制造型企業(yè)熱處理計劃智能排產(chǎn)應(yīng)用研究

徐光宇

摘要：該文以大型制造類企業(yè)生產(chǎn)管理為背景，以熱處理生產(chǎn)中智能化排產(chǎn)為研究對象，探討適用于零件制造中熱處理工序的計算機(jī)計劃編制方式，通過建立熱處理排產(chǎn)原則和生產(chǎn)排序邏輯，利用MRB系統(tǒng)功能模塊，編制熱處理生產(chǎn)線的生產(chǎn)作業(yè)計劃，并將其嵌入制造MES系統(tǒng)中，形成零件制造的APS工序級制造計劃，打通零件冷熱工藝最后一公里計劃間隔，使零件生產(chǎn)全過程高效可控，提升企業(yè)制造的核心競爭力。

關(guān)鍵詞：熱處理生產(chǎn) 智能化管理 APS（高級計劃與排程） MRP（物料需求計劃） CAPP（計算機(jī)輔助設(shè)計）

引言：隨著我國“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要的確立，深入實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略勢在必行，制造業(yè)必將會迎來一場更加廣泛的發(fā)展變革，技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合智能化制造，將成為制造業(yè)未來的一個主要發(fā)展方向，在大型制造型企業(yè)中，熱處理專業(yè)決定著產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和綜合性能;由于熱處理生產(chǎn)的特殊性，與冷工藝加工比較生產(chǎn)管理相對滯后，本文對熱處理生產(chǎn)管理中數(shù)字化使用開展初步的探討和研究，目的是推進(jìn)制造業(yè)零件加工過程中，中間工序的智能化管理，使企業(yè)的APS工序級計劃實現(xiàn)全過程管控。

一、制造型企業(yè)的計劃層級管理

文中以某大型制造型企業(yè)為藍(lán)本，按企業(yè)管理層級編制下達(dá)各類計劃，不同部門將計劃層層分解，直至具體到作業(yè)現(xiàn)場的日計劃和工位計劃，其作用是企業(yè)計劃期應(yīng)達(dá)到的產(chǎn)品品種、質(zhì)量、產(chǎn)量和產(chǎn)值等生產(chǎn)任務(wù)的計劃和對產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度的安排。企業(yè)主要的層級計劃如圖1。

文中企業(yè)的生產(chǎn)部門采用MES計劃系統(tǒng)制定各類生產(chǎn)計劃，裝配廠和零件生產(chǎn)廠利用MES系統(tǒng)生成廠級生產(chǎn)作業(yè)計劃，但熱處理廠的生產(chǎn)作業(yè)計劃，作為零件生產(chǎn)計劃的一部分，在MES系統(tǒng)中不能自行生成，造成零件生產(chǎn)計劃不能全過程管控;如果實現(xiàn)系統(tǒng)智能化編制熱處理生產(chǎn)作業(yè)計劃，可以實現(xiàn)零件生產(chǎn)計劃閉環(huán)管理，熱處理計劃實現(xiàn)智能化編制后，可以實現(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)能最優(yōu)排產(chǎn)和零件的準(zhǔn)時交付，有助于實現(xiàn)熱處理均衡計劃生產(chǎn)，同時，實現(xiàn)計劃執(zhí)行偏差的顯現(xiàn)化，有助于提高生產(chǎn)線計劃組織的能力。

二、MRB系統(tǒng)生成熱處理生產(chǎn)作業(yè)計劃序列

物料需求計劃（material requirement planning，MRP），是一種將庫房管理和生產(chǎn)進(jìn)度計劃相結(jié)合的計算機(jī)輔助生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)，本文參考MRP編制方式制定熱處理生產(chǎn)作業(yè)計劃。

1、MRP以主生產(chǎn)計劃（MES）系統(tǒng)完成熱處理前廠際移交工序掃碼（到廠時間）為輸入，通過零件CAPP中的工藝參數(shù)與系統(tǒng)預(yù)存的BOM清單參數(shù)比較，生成以生產(chǎn)線為單位的熱處理生產(chǎn)作業(yè)計劃序列。

2、MRP系統(tǒng)中BOM（熱處理生產(chǎn)物料清單）表數(shù)據(jù)來源，是依據(jù)零件工藝文件（CAPP）信息，拆分出所需熱處理生產(chǎn)線（或設(shè)備）、生產(chǎn)線中核心設(shè)備、生產(chǎn)線開工限制條件（生產(chǎn)線設(shè)備檢測有效期內(nèi)、槽液化驗有效期內(nèi)、計量器具檢測有效期內(nèi)、工藝淬透性試驗有效期內(nèi)、生產(chǎn)線工藝評審有效期內(nèi)）、單項零件單爐最大裝爐數(shù)量、工藝輔料庫存等熱處理生產(chǎn)要素生成。

3、為簡便說明問題，本文討論一條熱處理生產(chǎn)線編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，當(dāng)熱處理廠存在多條生產(chǎn)線時，系統(tǒng)設(shè)定順序后，可以按生產(chǎn)線依次編制計劃。

MRP系統(tǒng)對生產(chǎn)線選擇方式如圖2。

三、MRP系統(tǒng)熱處理計劃編制

（一）確定熱處理零件計劃自動排產(chǎn)四項原則

1、計劃優(yōu)先級原則：優(yōu)先級由高向低排序

（1） 計劃優(yōu)先級原則

①計劃項優(yōu)先級設(shè)定

熱處理排產(chǎn)計劃分類包括以下三種：訂單式計劃即計劃期等于（或小于）正常生產(chǎn)期量的熱處理計劃項目;期量式計劃即計劃期大于正常零件生產(chǎn)期量的熱處理計劃項目;手動排產(chǎn)計劃即生產(chǎn)進(jìn)度需要插隊的熱處理計劃項目。

②零件優(yōu)先率計算

零件i優(yōu)先率γi=零件i生產(chǎn)時間/零件i剩余有效時間×100%。當(dāng)零件數(shù)量大于設(shè)備最大裝爐數(shù)量時，生產(chǎn)時間=爐次×單爐生產(chǎn)時間（爐次數(shù)取整計算）;零件i的剩余有效時間=零件i距離交付的剩余天數(shù)×日有效工作時間+計劃當(dāng)日有效工作時間-已排產(chǎn)占用時間;當(dāng)天數(shù)≤0時，按0計算;工作日有效工作時間=班次×每班工作時間×0.86（設(shè)備平均效率系數(shù)）。

③零件優(yōu)先級計算

零件i三種模式優(yōu)先級計算：當(dāng)零件i為手動排產(chǎn)時，計劃優(yōu)先級ψi=N×100（N=1、2、…n）;當(dāng)零件i為訂單式，計劃優(yōu)先級ψi=γi×10;當(dāng)零件i為期量式，計劃優(yōu)先級為ψi=γi。

④優(yōu)先級排產(chǎn)方式

系統(tǒng)按優(yōu)先級數(shù)值大小依次向下排產(chǎn)。

（2）熱處理同工藝原則：與已確定排產(chǎn)零件同工藝項目同優(yōu)先排序

最高優(yōu)先級計劃項目確定后，當(dāng)計劃項目實際數(shù)量等于設(shè)備最大裝爐量時，系統(tǒng)繼續(xù)向下一項計劃排產(chǎn);當(dāng)計劃項目實際數(shù)量大于設(shè)備最大裝爐量時，系統(tǒng)默認(rèn)計劃項目向下一爐次排產(chǎn);當(dāng)計劃項目實際數(shù)量小于設(shè)備最大裝爐量時;系統(tǒng)自動搜尋同工藝參數(shù)的待排產(chǎn)計劃項目，組成同工藝計劃項目集，按設(shè)備利用率計算原則編制計劃。

（3）設(shè)備利用率原則：在同工藝基礎(chǔ)上，單爐裝爐量由高向低排序

系統(tǒng)在同工藝計劃項目集中，按優(yōu)先級再次排序，依據(jù)BOM清單中給定裝爐工藝參數(shù)，計算同工藝計劃項目集中，可能達(dá)到的單爐最大裝爐量計劃項目組合，此計劃項目組合系統(tǒng)視為一爐，按同爐最高優(yōu)先級排產(chǎn)，未排入的計劃項目回復(fù)原優(yōu)先級繼續(xù)排產(chǎn)。

（4）熱處理工藝溫度原則：當(dāng)日熱處理計劃按使用溫度由低向高排序

當(dāng)日計劃中，同一設(shè)備多溫度點生產(chǎn)時，依據(jù)熱處理工藝溫度，由低向高設(shè)定排產(chǎn)順序，即當(dāng)日計劃項中，熱處理工藝溫度最低的計劃項目最先排產(chǎn)，依此類推，向高工藝溫度計劃項目排序，可有效縮短設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。

（二）熱處理作業(yè)計劃編制

系統(tǒng)依據(jù)各項計劃編制原則，以生產(chǎn)線核心設(shè)備日有效工作時間為基準(zhǔn)，編制生產(chǎn)線熱處理作業(yè)計劃，以計劃編制日期次日工作開始時間起，計劃當(dāng)日最后1項（或1爐批）計劃的末道工序結(jié)束時間止，當(dāng)計劃工作時間等于或近似等于當(dāng)日有效工作時間時（偏差不超過±30分鐘視為符合），當(dāng)日計劃編制結(jié)束;當(dāng)結(jié)束時間超過±30分鐘時，最后一項計劃項目待確定狀態(tài)，系統(tǒng)按各項原則重新選擇最后1項（或同1批）計劃項目進(jìn)行比對，直至符合設(shè)定要求，未選定計劃項目恢復(fù)原優(yōu)先級次日排產(chǎn)，必要時，可選擇手動確認(rèn)計劃，臨時調(diào)整班組工作時間（縮短或延長），以保證計劃進(jìn)度需求。

1、熱處理日計劃工作時間M日確定

M日=∑s手動輸入計劃爐次×單爐生產(chǎn)時間+∑Di訂單計劃爐次×單爐生產(chǎn)時間+∑R期量計劃爐次×單爐生產(chǎn)時間

∑s訂單計劃爐次=生產(chǎn)線當(dāng)日手動輸入計劃項折合開爐數(shù)量，∑D訂單計劃爐次=生產(chǎn)線當(dāng)日訂單計劃項折合開爐數(shù)量，∑R期量計劃爐次=生產(chǎn)線當(dāng)日期量計劃項折合開爐數(shù)量

當(dāng)M日>日有效工作時間+30分鐘，重新選擇計劃項目，或選擇手動確認(rèn);

當(dāng)M日=日有效工作時間±30分鐘，生成當(dāng)日熱處理生產(chǎn)計劃;

當(dāng)M日<日有效工作時間-30分鐘，重新選擇計劃項目，或選擇手動確認(rèn)。

2、當(dāng)日計劃編制完成后，系統(tǒng)繼續(xù)編制次日計劃，計劃周期一般設(shè)定為7天，即一次編制7天熱處理滾動作業(yè)計劃;當(dāng)出現(xiàn)計劃優(yōu)先級調(diào)整或MES系統(tǒng)新增計劃時，系統(tǒng)將提示重新編制新滾動計劃或手動添加計劃項目。熱處理計劃編制流程如圖3。

四、計劃編制中的常見問題

1、計劃上游信息輸入不準(zhǔn)確，APS零件計劃系統(tǒng)處于動態(tài)管理中，受生產(chǎn)要素波動影響，熱處理上游計劃信息會出現(xiàn)偏差，即零件不能按期送抵熱處理廠，使熱處理計劃無法實施;

應(yīng)對措施：1）在APS計劃編制中增加柔性部分，提高計劃抗波動能力;2）對熱處理期量式計劃編制時，采取T+1形式，即按到廠期延后一天開始制定計劃;3）及時調(diào)整熱處理作業(yè)計劃，必要時，重新編制新計劃。

2、系統(tǒng)中BOM工藝參數(shù)錯誤，系統(tǒng)工藝參數(shù)導(dǎo)入及后續(xù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更改等，都會造成系統(tǒng)中的BOM工藝參數(shù)錯誤，會導(dǎo)致計劃編制錯誤，嚴(yán)重時會造成零件報廢;應(yīng)對措施：

1）指定技術(shù)部門專人負(fù)責(zé)BOM數(shù)據(jù)的導(dǎo)入前后的復(fù)查，確保工藝原始數(shù)據(jù)正確性和導(dǎo)入的完整性;2）制定專項規(guī)定，確保后續(xù)工藝參數(shù)更改時，系統(tǒng)及時維護(hù)更新;3）計劃編制人員和班組操作者也要對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行檢查，避免錯誤計劃信息的傳遞和執(zhí)行。

3、生產(chǎn)線設(shè)備臨時故障，熱處理生產(chǎn)線需要設(shè)備較多，使用條件嚴(yán)格，且生產(chǎn)線需要聯(lián)動，即一臺設(shè)備故障也會造成生產(chǎn)線停產(chǎn)，因此，熱處理生產(chǎn)線臨時故障不能完全避免，造成計劃無法實施;應(yīng)對措施：1）建立熱處理生產(chǎn)線風(fēng)險管理機(jī)制，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備故障隱患，采取有效措施，減少臨時故障出現(xiàn);2）在編制熱處理工藝時，盡量采取復(fù)線生產(chǎn)方式，及有兩臺以上的設(shè)備承擔(dān)各個工序，一旦出現(xiàn)設(shè)備臨時故障，可以使用其它設(shè)備繼續(xù)執(zhí)行生產(chǎn)計劃;3）建立高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度，確保設(shè)備一、二級保養(yǎng)的落實，建立設(shè)備關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)，實行設(shè)備計劃預(yù)知維修制度，建立設(shè)備檔案，監(jiān)控使用年限和狀態(tài)，關(guān)鍵設(shè)備要有計劃的實行條件建設(shè)更新。

結(jié)束語：

大型企業(yè)中，熱表專業(yè)廠作為零件制造過程的中間工序，其生產(chǎn)作業(yè)計劃歷來不被重視，造成零件生產(chǎn)的APS計劃中部分工序不可控，制造計劃不能貫通零件制造的全過程，為提高制造業(yè)的管理創(chuàng)新能力，不斷提升生產(chǎn)計劃的管控能力，本文以熱處理生產(chǎn)作業(yè)計劃管控切入，引申大型制造型企業(yè)對熱處理、表面處理、清理強(qiáng)化、無損檢測等工步的計劃管理改進(jìn)提升研討，通過數(shù)字化手段，達(dá)到零件生產(chǎn)工序級計劃的精準(zhǔn)編制，提升國有制造業(yè)生產(chǎn)管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊俊.離散制造業(yè)高級計劃排產(chǎn)應(yīng)用研究[J].《自動化與儀表》，2019（4）.

[2]劉喜龍，張勇，張晶晶.有心感應(yīng)爐組生產(chǎn)能力提升影響因素分析[J].《工業(yè)加熱》，2019（4）.

[3]潘家軺，曹德弼.現(xiàn)代生產(chǎn)管理學(xué)（第3版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.1.