基于工序間緩沖提升混流生產(chǎn)能力的排產(chǎn)方案研究

陳雪嬌 于功琦

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 概述

隨著中國社會主要矛盾的變化，人民對美好生活需要的日益增長，消費者越來越傾向于個性化，定制化的需求與服務(wù)。為此，很多汽車企業(yè)都迎來“小批量，多品種”的造車需求。為了提高資源利用率，降低成本，企業(yè)不可能為每個車型都單獨開辟一條生產(chǎn)線，混流生產(chǎn)是必然選擇。但混流生產(chǎn)的投產(chǎn)順序比單一生產(chǎn)線要復(fù)雜得多，影響著生產(chǎn)線整體的運轉(zhuǎn)效率和設(shè)備、人員的利用率，因此如何讓制定月、周、日計劃，如何安排一天的投產(chǎn)順序，成為企業(yè)生產(chǎn)的核心問題[1]。為了減少庫存浪費，目前 JIT（Just In Time）生產(chǎn)方式已成為我國大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)的主要生產(chǎn)方式。JIT 的應(yīng)用及汽車裝配的工藝流決定了同一價值流下各車間計劃的連貫性，總裝裝配線的計劃變動必然引起上游車間，甚至是工廠間的計劃聯(lián)動[2]。但物料的不穩(wěn)定性，訂單變更，設(shè)備的不定時故障，車型工藝的各種硬性約束等，都會給主計劃的排產(chǎn)帶來巨大挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)多數(shù)汽車企業(yè)依然采用人工排產(chǎn)，掌握人工排產(chǎn)的經(jīng)驗方法是實現(xiàn)自動排產(chǎn)的必要基礎(chǔ)，本文主要就上汽通用五菱某工廠主計劃排產(chǎn)遇到的困難及相應(yīng)的調(diào)控方法進(jìn)行介紹，給出一種依靠工藝段之間緩沖和吊口吊裝的解決方案。

2 汽車制造工藝布局

工廠整車制造工藝布局如圖1 所示，除了沖、車、涂、總四大工藝車間外，還有車涂BDC 和涂總BDC 兩個工藝段間的緩沖區(qū)。沖壓件在供應(yīng)商處焊接成部件或直接配送到車身車間，焊成白車身，白車身進(jìn)入車涂BDC，按照事先設(shè)置好的流向碼，進(jìn)入涂裝過電泳、刷膠和上漆，顏色噴涂完成后，流入涂總BDC，再按照流向分別進(jìn)入總裝各生產(chǎn)線完成整車裝配。

圖1 某工廠汽車四大工藝車間布局示意圖

由于沖壓車間為了減少換模次數(shù)，會根據(jù)生產(chǎn)預(yù)期量提前打好庫存，對工廠主計劃影響較小，但車身、涂裝、總裝均是單價值流式的混流生產(chǎn)，其工藝布局、生產(chǎn)節(jié)拍匹配、人員上班信息等，對主計劃排產(chǎn)影響巨大，必須掌握這些約束，來規(guī)劃主計劃排產(chǎn)。供應(yīng)商的物料也受自身產(chǎn)能和其他因素影響，存在較大的變動，整車主計劃排產(chǎn)時要根據(jù)物流提供的物料信息合理安排車間的排產(chǎn)。

3 模型建立

為了方便介紹工廠一般的排產(chǎn)方式，如何在種種約束條件下合理排產(chǎn)，本文用實際案例進(jìn)行展示，構(gòu)建一種簡化的模型。

3.1 銷售需求&生產(chǎn)目標(biāo)

本周接到銷售發(fā)來訂單需求，需要在一周（3.7-3.13）時間內(nèi)做出以下數(shù)量車子（表1）

表1

3.2 造車約束條件&制約因素

3.2.1 工藝約束

車身有A、B、C、F 四條主線，對應(yīng)節(jié)拍 分 別40、45、45、45JPH，車 型A/B/C只能在對應(yīng)的主線A/B/C 造，車型D/E/F只能在F 線造，車型D/E/F 相互切換損失0.5小時/次，過完主線的車子最后進(jìn)入兩條調(diào)整線裝門蓋，之后進(jìn)入車涂BDC，兩條調(diào)整線生產(chǎn)節(jié)拍均為60JPH，總節(jié)拍120JPH；車型D/E 只能進(jìn)涂裝二期，涂裝一期和二期均為60JPH，出車總節(jié)拍120JPH；總裝也有A、B、C、D 四條主線，對應(yīng)節(jié)拍分別為60、38、30、30JPH，車型A/B 只能在總裝A 線造，車型C 只能在總裝A/C 線造，車型D/E/F 只能在總裝B/D 線造。

3.2.2 人員約束

工廠采用兩班倒制度，不同工段會做的車型不一樣。假設(shè)本周車身葉段、林段、文段上白班，朱段、覃段上夜班，葉段和朱段只會做車型A 和車型B，林段只會做車型C，覃段和文段只會做新能源車子；涂裝員工可以勝任過線所有車型，涂裝本周白班一期和二期全開，夜班只開一期；總裝本周張段、王段、李段上白班，趙段、錢段上夜班，張段會做A 線，李段和錢段會做D 線，趙段會做B 線，王段會做C/B 線，同一工段從C線轉(zhuǎn)去B 線存在10 分鐘效率損失。

3.2.3 物料約束（表2）

表2

3.2.4 成本約束

不合理的排產(chǎn)，會降低生產(chǎn)效率和資源利用率，主計劃排產(chǎn)時應(yīng)盡可能選擇可以幫企業(yè)節(jié)省成本的最優(yōu)方案。

在車身車間，由于產(chǎn)線具有柔性能力而工裝柔性不夠問題，不同車型在主線制造時需要使用不同的工裝夾具，同一條生產(chǎn)線生產(chǎn)不同車型，需要進(jìn)行工裝切換，每次切換都存在效率損失，因此，排產(chǎn)時應(yīng)盡可能減少車身車間同一條生產(chǎn)線上車型的切換次數(shù)，在某個時間段內(nèi)，相同車型應(yīng)安排集中生產(chǎn)。

在涂裝車間，機(jī)器人噴涂不同顏色前要對噴槍進(jìn)行清洗，清洗需要時間，也會浪費顏料，為了降低成本，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)盡可能安排相同顏色的車輛集中過線。

在總裝車間，選裝件的裝配節(jié)拍通常低于生產(chǎn)線正常節(jié)拍，如果同一個車型裝配某種選裝件過多，會導(dǎo)致選裝件物料供應(yīng)不上，導(dǎo)致停線。由于內(nèi)飾、底盤、終線等小工藝段之間緩沖較少，一個工位停線，將會發(fā)生連鎖反應(yīng)，整條生產(chǎn)線受影響。

3.2.5 時間約束

造車是有時間約束的，為了避免由于設(shè)備故障等意外因素導(dǎo)致不能完成周計劃、月計劃，排產(chǎn)時通常遵循“前緊后松”原則，最后幾天盡可能預(yù)留出時間和產(chǎn)能防止需要補(bǔ)做車身。

在生產(chǎn)需求并不飽和的情況下，每天上班時長，各班次上班時長應(yīng)盡可能均衡，非必要不作12 小時的排產(chǎn)計劃。每天上班員工有吃飯、休息時間，有效工作時間占90%。

3.2.6 車涂BDC 和涂總BDC 緩沖區(qū)域相關(guān)約束

車涂BDC 最大緩沖存車容量200 臺，合理存量100 臺，只能存車，沒有吊口吊上吊下；涂總BDC 最大緩沖存車240 臺，合理存量150 臺，有兩個吊口可吊上或吊下，節(jié)拍各15JPH。

3.3 排產(chǎn)方案：

在人工排產(chǎn)時，我們首先要基于物料情況，排出一版總裝造車計劃，然后倒推車身，和涂裝的排產(chǎn)，如果存在問題，回頭再修改總裝計劃。以文中本周生產(chǎn)任務(wù)為例，匹配物料到貨，制作一版總裝生產(chǎn)計劃如表3：

表3

在該方案中，主要存在以下問題：①車身7-8 日只需開車身C 線及車身F 線，其中C 線只需中班排產(chǎn)4 小時，F(xiàn) 線排產(chǎn)11+11小時；②7-8 日全天總量890 臺，涂裝只需開一期60JPH，涂裝排產(chǎn)8+9 小時。

綜上，因車身、涂裝及總裝節(jié)拍差，整體開班時間差異較大，涂裝上班時間比車身上班時間短，無法涵蓋車身出車，可能會出現(xiàn)堵車身，空涂裝的問題，于整體運行不利，也存在很大的成本浪費。

為解決上訴方案中所存在的問題，可以考慮7 日整體休，將物料攢到后面集中上線，總裝一天ABCD 四條線總節(jié)拍128JPH，按每天生產(chǎn)10h，一天可出車1680，5 天出車8400，可以完成本周7510 臺的周計劃。用類似方法可推斷，兩天不生產(chǎn)將無法完成本周生產(chǎn)計劃。

假如8 日做車型C，則車身當(dāng)天要開兩條主線，F(xiàn) 線和C 線，但C 線只需要造142臺車，4 個小時就能做完下班，存在通勤及能源成本浪費，綜合考慮，車型C 放在9-12日集中做完，8 日只排產(chǎn)新能源車。再結(jié)合整體的新能源物料資源，可以發(fā)現(xiàn)，若8 日D線白中班全部開滿，9-12 日B/D 線3 個班次按10+10 就能將新能源車子造完，總裝C線則無需再柔性B 線生產(chǎn)車型F，只需完成180 臺的車型C，排產(chǎn)7 小時，工時差異大，所以平衡各工段工時，并減少通勤成本，可以考慮8 日D 線只開一個班，9-12 日則按車身，涂裝，總裝整體開來排產(chǎn)，具體排產(chǎn)方案如表4：

表4

新方案解決了前面提到的問題，但我們又發(fā)現(xiàn)其他問題：①總裝開兩班，單班次節(jié)拍68，總節(jié)拍128，涂裝和車身單班次都是60 節(jié)拍，總節(jié)拍120，存在節(jié)拍不匹配問題；②總裝上線受車身、涂裝的約束大，車身白班和中班都造燃油車，總裝只有白班造燃油車，存在車子流向不匹配問題；③當(dāng)涂裝設(shè)備故障2 小時，不考慮緩沖，將對應(yīng)堵住車身2 小時，導(dǎo)致總裝空位兩小時。

為了解決以上問題，我們利用車涂BDC的存車能力和涂總BDC 的緩沖存車能力，以及人工吊裝來進(jìn)行一種靈活調(diào)控，來減少生產(chǎn)效率損失，達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。

該方案的創(chuàng)新點和關(guān)鍵點如下：

1、利用車涂BDC 提前吊上60 臺車型E或車型F，成功解決涂裝比總裝低8 個節(jié)拍的節(jié)拍不匹配問題；

2、總裝燃油車全部在白班上線，要求涂裝分配燃油車白班進(jìn)總裝，但車身白班和夜班都有造燃油車，這里通過車涂BDC 存部分白班造的燃油車，夜班進(jìn)涂裝，車身夜班造的燃油車直接進(jìn)涂裝，車身夜班造的新能源車子存部分在車涂BDC，夜班出涂裝的燃油車控在涂總BDC 緩沖區(qū)，這樣就有效解決了車身白、中班都造燃油車，總裝只有白班造燃油車，車子流向不匹配問題；

3、利用車涂BDC 緩沖區(qū)可以把進(jìn)不去涂裝的車子先緩存一下，保證車身正常運行，同樣我們可以將涂總BDC 緩沖的車子排給總裝，或者直接從涂總BDC 吊口吊上車子，輸送給總裝，成功解決由于涂裝停線可能導(dǎo)致總裝空位的問題。

4 總結(jié)展望

面對“混流+JIT”生產(chǎn)模式下的車間聯(lián)動現(xiàn)狀，我們要在工藝段之間設(shè)置緩沖和支路，通過“存車”和“人工吊裝”的方式來提高排產(chǎn)的靈活性，減小生產(chǎn)效率損失。同時也可以通過加開班次、降低生產(chǎn)節(jié)拍來匹配全局，利用車涂BDC 存車來解決白班和夜班造車流向不匹配問題。

展望以后的排產(chǎn)，必然要通過某種算法來實現(xiàn)自動排產(chǎn)，或至少給出幾種排產(chǎn)方案，供選擇，最終實現(xiàn)用時最少，價值最大的排產(chǎn)?；谀撤N算法，建立一種綜合優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，將同一價值流下的車身、涂裝、總裝車間綜合考慮，均衡不同車間的生產(chǎn)負(fù)荷，均衡員工上下班時長，這對工廠和學(xué)術(shù)界都具有重要的研究意義。此外，在新工廠或新生產(chǎn)線建立時，應(yīng)規(guī)劃好上下游工序間的節(jié)拍匹配，在工藝段間設(shè)置緩沖，通過預(yù)防性維修等減少設(shè)備故障，通過提高自動化來減少對人員的依賴，通過平臺化提高工裝柔性，減少工裝切換次數(shù)等，總之，盡可能削弱或消除主計劃排產(chǎn)所遇到的種種約束，為最終實現(xiàn)自動排產(chǎn)掃清障礙。