項(xiàng)目型制造企業(yè)多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃與產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模研究*

劉曉冰 董家偉 張曉雨

(大連理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，遼寧 大連 116024)

0 引言

項(xiàng)目型制造是大中型制造企業(yè)選用的重要生產(chǎn)類型，是一種典型的以客戶訂單為驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜而獨(dú)特的生產(chǎn)模式[1]。典型的項(xiàng)目型制造企業(yè)包括汽車(chē)模具企業(yè)、大型機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)、大型發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)等[2]。在項(xiàng)目型制造企業(yè)中，每個(gè)訂單可以看成一個(gè)項(xiàng)目，按照產(chǎn)品項(xiàng)目組織生產(chǎn)管理，從而最大限度地滿足市場(chǎng)和客戶的需求。項(xiàng)目型制造企業(yè)的產(chǎn)品定制化特點(diǎn)決定了其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工工藝、生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)等具有較高的復(fù)雜性，企業(yè)難以建立清晰的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，從而導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃管理粗放、計(jì)劃與企業(yè)實(shí)踐脫節(jié)等問(wèn)題。因此，如何構(gòu)建適用于項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理方法，并建立面向生產(chǎn)計(jì)劃管理過(guò)程的完備產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，是這類企業(yè)目前面臨的難題。

企業(yè)在早期多采用MRP/MRPII[3-4]、TOC[5]、JIT[6-7]等理論的混合管理模式和計(jì)劃方法，但傳統(tǒng)的ERP等生產(chǎn)計(jì)劃模式不能很好地解決大型復(fù)雜產(chǎn)品的單件小批生產(chǎn)計(jì)劃與管理問(wèn)題，因此項(xiàng)目管理的理論和方法后來(lái)逐漸在項(xiàng)目型制造企業(yè)中得到應(yīng)用。該模式將項(xiàng)目計(jì)劃作為主線，把生產(chǎn)計(jì)劃管理的重點(diǎn)從以MRPII/ERP體系為核心的零部件級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃向面向客戶交付的產(chǎn)品項(xiàng)目轉(zhuǎn)移[8]，同時(shí)該模式下的生產(chǎn)計(jì)劃方法以網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃為主，并融合了MRP、TOC、JIT等方法的應(yīng)用[9]?？岛赀_(dá)[5]集成了ERP理論、TOC計(jì)劃與控制理論等，提出了項(xiàng)目型制造企業(yè)的計(jì)劃與控制方法。周雪[10]利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論、約束理論、關(guān)鍵鏈理論等構(gòu)造了項(xiàng)目型制造企業(yè)的計(jì)劃管理體系與方法。上述文獻(xiàn)中的混合計(jì)劃方法更加貼近項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理需求，但尚未很好地解決不同計(jì)劃方法、不同層級(jí)計(jì)劃之間的銜接問(wèn)題。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是指覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期、能被計(jì)算機(jī)理解和處理的、能唯一描述產(chǎn)品的數(shù)字化表達(dá)[11]。建立完備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是項(xiàng)目型制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)有效生產(chǎn)計(jì)劃管理的前提?，F(xiàn)有關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的研究多圍繞物料清單(Bill of Materials, BOM)展開(kāi)。程好秋等[12]提出了一種面向動(dòng)態(tài)訂單的產(chǎn)品BOM模型構(gòu)建方法，該模型能快速配置出訂單型BOM，從而快速響應(yīng)客戶訂單定制要求。魯玉軍等[13]在分析產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出了實(shí)現(xiàn)其大批量定制的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架?，F(xiàn)有文獻(xiàn)側(cè)重于項(xiàng)目型制造企業(yè)的產(chǎn)品配置和數(shù)據(jù)管理，很少有文獻(xiàn)聚焦在生產(chǎn)計(jì)劃視圖下，研究面向多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃過(guò)程的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文從產(chǎn)品維度和生產(chǎn)組織維度出發(fā)，建立了面向項(xiàng)目型制造企業(yè)的四級(jí)計(jì)劃管理模型；然后采用面向?qū)ο蟮慕７椒?，?gòu)建了面向多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

1 項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)與計(jì)劃管理問(wèn)題分析

項(xiàng)目型制造企業(yè)的特點(diǎn)主要有：

(1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品一般由成千上萬(wàn)個(gè)部件和零件組成。

(2)多品種、單件小批量生產(chǎn)，個(gè)性化程度較高。

(3)強(qiáng)調(diào)以訂單驅(qū)動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)，每個(gè)訂單會(huì)對(duì)應(yīng)唯一的一組物料清單和工藝路線。

(4)每一筆訂單需要重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，企業(yè)往往會(huì)先依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量制訂生產(chǎn)計(jì)劃，待設(shè)計(jì)完畢再按照設(shè)計(jì)后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行排產(chǎn)。

為了更加貼合項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)管理特點(diǎn)，本文在產(chǎn)品實(shí)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入加工裝配單元(Processing and Assembling Unit，PAU)的概念。下面給出PAU、PAU工藝節(jié)點(diǎn)、主件等概念的界定。

(1)加工裝配單元。具有空間關(guān)系、裝配關(guān)系等邏輯關(guān)系的零部件加工裝配過(guò)程集合，一般以一個(gè)實(shí)體主件為核心。PAU是虛擬關(guān)系，是包含底層零部件在內(nèi)的所有工件加工裝配過(guò)程的聚合，是企業(yè)級(jí)部門(mén)制訂計(jì)劃的依據(jù)。

(2)PAU工藝節(jié)點(diǎn)。PAU一般需要經(jīng)過(guò)多個(gè)分廠流轉(zhuǎn)，因此將PAU在每個(gè)分廠的標(biāo)準(zhǔn)加工裝配過(guò)程的集合稱為一個(gè)PAU工藝節(jié)點(diǎn)。

(3)主件。PAU所包含的最頂層的部件，是PAU下所有工件加工裝配過(guò)程聚合后的交付物，可以理解為虛擬PAU所對(duì)應(yīng)的最終實(shí)體。由于每個(gè)PAU都需要經(jīng)過(guò)多個(gè)PAU工藝節(jié)點(diǎn)，因此每個(gè)分廠所交付的最終實(shí)體叫作分廠主件。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工工藝和生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃管理的難度，導(dǎo)致這類企業(yè)無(wú)法在一個(gè)級(jí)別維度上制訂出全部的生產(chǎn)計(jì)劃。MRPⅡ計(jì)劃(Manufacturing Resource Planning)是一個(gè)典型的自上而下的“推式”生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，包含主生產(chǎn)計(jì)劃(Master Production Schedule, MPS)、粗能力計(jì)劃(Rough Cut Capacity Planning, RCCP)、能力需求計(jì)劃(Capacity Requirement Planning, CRP)、物料需求計(jì)劃(Material Requirement Planning, MRP)和車(chē)間級(jí)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃[14]?？梢哉f(shuō)，在批量制造企業(yè)中，MRPⅡ計(jì)劃可以發(fā)揮較為積極的作用。然而，項(xiàng)目型制造企業(yè)面向訂單設(shè)計(jì)、由訂單拉動(dòng)生產(chǎn)，傳統(tǒng)的MRPⅡ計(jì)劃體系由于具有需求預(yù)測(cè)、推式排程、固定物料清單和提前期以及考慮庫(kù)存等特點(diǎn)，使其不完全適用于項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理。如何將MRPⅡ計(jì)劃與項(xiàng)目管理方法聯(lián)系起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)不同計(jì)劃層次之間的合理銜接，使其適用于這類項(xiàng)目制造型企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃特點(diǎn)，是目前管理上的一個(gè)難題。

2 基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃與MRPⅡ體系的項(xiàng)目型制造企業(yè)四級(jí)計(jì)劃管理模型

本文根據(jù)項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)兩個(gè)維度出發(fā)，融合項(xiàng)目管理中的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法與生產(chǎn)管理中的MRPⅡ體系，建立了適用于項(xiàng)目型制造企業(yè)的四級(jí)計(jì)劃管理模型，見(jiàn)圖1。各級(jí)計(jì)劃的編制粒度由粗到細(xì)，編制和執(zhí)行組織自上向下，并實(shí)現(xiàn)了各級(jí)計(jì)劃的耦合連接。

2.1 項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃

項(xiàng)目型制造企業(yè)每一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程都可以視為一個(gè)項(xiàng)目。企業(yè)生產(chǎn)部針對(duì)并行的多個(gè)項(xiàng)目，采用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)，以PAU工藝節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)圖的節(jié)點(diǎn)，在PAU工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備平衡的基礎(chǔ)上，依據(jù)PAU工藝節(jié)點(diǎn)間的依賴關(guān)系，生成項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，即PAU工藝節(jié)點(diǎn)計(jì)劃。

PAU可以表達(dá)為一個(gè)六元組，即PAU={Project_ID,PAU_ID, Process, Dependency, X_time,X_equip}；Project_ID為產(chǎn)品項(xiàng)目的唯一標(biāo)識(shí)，PAU_ID為該P(yáng)AU的標(biāo)識(shí)，Process為PAU工藝節(jié)點(diǎn)集合，Dependency為兩項(xiàng)PAU工藝節(jié)點(diǎn)之間的緊前緊后依賴關(guān)系，X_time為該P(yáng)AU工藝節(jié)點(diǎn)的總體工期，X_equip為其所需要的關(guān)鍵設(shè)備資源。在生產(chǎn)部制訂PAU工藝節(jié)點(diǎn)計(jì)劃的過(guò)程中，通過(guò)甘特圖顯示出分廠節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備的占用。除此之外，項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖還包含生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備計(jì)劃與工裝準(zhǔn)備計(jì)劃，為設(shè)計(jì)部和工藝部進(jìn)行產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)提供時(shí)間依據(jù)，進(jìn)而為底層分廠、車(chē)間的計(jì)劃編制提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的支撐。

將PAU工藝節(jié)點(diǎn)計(jì)劃以年度為時(shí)間單位進(jìn)行歸結(jié)，生成企業(yè)年度生產(chǎn)計(jì)劃，是企業(yè)級(jí)生產(chǎn)指揮部門(mén)協(xié)調(diào)下級(jí)各個(gè)分廠生產(chǎn)計(jì)劃、控制各個(gè)分廠生產(chǎn)進(jìn)度的總依據(jù)。按照PAU工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分廠，將企業(yè)年度生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)到各個(gè)分廠，即為分廠PAU交貨計(jì)劃。分廠PAU交貨計(jì)劃相當(dāng)于企業(yè)級(jí)的MRP計(jì)劃，同時(shí)又是分廠級(jí)的生產(chǎn)任務(wù)來(lái)源，為各個(gè)分廠指定了PAU任務(wù)的交貨期。

第一層計(jì)劃的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)維度定位在企業(yè)級(jí)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)維度定位在PAU級(jí)，采用了項(xiàng)目管理中的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)，使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量，包括標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)與PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝表。

2.2 分廠月度主生產(chǎn)計(jì)劃

以分廠為計(jì)劃編制的獨(dú)立主體，參照MRPⅡ計(jì)劃方法，接收到的分廠PAU交貨計(jì)劃可以視為MRPⅡ計(jì)劃體系中的最終產(chǎn)品訂單，以PAU交貨期為最終目標(biāo)，進(jìn)行分廠內(nèi)部的關(guān)鍵設(shè)備能力平衡后，生成該分廠的月度主生產(chǎn)計(jì)劃。由于PAU是虛擬概念，因此用PAU下的分廠主件替代PAU編制MPS，生成該分廠主件的投入產(chǎn)出計(jì)劃。與傳統(tǒng)MRPⅡ計(jì)劃中MPS面向最終產(chǎn)品所不同的是，該MPS面向的對(duì)象僅是分廠所要向企業(yè)交付的最終產(chǎn)品，是企業(yè)最終向客戶交付產(chǎn)品的一部分主件，因此可稱之為分廠主件MPS，見(jiàn)圖2。

分廠主件MPS的編制結(jié)果要實(shí)時(shí)共享給企業(yè)生產(chǎn)部，當(dāng)分廠PAU完工后需要向生產(chǎn)部報(bào)工，使得生產(chǎn)部可以實(shí)時(shí)查看分廠主件MPS的編制和執(zhí)行情況，避免PAU拖期。如此，企業(yè)年度生產(chǎn)計(jì)劃與分廠月度主生產(chǎn)計(jì)劃便可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同一致、融會(huì)貫通。

第二層計(jì)劃的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)維度定位在分廠級(jí)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)維度定位在分廠主件級(jí)。以分廠為獨(dú)立主體編制MPS，借鑒了MRPⅡ計(jì)劃方法，并結(jié)合項(xiàng)目型制造企業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行改進(jìn)。由于分廠主件MPS面向PAU下的分廠主件，粗能力平衡涉及主件的工藝路線，因此該層計(jì)劃使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)后的制造BOM數(shù)據(jù)，包括制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表與制造BOM零部件工藝表。需要注意的是，該層計(jì)劃所用到的制造BOM數(shù)據(jù)與第一層計(jì)劃所用到的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量數(shù)據(jù)要建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證兩級(jí)計(jì)劃之間數(shù)據(jù)維度的統(tǒng)一。

2.3 分廠物料需求計(jì)劃

以分廠主件MPS為輸入依據(jù)，按照主件的工藝路線所需物料情況進(jìn)行BOM拆解，在對(duì)分廠內(nèi)部所有設(shè)備進(jìn)行細(xì)能力平衡之后，生成分廠MRP計(jì)劃，即該P(yáng)AU下的所有零部件的投入產(chǎn)出日期。根據(jù)自制件和采購(gòu)件的劃分，又可以將分廠MRP計(jì)劃分為零部件生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與采購(gòu)、外協(xié)計(jì)劃。在傳統(tǒng)的MRPⅡ計(jì)劃體系中，從產(chǎn)品的MPS完工日期出發(fā)，按照產(chǎn)品的裝配提前期倒排，確定產(chǎn)品裝配的開(kāi)始日期，即下一層級(jí)物料的完工日期，依次往下展開(kāi)計(jì)算，根據(jù)提前期確定每一層級(jí)物料的投入產(chǎn)出日期。由于產(chǎn)品的主件裝配時(shí)間很長(zhǎng)，要在裝配開(kāi)始之前備齊所需要的所有零部件，不僅會(huì)造成在制品庫(kù)存積壓，而且會(huì)大大延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。因此在該層計(jì)劃中，舍棄了MRPⅡ計(jì)劃體系的固定提前期概念，按照上一層級(jí)工件加工工序?qū)ο乱粚蛹?jí)工件領(lǐng)料的時(shí)間，確定下一層級(jí)零部件的產(chǎn)出日期，采用倒排的方式，確定每一層級(jí)零部件的投產(chǎn)日期，繪制網(wǎng)絡(luò)圖(圖3)。

第三層計(jì)劃的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)維度仍然定位在分廠級(jí)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)維度定位在零部件級(jí)。在原有MRP計(jì)算方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，融合準(zhǔn)時(shí)制思想，消除庫(kù)存因素在MRP計(jì)算中的作用，得到的MRP編制方式更加貼近項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況。該層計(jì)劃使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)后的制造BOM數(shù)據(jù)，包括制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表與制造BOM零部件工藝表。

圖3 分廠主件MRP計(jì)劃編制邏輯注:加工流由前往后進(jìn)行,計(jì)劃流由后往前倒排。

2.4 車(chē)間工序調(diào)度

車(chē)間根據(jù)上一層級(jí)零部件生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃給定的零部件投入產(chǎn)出日期，以制造BOM和制造資源為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行工序調(diào)度。工序調(diào)度需要考慮每一個(gè)資源組的能力平衡，依據(jù)一定的排產(chǎn)規(guī)則，生成零部件每一道工序的資源分配與開(kāi)始、完工時(shí)間。由于項(xiàng)目型制造企業(yè)存在制造柔性，因此在車(chē)間工序調(diào)度的過(guò)程中要考慮工藝等柔性問(wèn)題。

第四層計(jì)劃的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)維度定位在車(chē)間級(jí)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)維度定位在工序級(jí)。該層計(jì)劃使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)同樣為設(shè)計(jì)后的制造BOM數(shù)據(jù)。

以上構(gòu)建的項(xiàng)目型制造企業(yè)四級(jí)計(jì)劃管理模型以MRPⅡ計(jì)劃體系為基礎(chǔ)，但又與MRPⅡ計(jì)劃存在顯著的差別，區(qū)別如下：

(1)MRPⅡ計(jì)劃體系屬于“推式”計(jì)劃，計(jì)劃來(lái)源為市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)和客戶訂單。由于中長(zhǎng)期需求預(yù)測(cè)誤差較大，為了減少庫(kù)存短缺造成的損失，因此在計(jì)劃編制過(guò)程中會(huì)考慮較大的安全庫(kù)存和較長(zhǎng)的生產(chǎn)提前期。而項(xiàng)目型制造企業(yè)完全由訂單拉動(dòng)生產(chǎn)，在計(jì)劃編制過(guò)程中不必考慮庫(kù)存。

(2)整個(gè)多級(jí)計(jì)劃模型以產(chǎn)品項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，在企業(yè)級(jí)引入PAU的概念，構(gòu)建以PAU工藝節(jié)點(diǎn)為基本單位的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，在不具備產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的項(xiàng)目計(jì)劃層采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量排產(chǎn)，排產(chǎn)結(jié)果相當(dāng)于企業(yè)層的MRP計(jì)劃，同時(shí)也相當(dāng)于分廠層級(jí)的產(chǎn)品訂單任務(wù)。

(3)MRPⅡ計(jì)劃體系采用固定的BOM、工藝路線和提前期，導(dǎo)致排程方案很難在現(xiàn)實(shí)中直接應(yīng)用。在本文建立的四級(jí)計(jì)劃管理模型中，生成分廠主件MPS、MRP所用到的都是面向訂單產(chǎn)品設(shè)計(jì)的BOM和工藝路線，并與企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃使用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)，符合這類企業(yè)面向訂單設(shè)計(jì)的生產(chǎn)模式。此外，融合了準(zhǔn)時(shí)制思想、由上層部件的工序所需物料時(shí)間確定下層零部件的產(chǎn)出日期，而非采用MRPⅡ的固定提前期向前推算，更加符合項(xiàng)目型制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)。

項(xiàng)目型制造企業(yè)四級(jí)計(jì)劃管理模型離不開(kāi)產(chǎn)品等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐，完備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)多級(jí)計(jì)劃合理運(yùn)行的前提。因此，下文將對(duì)面向多級(jí)計(jì)劃過(guò)程的產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模展開(kāi)研究。

3 面向多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模

由企業(yè)多級(jí)計(jì)劃管理模型可知，項(xiàng)目型制造企業(yè)在計(jì)劃編制過(guò)程中涉及大量不同類型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，面向過(guò)程等建模方法容易出現(xiàn)不同層次計(jì)劃之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致問(wèn)題，無(wú)法滿足項(xiàng)目型制造企業(yè)的多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃需求，因此本文采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

制造BOM反映了由產(chǎn)品、部件、組件、零件相互依賴關(guān)系組成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，分別從不同角度描述了產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)和加工過(guò)程中的工藝信息，在編制生產(chǎn)作業(yè)和調(diào)度計(jì)劃以及物料管理等ERP和MES領(lǐng)域中起著核心數(shù)據(jù)的作用[15]。在項(xiàng)目型生產(chǎn)環(huán)境下，每個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都存在差異，如果針對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品建立制造BOM，雖然可以滿足客戶的個(gè)性化需求，但是歸屬于同一類別的大量結(jié)構(gòu)高度相似的產(chǎn)品制造BOM會(huì)存在大量的數(shù)據(jù)冗余，制造BOM數(shù)據(jù)的一致性也難以保證[16]。為提高面向訂單設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的信息組織和管理效率，采用面向?qū)ο蠼Ｖ小邦悺迸c“對(duì)象”的概念，分別對(duì)企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃所需要的產(chǎn)品PAU級(jí)標(biāo)準(zhǔn)期量與分廠、車(chē)間級(jí)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃所需要的零部件級(jí)制造BOM構(gòu)建模型。

3.1 加工裝配單元級(jí)標(biāo)準(zhǔn)期量數(shù)據(jù)構(gòu)建

最先需要確定產(chǎn)品類和對(duì)象。以大型發(fā)電設(shè)備產(chǎn)品為例，確定項(xiàng)目型制造企業(yè)產(chǎn)品的基類(汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品類、水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品類和風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品類等)，由基類派生出若干子類(30MW汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品類、60MW汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)品類等)，最終的對(duì)象是面向不同客戶訂單的具體產(chǎn)品，用Product_ID表示其產(chǎn)品代碼。類具有特定的屬性，類下的對(duì)象會(huì)繼承類的全部屬性。在產(chǎn)品制造過(guò)程中，可以針對(duì)從屬于同一個(gè)子類的產(chǎn)品建立同一套標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量模板(用Standard_product表示)，因此當(dāng)企業(yè)接到新產(chǎn)品訂單，做企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，可以直接繼承其所屬子類的標(biāo)準(zhǔn)期量屬性，包括標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)與PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝。構(gòu)建產(chǎn)品對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)表(表1)，該數(shù)據(jù)表描述了產(chǎn)品所屬的子類和基類，以及該產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)期量。

表1 產(chǎn)品對(duì)象屬性數(shù)據(jù)表

產(chǎn)品對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量屬性可以分為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)與PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝，因此表2的“Standard_product”字段又可以關(guān)聯(lián)兩個(gè)子表。

用集合PAU表示產(chǎn)品下的加工裝配單元。即

PAU={{(x1,1)},{(x1i,1),i=1,2,…,m},{(x1ij,1),j=1,2,…nm},{(x1ijk,1),k=1,2,…nml}}

PAU集合由四個(gè)子集構(gòu)成，表示產(chǎn)品的四層PAU構(gòu)成關(guān)系。第一層虛擬PAU為總裝配，用x1表示；第二層PAU用符號(hào)x1i表示；第三層PAU用符號(hào)x1ij表示；第四層PAU用符號(hào)x1ijk表示。各個(gè)虛擬PAU的數(shù)量均為1。

任意兩個(gè)虛擬PAU的父子裝配關(guān)系可以用三元組表示。即

由PAU集合可知：z1,1i=1(?i∈m),z1i,1ij=1(?j∈nm),z1ij,1ijk=1(?k∈nml)。

依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，采用復(fù)合型BOM構(gòu)造方法，構(gòu)建產(chǎn)品與虛擬PAU之間裝配關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表2。復(fù)合型BOM構(gòu)造方法結(jié)合了單層與多層兩種構(gòu)造方法的特點(diǎn)，采用“產(chǎn)品代碼Product_ID”“父件代碼Parent_ID”“父件版本Parent_version”“子件類別Child_type”“子件代碼Child_ID”“子件版本Child_version”“裝配數(shù)量Quantity”“層次碼Level”8個(gè)字段來(lái)表示，該數(shù)據(jù)表通過(guò)“Product_ID”字段與產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)表建立關(guān)聯(lián)。其中，版本“001”表示標(biāo)準(zhǔn)期量版本，產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)關(guān)系均為標(biāo)準(zhǔn)期量版本。

表2 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)PAU都具有工藝信息，即PAU在各個(gè)分廠的標(biāo)準(zhǔn)加工裝配過(guò)程——PAU工藝節(jié)點(diǎn)，是企業(yè)級(jí)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃排產(chǎn)的基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)。PAU的工藝屬性包括工藝版本、工序編碼、PAU工藝節(jié)點(diǎn)名稱、工時(shí)定額、關(guān)鍵設(shè)備制造資源等。PAU的xi的節(jié)點(diǎn)名稱代號(hào)為Oir,r=1,2,…,ri,ri≤nfactory，表示PAU的xi的加工裝配過(guò)程共經(jīng)過(guò)ri個(gè)分廠節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量小于等于分廠總數(shù)nfactory。節(jié)點(diǎn)Oir的總工期為T(mén)ir，節(jié)點(diǎn)用到的企業(yè)關(guān)鍵設(shè)備資源組為Mu,u=1,2,…,g，表示企業(yè)所有的分廠共包含g個(gè)關(guān)鍵設(shè)備資源組。

PAU的工藝屬性用7個(gè)字段“PAU代碼Child_ID”“工藝版本X_version”“工序編碼X_number”“PAU工藝節(jié)點(diǎn)代碼Process_ID”“節(jié)點(diǎn)分廠X_factory”“節(jié)點(diǎn)總工期X_time”“關(guān)鍵設(shè)備X_equip”表示，部分PAU節(jié)點(diǎn)不占用企業(yè)級(jí)關(guān)鍵設(shè)備，因此該字段取值可能為空。對(duì)任一xi∈PAU，其工藝屬性在PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝表中都會(huì)有確定的取值。構(gòu)建PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)表(表3)，說(shuō)明PAU的x11依次經(jīng)過(guò)分廠1，2，4，6四個(gè)分廠節(jié)點(diǎn)，完成整個(gè)加工裝配過(guò)程，其中在分廠1，4分別要用到企業(yè)級(jí)關(guān)鍵設(shè)備M1，M3，因此在做企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的時(shí)候需要考慮這三個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的能力平衡問(wèn)題。該數(shù)據(jù)表通過(guò)“Child_ID”字段與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表建立關(guān)聯(lián)。

表3 PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)表

3.2 零部件級(jí)制造BOM數(shù)據(jù)構(gòu)建

當(dāng)企業(yè)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖生成的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備計(jì)劃與工裝準(zhǔn)備計(jì)劃下達(dá)給設(shè)計(jì)部和工藝部時(shí)，觸發(fā)設(shè)計(jì)和工藝部門(mén)對(duì)PAU下的零部件制造BOM的設(shè)計(jì)工作，從而生成分廠級(jí)與車(chē)間級(jí)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制所需要的制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表和制造BOM零部件工藝表。即產(chǎn)品對(duì)象除了繼承類的產(chǎn)品PAU級(jí)標(biāo)準(zhǔn)期量屬性外，還具有自身所獨(dú)有的零部件制造BOM屬性。

用集合LB表示產(chǎn)品的零部件，零部件集合仍由四個(gè)子集構(gòu)成，分別表示各層PAU所包含的零部件。即

LB={{(y1,a,q1,a),(y1,ab,q1,ab),(y1,abc,q1,abc)},{(y1i,a,q1i,a),(y1i,ab,q1i,ab),(y1i,abc,q1i,abc)},{…},{…}}

式中，y1,a表示第一級(jí)PAU的x1下屬的第一級(jí)部件，其數(shù)量為q1,a；y1,ab表示部件y1,a下屬的第二級(jí)部件，數(shù)量為q1,ab；y1,abc表示部件y1,ab下屬的第三級(jí)零件，數(shù)量為q1,abc。

第二、三、四級(jí)虛擬PAU的下屬零部件同理。

與產(chǎn)品PAU裝配關(guān)系類似，可以得到任意PAU與其第一級(jí)部件之間、部件與下級(jí)部件或零件之間的裝配關(guān)系三元組。即

Z=(y1,y2,z1,2);y1,y2∈LB

根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，通過(guò)SQL查詢語(yǔ)句的遞歸方法，構(gòu)建零部件結(jié)構(gòu)復(fù)合型BOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表4。與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)表類似，零部件結(jié)構(gòu)復(fù)合型BOM數(shù)據(jù)表包含零部件代碼、零部件數(shù)量、零部件層次碼、零部件版本、父件代碼、父件版本等信息，其中版本“002”表示設(shè)計(jì)版本，零部件結(jié)構(gòu)均為設(shè)計(jì)版本。另外增加了“是否主件Key”“所屬PAU的PAU_ID”信息。該數(shù)據(jù)表通過(guò)“PAU_ID”字段將零部件與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表中的PAU建立關(guān)聯(lián)。

與PAU標(biāo)準(zhǔn)大工序表類似，每一個(gè)零部件節(jié)點(diǎn)也都具有工藝信息。工藝信息包含工藝版本、工序名稱、工時(shí)定額、制造資源及所需的物料代碼等。由于制造柔性的存在，工序與制造資源是一對(duì)多的關(guān)系，在企業(yè)計(jì)劃調(diào)度的過(guò)程中需要再次進(jìn)行選擇；所需的物料代碼可能是部件的下級(jí)子件，也可能是原材料。

零部件節(jié)點(diǎn)yi的工序名稱代號(hào)為oir,r=1,2,…,ri，表示yi共有ri道工序；每道工序oir的工時(shí)定額為tir；工序oir用到的制造資源組為mu,u=1,2,…,e，表示該零部件所在的分廠共有e個(gè)資源組，每個(gè)資源組可能包含一個(gè)或多個(gè)相同的設(shè)備或工種；工序oir所需物料可能是原材料，也可能是下層零部件yij。

節(jié)點(diǎn)的工藝屬性用8個(gè)字段表示。對(duì)任一零部件yi∈LB，其工藝屬性在制造BOM中都會(huì)有確定的取值。構(gòu)建制造BOM零部件工藝數(shù)據(jù)表(表5)，該數(shù)據(jù)表通過(guò)“Child_ID”字段與制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表中的零部件建立關(guān)聯(lián)。

上面構(gòu)建的產(chǎn)品PAU級(jí)標(biāo)準(zhǔn)期量數(shù)據(jù)是產(chǎn)品繼承類的共有屬性，零部件制造BOM數(shù)據(jù)是產(chǎn)品獨(dú)有的屬性，二者與產(chǎn)品對(duì)象屬性數(shù)據(jù)表共同組成了項(xiàng)目型制造企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

3.3 面向多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量與制造BOM關(guān)聯(lián)

根據(jù)企業(yè)四級(jí)計(jì)劃管理模型可知，企業(yè)會(huì)先采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量數(shù)據(jù)編制生產(chǎn)計(jì)劃，待設(shè)計(jì)部與工藝部完成產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)時(shí)，建立設(shè)計(jì)完畢的制造BOM與標(biāo)準(zhǔn)期量數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，再采用更新后的制造BOM數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的排產(chǎn)工作。

以4個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)，建立PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝與制造BOM零部件工藝的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得計(jì)劃體系的標(biāo)準(zhǔn)期量與產(chǎn)品制造BOM數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，見(jiàn)圖4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量與制造BOM關(guān)系模型

依據(jù)上述關(guān)系模型，構(gòu)建制造BOM與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖5。

制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表中的每一個(gè)零部件都要與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品PAU結(jié)構(gòu)表中的所屬PAU建立關(guān)聯(lián)，使得分廠級(jí)的零部件計(jì)劃可以從企業(yè)級(jí)的PAU計(jì)劃中拆解。制造BOM零部件工藝表的每一道工序都可通過(guò)所屬分廠字段關(guān)聯(lián)唯一的PAU標(biāo)準(zhǔn)工藝節(jié)點(diǎn)，確保分廠、車(chē)間級(jí)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與PAU節(jié)點(diǎn)計(jì)劃的銜接，并且使分廠真實(shí)的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋到企業(yè)的PAU節(jié)點(diǎn)計(jì)劃中。如此，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量數(shù)據(jù)與制造BOM數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目型制造企業(yè)不同層級(jí)計(jì)劃之間的合理銜接貫通。

表4 制造BOM零部件結(jié)構(gòu)表

表5 制造BOM零部件工藝表

圖5 制造BOM與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目型制造企業(yè)與傳統(tǒng)的批量制造型企業(yè)相比，生產(chǎn)計(jì)劃管理更加復(fù)雜和困難，單一的計(jì)劃方法不再適用于這類企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理。本文將項(xiàng)目管理領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法融入傳統(tǒng)的MRPⅡ系統(tǒng)中，從產(chǎn)品維度和生產(chǎn)組織維度出發(fā)，建立了面向項(xiàng)目型制造企業(yè)的四級(jí)計(jì)劃管理模型。四級(jí)計(jì)劃過(guò)程涉及的產(chǎn)品層級(jí)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為保證多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的良好運(yùn)行，需要建立產(chǎn)品與多級(jí)計(jì)劃之間的匹配關(guān)系。本文采用面向?qū)ο蟮慕７椒?，?gòu)建了面向多級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，包含面向企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的加工裝配單元級(jí)標(biāo)準(zhǔn)期量和面向分廠、車(chē)間級(jí)計(jì)劃的零部件級(jí)制造BOM模型，并建立了標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品期量與制造BOM數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，從而能夠較好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目型制造企業(yè)不同層級(jí)計(jì)劃之間的銜接貫通。

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