎn)原則

1. 1 按照常不常用、量大小進(jìn)行區(qū)分

不常用的物料量小，嚴(yán)格按照訂單式排產(chǎn)，如果是容易成型的物料，一般提前12 h 安排即可，若是難產(chǎn)的，最少要提前1天準(zhǔn)備。不常用的物料量大，嚴(yán)格按照訂單排產(chǎn)一般提前12 h安排即可，若是難產(chǎn)的，最少要提前2天準(zhǔn)備。常用物料量大，備料時一般會把一周內(nèi)的計(jì)劃全備齊，避免多次換模生產(chǎn)。常用物料量小，計(jì)劃量一般會長線多備，做戰(zhàn)略庫存，計(jì)算最大庫存量，按月度計(jì)劃全備。

1. 2 按備料類型區(qū)分

跟線生產(chǎn)物物料：模具容易調(diào)機(jī)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中模具質(zhì)量問題幾乎為0，模具生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)節(jié)奏比總裝進(jìn)度快，此類物料一般集中在380～800 T生產(chǎn)的部分物料，如風(fēng)葉、格柵等，跟線生產(chǎn)的最小理論時間：無需預(yù)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(chǎn)完成到總裝線至少要3 h緩沖時間，需預(yù)裝的最少比總裝上線提前5 h完成。

戰(zhàn)略庫存：計(jì)算最大庫存量。短期內(nèi)有模具高峰，但模具套數(shù)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(zhuǎn)。間斷需求，合并原則生產(chǎn)，提前上線時間12 h生產(chǎn)。模具狀態(tài)差，產(chǎn)出不穩(wěn)定。

根據(jù)模具噸位安排對應(yīng)噸位機(jī)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(yīng)的顏色、切換邏輯、備注阻燃料的零件明細(xì)及材料編碼）。實(shí)際生產(chǎn)考慮換模、換料時間、調(diào)機(jī)、首檢時間，生產(chǎn)提前期需要3 h （切換準(zhǔn)備）。兼顧輔助設(shè)備（例如水溫機(jī)、時序控制器、溫控箱等）錯峰排產(chǎn)（哪些零件需要用到對應(yīng)的設(shè)備）。根據(jù)崗位定編、產(chǎn)品打包類型合理調(diào)整，減少人力（整理產(chǎn)品打包類型、人員定編基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）。根據(jù)產(chǎn)品去向，考慮皮帶線流向，減少物流運(yùn)轉(zhuǎn)（整理機(jī)床對應(yīng)皮帶線流向）。排產(chǎn)邏輯如圖1所示。

2 具體實(shí)施方案

注塑版塊 APS排程需開發(fā)注塑生產(chǎn)、預(yù)裝生產(chǎn)兩個模塊，從而實(shí)現(xiàn)由系統(tǒng)替代人工排產(chǎn)、人工核數(shù)工作。

2. 1 注塑機(jī)臺生產(chǎn)模塊

派工單生成：（1） 根據(jù)業(yè)務(wù)需求，該界面展示生產(chǎn)計(jì)劃，每一次需求導(dǎo)出之后計(jì)算出來的排產(chǎn)計(jì)劃將會在該界面進(jìn)行展示，方便相關(guān)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(chǎn)訂單，因?yàn)樽⑺苘囬g注塑部分是合并需求進(jìn)行生產(chǎn)預(yù)排，所以本身注塑車間的訂單在 ERP 中與總裝訂單沒有對應(yīng)的關(guān)系表，所以只能關(guān)聯(lián)每一個班組對應(yīng)的物料編碼和計(jì)劃量作為一個唯一值去 ERP 數(shù)據(jù)庫中抓取車間訂單信息;（3）抓取到車間訂單之后就相當(dāng)于計(jì)劃已經(jīng)下達(dá)到車間進(jìn)行生產(chǎn)，這時候才會將帶有車間訂單的派工單保存到數(shù)據(jù)庫，另外需要剔除掉本次生產(chǎn)能夠滿足的總裝需求，在本系統(tǒng)中采取的是將已經(jīng)能夠滿足的總裝需求進(jìn)行備注，保證下一次需求導(dǎo)出的時候不會出現(xiàn)在需求列表中。

具體需求：（1） 根據(jù)操作人員選定的時間段在 ERP 數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出該時間段內(nèi)的總裝確認(rèn)計(jì)劃，即初步的需求明細(xì);（2）去掉需求中調(diào)撥外協(xié)的物料，篩選掉排過產(chǎn)的物料，處理一模多物的物料，擬定戰(zhàn)略庫存物料;（3）將需求按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中給定的合并時間，切換時間，提前時間等條件進(jìn)行合并并且計(jì)算出物料的生產(chǎn)起始時間和結(jié)束時間;（4） 根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表計(jì)算每個物料、模具對應(yīng)哪些機(jī)床（其中要考慮定機(jī)的物料）;（5）因?yàn)榇嬖谟挟a(chǎn)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(jìn)行排產(chǎn);（6）結(jié)合上一次排產(chǎn)的情況將此次需求的物料排程到對應(yīng)的最優(yōu)機(jī)床上面。

具體實(shí)施：從 ERP 數(shù)據(jù)庫中抓取對應(yīng)時間段的確認(rèn)計(jì)劃，根據(jù)物料組、物料類型整理出注塑自制件需求數(shù)據(jù)，如圖2所示。按照備料類型、常用與不常用、需求量大小進(jìn)行區(qū)分，合理安排零件生產(chǎn)時間以及生產(chǎn)數(shù)量。根據(jù)模具噸位安排合適零件到合適噸位機(jī)床生產(chǎn)。兼顧輔助設(shè)備（例如燙金機(jī)、水溫機(jī)、機(jī)械手、溫控箱等）需求，實(shí)現(xiàn)錯峰排產(chǎn)。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的換模換料時間、調(diào)機(jī)時間、首檢時間，合理安排生產(chǎn)提前周期，確保物料適時適量供應(yīng)給后工序。提高原料切換效率，降低原材料切換出現(xiàn)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(jī)臺生產(chǎn)。根據(jù)崗位定編、產(chǎn)品打包類型合理調(diào)整，提高打包點(diǎn)人均效率。根據(jù)產(chǎn)品去向，考慮皮帶線流向，減少物流運(yùn)轉(zhuǎn)。短期內(nèi)有零件需求峰值，但模具套數(shù)有限，需提前備庫存的物料，需做戰(zhàn)略庫存削峰，計(jì)算最大庫存量和提前上機(jī)時間點(diǎn)。根據(jù)零件需求、模具產(chǎn)能、零件庫存合理安排上機(jī)的模具數(shù)量，均衡排產(chǎn)，并識別出峰值，提前安排生產(chǎn)消峰。根據(jù)計(jì)劃下達(dá)車間訂單后，從 ERP 系統(tǒng)抓取車間訂單自動備注已經(jīng)排產(chǎn)完畢的零件需求訂單。開發(fā)手機(jī)派工單 APP ，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃無紙化下發(fā)班組，班組生產(chǎn)準(zhǔn)備報(bào)完工一鍵式完成。

2. 2 部件預(yù)裝生產(chǎn)模塊

（1） 派工單。展示生產(chǎn)計(jì)劃，因?yàn)轭A(yù)裝模塊的需求不需要合并，生產(chǎn)計(jì)劃是貼著總裝的需求逐個進(jìn)行的，所以車間訂單和總裝訂單在 ERP 中有著對應(yīng)的關(guān)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(chǎn)時間并且檢測訂單的異常（總裝是否刪除計(jì)劃，是否修改計(jì)劃數(shù)量，以及今天往后的計(jì)劃是否提前到今天生產(chǎn)）。

（2） 需求明細(xì)。直接從 ERP 中篩選物料組導(dǎo)出總裝計(jì)劃作為預(yù)裝的需求，并且去掉調(diào)撥和外協(xié)物料，篩選掉已經(jīng)排產(chǎn)的物料。

（3） 具體實(shí)施。從 ERP 數(shù)據(jù)庫中抓取對應(yīng)時間段的確認(rèn)計(jì)劃，根據(jù)物料組、物料類型整理出預(yù)裝生產(chǎn)需求。根據(jù)需求訂單、物料提前時間進(jìn)行排產(chǎn)。從 ERP 抓取車間訂單篩選掉已經(jīng)排產(chǎn)完畢的需求訂單。能夠一鍵刷新派工單中需求時間和生產(chǎn)時間并且檢測異常訂單;開發(fā)手機(jī)派工單 APP ，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃無紙化下發(fā)班組。

①可實(shí)現(xiàn)從ERP 數(shù)據(jù)庫中抓取對應(yīng)時間段的確認(rèn)計(jì)劃，根據(jù)物料組、物料類型整理出注塑自制件需求數(shù)據(jù);實(shí)現(xiàn)了根據(jù)既定排產(chǎn)規(guī)則自動安排注塑件排產(chǎn)功能。

②按照備料類型、常用與不常用、需求量大小進(jìn)行區(qū)分，合理安排零件生產(chǎn)時間以及生產(chǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了班組查詢生產(chǎn)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(shù)后放料工作浪費(fèi)和材料浪費(fèi)，有效控制生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和庫存情況;

③以設(shè)備、模具工藝要求標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過采集設(shè)備數(shù)據(jù)與模具工裝編號數(shù)據(jù)，集成至 APS 排產(chǎn)系統(tǒng)中，對模具和機(jī)床噸位切換進(jìn)行信息化監(jiān)控;杜絕出現(xiàn)小機(jī)床上大模具等問題，減少設(shè)備異常影響生產(chǎn)運(yùn)行情況。

3 結(jié)束語

本文以注塑版塊計(jì)劃排程為研究對象，通過分析計(jì)劃排產(chǎn)步驟及原則，指出目前排產(chǎn)過程存在物料庫存、總裝計(jì)劃提前期、機(jī)床產(chǎn)能、機(jī)床運(yùn)行裝況、物料使用頻次與數(shù)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(chǎn)排程。但因信息收集過程耗時耗力，信息處理過程運(yùn)算量大，最終人工“運(yùn)算”結(jié)果無法達(dá)到最優(yōu)解，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)需要加班或者調(diào)整計(jì)劃等策略保障交期。

在此基礎(chǔ)上提出引進(jìn) APS （高級計(jì)劃排程）系統(tǒng)，結(jié)合 MES系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)采集功能，利用運(yùn)籌學(xué)原理，計(jì)算庫存、產(chǎn)能、交貨期等多個條件下的最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)小多高復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境下的計(jì)劃動態(tài)優(yōu)化與高效生產(chǎn)，為生產(chǎn)管理提供可靠的人工干預(yù)依據(jù)與科學(xué)管理方法，同時驗(yàn)證了APS解決方案在離散型制造業(yè)的可行性及推廣性。

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第一作者簡介：肖學(xué)良（1982-），男，江西贛州人，大學(xué)本科，助理工程師，研究領(lǐng)域?yàn)樽⑺芄に嚰白詣踊A(chǔ)。

（編輯：王智圣）