瓶頸工序前緩沖區(qū)設(shè)定方法研究

嚴(yán)琴　王川

摘 要 文章旨在探索時(shí)間緩沖與物料緩沖在保護(hù)生產(chǎn)線瓶頸問題中的優(yōu)劣性。本文以A機(jī)械加工廠的一條生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，結(jié)合其最近的生產(chǎn)任務(wù)為例，運(yùn)用最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)與約束理論的方法進(jìn)行分析，找到該生產(chǎn)線的瓶頸工序，并運(yùn)用仿真軟件模擬設(shè)置時(shí)間緩沖與物料緩沖得到相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。接下來運(yùn)用仿真模擬數(shù)據(jù)，以先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)與約束理論的作業(yè)指標(biāo)：產(chǎn)銷率、庫(kù)存、運(yùn)行費(fèi)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)時(shí)間緩沖與物料緩沖進(jìn)行優(yōu)劣性分析。最后，本文得出時(shí)間緩沖更具有優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞 瓶頸 物料緩沖 時(shí)間緩沖 作業(yè)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展一體化，越來越多的產(chǎn)品依賴于質(zhì)量之外的用戶體驗(yàn)，其中，最具標(biāo)志性的體驗(yàn)即為個(gè)性化與交貨期。傳統(tǒng)制造業(yè)所流行的庫(kù)存型生產(chǎn)模式顯然已不適應(yīng)當(dāng)下的趨勢(shì)，伴隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)與市場(chǎng)需求的變化，制造業(yè)必然向小批量、多品種的訂貨型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，進(jìn)而需要新的生產(chǎn)技術(shù)改善企業(yè)所面臨的問題。

最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)與約束理論作為新的生產(chǎn)技術(shù)，它們不僅吸收了制造資源計(jì)劃、精益化生產(chǎn)等先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的長(zhǎng)處，也通過對(duì)生產(chǎn)線的瓶頸進(jìn)行保護(hù)保障生產(chǎn)線的良好運(yùn)行[1]。然而，現(xiàn)有的瓶頸保護(hù)方法主要包括瓶頸前進(jìn)行的時(shí)間緩沖或者物料緩沖兩種方式，但兩種方法的使用優(yōu)先級(jí)以及運(yùn)用環(huán)境目前并無學(xué)術(shù)定論，因此，本文以A機(jī)械加工廠為例，仿真模擬了時(shí)間緩沖與物料緩沖在此生產(chǎn)計(jì)劃與控制過程中的具體運(yùn)用，并根據(jù)不同方法所產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析評(píng)價(jià)了兩種方法的優(yōu)先級(jí)。

1理論與方法

瓶頸是指生產(chǎn)系統(tǒng)中客觀存在的薄弱環(huán)節(jié)。廣大學(xué)者普遍接受的是Umble和Sfikanth[2]關(guān)于瓶頸的定義：“實(shí)際生產(chǎn)能力小于或等于生產(chǎn)負(fù)荷的資源”。本文假設(shè)計(jì)劃量不超過預(yù)期的市場(chǎng)需求，另外生產(chǎn)系統(tǒng)中物料供應(yīng)充分。根據(jù)各個(gè)工序機(jī)械的實(shí)際要求生產(chǎn)能力與現(xiàn)有生產(chǎn)能力做對(duì)比，其比值等于或者大于1的工序機(jī)械則為瓶頸，若存在多處比值大于1的工序，則相對(duì)最大比值最大處為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。

一般而言，瓶頸前工序會(huì)由至少一個(gè)獨(dú)立的工序組成，每一道工序均存在穩(wěn)定的輸入速度和服務(wù)速度，因此可以將每個(gè)獨(dú)立的工序看作一個(gè)排隊(duì)系統(tǒng)，運(yùn)用排隊(duì)論模型求解緩沖區(qū)容量[3]。鑒于機(jī)器故障對(duì)緩沖區(qū)容量的影響時(shí)，緩沖區(qū)需要同時(shí)滿足以下2個(gè)條件：一是當(dāng)瓶頸前工序中的機(jī)器處于維修狀態(tài)時(shí)，緩沖區(qū)容量必須滿足瓶頸工序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；二是在系統(tǒng)再次出現(xiàn)故障之前，緩沖區(qū)必須恢復(fù)到系統(tǒng)發(fā)生故障前的水平。

系統(tǒng)容量的緩沖區(qū)大小的設(shè)置，本次研究的討論均以時(shí)間作為衡量單位，因此，時(shí)間緩沖區(qū)的大小便是指靜態(tài)緩沖區(qū)容量的大小。關(guān)于物料緩沖區(qū)的設(shè)置，在之前的實(shí)際運(yùn)用中，多以經(jīng)驗(yàn)估計(jì)為準(zhǔn)；不過部分文獻(xiàn)資料鼓勵(lì)對(duì)物料緩沖區(qū)的大小進(jìn)行量化，以期避免經(jīng)驗(yàn)的桎梏，他們運(yùn)用的數(shù)理計(jì)算方法對(duì)于物料緩沖區(qū)大小進(jìn)行設(shè)置。

2案例分析

機(jī)械加工廠A有一條生產(chǎn)線承接油壓泵蓋、精濾器殼體的生產(chǎn)，能同時(shí)承接兩種產(chǎn)品的加工制造以及檢驗(yàn)。本月初，該加工廠接到兩份訂單，分別為1000件油壓泵蓋的加工與1300件的精濾器殼體的加工。交貨期分別為：

油壓 泵蓋M ：2017.3.5---2017.3.21；

精濾器殼體N：2017.3.5---2017.3.17；

當(dāng)車間主任接到該訂單之后，便組織了技術(shù)人員對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行工序卡片制作。根據(jù)工序卡片的信息，可繪制出油壓泵蓋主體的加工路徑圖（見圖1）：本次研究問題關(guān)于瓶頸工序?qū)τ谡麠l生產(chǎn)線的產(chǎn)出率影響及其解決辦法均以本條生產(chǎn)線為實(shí)例。

2.1瓶頸分析

本文結(jié)合該廠生產(chǎn)線實(shí)際，因?yàn)閮煞萦唵蔚慕回浫掌诓灰粯?，需要解決生產(chǎn)排程的問題，如果采取優(yōu)先加工交貨期較近的訂單，則會(huì)導(dǎo)致M在C、D工序上的工時(shí)浪費(fèi)，不能滿足交貨器要求。故而，需對(duì)生產(chǎn)排程進(jìn)行安排，以期損失最小，利潤(rùn)最大。通過計(jì)算，可以清楚地表明N產(chǎn)品的單位時(shí)間產(chǎn)銷率遠(yuǎn)高于M產(chǎn)品，故優(yōu)先滿足N產(chǎn)品的排產(chǎn)。按此思路，將前13的產(chǎn)能優(yōu)先完成N的生產(chǎn)，剩下的產(chǎn)能將用于M的生產(chǎn)。由公式計(jì)算可知，在后4天，生產(chǎn)相對(duì)瓶頸為臥鏜C。

根據(jù)已知的材料前13天的仿真模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，該模型運(yùn)行時(shí)主要的問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在有限的生產(chǎn)加工時(shí)間內(nèi)，由于系統(tǒng)本身處理能力問題，最終庫(kù)房交貨區(qū)的產(chǎn)品數(shù)量低于實(shí)際要求生產(chǎn)數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致在制品的滯留。

（2）暫存器1上堆放的貨物較多，且滯留時(shí)間較長(zhǎng)，而暫存器2則與之相反，少而快。這說明組合機(jī)床1、組合機(jī)床2的處理能力不足。

（3）組合機(jī)床1、組合機(jī)床2的空閑時(shí)間僅有0.18%，0.22%，遠(yuǎn)高于系統(tǒng)中其它工位機(jī)械的生產(chǎn)負(fù)荷。對(duì)于需要考慮機(jī)械疲勞的加工機(jī)械而言，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間非常長(zhǎng)，接近完全負(fù)荷，這在實(shí)際生產(chǎn)中是非常少見，且加工效率都會(huì)受到影響。

產(chǎn)生以上瓶頸的原因如下：組合機(jī)床1、組合機(jī)床2的加工能力明顯低于實(shí)際加工要求，而通過在瓶頸前分別進(jìn)行時(shí)間緩沖區(qū)設(shè)置與物料緩沖區(qū)設(shè)置后，兩種不同緩沖區(qū)設(shè)置方法：整個(gè)庫(kù)房都能夠及時(shí)交貨的數(shù)量為1300+717=2017，雖然兩種方式下，暫存區(qū)1的產(chǎn)品滯留時(shí)間依舊很高，但卻充分保障了組合機(jī)床1、2的生產(chǎn)要求，未造成產(chǎn)品在整個(gè)系統(tǒng)中的滯留，并提高了系統(tǒng)的快速交付能力，能滿足生產(chǎn)交付要求。

根據(jù)后4天的仿真模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，該模型運(yùn)行時(shí)主要的問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在有限的生產(chǎn)加工時(shí)間內(nèi)，由于系統(tǒng)本身處理能力問題，最終庫(kù)房交貨區(qū)的產(chǎn)品數(shù)量低于實(shí)際要求生產(chǎn)數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致在制品的滯留。

（2）發(fā)現(xiàn)暫存器2上堆放的貨物較多，且滯留時(shí)間較長(zhǎng)，而暫存器3則與之相反，少而快。這說明臥鏜的處理能力不足。

（3）臥鏜的空閑時(shí)間僅有1.57%，高于系統(tǒng)中其它工位機(jī)械的生產(chǎn)負(fù)荷。對(duì)于需要考慮機(jī)械疲勞的加工機(jī)械而言，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間非常長(zhǎng)，接近完全負(fù)荷，這在實(shí)際生產(chǎn)中是非常少見，且加工效率都會(huì)受到影響。

產(chǎn)生以上問題的原因如下：臥鏜的加工能力明顯低于實(shí)際加工要求。對(duì)此，我們?cè)谂P鏜前分別設(shè)置時(shí)間緩沖區(qū)與物料緩沖區(qū)，預(yù)防瓶頸前生產(chǎn)系統(tǒng)的波動(dòng)，以及可能發(fā)生的機(jī)械故障造成的對(duì)于瓶頸時(shí)間的浪費(fèi)。

2.2時(shí)間緩沖與物料緩沖的評(píng)價(jià)指標(biāo)

最有生產(chǎn)技術(shù)的觀點(diǎn)是生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)銷率、庫(kù)存、運(yùn)行費(fèi)是衡量系統(tǒng)先進(jìn)性的三大標(biāo)準(zhǔn)，這三大標(biāo)準(zhǔn)的具體意義如下：

（1）產(chǎn)銷率是指單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出來并及時(shí)銷售出去的產(chǎn)品。

（2）庫(kù)存是指為生產(chǎn)所準(zhǔn)備的一時(shí)不用的原材料、在制品、零部件、和未銷售的成品。

（3）運(yùn)行費(fèi)是指生產(chǎn)系統(tǒng)將庫(kù)存轉(zhuǎn)化為產(chǎn)銷量這個(gè)過程中的一切花費(fèi)，包括所有的直接費(fèi)用與間接費(fèi)用。

2.3時(shí)間緩沖與物料緩沖的對(duì)比分析

針對(duì)前13天，時(shí)間緩沖與物料緩沖的區(qū)別在于：設(shè)置物料緩沖后，在暫存區(qū)1的產(chǎn)品滯留時(shí)間為243.7532遠(yuǎn)大于設(shè)置時(shí)間緩沖時(shí)產(chǎn)品在此處的滯留時(shí)間76.99654，如果考慮到整個(gè)系統(tǒng)中，在制品也需要占用資金，那么非常明顯：在同一生產(chǎn)周期，總生產(chǎn)任務(wù)相同時(shí)，設(shè)置時(shí)間緩沖區(qū)相較于物料緩沖區(qū)的設(shè)置能有效的降低在制品數(shù)量，提高資金的周轉(zhuǎn)率。

對(duì)于后4天，時(shí)間緩沖與物料緩沖的差別在于：設(shè)置物料緩沖后，在暫存區(qū)2的產(chǎn)品滯留時(shí)間為74.60007遠(yuǎn)大于設(shè)置時(shí)間緩沖時(shí)產(chǎn)品在此處的滯留時(shí)間26.83027，如果考慮到整個(gè)系統(tǒng)中，在制品也需要占用資金，那么非常明顯：在同一生產(chǎn)周期，總生產(chǎn)任務(wù)相同時(shí)，設(shè)置時(shí)間緩沖區(qū)相較于物料緩沖區(qū)的設(shè)置能有效的降低在制品數(shù)量，提高資金的周轉(zhuǎn)率。

綜上所述，本文可以得到如下結(jié)論：生產(chǎn)緩沖區(qū)的時(shí)間設(shè)置相較于物料設(shè)置，在降低在制品數(shù)量，提高資金周轉(zhuǎn)率更有優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)論

生產(chǎn)計(jì)劃與控制技術(shù)前后經(jīng)過多次理論與實(shí)踐創(chuàng)新，不斷地推進(jìn)了生產(chǎn)計(jì)劃與控制的發(fā)展，促進(jìn)了生產(chǎn)的效率。然而，任何一種理論都有一定的局限性，比如理論的適用范圍、從理論到實(shí)踐過程中的成本，以及其快速反應(yīng)能力等等。不過針對(duì)A加工生產(chǎn)車間的現(xiàn)狀，最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法未能完全覆蓋之處，并幫助A加工生產(chǎn)車間快速對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行反映方面做出了技術(shù)指導(dǎo)。其中，約束理論中的核心理念對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)線控制提出了新的解決思路，最大化的實(shí)現(xiàn)了以現(xiàn)有能力快速地對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行反映。而緩沖區(qū)時(shí)間容量的設(shè)置則顛覆了以物料緩沖為基礎(chǔ)的舊式緩沖設(shè)置方法，降低了在制品冗余以及相關(guān)資金占用。做到了在不盲目增加生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)快速交付，并保障了快速有效交付的能力。盡管如此，在整個(gè)過程中，對(duì)于緩沖區(qū)的時(shí)間設(shè)置，依然有待改進(jìn)，例如說，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)過程，其中的要素可能也隨時(shí)都在變化，因此針對(duì)緩沖區(qū)的設(shè)置也需要?jiǎng)討B(tài)的估量，不過由于作者自身知識(shí)能力的限制，此種考慮還需進(jìn)一步的探究，希望未來的研究能解決上述問題。

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