PUSH-PULL集成生產(chǎn)管理模式與制造執(zhí)行系統(tǒng)

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企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求生存，就必須能夠滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多品種、變批量、低成本、高質(zhì)量的需求，不斷提高自身對(duì)外界需求環(huán)境的響應(yīng)速度。為此，企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，采用有效的生產(chǎn)管理模式，確保在日益激烈的全球化競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。項(xiàng) 目型 生 產(chǎn)的企業(yè)，以訂單驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，以項(xiàng)目組織生產(chǎn)。與其他生產(chǎn)類型相比，具有對(duì)交貨期要求高，生產(chǎn)繼承性弱，質(zhì)量控制困難、能力低等特點(diǎn)。其中“生產(chǎn)繼承性弱”是項(xiàng)目與一般的任務(wù)、工作和活動(dòng)的最主要的區(qū)別。生產(chǎn)繼承性弱引起的生產(chǎn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致項(xiàng)目型生產(chǎn)的企業(yè)的作業(yè)計(jì)劃失效，以至于頻繁調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。針對(duì)這個(gè)問題，傳統(tǒng)的推式（MRP）管理模式與拉式（JIT）管理模式都不能全面解決。因此，研究與探索新型的生產(chǎn)管理模式是企業(yè)目前的迫切需求。

早在1987年國(guó)際APICS會(huì)議上，就已提出了MRP與JIT的集成問題，但在當(dāng)時(shí)只得到了一般性的關(guān)注。George. Foo等人提出了選擇生產(chǎn)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)則，并總結(jié)了在MRP與JIT整合系統(tǒng)中達(dá)到最佳執(zhí)行效果的方案。東北大學(xué)汪定偉教授采用馬爾可夫決策理論對(duì)推/拉結(jié)合的控制策略進(jìn)行了定量計(jì)算，找出推/拉結(jié)合的最佳控制點(diǎn)，以此來達(dá)到減少庫(kù)存、及時(shí)交貨的目的。但這種控制方式是一種生產(chǎn)存儲(chǔ)控制，根據(jù)系統(tǒng)的存儲(chǔ)狀況來下達(dá)生產(chǎn)指令，在MRP控制階段就根據(jù)毛需求量減去現(xiàn)有存儲(chǔ)量得到的凈需求量來計(jì)算指令生產(chǎn)量，在JIT階段為看板控制，直接根據(jù)空看板數(shù)下達(dá)生產(chǎn)指令。以上研究雖然都體現(xiàn)了MRP與JIT集成的思想，但是在做計(jì)劃時(shí)仍然擺脫不了提前期對(duì)結(jié)果的影響。

本文在綜合MRP與JIT應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，提出了一種PUSH-PULL集成的新型生產(chǎn)管理模式：用活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖與資源調(diào)度相結(jié)合的方式進(jìn)行車間作業(yè)計(jì)劃，并根據(jù)JIT的思想，通過電子看板建立車間信號(hào)系統(tǒng)來拉動(dòng)生產(chǎn)。這種由制造任務(wù)構(gòu)成的活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)稱為制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)圖中的任務(wù)活動(dòng)定義為詳細(xì)描述產(chǎn)品生產(chǎn)所需要經(jīng)歷的全部步驟，包括必要的準(zhǔn)備工作及工序。制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)圖清楚地反映了各個(gè)任務(wù)之間相互制約、相互協(xié)調(diào)的關(guān)系，從而清楚地掌握各項(xiàng)任務(wù)在全局的地位與作用。采用制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)在資源能力約束下的進(jìn)度計(jì)劃方法，避免了傳統(tǒng)計(jì)劃方法對(duì)提前期準(zhǔn)確度過高的要求，制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與生產(chǎn)執(zhí)行過程始終是實(shí)時(shí)同步的，通過計(jì)劃的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)需求的快速反應(yīng)。本文詳細(xì)論述了這種管理模式，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例給出了這種管理思想在制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中的應(yīng)用實(shí)例。

1 傳統(tǒng)推式與拉式生產(chǎn)管理模式

推式生產(chǎn)與拉式生產(chǎn)來源于不同的背景，因而有著不同的管理目標(biāo)與追求，即其實(shí)際運(yùn)用的管理準(zhǔn)則不同。

推式生產(chǎn)主要是根據(jù)上層MRP計(jì)算產(chǎn)生的需求在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)安排生產(chǎn)，通過計(jì)劃來推動(dòng)生產(chǎn)的進(jìn)行。其目標(biāo)是：有效合理地利用資源，改善計(jì)劃，壓縮庫(kù)存；盡量滿足客戶需求，平衡生產(chǎn)能力，壓縮成品庫(kù)存；通過控制少量的在制品庫(kù)存，保證連續(xù)生產(chǎn)。一個(gè)完備的MRP系統(tǒng)必須有及時(shí)準(zhǔn)確更新的庫(kù)存信息，有準(zhǔn)確反映產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物料清單，有充分描述所需資源路徑的生產(chǎn)工藝。

但是MRP系統(tǒng)仍然存在著兩個(gè)核心問題：

（1）MRP是在無限能力的條件下做的，因此計(jì)劃是不可靠的；

（2）MRP使用了事先給定的生產(chǎn)提前期，不反映現(xiàn)實(shí)的情況，夸大了提前期，導(dǎo)致安排的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃失效。

采用JIT思想的拉式生產(chǎn)用實(shí)際的需求作為拉動(dòng)生產(chǎn)的動(dòng)力。生產(chǎn)線上的每一個(gè)部門都只生產(chǎn)下一個(gè)部門所急需的產(chǎn)品與半成品，每一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)都受到下一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的拉動(dòng)。JIT的這種拉動(dòng)模式一方面可以消除不必要的存貨，另一方面使各部門之間物料的移動(dòng)時(shí)間、檢驗(yàn)時(shí)間大大縮短，從而縮短了制造周期，降低了企業(yè)的成本。這種拉動(dòng)式生產(chǎn)通常在重復(fù)生產(chǎn)或大量生產(chǎn)的條件下才能有效地發(fā)揮作用，它不適合在項(xiàng)目型生產(chǎn)制造中應(yīng)用。

針對(duì)以上兩種傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的不足，我們需要在這兩種生產(chǎn)模式的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，尋找一種新的模式來適應(yīng)項(xiàng)目型制造企業(yè)的需要。

2 集成的生產(chǎn)模式

在PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式中，強(qiáng)調(diào)了兩個(gè)重要的概念，一個(gè)是產(chǎn)品物料清單（Bill Of Material，BOW），它是一種描述裝配件的結(jié)構(gòu)化零件表，其中包括所有的子裝配件、零件、原材料的清單，以及制造一個(gè)裝配件所需物料的數(shù)量，BOM是進(jìn)行MRP計(jì)算的重要數(shù)據(jù)；另一個(gè)是產(chǎn)品操作清單（Bill Of Operate，BOO），它描述的是生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品所需要經(jīng)歷的所有生產(chǎn)過程，其中包括必要的準(zhǔn)備工作，如生產(chǎn)工藝文件的準(zhǔn)備過程、刀量具的準(zhǔn)備過程、輔助工具的準(zhǔn)備過程以及加工該零件所需要經(jīng)歷的工序等。

在傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)管理模式中，生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃是以交貨期或者完工日期為基準(zhǔn)，參考生產(chǎn)提前期倒排出來的，計(jì)劃的安排對(duì)生產(chǎn)提前期的依賴性很強(qiáng)，提前期的準(zhǔn)確性決定了需求計(jì)劃，甚至生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確與合理程度。但是，對(duì)于項(xiàng)目型制造來說，生產(chǎn)提前期確定比較困難，從而導(dǎo)致按這種模式安排生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的準(zhǔn)確性低。

PUSH-PULL生產(chǎn)管理模式中，應(yīng)用產(chǎn)品的物料清單（BOM）與操作清單（BOO）生成完成產(chǎn)品制造的制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)描述了產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所需要的全部操作過程，并在關(guān)鍵任務(wù)上設(shè)定交付時(shí)間。在這個(gè)制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在資源能力約束下用“推”的方式解決關(guān)鍵資源上加工的關(guān)鍵件的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃，而使用非關(guān)鍵資源的工序任務(wù)的排定則完全依賴于整個(gè)制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的約束條件（如越早越好，不得早于…開始等），通過JIT的“拉”的方式進(jìn)行自動(dòng)安排。這樣大大地減少了排序與資源負(fù)荷分配的難度，縮短了車間制訂生產(chǎn)計(jì)劃的時(shí)間。有關(guān)瓶頸資源調(diào)度的算法已有很多種，如禁忌搜索算法、遺傳算法、模擬退火算法等，本文在此不作詳細(xì)介紹。

任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生淡化了產(chǎn)品生產(chǎn)提前期的概念，零部件的排隊(duì)時(shí)間、等待時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況由網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)任務(wù)間的關(guān)系，在能力約束下進(jìn)行調(diào)整。前一工序完成后，后續(xù)非關(guān)鍵工序?qū)?huì)依據(jù)其調(diào)度屬性跟隨網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)重新進(jìn)行排列。零部件的準(zhǔn)備時(shí)間和加工時(shí)間可以在計(jì)劃執(zhí)行的過程中逐漸得到修正，而生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃也會(huì)根據(jù)具體的執(zhí)行情況由網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)修正，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)劃滾動(dòng)調(diào)整，保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的準(zhǔn)確性，可以更好地滿足多品種小批量生產(chǎn)、科研試制以及項(xiàng)目型制造等混合模式的制造任務(wù)要求。PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式的示意圖如圖1所示。

圖1 PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式

系統(tǒng)中采用JIT的思想來控制短期的計(jì)劃執(zhí)行過程。但是，傳統(tǒng)的JIT的應(yīng)用是在流水型制造的流水線上，而在非流水型的機(jī)械制造中并沒有完整的流水線的概念，往往是將工廠的資源劃分為不同的制造單元，零件加工在各個(gè)不同的加工制造單元中穿梭。在不同的加工單元內(nèi)部及加工單元之間，采用了基于電子看板的現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過任務(wù)調(diào)度和分配模塊，將任務(wù)分配給工人和設(shè)備，然后通過車間的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與各臺(tái)設(shè)備前的計(jì)算機(jī)終端將任務(wù)列表呈現(xiàn)給工人。通過電子看板，操作者可以了解需要做什么、怎么做、以及向計(jì)劃調(diào)度反饋任務(wù)的必要信息。

3 在制造執(zhí)行系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例

下文以一個(gè)例子來介紹PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式在車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用。

圖2描述了一個(gè)簡(jiǎn)單產(chǎn)品A的BOM，表示制造產(chǎn)品A需要先制造出零件B、C、D。圖3則描述了產(chǎn)品A的BOO。其中每個(gè)方框表示一個(gè)操作子過程，過程a、b、c、d分別表示制造產(chǎn)品A、零件B、零件C、零件D的非零件加工過程（工藝準(zhǔn)備、物料準(zhǔn)備、刀量具準(zhǔn)備等），Ai、Bi、Ci、Di等過程表示制造產(chǎn)品A、零件B、零件C、零件D的工藝路線。圖4描述了產(chǎn)品A在工廠中的加工過程。

圖2 產(chǎn)品A的BOM

圖3 產(chǎn)品A的BOO

在非流水型的制造過程中，雖然不存在一條純粹的生產(chǎn)流水線，但是由圖4中的產(chǎn)品加工網(wǎng)絡(luò)圖可以得到一個(gè)結(jié)論，即在這種非流水線的生產(chǎn)中可以根據(jù)每類零件的加工路線動(dòng)態(tài)地虛擬出多條加工流水線。零件B依次經(jīng)過加工單元3、加工單元2、加工單元1等等。這些動(dòng)態(tài)虛擬的流水線相互交錯(cuò)，形成制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，通過在各個(gè)加工單元之間建立電子看板信號(hào)系統(tǒng)，可以看到下一工序?qū)Ξ?dāng)前工序的需求，當(dāng)前工序?qū)ο乱坏拦ば蛏踔廉a(chǎn)品交付的影響等。這樣在每個(gè)加工單元顯示自身加工企業(yè)信息化項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)的大策略任務(wù)的同時(shí)還將集中一系列的需求信息，每個(gè)加工單元根據(jù)自己承擔(dān)的加工任務(wù)及需求信息來調(diào)整任務(wù)在該單元中的加工順序。

圖4 產(chǎn)品A的加工網(wǎng)絡(luò)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目型制造，PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式能較好地解決計(jì)劃與執(zhí)行過程控制的集成。在傳統(tǒng)BOM的基礎(chǔ)上結(jié)合BOO形成了具有完備約束的描述整個(gè)制造操作過程的制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)，借助于制造任務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃，可以克服因生產(chǎn)提前期的不準(zhǔn)確而導(dǎo)致計(jì)劃安排不合理等問題。在作業(yè)計(jì)劃的排定上采用了“推”“拉”結(jié)合的方式，分別利用“推”、“拉”的方式來排定關(guān)鍵工序計(jì)劃與一般工序自動(dòng)執(zhí)行。在各個(gè)加工單元建立電子看板系統(tǒng)拉動(dòng)生產(chǎn)的執(zhí)行過程，體現(xiàn)了JIT的思想。通過我們?cè)谄髽I(yè)進(jìn)行車間生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的實(shí)施，證明這種PUSH-PULL集成的生產(chǎn)管理模式對(duì)項(xiàng)目型制造的車間生產(chǎn)管理有較好的作用和效果。（萬方數(shù)據(jù)）