小批量多品種產(chǎn)品的工廠化定制生產(chǎn)模式

陳建杰, 屠建飛

小批量多品種產(chǎn)品的工廠化定制生產(chǎn)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(chǎn)中存在的生產(chǎn)規(guī)模小、資源不足、生產(chǎn)過程不連續(xù)、計劃多變等問題, 本文結合小批量多品種生產(chǎn)的特點, 提出一種新的工廠化定制生產(chǎn)模式. 構建的小批量多品種產(chǎn)品工廠化定制生產(chǎn)架構平臺由用戶需求收集、生產(chǎn)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(chǎn)任務批次分組等過程, 將小批量多品種訂單轉(zhuǎn)化為較大規(guī)模工廠化定制生產(chǎn). 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(chǎn)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(chǎn)品, 而希望獲得更多與自身需求相一致的準確產(chǎn)品. 眾多仍采用傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營方式的作坊式門店將面臨個性化定制訂單增加, 單一產(chǎn)品批量變少等問題, 面臨轉(zhuǎn)型升級的迫切需要.

對小批量多品種產(chǎn)品生產(chǎn)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(chǎn)存在設備更換次數(shù)多、調(diào)整時間長的問題, 分析了產(chǎn)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(yè)產(chǎn)品存在生產(chǎn)數(shù)量少、種類繁多以及生產(chǎn)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(chǎn)線的模型. 王波等[3]針對小批量多品種的裝配生產(chǎn)線優(yōu)化問題, 利用價值流分析圖、產(chǎn)品數(shù)量分析方法來規(guī)劃產(chǎn)品系列、過程和操作標準化, 建立U型精益生產(chǎn)線. 趙晏林[4]針對小批量多品種生產(chǎn)存在的問題, 通過對當前家具混流生產(chǎn)模式的研究分析, 采用啟發(fā)式算法計算最佳的混合流生產(chǎn)工作線. 李浩等[5]構建大批量定制個性化產(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量問題, 提出一種制作質(zhì)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(chǎn)模式下的調(diào)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(chǎn)模式中存在的產(chǎn)品種類多以及自動化生產(chǎn)困難等一系列問題, 建立小批量生產(chǎn)的柔性自動化技術.

國內(nèi)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(xù)研究提供了有益的參考和借鑒. 本文從工廠化生產(chǎn)角度探討小批量多品種產(chǎn)品的定制生產(chǎn)模式, 該模式通過互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)線上線下相結合, 建立工廠化定制生產(chǎn)系統(tǒng), 將門店小批量多品種產(chǎn)品制造訂單進行統(tǒng)一匯總, 由制造工廠實現(xiàn)批量化生產(chǎn), 由此提高門店服務質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量.

1 工廠化定制生產(chǎn)架構平臺

工廠化定制生產(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)站和實體門店兩部分構成. 用戶可以通過電商網(wǎng)站選購產(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)架構平臺

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

1.2 生產(chǎn)管理子平臺

生產(chǎn)管理子平臺是工廠化定制生產(chǎn)系統(tǒng)的制造核心, 由訂單處理模塊、生產(chǎn)任務分組模塊、產(chǎn)品生產(chǎn)模塊等三部分組成.

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

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

產(chǎn)品生產(chǎn)模式中的工廠化定制生產(chǎn)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(chǎn), 個性化定制組用于確定定制產(chǎn)品的分組生產(chǎn).

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(yè)務. 通過智能化技術應用, 提高相關服務的效率與質(zhì)量.

2 工廠化定制生產(chǎn)過程

工廠化定制生產(chǎn)過程包括訂單處理、生產(chǎn)任務分組和產(chǎn)品生產(chǎn)等三個組成部分, 用以將小批量訂單匯總轉(zhuǎn)化成為較大規(guī)模工廠化生產(chǎn), 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(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)需求, 如{P, …,P}.

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

零件的生產(chǎn)任務又可以依據(jù)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(jù)采購分組要素形成多項采購任務. 如零件P1的生產(chǎn)任務為{生產(chǎn)任務T11, 生產(chǎn)任務T12, …}.

圖2 工廠化定制生產(chǎn)過程

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

2.2 生產(chǎn)任務分組

以類別C下的P、P、P定制產(chǎn)品為例. 此3項定制產(chǎn)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(chǎn)任務存在一定相似性和內(nèi)在關聯(lián)性. 這些關聯(lián)性包括加工設備的關聯(lián)性、加工人員的關聯(lián)性、原材料的關聯(lián)性等, 所以這些關聯(lián)性即是生產(chǎn)任務批次分組的依據(jù).

考慮影響生產(chǎn)任務分組的關聯(lián)性要素, 結合時間、排程、客戶等級等其他經(jīng)營要素, 可以確定分組要素的優(yōu)先級, 將生產(chǎn)任務重新編制成生產(chǎn)計劃, 形成多組生產(chǎn)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(chǎn)工裝夾具的生產(chǎn)任務置于同一批次, 或?qū)⒕哂星昂蠊ば蜿P聯(lián)關系的生產(chǎn)任務歸為同一批次等. 形成諸如生產(chǎn)任務批次1{生產(chǎn)任務T11, 生產(chǎn)任務T11, …}等批次任務清單.

2.3 產(chǎn)品生產(chǎn)

經(jīng)重新組合的各批次生產(chǎn)任務可交由生產(chǎn)管理子平臺的工廠化定制生產(chǎn)組生產(chǎn), 并生成相應的定制生產(chǎn)計劃.

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

3 實例

以傳統(tǒng)眼鏡店為例, 其現(xiàn)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(shù)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(tǒng)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(huán)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(shù), 形成眼鏡訂單(圖3).

鏡片生產(chǎn)工廠通過生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)任務和原材料需求(圖4).

鏡片等生產(chǎn)任務需經(jīng)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(chǎn)任務,多項生產(chǎn)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(yōu)先級, 如加工設備、加工人員技術、鏡片材料、鏡片參數(shù)及驗光參數(shù)對鏡片磨片生產(chǎn)任務的影響, 分組形成如圖5所示的生產(chǎn)任務批次組, 并以任務批次組為對象制定生產(chǎn)計劃.

圖4 眼鏡BOM

圖5 眼鏡生產(chǎn)任務分組

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

4 結論

本文提出了一種小批量多品種產(chǎn)品的工廠化定制生產(chǎn)模式, 利用工廠化定制平臺對用戶訂單實現(xiàn)有效的集成和統(tǒng)一管理. 并通過訂單產(chǎn)品的分組生產(chǎn)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(chǎn)品存在的生產(chǎn)能力不強, 效率較低等一系列問題, 實現(xiàn)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(xiàn)小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn), 降低企業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)方式的SIMIO仿真優(yōu)化[J]. 機床與液壓, 2020, 48(2):133-137.

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

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

[5] 李浩, 陶飛, 文笑雨, 等. 面向大規(guī)模個性化的產(chǎn)品服務系統(tǒng)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新引領制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級—–基于海爾集團COSMOPlat的探索性案例研究[J]. 現(xiàn)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(wǎng)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(yè)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(yè)信息化及供應鏈管理. E-mail: tujianfei@nbu.edu.cn

（責任編輯 章踐立）