APS系統生產流轉方式和批量算法研究

0一、前言

在經濟領域，生產型企業是經濟的根基，有了生產型企業生產出的各類產品，纔有物流、網上購物和金融融資等活動。對於生產型企業，其製造能力是其核心競爭力。如何提高製造能力一直是生產型企業面臨的課題。製造能力提高包括不少方面，例如提升設備精度，改進產品品質，下降不良率，生產合理安排調度。企業要改進生產管理，使得生產安排更合理，就須要改進生產計劃排程。

製造業多數企業爲中小企業，中小企業的生產特色通常是多品種、小批量。因企業生產規模小，通常難以接到生產批量大的訂單。對於多品種、小批量生產類型，企業生產計劃排程一直是個難題。由於品種多，致使數據計算量大，而批量小又會致使換線頻繁。

APS是針對生產計劃排程的解決方案。APS將生產計劃排程的規則固化到計算機軟件上，利用計算機高速計算能力提升排產效率，提升生產資源利用率，從而增長企業競爭力。

筆者就任於一家典型的機械加工企業，零件超過2000種，其生產類型屬於典型的多品種、小批量。針對本企業生產計劃排程的難題，筆者開發了用於本企業的生產計劃排程APS系統。本文將結合筆者開發經驗，介紹生產計劃排程APS中的生產流轉方式和批量問題，供相關職業者開發APS系統時參照。

0二、三種生產流轉方式

對生產型企業，通常說零件每次生產批量都會達到必定數量，例如每批幾百或者幾千個。一些特殊行業生產批量較少，例如模具行業，針對某個模具，雖然工序不少，但只生產一個或者數個。

大批量生產零件在不一樣工序先後流轉時，就會有一個不一樣於小批量生產的流轉問題。生產小批量零件特別是單個數量，確定是前工序完工後再開始後工序。可是大批量生產就會出現多種選擇，能夠這一批零件前工序都完工後再開始後工序的生產，也能夠這批零件的前工序完成一部分後，後工序就開始生產。

通常來講，咱們能夠將成批零件先後工序流轉分紅三種狀況。第一種方式被稱爲順序移動，它的特色是成批零件的前工序都完工後，再開始下一道工序；第二種方式是平行移動，它的特色是一整批零件前工序分紅幾個小批量間斷性生產，完成一個小批量後就開始下一道工序的生產；第三種方式是平行順序移動，它的特色是零件生產不作批量分割，等零件前工序完成部分時，後工序開始生產，但後工序不會有等待加工狀況，須要計算好前工序加工完多少數量後再開始後工序，避免若是後工序加工速度比前工序快，後工序出現等待前工序零件加工狀況。下面將詳細介紹這三種方式。

0三、順序移動

順序移動是指一批零件有多個生產工序，一道工序的整批零件都加工完後，再開始下一道工序。若是用圖示表示，圖示以下：

採用順序移動方式的優勢是：

一、排生產計劃簡單，不用花時間計算是否須要批量分隔，也不須要計算，是否前工序未完工時，後工序就要開始加工。

二、設備利用率高。由於加工後工序時，前工序全部零件都已經加工完畢，即便後工序加工速度更快，也不會出現等待料加工的狀況。

三、減小車間內搬運量。由於前工序整批零件都加工完後，纔開始下工序。能夠整批零件都加工後，再轉移到下工序所在設備處，搬運效率更高。

順序移動的缺點是：

生產週期長；由於後工序須要等待前工序全都加工完畢後才能開始，當工序數量超過兩個時，後面工序等待時間長，總體生產週期長。

順序移動適用的場合：

因順序移動減小了設備出現等待物料加工的狀況，也減小了切換次數，下降了設備切換成本，但其加工週期長。它適用於產品交貨期比較富餘的狀況。

順序移動的生產週期計算方式：

它的零件加工週期計算很是簡單，就是零件各工序加工週期作簡單加和就可。

例：一批製品，批量爲4件，須經四道工序加工，各工序時間分別爲：

t1 = 9,t2 = 5,t3 = 15,t4 = 10。

加工週期採用順序移動方式計算

T=4*（9+5+15+10）

0四、平行移動

平行移動是指一批零件中的部分零件一道工序完工後，就轉移到下一道工序生產的移動方式。例如一批零件400個，第一工序加工完200個後，這200個就轉入二工序加工。固然也能夠加工一個零件後，就這一個加工好的零件就轉入下一道工序。

當前多數資料介紹平行移動爲加工完一個零件，就轉移到下一道工序，筆者認爲這麼定義平行移動過於狹義，由於實際生產中不一樣類型設備可能位於不一樣地點，若是完成一個零件某工序就轉移到下一道工序搬運太頻繁，搬運成本過高，而且若是下工序加工速度快，其等待物料加工狀況會很頻繁，浪費設備產能。將平行移動定義爲完成一批中部分零件後，再轉移到下一道工序更符合實際狀況，更合理。

由於平行移動生產方式，下一道工序開始時間早，類推最後一道工序開始時間也早，零件的生產週期短。它的生產週期也比下面要介紹的平行順序生產方式短，是三種生產方式中生產週期最短的移動方式。

平行移動圖示以下：

平行移動的優勢是：

一、加工週期短，由於不用等待整批零件都加工完，前面工序加工完一部分後，就能夠開始後面工序，類推整個加工週期也短了。

二、滯留車間的在製品少了，在製品減小有利於減小空間佔用，加快資金週轉。

平行移動的缺點:

下降了設備利用率。有的工序由於加工速度快，會有設備空閒等待前工序的狀況。若是在等待期間不安排其它零件加工，設備會有一段時間閒置。若是在空閒時間安排其它零件加工，設備加工不一樣零件會有來回切換的時間成本。

平行移動的適用場合：

相對於順序移動，平行移動加工週期短，但設備利用率低些。它適用於產品交貨期短的緊急狀況，爲了知足客戶交貨期，採用平行移動縮短生產週期。

平行移動生產週期的計算方式較順序移動要複雜，它的計算公式以下：

• 整批數量Q0

• 整批的分段數n

• 分段後批量數量Qn

• 加工工序數量m

• 最長工序加工一件的時間tL

例：一批製品，批量爲4件，須經四道工序加工，各工序時間分別爲：

t1 = 11,t2 = 5,t3 = 15,t4 = 10。

採用平行移動方式計算，其加工週期

T=（11+5＋15＋10）＋（4-1）×15＝86

0五、平行順序

三種生產方式將平行順序放在最後介紹，由於它是既綜合前兩種生產方式的優勢，也綜合了它們的缺點。

不一樣於順序移動，它並非必定要前道工序整批零件都加工完了，纔開始後到工序，而是在必定程度上，先後工序並行生產。若是前工序生產速度快，後工序慢，這兩道工序同時開始生產，後面工序也不會出現等待物料加工狀況。若是前工序慢，後工序快，則須要計算，前工序加工到什麼程度，後工序再開始加工，避免後工序出現等待物料加工狀況。

不一樣於平行移動，它不對零件生產進行批量分隔，不論每一個工序加工速度快或慢，都是整批零件一次加工完。

平行順序移動圖示以下：

平行順序的優勢：

一、 加工週期相對短。由於工序之間在時間上有並行加工的狀況，因此它的加工週期比順序移動短，和平行移動相比，其生產週期長。

二、 設備利用率高。由於平行順序生產方式，零件批量不分隔，整批一次性加工完，因此設備切換成本低。

缺點：

一、生產排程麻煩。當前工序生產的慢，然後工序生產的快，須要計算前工序完成多少數量後，後工序才能開始加工，有必定計算量。

平行順序的適用場合： 當客戶交貨期足夠，生產企業又但願下降設備切換成本，能夠採用此種生產方式。

平行順序生產週期計算方式：

注：

T：平行順序移動方式加工週期；

n：零件批量數量；

ti ：第i道工序的生產時間；

tl ：單件生產工時，比先後兩相鄰工序加工時間長的單件工時；能夠在第一工序前和最後一道工序後設置時間爲0的虛擬工序。

ts ：與先後兩相鄰工序中單件工時比，比先後工序都短的工序的單件工時；

例：一批製品，批量爲4件，須經四道工序加工，各工序時間分別爲：

t1=11,t2=5,te=15,t4=10

採用平行順序移動方式計算：

=（11+5+15+10）+（4-1）×（11+15-5）=104

0六、平行移動最優批量分隔方式

這3種流轉方式中，最複雜的是平行移動，由於平行移動中有個批量分隔的問題。平行移動在生產過程當中須要進行批量分隔，最簡單的批量分隔方式是各個工序批量分隔數量相同，本文上面介紹的例子就是這種方式。

平行移動的例子，一次生產1000個零件，若是分紅4個批次，每批生產250個，開始下一個工序；若是分紅5個批次，每批生產200個，就開始下一個工序。分隔成不一樣的批次數量，影響着兩個生產評價因素：

• 切換成本；

• 生產週期。

從生產計劃安排的角度，咱們但願生產成本低、生產週期短，可實際中，這兩個目標又存在矛盾。每每生產週期短，就意味着須要頻繁切換，生產成本高；反之，若是但願生產成本低，就須要減小切換次數，生產週期就長。

各工序分隔批量同樣是可行方法，但不是最優批量分隔方法，由於不一樣工序切換成本不一致，更合理的是切換成本高的工序批量分割次數少，或者不分隔，切換成本低的工序能夠多分隔工序。第一工序和加工時間最長的工序不須要批量分隔。

平行移動須要求解最優分隔次數，前面介紹用的例子是各個工序分隔次數相同，是爲了說明平行移動的生產特色。事實上不一樣工序切換成本是不同的甚至差異至關大，以筆者所在機械加工廠爲例，加工中心由於其自動化程度高，一次加工尺寸多，切換繁瑣，通常須要幾個小時。企業經營時間就是金錢，切換時間長，就意味着成本高。而不少主要依靠手工操做的工序切換就很快，例如鑽牀，耗時才幾分鐘；若是是徹底依靠手工的工序，就幾乎沒有什麼切換成本。因此說，不考慮零件不一樣工序切換成本的不一樣，零件各個工序按照一樣的數量分隔工序不是最優的平行移動方式，對於切換成本高的工序減小批量分隔數量，對於切換成本低的工序能夠有更多的批量分隔數量，這種方式能夠在一樣的生產週期狀況下，切換成本更少，進而生產成本更低。

設法求解零件在平行移動生產過程當中，不一樣工序設置不一樣的批量分隔數量，進而達到生產週期知足客戶訂單要求的狀況下，生產成本最小的目標。筆者認爲有三種求解方式能夠採用：

一、窮舉法。該方法是經過計算機程序列出零件不一樣工序各類可能批量分隔方案，而後比較這些方案的生產週期和生產成本，選擇在生產週期知足客戶交貨期要求狀況下，生產成本低的方案；

二、提早人工設置好各個工序流轉的批量。例如，不論一個工序總加工數量是多少，加工好500個以後，就開始下一工序；

三、先人工設置若干模式，而後程序在模式中選擇批量分隔方式。例如設置一種模式，當生產批量大於200並小於500個時，一工序不分隔，二工序分隔三次，三工序分隔二次。

0七、後記

在本文，筆者結合本身開發生產計劃排程APS系統的開發經驗，介紹了生產排產中三種移動方式，而且探討了有些資料中介紹平行移動過於狹隘的定義，提出了更符合實際狀況的定義，也探討了平行移動中的複雜狀況，不一樣工序分隔次數不同，這點目前還沒有見到其它資料探討該問題。文中筆者觀點供同業者參考。