數(shù)據(jù)分析在傳動(dòng)軸裝配決策中的應(yīng)用與前景

尹久紅 喻擎天 陳仁濤

(上海納鐵福傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司,上海 201315)

0 引言

當(dāng)下,新一輪的數(shù)字化技術(shù)浪潮正迎面而來(lái),諸如物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等。這些信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合催生了工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、智能制造、智能工廠等一系列全新的概念、技術(shù)和范式[2］。這些數(shù)字方面的新興技術(shù)正如之前的工業(yè)革命一樣,打破了傳統(tǒng)的行業(yè)邊界,重塑了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式。而數(shù)字化漸漸成為眾多企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)、創(chuàng)新和變革的原動(dòng)力。隨著數(shù)據(jù)技術(shù)逐步在企業(yè)應(yīng)用,越來(lái)越多的企業(yè)在利用數(shù)據(jù)技術(shù)提升管理效率和決策的科學(xué)性[2］。

在等速傳動(dòng)軸產(chǎn)品的多年的生產(chǎn)積累下,收集了海量的產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可改善和優(yōu)化產(chǎn)品,推動(dòng)建立新的運(yùn)營(yíng)模式,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、降本、增效等價(jià)值[2］。而在產(chǎn)能的預(yù)估計(jì)算方面,此前一般基于單一特征的簡(jiǎn)單分析,而傳動(dòng)軸的影響產(chǎn)線的特征往往是復(fù)雜的,多特征的,一同作用的,在這種背景下對(duì)于未來(lái)產(chǎn)線規(guī)劃、生產(chǎn)布局和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估,具有一定的不確定性,一定程度上依賴于決策人的經(jīng)驗(yàn)。本次搭建的數(shù)據(jù)分析模型,正是企業(yè)在數(shù)字化建設(shè)中的一次有效實(shí)踐。模型中將多個(gè)數(shù)據(jù)信息孤島聯(lián)系起來(lái),提取關(guān)鍵信息特征,屏蔽冗余數(shù)據(jù)[2］,把產(chǎn)品的多特征與產(chǎn)線進(jìn)行聯(lián)動(dòng)匹配分析。最終模型所產(chǎn)生的分析結(jié)果,一方面印證了目前各個(gè)產(chǎn)線產(chǎn)能不足或者產(chǎn)生過(guò)剩的實(shí)際現(xiàn)狀以及過(guò)往在產(chǎn)線規(guī)劃上存在不足,一方面直觀展示了需求與產(chǎn)能分配的關(guān)系。此模型具有高效、快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn),在物流需求給出后,能夠迅速提供結(jié)果,給予決策者有力的依據(jù)、有效的數(shù)據(jù)支撐[1］。

1 數(shù)據(jù)分析模型的功能、結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系

1.1 數(shù)據(jù)分析模型的功能和構(gòu)成

數(shù)據(jù)分析模型以裝配工段為處理對(duì)象,串聯(lián)了多個(gè)孤立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以物流生產(chǎn)需求作為輸入,總成裝配數(shù)據(jù)庫(kù)和裝配線特征表作為底層計(jì)算框架,通過(guò)設(shè)定好的邏輯運(yùn)算得出產(chǎn)能分析結(jié)果。表格模型由固定的數(shù)據(jù)框架工作表和使用時(shí)需要操作的工作表這兩部分構(gòu)成,其中框架工作表包含“總成定線表”“裝配線特征表”“總成數(shù)據(jù)庫(kù)表”“溢出產(chǎn)能分配表”“更新履歷表”,需操作的工作表包含“產(chǎn)能核算表”“13周裝配計(jì)劃表”。作為數(shù)據(jù)框架的工作表被鎖定,只有模型開(kāi)發(fā)者和開(kāi)發(fā)者授權(quán)人員才可進(jìn)行改動(dòng),使用時(shí)需要操作的工作表,對(duì)于所有使用者開(kāi)放,通過(guò)這種設(shè)置最大限度保證模型的運(yùn)算穩(wěn)定性,防止邏輯函數(shù)因誤操作而被篡改進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果[3］。

表1 數(shù)據(jù)分析模型的結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)分析模型的使用方法

數(shù)據(jù)模型在使用時(shí),只會(huì)涉及到需要操作的工作表。

首先,模型是以物流需求為輸入進(jìn)行計(jì)算,使用時(shí)將生產(chǎn)需求表格數(shù)據(jù)錄入到“13周裝配計(jì)劃表”中。產(chǎn)能分配計(jì)算需要通過(guò)同一種代碼進(jìn)行匹配,模型中采用的是產(chǎn)品的唯一SAP碼,使用時(shí)需將所有SAP碼的格式進(jìn)行統(tǒng)一校正,以保證數(shù)據(jù)計(jì)算的正確性和可靠性[3］。為了確保數(shù)據(jù)完整、正確,模型嵌入了一個(gè)防錯(cuò)預(yù)警功能,在生產(chǎn)需求數(shù)據(jù)錄入后,模型會(huì)自動(dòng)將生產(chǎn)需求數(shù)據(jù)與框架中的總成數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匹配查漏,并將查漏結(jié)果生成在履歷更新表中,同時(shí)在數(shù)據(jù)分析圖表報(bào)錯(cuò)。

其次,在根據(jù)使用需求在“產(chǎn)能核算表”中的起到切片器功能的選擇按鈕上,選擇需要分析的數(shù)據(jù)區(qū)間。選擇區(qū)間后同步產(chǎn)生產(chǎn)能分配結(jié)果。

最后,由于模型是以產(chǎn)品和生產(chǎn)線特征作為計(jì)算基礎(chǔ),一方面,需要將履歷表中對(duì)照分析出的新增產(chǎn)品的特征更新維護(hù);另一方面,當(dāng)產(chǎn)線的生產(chǎn)能力因改造或其他而產(chǎn)生變化時(shí),需更新產(chǎn)線的特征,并且可能修改計(jì)算函數(shù)。

1.3 模型計(jì)算的邏輯關(guān)系

1.3.1 產(chǎn)線關(guān)鍵特征提取并分類

等速傳動(dòng)軸裝配線由線體布置和設(shè)備類型決定了不同線體的特征屬性。模型構(gòu)建時(shí),根據(jù)傳動(dòng)軸產(chǎn)品裝配特點(diǎn),提取了關(guān)鍵性的5個(gè)特征參與計(jì)算。5個(gè)特征分別為:能力A-裝配MCR夾箍產(chǎn)品、能力B-裝配精準(zhǔn)追溯產(chǎn)品、能力C-裝配鉚壓產(chǎn)品、能力D-裝配VL-D節(jié)產(chǎn)品、能力ALL-其余所有產(chǎn)品。

表2 裝配線關(guān)鍵特征表

模型中按照15條裝配線進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和裝配線關(guān)鍵特征將裝配線分為6種類型,分別為:ABC能力線(裝配5線)、BC能力線(裝配7線)、BD能力線(裝配10線)、C能力線(裝配1/2/3/9/13線)、D能力線(裝配4/6/8/14/15線)、ALL能力線(裝配11/12線)。在模型中將相應(yīng)特征字符合并,通過(guò)函數(shù)識(shí)別字母的方式計(jì)算。

表3 裝配線分類表

1.3.2 傳動(dòng)軸產(chǎn)品關(guān)鍵特征提取并分類

表4 傳動(dòng)軸產(chǎn)品分類表

1.3.3 傳動(dòng)軸產(chǎn)品定線匹配

在裝配產(chǎn)線和傳動(dòng)軸產(chǎn)品均已提取關(guān)鍵特征并分類后,按照2個(gè)基本原則進(jìn)行定線,分別是1.產(chǎn)線能力大于等于產(chǎn)品特征,2.產(chǎn)品特征等于產(chǎn)線能力的優(yōu)先分配。

通過(guò)產(chǎn)品定線匹配圖可看出兩個(gè)問(wèn)題。一是B特征產(chǎn)品無(wú)法直接分配,B產(chǎn)品能流向BC裝配線和BD裝配線,且優(yōu)先值一樣,此時(shí)在產(chǎn)能分配時(shí)需設(shè)置一個(gè)虛擬的“B裝配線”進(jìn)行過(guò)渡分配,待溢出分配階段再流向BC裝配線或者BD裝配線,以免在中間產(chǎn)能分配時(shí)占據(jù)BC裝配線或者BD裝配線的產(chǎn)能,并充分暴露實(shí)際產(chǎn)能情況。二是無(wú)一物流生產(chǎn)的產(chǎn)品無(wú)法直接定線,此時(shí)定義另一個(gè)虛擬的“Z裝配線”來(lái)暴露無(wú)一物流的產(chǎn)品需求。

根據(jù)實(shí)際傳動(dòng)軸產(chǎn)品的定線習(xí)慣及滿足后期產(chǎn)能溢出分配要求,模型定線按照以下兩點(diǎn)原則設(shè)計(jì)邏輯函數(shù):1.優(yōu)先定線生產(chǎn)能力強(qiáng)的線體所能裝配的產(chǎn)品,2.優(yōu)先定線特征多的產(chǎn)品。

而在模型中,則是使用IF函數(shù)嵌套多重IF函數(shù)進(jìn)行定線判斷[3］。具體操作如下:①在“總成定線表”使用VLOOKUP函數(shù)[3］通過(guò)SAP碼精確匹配在“總成數(shù)據(jù)庫(kù)”中查找出產(chǎn)品的關(guān)鍵特征;②使用FIND函數(shù)匹配關(guān)鍵特征字符串返回?cái)?shù)字結(jié)果或者非數(shù)字[3］;③使用ISNUMBER函數(shù)判斷FIND函數(shù)返回的結(jié)果是否為數(shù)字而返回真或假[3］;④使用LEN函數(shù)判斷產(chǎn)品特征字符的長(zhǎng)度的真假;⑤使用AND和OR函數(shù)判斷ISNUMBER函數(shù)返回的真或假及LEN函數(shù)返回的真假組合而返回真或假[3］;⑥使用IF函數(shù)多重嵌套判斷返回產(chǎn)品的定線結(jié)果。模型計(jì)算過(guò)程覆蓋了以上6層計(jì)算判斷得出物流需求的所有產(chǎn)品的定線結(jié)果。

1.3.4 傳動(dòng)軸產(chǎn)品產(chǎn)能初始分配

定線結(jié)果確定后,在“產(chǎn)能核算表”中的需求欄中,使用條件求和函數(shù)分別計(jì)算分配到每條裝配線的需求的和。具體操作如下:①使用IF函數(shù)判斷使用者選擇的數(shù)據(jù)分析區(qū)間(見(jiàn)1.2中的模型使用方法),而選擇不同的求和區(qū)間;②在IF函數(shù)判斷的求和區(qū)間中,使用SUMIF函數(shù)通過(guò)特征字符串進(jìn)行條件匹配求和[3］。模型初步求和之后得出產(chǎn)能核算初始值的分析結(jié)果,并計(jì)算分配后的產(chǎn)能初始溢出值。

1.3.5 傳動(dòng)軸產(chǎn)品產(chǎn)能的溢出分配

從圖4示例中的產(chǎn)能核算初始值的分析結(jié)果可看出,ALL產(chǎn)品需求遠(yuǎn)超ALL裝配線的產(chǎn)能,此時(shí)需要對(duì)初始值進(jìn)行溢出再分配。當(dāng)然模型的邏輯計(jì)算中,也包含了其他類別產(chǎn)品需求溢出時(shí)的運(yùn)算內(nèi)容。

模型關(guān)于溢出產(chǎn)能的分配流向原則是:1.少特征的產(chǎn)品優(yōu)先分配到多特征的裝配線,2.溢出的產(chǎn)品優(yōu)先分配到生產(chǎn)能力強(qiáng)的裝配線。這種規(guī)則也符合計(jì)劃員的定線習(xí)慣,最大程度上還原了真實(shí)的需求分配情況。

在產(chǎn)能溢出分配時(shí),由于溢出分配是一個(gè)實(shí)時(shí)變化的過(guò)程,例如圖4中的結(jié)果,需要把ALL裝配線溢出的需求分配到其它產(chǎn)線,一方面原本分配到ALL裝配線的需求會(huì)減少,另一方面被分配到的產(chǎn)線的分配量會(huì)增加。這是一個(gè)實(shí)時(shí)變化,多數(shù)據(jù)參與的過(guò)程,故模型設(shè)置了“溢出產(chǎn)能分配”表進(jìn)行專門計(jì)算。具體做法是一個(gè)裝配線溢出的需求分配到另一個(gè)裝配線的過(guò)程分別進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算,計(jì)算的結(jié)果作為分配后的初始值,前后呼應(yīng),總量不變。并在每一個(gè)單獨(dú)計(jì)算的單元后設(shè)置一個(gè)報(bào)錯(cuò)計(jì)算功能,即被分配溢出需求的裝配線分配前與分配后的減少量等于被分配溢出需求的裝配線分配前與分配后的增加量。而關(guān)于溢出需求的分配計(jì)算,對(duì)于分配溢出需求的裝配線的內(nèi)容有:①使用IF函數(shù)判斷被分配需求的裝配線溢出值是否為0,若是則返回分配值為0,若否進(jìn)行第二步判斷;②使用IF函數(shù)判斷分配產(chǎn)線的溢出值是否為0,若是則返回分配值為0,若否則進(jìn)行第三步判斷;③使用IF函數(shù)判斷被分配需求的裝配線溢出值+分配裝配線已有的需求是否大于分配線固有的產(chǎn)能上限,若是則返回分配裝配線產(chǎn)能上限值,若否則返回被分配需求的裝配線溢出值+分配裝配線已有的需求的和。對(duì)于被分配需求的裝配線:①使用IF函數(shù)判斷本身的需求溢出值是否為0,若是則返回分配值為本身,若否則進(jìn)行第二步判斷;②使用IF函數(shù)判斷分配裝配線的溢出值是否為0,若否則返回分配值本身,若是則進(jìn)行第三步判斷;③使用IF函數(shù)判斷被分配需求的裝配線溢出值+分配裝配線已有的需求是否大于分配線固有的產(chǎn)能上限,若否則返回被分配需求的裝配線產(chǎn)能上限值,若是則返回被分配需求的裝配線產(chǎn)能上限值+分配裝配線在不溢出產(chǎn)能上限值所能消耗需求的最大值。

在溢出分配的計(jì)算全部按照?qǐng)D5的分配內(nèi)容完成后,將最終的需求分配和產(chǎn)能溢出值返回到“產(chǎn)能核算表”中,得出如圖1中的分析結(jié)果。

圖1 模型的展示界面

圖2 傳動(dòng)軸產(chǎn)品定線匹配圖

圖3 產(chǎn)品定線順序

圖4 產(chǎn)能核算初始值

圖5 產(chǎn)能溢出分配圖

2 數(shù)據(jù)分析模型的前景及其分析結(jié)果給決策者的啟示

通過(guò)整合幾個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息庫(kù),加以數(shù)據(jù)分析搭建而成的產(chǎn)能分析模型,目前應(yīng)用于裝配工段,而本次應(yīng)用的結(jié)果同時(shí)展露了此模型能夠橫展應(yīng)用于機(jī)加、熱處理、鍛造等其他工段的可能性。這是一個(gè)樂(lè)觀的預(yù)期,更深層次的,首先此模型同時(shí)具備整合機(jī)加、熱處理、鍛造等其他工段的全部數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算展示,方便使用者操作進(jìn)而開(kāi)展智能運(yùn)營(yíng)[1］,其次在整合所有工段的數(shù)據(jù)之后可以從產(chǎn)能核算結(jié)果上進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析,在產(chǎn)能需求這方面對(duì)于各個(gè)工段之間的關(guān)系一探究竟。此外,可將數(shù)據(jù)模型分析結(jié)果對(duì)照物流實(shí)際排產(chǎn)計(jì)劃,在差異之間找出物流排產(chǎn)的最優(yōu)解。更進(jìn)一步地,由于本次搭建的模型是提取傳動(dòng)軸產(chǎn)品的幾個(gè)關(guān)鍵特性進(jìn)行匹配分析,那么如果將傳動(dòng)軸產(chǎn)品裝配的十個(gè)或者幾十個(gè)特征全部提取計(jì)算,得到精確的、一一對(duì)應(yīng)的定線信息,將輸出更為準(zhǔn)確的結(jié)果。

從圖1中產(chǎn)能核算結(jié)果的數(shù)據(jù)可以看出,等速傳動(dòng)軸的產(chǎn)品中,D類型(產(chǎn)品有VL-D節(jié))產(chǎn)能過(guò)剩(需求占產(chǎn)能的33.45%),后期產(chǎn)線規(guī)劃中可減少D類型的產(chǎn)線。ABC類型(產(chǎn)品有MCR夾箍、精準(zhǔn)追溯、鉚壓)產(chǎn)能較少,但產(chǎn)線能力強(qiáng),覆蓋產(chǎn)品較多,后期計(jì)劃增加ABC產(chǎn)線數(shù)量。從圖4中產(chǎn)能核算初始值的結(jié)果可看出,等速傳動(dòng)軸的產(chǎn)品中,C類型(產(chǎn)品有鉚壓)的需求較高,后期設(shè)備請(qǐng)購(gòu)和生產(chǎn)線規(guī)劃中可增加鉚壓功能的設(shè)備和帶鉚壓的裝配線。

3 結(jié)論

本次搭建的數(shù)據(jù)模型,已經(jīng)應(yīng)用于總成裝配,實(shí)軸、外星輪、軸叉機(jī)加部分的產(chǎn)能分析計(jì)算,在輸入過(guò)往的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)的結(jié)果能反映實(shí)際的產(chǎn)能需求情況,在輸入物流最新的需求時(shí)顯示的結(jié)果能涵蓋此模型搭建前經(jīng)驗(yàn)者的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)期,更進(jìn)一步地,直接暴露風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的具體情況和時(shí)間節(jié)點(diǎn)?；跀?shù)據(jù)分析搭建的產(chǎn)能分析模型,打通了多個(gè)數(shù)據(jù)孤島,效率高,操作方便,數(shù)據(jù)直觀,結(jié)果可靠,在產(chǎn)線規(guī)劃、生產(chǎn)布局和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估等方面給決策者直接的數(shù)據(jù)支持,是企業(yè)在數(shù)字化建設(shè)上的一次有效嘗試,為后續(xù)其他方面的數(shù)據(jù)分析和模型搭建提供了經(jīng)驗(yàn)和方案,是邁向工業(yè)4.0或智能制造前進(jìn)道路上的一小步[2］。