流水線生產(chǎn)計(jì)劃編排的研究與思考

王永剛

（廣船國際生產(chǎn)管理中心）

0 前言

船舶建造是一項(xiàng)綜合而復(fù)雜的工程，其中間產(chǎn)品的建造，有典型的流水線生產(chǎn)特征，流水線生產(chǎn)計(jì)劃的編排質(zhì)量水平，直接關(guān)系到項(xiàng)目的產(chǎn)品進(jìn)度與成本高低，本文從項(xiàng)目案例入手，探究影響流水線生產(chǎn)幾個(gè)因素之的相互關(guān)系和編排切合實(shí)際又經(jīng)濟(jì)合理的流水線計(jì)劃方法，逐步揭示流水線計(jì)劃管理的方法和特點(diǎn)。

案例情況如下某分段制造廠承接了一批數(shù)量為135 個(gè)分段制作訂單，要求分段預(yù)裝完整，完成涂裝后交付。

為了方便闡明問題，假設(shè)整個(gè)分段建造過程為三道工序，依次為大組立（分段制作）、分段預(yù)裝、分段涂裝。因本批次分段交付順序有嚴(yán)格要求，并且前期也確定搭載順序，因此不允許出現(xiàn)不按分段次序交付，為了約束分段廠按分段次序交付，客戶根據(jù)搭載計(jì)劃，編排了詳細(xì)的分段需求日期給分段廠，作為合同附件之一。

根據(jù)客戶要求，分段廠編排分段計(jì)劃通過消化圖紙、核對(duì)數(shù)據(jù)，核定每個(gè)分段在各個(gè)工序上的施工周期，再通過倒推，編制出了施工計(jì)劃，，每道工序依次進(jìn)行，交出時(shí)間剛好是“JIT”，沒有浪費(fèi)資源，沒有分段積壓根據(jù)結(jié)果測算工序胎位負(fù)荷。

發(fā)現(xiàn)按照倒推計(jì)劃，各工序的負(fù)荷曲線表明，“倒退計(jì)劃”工序負(fù)荷，正常的勞動(dòng)資源配備是無法滿足的，見圖1。

圖1 “倒推計(jì)劃”工序負(fù)荷曲線

圖2 “35 10 15”工序負(fù)荷曲線

圖3 后道工序胎位與工期關(guān)系圖

1 均衡連續(xù)的流水線計(jì)劃

如圖1 所示，整個(gè)負(fù)荷曲線呈“^”型，每道工序波動(dòng)大實(shí)行這樣的計(jì)劃，需有不計(jì)成本的資源支持。

一份好的計(jì)劃，首先要具備可操作性，其次兼顧各種資源的合理投入，最終滿足項(xiàng)目目標(biāo)。本項(xiàng)目流水線生產(chǎn)最主要的制約資源是胎位（工位）和勞動(dòng)力。其中，胎位的設(shè)置涉及到方方面面，有場地、設(shè)備、吊機(jī)、動(dòng)能、密閉等諸多現(xiàn)實(shí)制約因素，而且成本投入高，勞動(dòng)力調(diào)配則相應(yīng)靈活一些。

本文從胎位條件出發(fā)來編排計(jì)劃，假定胎位和勞動(dòng)力資源是捆綁的。我們的計(jì)劃目標(biāo)是分段按期按序交貨，施工過程胎位負(fù)荷飽滿均衡。

1.1 計(jì)劃編排思路

圖4 首道工序胎位與工期關(guān)系圖

圖5 “35 13 15 臨界點(diǎn)”工序負(fù)荷曲線

圖6 “35 13 15 臨界點(diǎn)”工序間分段滯留曲線

圖7 “35 25 34 無滯留點(diǎn)”工序負(fù)荷曲線

在項(xiàng)目案例的限定條件下我們注意到，分段需求是嚴(yán)格相關(guān)聯(lián)的，A B C D E，必須要順次進(jìn)行，這時(shí)我們每道工序的計(jì)劃編排，按照分段需求順序，依次上胎，但是胎位不等分段，例如大組立有四個(gè)胎位，依次上A B C D,A 和C 周期為3 天，B 和D周期為5 天，分段預(yù)裝只有兩個(gè)胎位，這時(shí)，分段預(yù)裝就上A C，待A C 有一個(gè)離胎后，優(yōu)先安排B上，這時(shí)在第二道工序，生產(chǎn)順序變成了A C B D。

所以，盡管第一道工序我們嚴(yán)格按照，A B C D E 來安排上胎，但是待第三道工序交出時(shí)，順序很可能會(huì)變成，A C B E D，在這個(gè)案例中單個(gè)分段制作總周期從20～71 天不等，所以這個(gè)時(shí)候要嚴(yán)格按序交出只有兩個(gè)方法，分別是：

方法一，第二道工序胎位空著，等B 交出之后再上，然后再上C（胎位閑置，顯然不可?。?；

方法二，每道工序的計(jì)劃編排，按照分段需求順序，依次上胎，但是胎位不等分段，設(shè)置分段堆放場，有一定量的分段儲(chǔ)備，客戶還是按序索取，這樣操作，成本最低，也最合理。

接下來，按照“方法二”來編排生產(chǎn)計(jì)劃，計(jì)劃模擬結(jié)果見表1。

圖2 計(jì)劃負(fù)荷看起來已經(jīng)合理很多，除了涂裝計(jì)劃負(fù)荷波動(dòng)之外，大組立和分段預(yù)裝都是飽和連續(xù)執(zhí)行，很均衡。

但是這種情況之下，依然有29 個(gè)分段發(fā)生滯后，沒有滿足客戶需求，需要對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

1.2 胎位配比與工期關(guān)系

為了達(dá)到用最少的資源投入達(dá)到計(jì)劃要求，我們需要來研究胎位配比與工期關(guān)系問題，顯然135個(gè)分段，135 個(gè)胎位同時(shí)做肯定最快，但是如果這樣編排計(jì)劃，就談不上項(xiàng)目管理，投資太大，賠的比賺的多，領(lǐng)導(dǎo)也不能同意，那么我們分工序來研究，假定第一和第三道工序胎位固定，來研究第二道工序胎位改變，會(huì)對(duì)總工期帶來什么影響，假設(shè)現(xiàn)在大組胎位為35 個(gè)、涂裝胎位為16 個(gè)，預(yù)裝胎位達(dá)到多少時(shí)，項(xiàng)目可以取得最短工期，見表2。

通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)裝胎位的增加，總工期在逐漸縮短，類似于一條以a(0＜a＜1)為底的對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，但是在預(yù)裝胎位達(dá)到某個(gè)“臨界點(diǎn)”之后（本案例為12 個(gè)），再增加預(yù)裝胎位總工期不會(huì)減少，圖形會(huì)變成一條直線。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第三道工序有與第二道工序同樣的情況，在涂裝胎位達(dá)到15 個(gè)時(shí)，圖形變成一條直線。

如果我們改變第一道工序的胎位供給，后面兩道工序胎位不變，總工期的也會(huì)有一定的變動(dòng)，見表3。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3 和圖4 可以發(fā)現(xiàn)，隨著大組胎位的增加，總工期在逐漸縮短，類似于一條以a(0＜a＜1)為底的對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，但是在大組胎位達(dá)到某個(gè)“臨界點(diǎn)”之后（本案例為38 個(gè)），再增加胎位總工期減少非常緩慢，圖形趨近于直線。

1.3 胎位配比“臨界點(diǎn)”

根據(jù)模擬結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在大組胎位為35 個(gè)的情況下，整體胎位數(shù)配比達(dá)到35 13 15 時(shí)，處于項(xiàng)目目標(biāo)完成的“臨界點(diǎn)”，此時(shí)總工期為145 天，沒有滯后分段，各道胎位配置最低，也就是說在這種情況下，再增加預(yù)裝胎位和涂裝胎位對(duì)于項(xiàng)目工期縮短是沒有貢獻(xiàn)的，增加的資源就是浪費(fèi)，見表4。

1.4 探究關(guān)鍵路徑

在這個(gè)胎位配比下生產(chǎn)達(dá)到了某種邊界，再增加的資源不會(huì)起到更好的作用，由此可以推理大組工序35 個(gè)胎位，每次離胎的分段，都恰巧有分段預(yù)裝工位空出，都能夠及時(shí)上胎，也就是說13 個(gè)預(yù)裝胎位，滿足了大組工序的峰值，工序之間沒有分段滯留，順次銜接，如果是這樣，那么就可以解釋，再增加預(yù)裝胎位，不會(huì)導(dǎo)致工期縮短。

表1 “35 10 15”計(jì)劃模擬結(jié)果

表2 改變預(yù)裝胎位計(jì)劃模擬結(jié)果

表3 改變大組胎位計(jì)劃模擬結(jié)果

為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，通過計(jì)算，大組工序和分段預(yù)裝之后的分段滯留情況，1 月份結(jié)果如表5。

如圖6 所示，從1 月到5 月工序間一直都有分段滯留，并不像假設(shè)的那樣各工序無縫銜接，沒有滯留，接下來的問題是，既然每道工序后面都有分段滯留，為什么增加胎位，但總工期卻不減少？為了理解這個(gè)問題，我們先來弄清145 天的周期是怎么得來的，這個(gè)周期的組成是由三道工序疊加而來的，各工序周期分別為“大組周期”119 天、“預(yù)裝周期”83 天、“涂裝周期”88 天，其中非重疊部分為“135 個(gè)分段大組”119 天+“A010 分段預(yù)裝”10天+ “A010 分段涂裝”16 天=145 天，也就是說我們這份計(jì)劃的關(guān)鍵路徑是“分段大組119 天——預(yù)裝收尾10 天——涂裝收尾16 天”，根據(jù)定義，關(guān)鍵路徑是計(jì)劃內(nèi)耗時(shí)最長的路徑，只要其它并行路徑?jīng)]超過他，總計(jì)劃完成時(shí)間不變，也就是說只要在A010 大組離胎和預(yù)裝離胎時(shí)，后道只要有相應(yīng)的空余工位及時(shí)給到就不會(huì)影響整體工期。

我們通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析來驗(yàn)證這個(gè)推論，具體數(shù)據(jù)見表6。

在“臨界胎位配比”35 12 15 時(shí)，大組結(jié)束4 月29 日，預(yù)裝工位負(fù)荷為1，空余胎位為11，預(yù)裝結(jié)束5 月9 日時(shí)，涂裝工位負(fù)荷為12，空余胎位為3，兩道工序都滿足及時(shí)上胎條件。

在胎位配比為35 11 15（僅差1 個(gè)預(yù)裝胎位）時(shí)，可以看到大組結(jié)束4 月29 日，預(yù)裝工位負(fù)荷為11，空余胎位為0，預(yù)裝結(jié)束5 月13 日時(shí)，涂裝工位負(fù)荷為14，空余胎位為1，其中預(yù)裝工序不能滿足“A010”上胎需求，導(dǎo)致關(guān)鍵路徑周期增加3 天，總工期為148 天，通過比對(duì)我們可以確定“135 個(gè)分段大組”119 天+“A010 分段預(yù)裝”10 天+ “A010分段涂裝”16 天就是關(guān)鍵路徑。

1.5 資源是否多多益善

經(jīng)過以上分析，我們得知在“臨界點(diǎn)”附近，資源配置少了會(huì)導(dǎo)致計(jì)劃延期，那么資源供給增加會(huì)對(duì)計(jì)劃產(chǎn)生什么影響呢？

接下來看一個(gè)比較極端的胎位配比（35 25 34），這個(gè)胎位配比之下，各道工序之間沒有任何分段積壓，每個(gè)分段生產(chǎn)過程就像在傳動(dòng)帶上一樣，一經(jīng)開始就沒有停滯，配比為35 25 34 時(shí)的工序負(fù)荷，如圖7 所示。

表4 “35 13 15 臨界點(diǎn)”計(jì)劃結(jié)果

表5 “35 13 15 臨界點(diǎn)”工序間分段滯留數(shù)量

表6 “35 12 15”計(jì)劃詳情

很明顯，這種工況之下分段預(yù)裝和分段涂裝兩道工序負(fù)荷波動(dòng)很大，負(fù)荷極不均衡。資源多了，反而起到了反作用。因?yàn)橘Y源不是憑空獲得的，都是要付出成本的，比如預(yù)裝工序，如果要按照這份計(jì)劃來完成，最高的時(shí)候要配到25 個(gè)胎位，但是實(shí)際上我們只用13 個(gè)胎位就能達(dá)到同樣的效果，那么現(xiàn)在每天都會(huì)有10 個(gè)胎位左右無工可開，多余的資源造成了勞動(dòng)負(fù)荷的不均衡、不飽滿，進(jìn)而導(dǎo)致窩工，工人收入降低，人才流失。

2 計(jì)劃如何應(yīng)對(duì)變化

計(jì)劃跟不上變化，計(jì)劃排的再好，出現(xiàn)這種情況，說明我們還沒有足夠的能力來控制計(jì)劃，打個(gè)比方，90 年代人們常抱怨鐵路部門“列車時(shí)刻表有什么用？天天晚點(diǎn)！”，但現(xiàn)在回想，高鐵行駛千里，到站分秒不差，這里面有質(zhì)的變化。

2.1 應(yīng)對(duì)變化因素

造船作業(yè)是項(xiàng)復(fù)雜而龐大的綜合工程，很多因素的變化都會(huì)導(dǎo)致計(jì)劃的脫節(jié)，為了解決這個(gè)問題，我們在計(jì)劃編制時(shí)就要留有一定量的裕度。

比如做計(jì)劃時(shí)我們使用的標(biāo)準(zhǔn)周期，是不是按照每天工作8 小時(shí)一周工作6 天來測算的，如果是這樣，那么在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)，我們每天的有效加班時(shí)間有2 小時(shí)，也就是說，變化因素導(dǎo)致的周期影響，如果能控制在25%以內(nèi)，就可以通過每天加班2 小時(shí)來解決，如果這時(shí)還要經(jīng)常通過加減人才能滿足生產(chǎn)，那就說明我們對(duì)工序管理的整體把控能力還有待提高。

2.2 計(jì)劃順序?qū)て诘挠绊?/h3>

如果把施工順序打亂會(huì)出現(xiàn)什么情況呢，之前每道工序優(yōu)先按照ABCDE來上胎，現(xiàn)在按照CDBAE順序來組織生產(chǎn)，也就是說客戶分段需求順序很明確，但是前道工序的生產(chǎn)計(jì)劃安排并不考慮搭載需求，會(huì)是什么樣的效果？我們在保持胎位配比不變（35 12 15）的情況下，對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行研究。

按照客戶需求順序和工序周期的2 個(gè)因素，依次打亂計(jì)劃順序，一共做了10 組順序組合測試，模擬結(jié)果如表7 所示。

通過觀察我們發(fā)現(xiàn)，在不同的計(jì)劃順序下，總工期各不相同，最短的132 天，最長的149 天，差別約為12%，但是按照滯后指標(biāo)來評(píng)價(jià)的話，除了按照需求順序編排生產(chǎn)計(jì)劃外，其它的計(jì)劃方式都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到客戶需求，不能按合同履約。

表7 十種生產(chǎn)順序計(jì)劃情況對(duì)比

假如沒有按照客戶的需求順序來組織生產(chǎn)，在有分段交貨滯后時(shí)，一定會(huì)收到投訴，最后迫于各方面的壓力，就要把個(gè)別分段加急處理，加急帶來的結(jié)果是更大的資源占用，會(huì)干擾現(xiàn)有的流水生產(chǎn)，然后造成進(jìn)一步的浪費(fèi)和周期增加，最后只能通過投入額外資源來趕工，結(jié)果只有兩個(gè)，一個(gè)是增加預(yù)算外的投入，一個(gè)就是不能按期履行合同。

2.3 計(jì)劃的力量

換一種角度來看順序改變后的計(jì)劃表，假如，現(xiàn)在的項(xiàng)目任務(wù)是加工135 個(gè)分段，這批分段需要一起做好，然后客戶打包運(yùn)走。

觀察表7，可以發(fā)現(xiàn)，各種計(jì)劃總工期的時(shí)間變化不大，但是不同計(jì)劃，分工序的周期確大不相同，以涂裝工期為例，最短的81 天，最長的130 天，假設(shè)公司沒有涂裝車間，需要到臨近廠來租用，但是每天租金很高，導(dǎo)致涂裝工序成本比重較大，這個(gè)時(shí)候?yàn)榱双@得合理的經(jīng)濟(jì)收益，就要尋找一種涂裝周期較短的計(jì)劃編排，這時(shí)如果選擇第9 種計(jì)劃，租金成本可以降低39%，這是多么可觀的收益啊，但是，這個(gè)成本的下降是不需要任何硬件投入的，這就是計(jì)劃的力量。

3 結(jié)束語

綜上所述，流水線計(jì)劃的編排是一門學(xué)問，胎位、周期、順序都會(huì)對(duì)工期產(chǎn)生影響，但三個(gè)因素特點(diǎn)各有不同，我們要對(duì)癥下藥，用不同的方法進(jìn)行管理。

胎位：設(shè)置胎位，限制條件最多，資源最寶貴，成本最高，對(duì)胎位配比，我們要摸到臨界點(diǎn)來管理，不能盲目增減。

順序：計(jì)劃順序，最為靈活，技巧性較高，但是不造成物理成本增加，這一塊應(yīng)當(dāng)加大研究投入，好的順序能將產(chǎn)能充分發(fā)揮出來，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡連續(xù)。

周期：工序周期，往往是公司綜合水平的體現(xiàn)，實(shí)際上受制于工藝方法與資源配置，一部分不可壓縮，一部分可壓縮，周期管控應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)基礎(chǔ)管理，例如在生產(chǎn)準(zhǔn)備，物流配套，管理機(jī)制，工藝工法，精度控制上下工夫，提高質(zhì)量，逐步縮短周期，然后再用新的周期來找到對(duì)應(yīng)的最優(yōu)順序及胎位配置。

總而言之，胎位、周期、順序三個(gè)因素，對(duì)于流水線生產(chǎn)的作用，就好比是一輛車的發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、控制系統(tǒng)，他們互相影響，互相制約，對(duì)于不同的任務(wù)，需要不同的配置去完成，單個(gè)指標(biāo)最優(yōu)不一定是最佳的，匹配的才是最好的。