裝配式工廠物料配送多重影響因素分析

王鵬宇，石峻峰，王 波，趙訓(xùn)剛

(1 湖北工業(yè)大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；2 中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

當(dāng)前，我國建筑業(yè)正處于從傳統(tǒng)建筑業(yè)向智能裝配式“制造業(yè)”轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵階段，也是建筑業(yè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵階段，建筑業(yè)的“制造業(yè)”將成為我國新一輪制造業(yè)的一個(gè)主戰(zhàn)場。從“建造”到“制造”，對(duì)傳統(tǒng)建筑業(yè)來說是一個(gè)全新的領(lǐng)域，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)全部在工廠完成，所以工廠的生產(chǎn)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的影響是至關(guān)重要的。近年來，國內(nèi)外針對(duì)裝配式工廠優(yōu)化的研究也越來越多，Nenad Cus-Babic等[1]提出利用BIM技術(shù)傳遞信息，便于物料管理。Costa G等[1]針對(duì)預(yù)制構(gòu)件信息收集的問題，提出將Web技術(shù)與BIM模型聯(lián)系起來，建立信息數(shù)據(jù)鏈接，實(shí)現(xiàn)信息共享。陸子雨[2]等提出運(yùn)用BIM+RFID技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)進(jìn)行全過程進(jìn)度管理。田登登等[3]基于VSM對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化研究。張忻[4]提出將精益思想運(yùn)用到預(yù)制構(gòu)件廠的優(yōu)化中。高路[5]認(rèn)為需要結(jié)合BIM技術(shù)研發(fā)工廠的智能化管理軟件，包括產(chǎn)品全生命周期的BOM管理。王威[6]提出將 BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到構(gòu)件的物料跟蹤管理過程中，對(duì)構(gòu)件的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的跟蹤記錄。李瑞[7]針對(duì)裝配式建筑產(chǎn)能利用率低等提出IDEF設(shè)計(jì)方法，并將此系統(tǒng)運(yùn)用于預(yù)制工廠的生產(chǎn)管理中，其中包括根據(jù)訂單制定針對(duì)原材料的采購計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)工廠的物料管理。周沖[8]針對(duì)智慧生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)目前存在的應(yīng)用問題(包括物料采購信息、領(lǐng)用單信息、排產(chǎn)信息等數(shù)據(jù)無法通過算法生成)，提出編寫生產(chǎn)計(jì)劃算法自動(dòng)統(tǒng)計(jì)物料等信息。程琳[1]分析預(yù)制構(gòu)件廠物料配送不及時(shí)等問題主要與生產(chǎn)管理、計(jì)劃管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等的不規(guī)范有關(guān)，并提出構(gòu)建信息管理系統(tǒng)。陳浩[9]在PC構(gòu)件生產(chǎn)流程仿真的研究中提到物料配送不及時(shí)等相關(guān)問題，與工廠排產(chǎn)、工人工作分配等問題有關(guān)，結(jié)合精益生產(chǎn)的管理方法提出優(yōu)化生產(chǎn)線以及優(yōu)化工廠管理等方法。目前針對(duì)裝配式工廠物料配送研究的文獻(xiàn)相對(duì)較少，但物料配送也是工廠生產(chǎn)至關(guān)重要的一關(guān)，通過完善裝配式工廠物料配送體系，提升工廠工作效率，降低成本，促進(jìn)生產(chǎn)方式的根本性轉(zhuǎn)變，有利于工廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

因此，本文將針對(duì)裝配式工廠的物料進(jìn)行研究，利用決策實(shí)驗(yàn)室分析法即DEMATEL法找出影響工廠物料配送的主要因素，并提出建議。

1 裝配式工廠物料配送影響因素確定

通過問卷調(diào)查、專家意見以及相關(guān)文獻(xiàn)研究，結(jié)合裝配式工廠實(shí)際情況，并調(diào)研精益工廠物料配送模式，從裝配式工廠與上游溝通不暢、工廠組織管理不當(dāng)、物料配送混亂、物料倉儲(chǔ)無規(guī)劃等問題著手，梳理出影響工廠物料配送的11項(xiàng)主要影響因素，并按照影響因素成因，分為技術(shù)、組織管理和人員三個(gè)方面。

1.1 技術(shù)層面影響因素

上游未提供規(guī)范的BOM數(shù)據(jù)，工廠也缺乏物料統(tǒng)計(jì)相關(guān)的技術(shù)支持，因此，工廠在接收?qǐng)D紙后，須手動(dòng)統(tǒng)計(jì)物料信息，再形成BOM數(shù)據(jù)，然后計(jì)算單件產(chǎn)品的物料需求，這個(gè)過程涉及多部門人工操作，易造成數(shù)據(jù)的滯后和誤差。工廠的計(jì)劃體系不規(guī)范導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)不能嚴(yán)格按照作業(yè)計(jì)劃鎖定順序和時(shí)間，所以無法計(jì)算生產(chǎn)線一個(gè)班次內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品總量和所需物料總量，也不能計(jì)算出作業(yè)天內(nèi)每兩小時(shí)或半天的物料需求量，因此，工廠就不能生成集配指示。

1.2 組織管理層面影響因素

工廠的組織管理存在諸多問題，首先，上游業(yè)務(wù)包括主計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃和BOM數(shù)據(jù)的不規(guī)范，因此無法支撐生產(chǎn)物流配送業(yè)務(wù)。其次，物料計(jì)劃體系包括物料需求計(jì)劃、要貨計(jì)劃和備投計(jì)劃，計(jì)劃體系不規(guī)范、設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)變更協(xié)同、計(jì)劃及計(jì)劃變更協(xié)同不足，導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)和生產(chǎn)物流配送等下游業(yè)務(wù)無法執(zhí)行。再次，集配管理體系缺乏合理的集配路線、集配物料分類、集配頻次和集配方式設(shè)計(jì)。最后，庫存管理設(shè)有原材料庫和堆場，但原材料庫庫存量大而且沒有分設(shè)集配區(qū)，也缺少物料從集配區(qū)再送到線邊庫的概念。堆場堆放預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件作為轉(zhuǎn)運(yùn)到裝配現(xiàn)場的半成品在這里也將其歸為物料類，存在庫存量大、存貨周期長，存貨資金巨大導(dǎo)致資金成本隨之增長的情況。

1.3 人員層面影響因素

上層管理人員缺乏對(duì)計(jì)劃體系包括物料需求計(jì)劃、要貨計(jì)劃和備投計(jì)劃的認(rèn)識(shí)，缺少計(jì)劃就無法集配。同時(shí)，工廠也缺乏專業(yè)的計(jì)劃人員、倉管人員和集配人員，工廠工人在生產(chǎn)時(shí)按照需求拿取物料，缺乏在時(shí)間和數(shù)量上的控制。

通過以上分析，找出影響裝配式工廠物料配送的三方面因素，并分析其具體組成情況(表1)。

表1 裝配式工廠物料配送指標(biāo)體系

2 DEMATEL方法基本原理與分析步驟

DEMATEL方法即決策實(shí)驗(yàn)室分析法，是一種運(yùn)用圖論和矩陣工具的系統(tǒng)分析的方法。通過分析各因素之間的邏輯關(guān)系并運(yùn)用矩陣運(yùn)算，計(jì)算出因素之間的影響關(guān)系、中心度和原因度，從而確定系統(tǒng)中的關(guān)鍵影響因素。具體分析步驟如下：

1)構(gòu)建直接影響矩陣X。首先確定影響物料配送的各個(gè)因素，然后通過問卷調(diào)查或?qū)I(yè)咨詢的方式分析各因素之間的關(guān)系，最后得到直接影響矩陣。

2)計(jì)算規(guī)范化直接影響矩陣G。利用公式對(duì)直接影響矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化直接影響矩陣G(G=[gij]nxn)

3)計(jì)算綜合影響矩陣T。將直接影響矩陣和規(guī)范化直接影響矩陣通過運(yùn)算得到綜合影響矩陣。T=G(I-G)-1(I為單位矩陣)

4)計(jì)算各因素的影響度f與被影響度e。將綜合影響矩陣經(jīng)過相關(guān)計(jì)算得到影響度f與被影響度e，相應(yīng)的計(jì)算如下：

5)計(jì)算各因素的中心度m與原因度n。將影響度與被影響度經(jīng)過相關(guān)計(jì)算得到中心度m與原因度n，相應(yīng)的計(jì)算如下：

mi=fi+ei(i=1.,2,…,n)

ni=fi-ei(i=1.,2,…,n)

ni>0時(shí)，ni為原因因素，表明該因素對(duì)其他因素的影響較大；ni<0時(shí)，ni為結(jié)果因素，表明該因素受其他因素的影響較大。

6)提出建議。影響度和被影響度是判斷各因素間的相互影響關(guān)系以及它對(duì)系統(tǒng)整體的影響，中心度和原因度是判斷各因素在整體系統(tǒng)中的重要性。

3 裝配式工廠物料配送影響因素DEMATEL分析

將DEMATEL方法運(yùn)用到裝配式工廠物料配送的影響因素分析中，按照相關(guān)計(jì)算步驟分別得到直接關(guān)系矩陣、綜合影響矩陣、影響度、被影響度、中心度及原因度的計(jì)算結(jié)果。

3.1 DEMATEL確定影響因素間的相互關(guān)系

根據(jù)影響裝配式工廠物料配送指標(biāo)體系，運(yùn)用DEMATEL方法建立11個(gè)因素之間的直接影響矩陣，并用0、1、2三個(gè)標(biāo)度對(duì)各影響因素之間的相互影響關(guān)系進(jìn)行打分。0、1、2分別表示無影響、有影響和影響很大，且因素自身不需要進(jìn)行比較，相應(yīng)的標(biāo)度為0。通過問卷調(diào)查的形式和咨詢相關(guān)專業(yè)人士，將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理后，得出各影響因素之間的關(guān)系，建立直接關(guān)系矩陣(表2)。

表2 直接關(guān)系矩陣

在數(shù)據(jù)整理中我們發(fā)現(xiàn)，第一列僅X6對(duì)X1有2個(gè)標(biāo)度的影響，表明設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)變更協(xié)同性對(duì)為上游提供規(guī)范的BOM數(shù)據(jù)影響很大；第六列僅X1對(duì)X6有1個(gè)標(biāo)度的影響，表明上游BOM數(shù)據(jù)不規(guī)范影響設(shè)計(jì)時(shí)變更的協(xié)同性；第十列和第十一列僅X11和X10有影響，表明工廠對(duì)計(jì)劃體系的認(rèn)識(shí)不足以及缺乏專業(yè)的計(jì)劃人員、倉管人員和集配人員之間是相互影響的。

3.2 綜合影響矩陣

將直接矩陣規(guī)范化后用DEMATEL計(jì)算步驟3計(jì)算出綜合影響矩陣見表3，綜合影響矩陣為影響度和被影響度的計(jì)算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

表3 綜合影響矩陣

3.3 原因結(jié)果圖繪制

根據(jù)DEMATEL計(jì)算步驟4.5，求出各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度見表4。并繪制原因結(jié)果(圖1)。

表4 DEMATEL的計(jì)算結(jié)果

圖 1 DEMATEL原因-結(jié)果圖

4 結(jié)果分析

根據(jù)表4.DEMATEL的計(jì)算結(jié)果以及對(duì)DEMATEL原因-結(jié)果圖的分析，得到各因素之間的影響關(guān)系以及系統(tǒng)中的重要因素和原因因素，具體分析如下：

1)由表4中影響度和被影響度的數(shù)據(jù)可以得到，X6設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)變更協(xié)同、X10計(jì)劃體系和X11專業(yè)的計(jì)劃人員、倉管人員和集配人員的影響度很高，對(duì)其他因素有較大的影響。上游的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)變更對(duì)于及時(shí)準(zhǔn)確的提供和更新工廠所需BOM數(shù)據(jù)有很大的影響，進(jìn)而影響工廠的生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求計(jì)劃。而計(jì)劃體系和專業(yè)的人員影響工廠的生產(chǎn)計(jì)劃、物料管理和集配。這些因素與其他因素關(guān)系密切，通過影響其他因素進(jìn)而影響工廠的物料配送。X8集配管理體系和X9庫存管理規(guī)劃的被影響度很高，容易受到其他因素的影響。庫存管理和集配是物料配送的最后兩個(gè)環(huán)節(jié)，因此容易受到前面環(huán)節(jié)的影響。

2)由表4中心度的數(shù)據(jù)可以得到，X9庫存管理規(guī)劃；X3生產(chǎn)班次物料總量；X5物料需求計(jì)劃、要貨計(jì)劃和備投計(jì)劃以及X8集配管理體系的中心度較大，表明這四個(gè)因素對(duì)裝配式工廠物料配送的影響很大。工廠根據(jù)物料需求計(jì)劃計(jì)算出生產(chǎn)班次的物料總量，并查詢物料庫存是否充足，進(jìn)而制定要貨計(jì)劃和備投計(jì)劃，最后生成集配指示，這些因素之間緊密聯(lián)系而且與工廠當(dāng)天的物料配送直接相關(guān)，因此工廠應(yīng)重視對(duì)中心度大的因素的管理。

3)由表4原因度的數(shù)據(jù)可以得到，X11專業(yè)的計(jì)劃人員、倉管人員和集配人員；X6設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)變更協(xié)同；X10計(jì)劃體系以及X1規(guī)范的BOM數(shù)據(jù)的原因度較大。表明這四個(gè)因素是原因因素，是工廠物料配送效率低下的主要原因。BOM數(shù)據(jù)是計(jì)算產(chǎn)品物料需求的依據(jù)，工廠根據(jù)BOM數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線一個(gè)班次內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品總量計(jì)算出每班次所需物料總量，進(jìn)而生成集配指示，集配人員再進(jìn)行集配方式和集配頻次的設(shè)計(jì)，倉管人員也可以根據(jù)物料需求對(duì)工廠的庫存進(jìn)行規(guī)劃。

5 結(jié)論與對(duì)策

5.1 結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)分析，裝配式工廠物料配送存在諸多問題且對(duì)工廠生產(chǎn)有較大影響，與此相關(guān)的預(yù)制構(gòu)件成本高、積壓嚴(yán)重或數(shù)量不清以及生產(chǎn)效率低下等問題，都可以通過對(duì)工廠的物料和計(jì)劃管理來解決。

5.2 對(duì)策

1)建立協(xié)同BOM數(shù)據(jù)庫 BOM數(shù)據(jù)庫的建立可以考慮通過軟件實(shí)現(xiàn)從圖紙自動(dòng)提取構(gòu)件信息和構(gòu)件BOM數(shù)據(jù)的功能。

2)建立規(guī)范的集配管理體系 工廠根據(jù)BOM清單和當(dāng)天的生產(chǎn)計(jì)劃，生成集配指示。借鑒制造業(yè)看板供應(yīng)機(jī)制，通過看板拉動(dòng)集配工按流水線需要的時(shí)間和數(shù)量運(yùn)送物料。

3)完善庫存管理規(guī)劃 原材料庫的管理首先根據(jù)BOM數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃制定相關(guān)的物料采購計(jì)劃，然后對(duì)倉庫現(xiàn)存物料分區(qū)整理，分設(shè)集配區(qū)，集配區(qū)再送到線邊庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉庫物料數(shù)量的把控。成品庫的管理也就是堆場，需要對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行合理的安排。

4)制定物料需求計(jì)劃(MRP) 物料需求計(jì)劃(MRP)是工廠接收訂單后制定構(gòu)件的生產(chǎn)計(jì)劃，然后根據(jù)BOM數(shù)據(jù)和原料庫的庫存狀況，通過MRP邏輯運(yùn)算計(jì)算出構(gòu)件所需物料以及物料的需求時(shí)間，最后確定構(gòu)件的生產(chǎn)日程。借鑒制造資源計(jì)劃(MRPⅡ)的系統(tǒng)模式，建立裝配式工廠特有的物料需求計(jì)劃(MRP)，以生產(chǎn)計(jì)劃為中心，建立一個(gè)整合BOM數(shù)據(jù)、集配、庫存為一體的系統(tǒng)。