裝配式智能工廠生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化輔助工具研究實(shí)踐

邱 月，廖 羿，文小東，宗 霏，叢 旭，高 聰

（成都交投建筑工業(yè)化有限公司，四川 成都 610041）

1 研究背景

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于加強(qiáng)縣城綠色低碳建設(shè)的意見》等文件，為“十四五”時(shí)期建筑業(yè)發(fā)展提出明確的發(fā)展目標(biāo)和任務(wù)。在國家政策的指導(dǎo)下，四川省印發(fā)“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)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(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中積極推行裝配式技術(shù)。成都交投建筑工業(yè)化有限公司是成都交投集團(tuán)按照國家“大力推廣裝配式建筑，走綠色低碳產(chǎn)業(yè)之路”的發(fā)展要求，結(jié)合成都市戰(zhàn)略規(guī)劃和集團(tuán)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，打造全國一流的綜合性預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)基地，以在西南裝配式建筑市場占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。目前國內(nèi)裝配式橋梁構(gòu)件工廠，普遍采用人工進(jìn)行管理，在計(jì)劃調(diào)度、執(zhí)行、跟蹤、反饋環(huán)節(jié)基本依靠管理團(tuán)隊(duì)人工執(zhí)行，存在計(jì)劃編制效率不高，與執(zhí)行環(huán)節(jié)存在一定的脫節(jié)，執(zhí)行數(shù)據(jù)不能及時(shí)得到反饋，所以需要研究計(jì)劃管理信息化輔助工具，通過平臺的合理計(jì)劃和調(diào)度，提高生產(chǎn)效率和管理效率，同時(shí)降低管理人員的工作負(fù)擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)減員增效，提高產(chǎn)能的目標(biāo)。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度管理領(lǐng)域，MRPII（Manufacturi ng Resources Planning）JIT（Just In Time）分別是當(dāng)今世界上兩個(gè)具有代表性的先進(jìn)生產(chǎn)管理模式。

2.1 MRPII 研究現(xiàn)狀

MRPII 系統(tǒng)是在美國生產(chǎn)與庫存控制協(xié)會（APICS）在物料需求計(jì)劃MRP 的基礎(chǔ)上形成的一套生產(chǎn)調(diào)度管理算法模式，它經(jīng)歷了基本MRP、閉環(huán)MRP 從而演化到MRPII，是應(yīng)用于生產(chǎn)與庫存控制方面的一種先進(jìn)的管理思想和管理方法，可適用于離散型工業(yè)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、機(jī)械、化工、食品等行業(yè)。

MRPII 的核心思想以MRP（Materials Requi rements Planning）為基礎(chǔ)，是生產(chǎn)型企業(yè)中成熟的企業(yè)管理方法和生產(chǎn)調(diào)度理論。MRPII 包含了企業(yè)生產(chǎn)管理全過程的所有環(huán)節(jié)和元素，有效利用生產(chǎn)資源達(dá)到最大化生產(chǎn)產(chǎn)能為目標(biāo)。通過對生產(chǎn)的科學(xué)調(diào)度，有效的調(diào)度、組織、管理生產(chǎn)資源，在保證生產(chǎn)順暢連續(xù)執(zhí)行的前提下，最大限度地降低各生產(chǎn)原材料的庫存，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)管理效率，以創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和效益。MRPII 根據(jù)訂單需求，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)調(diào)度，把物料的需求作為生產(chǎn)計(jì)劃制定的核心依據(jù)，從而制定出詳細(xì)的車間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，并以此為支撐，涵蓋到生產(chǎn)管理的全部過程，形成一個(gè)閉環(huán)管控系統(tǒng)。這種生產(chǎn)管理方法，通過計(jì)劃依次推動后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)活動，推動各環(huán)節(jié)以及各生產(chǎn)要素的協(xié)同作業(yè)。MRPII 的生產(chǎn)計(jì)劃指令的執(zhí)行過程如圖1 所示。

圖1 MRPII 的生產(chǎn)計(jì)劃指令的執(zhí)行過程

2.2 JIT 研究現(xiàn)狀

JIT（Just In Time）準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)，也稱作為無庫存、零庫存生產(chǎn)，該生產(chǎn)管理方法由日本豐田公司于20 世紀(jì)60 年代首創(chuàng)，通過生產(chǎn)模式的優(yōu)化調(diào)整，為豐田公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，從而被全世界其他國家生產(chǎn)型企業(yè)廣泛接受并不斷優(yōu)化。JIT 的基本原理是只有在接到訂單的時(shí)候才開始組織生產(chǎn)，在組織生產(chǎn)的時(shí)候才開始從供應(yīng)商處采購原材料，后置工序根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)看板向上一道工序取貨，保證各環(huán)節(jié)物質(zhì)傳遞和生產(chǎn)加工節(jié)拍始終同步，達(dá)到物資庫存以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)在制品均達(dá)到最低庫存以及零庫存，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

在JIT 生產(chǎn)管理模式中，采用拉取模式，每個(gè)工序的生產(chǎn)計(jì)劃是根據(jù)下一道工序的需求定制，所以各工序的計(jì)劃量與需求量可以保持絕對的一致，從而達(dá)到每個(gè)工序在制品零庫存的目標(biāo)。JIT 的生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行過程如圖2 所示。

圖2 JIT 的生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行過程

2.3 MRPII 和JIT 的局限性研究

MRPII 模式中制定的生產(chǎn)計(jì)劃和管控相分離，不能適應(yīng)復(fù)雜的行業(yè)變化情況；生產(chǎn)計(jì)劃的發(fā)揮效果依賴批量以及提前期等參數(shù)的準(zhǔn)確性，如果參數(shù)偏差則會造成生產(chǎn)計(jì)劃的嚴(yán)重偏離；為了保證適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)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(chǎn)控制的難度，如果要保證生產(chǎn)計(jì)劃在復(fù)雜的行業(yè)變化中具備較高的可執(zhí)行性，就需要保持較高的柔性以及行業(yè)反應(yīng)靈敏度，提高批量及預(yù)期的參數(shù)的準(zhǔn)確性，從而避免MRPII 的局限性，充分發(fā)揮MRPII 的優(yōu)勢。

JIT 以及時(shí)交付、零庫存為管理目標(biāo)，整體的計(jì)劃性較弱，生產(chǎn)控制中缺少對長期生產(chǎn)計(jì)劃的指導(dǎo)，如果行業(yè)需求頻繁、復(fù)雜變化，就會造成生產(chǎn)能力的明顯過剩或短缺，導(dǎo)致生產(chǎn)空閑或交付延期。JIT 過于強(qiáng)調(diào)零庫存，沒有考慮安全庫存的必要性，生產(chǎn)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(chǎn)不均衡的情況，且很難真正定位到生產(chǎn)瓶頸并加以處理。在執(zhí)行過程中需建立穩(wěn)健的供應(yīng)鏈，確保供應(yīng)完全可靠，以免造成生產(chǎn)停頓及交付延期。

3 主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

裝配式橋梁的生產(chǎn)組織是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，對外需要協(xié)調(diào)訂單需求、供應(yīng)商材料供應(yīng)等，對內(nèi)需要協(xié)調(diào)生產(chǎn)部、經(jīng)管部、物資部、設(shè)備部、工程部、質(zhì)量部、安全部等多部門以及資源的配合，同時(shí)還受制于產(chǎn)品養(yǎng)護(hù)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(chǎn)組織控制方法，以提高生產(chǎn)組織效率，最大化發(fā)揮有限資源，實(shí)現(xiàn)最大交付產(chǎn)能。

3.1 裝配式橋梁生產(chǎn)管理流程

裝配式橋梁是這一種粗粒度訂單式離散型生產(chǎn)過程，所接收到的業(yè)主方的生產(chǎn)訂單均為長期、大批量、定制化的生產(chǎn)任務(wù)。在接收訂單之后，需要對訂單進(jìn)行分解，制定長期、中期、短期生產(chǎn)執(zhí)行計(jì)劃，以對生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。

如圖3 所示，在中長期生產(chǎn)計(jì)劃的指導(dǎo)線，車間以短期執(zhí)行計(jì)劃為指導(dǎo)，進(jìn)行具體的生產(chǎn)加工工序，按照生產(chǎn)計(jì)劃的要求，完成產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

圖3 裝配式橋梁生產(chǎn)工藝過程

3.2 裝配式橋梁生產(chǎn)過程關(guān)鍵制約因素

裝配式橋梁生產(chǎn)與其他工業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)存在一定的差異，在生產(chǎn)過程中對應(yīng)的生產(chǎn)制約因素而有所差異，裝配式橋梁生產(chǎn)過程主要制約因素如下。

①產(chǎn)品生產(chǎn)的進(jìn)度需要與工程現(xiàn)場施工進(jìn)度匹配，并根據(jù)現(xiàn)場施工計(jì)劃的調(diào)整快速調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。②裝配式橋梁生產(chǎn)需要按照規(guī)定的時(shí)間周期養(yǎng)護(hù)，所以生產(chǎn)計(jì)劃需要提前與現(xiàn)場施工進(jìn)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(diào)控的影響，原材料短缺對生產(chǎn)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(yán)重制約著產(chǎn)能。⑤生產(chǎn)過程需要大量的勞務(wù)工人，自動化程度較低，生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行存在較大的不可控因素。

綜上所述，裝配式橋梁的生產(chǎn)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(xiàn)有管理理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合裝配式橋梁生產(chǎn)管理過程的特點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，研究一種特有的適合企業(yè)生產(chǎn)和管理現(xiàn)狀的生產(chǎn)調(diào)度理論體系。

3.3 MRPII 與JIT 的整合應(yīng)用

對MRPII 和JIT 的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比和分析可知，MRPII 側(cè)重于中長期的規(guī)劃，但生產(chǎn)計(jì)劃和管控相分離，對于橋梁生產(chǎn)模式中作業(yè)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(chǎn)環(huán)節(jié)的管控比較到位，能夠在一定程度上彌補(bǔ)MRPII 缺少生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)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(chǎn)作業(yè)提供有效的指導(dǎo)方法，詳見圖4。

圖4 MRPII/JIT 混合生產(chǎn)管理模式

3.4 在MES 生產(chǎn)管理軟件平臺中的應(yīng)用

在MRPII/JIT 混合生產(chǎn)管理模式的基礎(chǔ)上，成都交投建筑工業(yè)化有限公司與成都五言信息技術(shù)有限公司聯(lián)合研發(fā)了裝配式橋梁生產(chǎn)管理數(shù)字化平臺，并在邛崍裝配式橋梁基地進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。

（1）計(jì)劃輔助工具。研發(fā)成功的軟件平臺中，提供的生產(chǎn)計(jì)劃制定輔助工具，在工具中對生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集，并計(jì)算關(guān)鍵生產(chǎn)制約因素，提供可視化的報(bào)表執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃人員進(jìn)行計(jì)劃的編制，在計(jì)劃編制的過程中，還可以對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，軟件工具自動進(jìn)行計(jì)算和校驗(yàn)，確保實(shí)時(shí)的及時(shí)反饋到管理人員，克服MRPII 模式中的計(jì)劃執(zhí)行脫節(jié)的問題，更好地為現(xiàn)場生產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。

（2）執(zhí)行過程即時(shí)監(jiān)控反饋。為了克服MRPII在執(zhí)行層面存在的問題，在執(zhí)行車間設(shè)置崗位管理看板，通過崗位管理看板實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況，對于計(jì)劃的任何偏離，在第一時(shí)間反饋在管理看板以及推送到生產(chǎn)管理人員，通過現(xiàn)場管理看板，克服MRPII 在現(xiàn)場管理存在的局限性。

（3）總體進(jìn)度控制。通過生產(chǎn)管理軟件平臺，對生產(chǎn)過程中的執(zhí)行數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，并形成總體進(jìn)度控制報(bào)表，推送至生產(chǎn)管理人員，生產(chǎn)管理人員根據(jù)報(bào)表可以對生產(chǎn)計(jì)劃的整體進(jìn)行情況進(jìn)行具體分析，從而做出對應(yīng)的計(jì)劃優(yōu)化調(diào)整手段。通過MRPII整體計(jì)劃以及車間執(zhí)行JIT 的綜合管理，實(shí)現(xiàn)了對裝配式橋梁生產(chǎn)過程中的有效管理。

4 展望及應(yīng)用前景

通過對MRPII 和JIT 的綜合應(yīng)用，并結(jié)合MES生產(chǎn)管理軟件，在邛崍生產(chǎn)基地得到良好的應(yīng)用，在應(yīng)用過程中對基本的理論框架進(jìn)行了有效的驗(yàn)證。

文章僅對MRPII 和JIT 在裝配式橋梁生產(chǎn)的核心過程進(jìn)行研究和實(shí)踐，在后續(xù)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(chǎn)計(jì)劃編制的輔助工具和執(zhí)行監(jiān)控工具，尚未提供智能化的自動排程算法和工具，在后續(xù)的研究中，可以根據(jù)裝配式橋梁的生產(chǎn)管理特點(diǎn)，并基于現(xiàn)有的MES 管理平臺軟件基礎(chǔ)，進(jìn)行自動排產(chǎn)算法的研究和實(shí)踐，進(jìn)一步提高生產(chǎn)計(jì)劃編制和執(zhí)行效率。