潤(rùn)滑油企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)的構(gòu)建

劉漢海，林國(guó)就，王俊

(中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

訂單驅(qū)動(dòng)式生產(chǎn)運(yùn)作管理是以對(duì)顧客的訂單為依據(jù)，按用戶特定要求進(jìn)行的生產(chǎn)運(yùn)作活動(dòng)。一方面，訂單驅(qū)動(dòng)明確了客戶的產(chǎn)品需求，避免了盲目采購和生產(chǎn)導(dǎo)致原料和成品庫存積壓的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，訂單驅(qū)動(dòng)可以結(jié)合不同客戶的要求到貨時(shí)間調(diào)整各產(chǎn)品生產(chǎn)順序，避免無法按時(shí)保供導(dǎo)致客戶流失。雖然訂單驅(qū)動(dòng)式可以為生產(chǎn)排產(chǎn)指引方向，但絕大多數(shù)客戶的到貨需求會(huì)比預(yù)計(jì)的生產(chǎn)周期短。因此，企業(yè)還需結(jié)合訂單的走勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)部分產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)?shù)膫湄洠黾赢a(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

潤(rùn)滑油企業(yè)就是典型的離散型訂單驅(qū)動(dòng)式的生產(chǎn)企業(yè)，雖然潤(rùn)滑油企業(yè)通過MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)已經(jīng)獲得了極強(qiáng)的生產(chǎn)過程管控能力，但在實(shí)際的生產(chǎn)計(jì)劃排程中還是依靠調(diào)度員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行離線操作，影響了計(jì)劃的及時(shí)性和準(zhǔn)確性[1]。

APS智能排產(chǎn)系統(tǒng)通過優(yōu)化計(jì)劃管理、原料需求、成本核算、數(shù)據(jù)管理等功能，將訂單需求轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)與MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、LIMS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)以及在線工控機(jī)進(jìn)行交互，并綜合考慮儲(chǔ)罐及生產(chǎn)線資源的占用情況、工序間的依賴關(guān)系，為調(diào)度員提供更加方便、直觀的排程工具，實(shí)現(xiàn)智能化排程管理和任務(wù)的全過程跟蹤[2]。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

潤(rùn)滑油生產(chǎn)需要充分考慮質(zhì)量、原料、設(shè)備、人員和時(shí)間等因素。因此，本設(shè)計(jì)是基于企業(yè)原有的MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)建立APS系統(tǒng)排程，接入企業(yè)原有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，主要規(guī)劃了計(jì)劃管理、工廠模型管理、生產(chǎn)過程管理、質(zhì)量管理、看板管理等生產(chǎn)管理模塊，最終實(shí)現(xiàn)“ERP計(jì)劃→APS排程→MES執(zhí)行→ERP發(fā)運(yùn)”的生產(chǎn)全過程覆蓋的信息化管理[3]。

2 系統(tǒng)主要功能

考慮到潤(rùn)滑油行業(yè)市場(chǎng)及生產(chǎn)工廠的實(shí)際情況，對(duì)APS系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能做出了規(guī)劃，本文主要從計(jì)劃管理、工廠模型管理、生產(chǎn)過程管理、質(zhì)量管理及看板管理五個(gè)方面進(jìn)行闡述。

2.1 計(jì)劃管理

2.1.1 需求計(jì)劃

銷售人員通過ERP系統(tǒng)創(chuàng)建銷售訂單和備貨訂單，計(jì)劃管理人員通過APS系統(tǒng)建立手工訂單，由APS系統(tǒng)在特定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)通過與ERP系統(tǒng)的交互獲取不同成品的需求量，再通過ERP底層的物料BOM識(shí)別對(duì)應(yīng)的半成品、包裝物、基礎(chǔ)油及添加劑的需求[4]。APS系統(tǒng)需求識(shí)別管理流程如圖1所示。

圖1 APS系統(tǒng)需求識(shí)別管理流程

通過APS系統(tǒng)的需求識(shí)別，計(jì)劃人員可以看到每個(gè)需求對(duì)應(yīng)的計(jì)劃到貨時(shí)間，結(jié)合系統(tǒng)生成的排程甘特圖推出原材料的最遲到貨時(shí)間，減少了計(jì)劃人員和采購人員的人工干預(yù)，大幅提高了操作的便捷性和準(zhǔn)確性。此外，供應(yīng)商和承運(yùn)商也可以根據(jù)原材料需求同步安排自己的交貨及生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)JIT式的采購與送貨計(jì)劃[5]。

2.1.2 排產(chǎn)計(jì)劃

APS系統(tǒng)會(huì)隨著每日銷售訂單變動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，并將每一條成品訂單結(jié)合ERP的物料BOM按照?qǐng)D2的模式進(jìn)行拆分，拆分完成后對(duì)BOM組件內(nèi)相同半成品進(jìn)行合并，生成半成品的調(diào)合計(jì)劃。而包裝物生產(chǎn)也需要一定的生產(chǎn)周期，因此APS計(jì)劃排程的基本思路是：在生成半成品調(diào)合計(jì)劃的同時(shí)將生成包裝物計(jì)劃發(fā)給供應(yīng)商進(jìn)行包裝物的生產(chǎn)，半成品調(diào)合完成后，在半成品質(zhì)檢合格且包裝物具備的條件下下發(fā)成品的灌裝任務(wù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃流程的自動(dòng)識(shí)別。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，APS系統(tǒng)還需要根據(jù)一定的規(guī)則，確定每個(gè)訂單的排產(chǎn)次序。排序的規(guī)則包括：①客戶的優(yōu)先級(jí)，客戶級(jí)別高的訂單優(yōu)先排產(chǎn)；②交貨時(shí)間的優(yōu)先級(jí)，交貨周期短的訂單優(yōu)先排產(chǎn)；③效益的優(yōu)先級(jí)，獲得效益最高的訂單優(yōu)先排產(chǎn)；④欠量時(shí)間的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于欠量時(shí)間長(zhǎng)的訂單優(yōu)先排產(chǎn)；⑤組件狀態(tài)的優(yōu)先級(jí)，具備生產(chǎn)條件的訂單優(yōu)先排產(chǎn)。以上的規(guī)則優(yōu)先級(jí)別可根據(jù)具體的要求及實(shí)際情況在APS系統(tǒng)中進(jìn)行人工干預(yù)[6]。

2.1.3 任務(wù)分配

APS系統(tǒng)在完成計(jì)劃輸出及訂單排序后，需要將具體的任務(wù)按照訂單的優(yōu)先順序分配至生產(chǎn)裝置，并根據(jù)分配的順序生成任務(wù)甘特圖[7]。潤(rùn)滑油調(diào)合任務(wù)分配需要考慮的因素主要有：①油品的工藝路線，根據(jù)油品的類別確定使用的調(diào)合裝置[8]；②油品的調(diào)合量，根據(jù)油品的調(diào)合量選擇容量接近的儲(chǔ)罐，提高裝置的效能；③設(shè)備效率，根據(jù)訂單的優(yōu)先級(jí)選擇生產(chǎn)效率最高的裝置進(jìn)行生產(chǎn)；④生產(chǎn)裝置的占用情況，主要看儲(chǔ)罐狀態(tài)是否為空；⑤儲(chǔ)罐上一批次的油品對(duì)該任務(wù)油品性能的影響。而潤(rùn)滑油灌裝任務(wù)分配需要考慮的因素主要有：①油品的工藝路線，根據(jù)油品的類別確定使用的灌裝產(chǎn)線；②灌裝桶型及紙箱類型，根據(jù)產(chǎn)品的不同的桶型選擇具有該桶型生產(chǎn)能力的產(chǎn)線[9]；③灌裝效率，根據(jù)訂單的優(yōu)先級(jí)選擇生產(chǎn)效率最高的產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)；④產(chǎn)線利用效率，將任務(wù)結(jié)合計(jì)劃進(jìn)度甘特圖進(jìn)行平均分配，條件允許的情況下盡可能各產(chǎn)線的停機(jī)時(shí)間一致，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線利用效率的最大化；⑤灌裝上一批次的油品對(duì)該任務(wù)油品性能的影響。

而在實(shí)際APS系統(tǒng)的排產(chǎn)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)已經(jīng)分配至調(diào)合產(chǎn)線的生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先級(jí)變化的情況(比如緊急插單、設(shè)備故障、客戶特殊需求等)[10]。此時(shí)可在APS系統(tǒng)的任務(wù)甘特圖界面將需要調(diào)整優(yōu)先級(jí)的任務(wù)拖拽至需要后置的任務(wù)前方即可，并且通過甘特圖可以直觀地看到該任務(wù)的預(yù)計(jì)開始時(shí)間及預(yù)計(jì)結(jié)束時(shí)間，設(shè)計(jì)界面如圖2所示[11]。

圖2 APS系統(tǒng)生產(chǎn)訂單管理模塊設(shè)計(jì)界面

2.1.4 計(jì)劃分析

在當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)完成后，需要將任務(wù)的實(shí)際的開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間和任務(wù)的計(jì)劃開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間進(jìn)行比較，查找差距的原因，并分析主要的影響生產(chǎn)因素，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的持續(xù)優(yōu)化，形成計(jì)劃業(yè)務(wù)的閉環(huán)管理[12]。

2.2 工廠模型管理

潤(rùn)滑油企業(yè)中制約生產(chǎn)進(jìn)度的工廠內(nèi)部因素通常有以下幾點(diǎn)：①設(shè)備故障；②生產(chǎn)裝置的產(chǎn)能未能被最大程度地利用；③倉庫無儲(chǔ)存庫位；④分析效率低下，分析結(jié)果滯后。而通過在APS系統(tǒng)維護(hù)工廠的生產(chǎn)調(diào)合裝置、生產(chǎn)灌裝產(chǎn)線、倉庫庫存容量、裝卸點(diǎn)、進(jìn)出廠點(diǎn)、工藝測(cè)量點(diǎn)、分析采樣點(diǎn)、管線拓?fù)涞刃畔?，建立工廠模型。在排程的過程中分析各產(chǎn)品的工藝路線、各檢測(cè)項(xiàng)目的分析時(shí)長(zhǎng)，各產(chǎn)線的生產(chǎn)產(chǎn)品類型及生產(chǎn)速度等因素，結(jié)合生產(chǎn)訂單的排序情況，可以更好地分配工廠內(nèi)部的資源。

2.3 生產(chǎn)過程管理

2.3.1 配方管理

前面提到APS系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)品的BOM推出原料的需求量，潤(rùn)滑油企業(yè)與其他制造業(yè)不同的是，其產(chǎn)品調(diào)合配方擁有幾種不同的方案，且基礎(chǔ)油和添加劑的價(jià)格每月波動(dòng)，按照以往的方式需要采購員將每種原料的價(jià)格導(dǎo)出，使用EXCEL表格進(jìn)行一一比對(duì)，工序復(fù)雜且涉及范圍較窄。通過APS系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的交互，可以獲取基礎(chǔ)油和添加劑當(dāng)月的價(jià)格，在原料充足的情況下對(duì)多個(gè)配方方案進(jìn)行價(jià)格比對(duì)，大幅降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。企業(yè)內(nèi)部的APS系統(tǒng)的配方管理架構(gòu)可參考表1所示的管理模式。

表1 APS系統(tǒng)的配方分級(jí)管理模式

在潤(rùn)滑油生產(chǎn)過程完成后，APS系統(tǒng)首先需要獲得生產(chǎn)的實(shí)際數(shù)量，然后核對(duì)收發(fā)料的數(shù)據(jù)誤差，核對(duì)完成后在ERP完成投料或退料操作，執(zhí)行訂單的物料平衡，最后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行入庫操作。

2.3.2 生產(chǎn)報(bào)工

在潤(rùn)滑油生產(chǎn)過程完成后，APS系統(tǒng)首先需要獲得生產(chǎn)的實(shí)際數(shù)量，然后核對(duì)收發(fā)料的數(shù)據(jù)誤差，核對(duì)完成后在ERP完成投料或退料操作，執(zhí)行訂單的物料平衡，最后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行入庫操作[13]。至于APS獲取生產(chǎn)實(shí)際數(shù)量的過程，生產(chǎn)調(diào)合過程的報(bào)工可在調(diào)合作業(yè)完成后，通過現(xiàn)場(chǎng)同步計(jì)量調(diào)合裝置(SMB)配備的質(zhì)量流量計(jì)將最終的組分加入量讀數(shù)傳輸給DCS系統(tǒng)，再由DCS系統(tǒng)傳輸給APS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[14]；生產(chǎn)灌裝過程可在灌裝完成后，通過現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)將實(shí)際灌裝油品的重量以及灌裝桶數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸給APS系統(tǒng)，由APS系統(tǒng)對(duì)工控機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行求和實(shí)現(xiàn)。APS系統(tǒng)的簡(jiǎn)易生產(chǎn)報(bào)工流程如圖3所示。

圖3 APS系統(tǒng)生產(chǎn)報(bào)工流程

2.4 質(zhì)量管理

通常在潤(rùn)滑油產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)不同批次的同一產(chǎn)品分析指標(biāo)波動(dòng)的情況，因此在下達(dá)調(diào)合配方前就需要在LIMS系統(tǒng)查看上一批次油品的分析數(shù)據(jù)對(duì)配方進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但是LIMS的分析數(shù)據(jù)庫非常龐大，每次都需要人工輸入指定批次信息進(jìn)行查詢搜索，工序繁瑣且耗時(shí)較長(zhǎng)[15]。通過APS系統(tǒng)在配方下達(dá)模塊增加分析數(shù)據(jù)展示，可讓工藝員結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況對(duì)三級(jí)配方進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)，大幅縮短查詢數(shù)據(jù)消耗的時(shí)間，逐漸固化生產(chǎn)工藝。

2.5 看板管理

在APS系統(tǒng)的生產(chǎn)過程執(zhí)行完成后，生產(chǎn)管理人員需要以日、月為維度對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行復(fù)盤，此時(shí)需要APS系統(tǒng)采集各功能模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，形成可視化看板?？窗宓闹饕獌?nèi)容如圖4所示，主要囊括當(dāng)日生產(chǎn)情況、月度生產(chǎn)情況、影響生產(chǎn)因素、各生產(chǎn)裝置的OEE等方面。通過可視化看板的內(nèi)容，生產(chǎn)管理人員可對(duì)生產(chǎn)薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)提升，同時(shí)可以結(jié)合不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)情況對(duì)銷售部門給出促銷意見。

圖4 APS系統(tǒng)可視化看板內(nèi)容示例

3 系統(tǒng)運(yùn)作流程

在APS系統(tǒng)各功能模塊建設(shè)完成后，通過建立各系統(tǒng)及功能模塊間的接口，可形成如圖5所示的APS系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程：①由銷售板塊人員在ERP系統(tǒng)創(chuàng)建銷售訂單，APS根據(jù)ERP傳輸過來的訂單及庫存數(shù)據(jù)生成生產(chǎn)任務(wù)數(shù)量；②APS系統(tǒng)結(jié)合成品的BOM信息生成半成品調(diào)合計(jì)劃及原材料計(jì)劃，調(diào)度員再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況對(duì)訂單進(jìn)行適度的調(diào)整；③根據(jù)半成品的BOM信息選擇成本最優(yōu)配方下發(fā)至MES系統(tǒng)，工藝人員在MES系統(tǒng)選擇工藝路線后下發(fā)至DCS系統(tǒng)執(zhí)行；④半成品調(diào)合完成后，傳輸數(shù)據(jù)至ERP系統(tǒng)完成報(bào)工相應(yīng)的報(bào)工操作，同時(shí)自動(dòng)觸發(fā)LIMS系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)檢任務(wù)單，提醒質(zhì)檢人員進(jìn)行采樣分析；⑤半成品質(zhì)檢合格后，由APS系統(tǒng)識(shí)別生成灌裝任務(wù)單，由MES系統(tǒng)接口下發(fā)至在線工控機(jī)執(zhí)行；⑥灌裝任務(wù)完成后，傳輸數(shù)據(jù)至ERP系統(tǒng)完成報(bào)工及入庫操作；⑦物流專業(yè)人員開單進(jìn)行發(fā)貨，完成訂單的閉環(huán)管理。

圖5 APS系統(tǒng)運(yùn)作流程圖

4 結(jié)論

潤(rùn)滑油企業(yè)可通過搭建APS系統(tǒng)與MES、ERP、LIMS系統(tǒng)的接口，取得生產(chǎn)、庫存、質(zhì)量方面的有關(guān)數(shù)據(jù)，減少線下報(bào)表的數(shù)量和“人機(jī)交互”的頻次。完成生產(chǎn)訂單的閉環(huán)管理，大幅提高生產(chǎn)計(jì)劃的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。此外，APS系統(tǒng)可以結(jié)合訂單優(yōu)先級(jí)去分配企業(yè)內(nèi)部有限的資源，不僅提高企業(yè)生產(chǎn)的信息化及智能化管理水平，還有效節(jié)約了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。