离散制造ERP 中临时计划排程方法的分析改进

王佳卓

(辽宁轨道交通职业学院 高新技术学院,辽宁 沈阳 110023)

0 引言

现如今,装备制造行业的市场呈现出条件化、定制化产品需求的现象,各个制造加工企业为了迎合市场的需求,提升企业的核心竞争力,争取更大的市场份额,自主调整生产模式,逐渐将面向企业预测的批量生产模式,转变为面向客户的以订单为导向的生产模式,这一生产模式与众多的大型机械加工企业的生产模式类似,即离散制造模式。

离散制造模式的显著特点是以市场订单为企业生产经营活动的指导,表现出单件小批量的生产模式,生产与加工的过程难以有效地控制,各个生产环节有较大随机性,在产品的生产过程中,任一生产资源的变动,都可能会引发生产变动,从而导致生产成本和周期失控。 为了减少生产管理成本,降低资源变动产生的影响,推进信息化建设,很多企业相继引入和实施了ERP 系统。 但是,不同的ERP 系统对生产计划和生产任务排程的方法不尽相同,在实际应用中运算得出的结果差异较大,即实际计划或任务的排程时间和顺序不同,特别是离散制造企业中频繁出现的临时计划插入后,ERP 排程方法直接影响企业的资源利用率和临时计划的生产周期,这意味着需要探究ERP 临时计划的插入排程方法,以达到企业提高资源利用率和压缩产品生产周期的目标。

现阶段,关于ERP 排程问题的研究较多。 笔者通过查阅相关资料,包括以马鞍山钢铁公司为例的热连轧高级排程系统的建立方法[1]、在ERP 环境下设计高级计划排程系统[2]、对合同计划排程的研究与应用[3]、离散型制造企业ERP 生产过程优化方案的研究[4]、ERP 系统中的高级计划排程应用研究[5]等。 从中可以得出探究离散制造ERP 中插入临时生产计划的方法具有较高代表性和实用性。 本文从生产管理的角度出发,研究离散制造业ERP 中插入临时生产计划后对生产周期的影响,通过对排程方法进行比对分析,进而得出ERP 临时计划排程的优化方案。

1 问题分析

离散生产过程经常出现自制件返工和紧急生产任务插入的问题,问题表现为:在有的生产计划中,插入临时计划,并要求在不影响原有生产计划完成日期的前提下,将临时计划的生产周期压缩到最短。 企业为了提升生产活动的管理水平,大多实施了ERP 系统进行生产计划和资源的管理,将原有人工进行生产计划排程的过程交由ERP 进行计算和处理,故ERP 对生产计划的排程结果直接影响企业订单的生产进度及企业的生产效率。 基于上述企业应用的现状,任务排程方法的科学合理性是ERP 进阶应用和亟待优化的重点。以机械加工的生产企业为例,插入临时生产计划时,管理人员需要考虑企业当前生产计划占用的生产资源、设备资源以及人力资源,生产资源指的是物料资源,即满足一个生产计划时,当前可用物料和在途物料应符合排程结果,在制造加工过程中,各个物料能够保证按时使用;设备使用周期和设备可借用性作为生产计划排程的基础条件,在生产计划的进行中,设备能力满足生产要求,关键与非关键路径上的工序所使用的设备均为可用,但不是无限可用;在生产过程中,人力资源的支出直接影响产成品的成本,因为临时生产计划的插入,在计算人力成本时,会表现为人工工时的增加,而工时增加的成本由临时生产计划的加工结果所体现,工时增加时可通过人员借调或加班的方式予以满足。 所以,在计划排程的方法中,管理人员可以不考虑资源和能力的约束条件,而是研究如何插入为完成临时任务所需的工序。 笔者通过查阅相关文献,诸如基于MES 的离散型制造业的高级计划排产的应用研究[6]、多品种小批量产品冲压计划排程多目标优化[7]、基于期限约束与关键路径的云工作流调度[8]、订单可拆分的非等同并行多机生产排程问题研究[9]等,得出当前各界对ERP 排程方法的研究在广泛而深入地进行。 但是,由于行业生产特点和企业自身实际情况的限定,研究结论具有特定性,即根据生产模式和管理过程的不同,研究结论只可以借鉴和参考。

2 研究过程

在不考虑企业生产资源和生产能力的前提下,为了使研究结论有意义,管理人员需要从生产过程关键路径出发,分别针对加工设备无限可用和加工设备有限可用两个方面做计算分析[10-11],得出ERP 插入临时计划的方法,再以实际应用作为验证过程,给出研究结论。

课题研究以瑞尔威工厂的生产过程为例,该工厂是离散机械加工企业,在实际生产过程中,经常会出现插入临时生产计划的现象。 工厂在2016 年上线实施了ERP 系统,通过多年的应用,相关人员发现该ERP系统在临时生产计划插入时,有一个典型的问题,即对产品BOM 展开后,物料需求计划中的自制工序任务的插入过程,全部基于现有生产计划之后,即临时生产计划是在原有生产计划的全部加工工序完成后再进行。这一问题表现的结果就是临时生产计划不能在最短时间内完工,使生产资源造成了巨大浪费,生产能力处于不饱和状态,企业的生产效率低下。 为了解决这一问题,通过与ERP 提供商的沟通,提供商同意由课题组重新设计ERP 的排程方法,在不改变企业现有生产模式的前提下,使企业在插入临时生产计划时,最大限度地应用现有的生产资源和生产能力,以最短的时间完成临时生产计划的加工。

为了验证排程的改进方法有效,本课题提出首先以使用的ERP 原有排程方式进行临时生产计划的排程,排程的前提是当前已有正在执行的生产任务,记录临时生产计划插入,系统计算出的临时生产计划最快的完成时间以及任务分解后各个自制任务的开始和结束时间。 建立改进算法的数学模型,通过计算后,推导出新的临时生产计划最快完成时间和自制任务开始、结束的时间,将排程方法前后的计算结果进行对比,得出最终结论。

3 模型建立

在现用ERP 系统中,生产计划从开始到完工的历时时间,是计划下自制任务工期的关键路径时长,自制任务工期时长是由各工序的工时累积之和得出[12]。 通常,自制任务是在产品的BOM 结构分解后得出的,自制零件的加工工序过程是由产品工艺过程数据得出的。 其中,产品BOM 结构数据和工艺过程数据是静态数据,不会对生产计划的排程产生影响。 所以在改进ERP 计划排程算法时,管理人员无需考虑这两项条件,同时,为了便于比对算法改进前后对生产计划排程的影响,本课题提出在对生产计划排程前,将所有加工工时的单位由小时改为天。

计算组部工期的关键路径。 首先,求任务最早开始时间,设节点任务为Si(i=1,2,…m),任务工期为DU(Si),计算每个紧后节点的最早开始时间表示为:

ES[SM] 表示任务j的紧后任务的最早开始时间,ES[j] 表示SM的紧前任务的最早开始时间,C[j] 为紧后任务的集合。

依照上式可得紧前任务的最早完成时间为:

记录符合上述条件的任务Si,这些任务节点集合G[Si](TFSi=0) 即当前生产计划的关键路径。 正常情况下,当临时生产计划插入时,临时生产计划使用产品BOM 结构展开后得到的临时任务处于原生产计划的任务关键路径上,即增加关键路径长度,将使得临时生产计划的实际结束日期产生顺延的现象,顺延的时长与关键路径上某个任务增加的时长总和形同。 但在实际生产过程中,自制任务的完工是以任务的工序完工为基准条件的,为了缩短临时生产计划的生产周期,管理人员需要分为两个情况进行计算。

情况一是当插入的临时生产任务不在原生产计划的关键路径上,即Si′∉G[Si] ,第一种情况发生时,首先计算原生产任务节点的自有浮动时间,即:

其中,H[Su] 是任务Sp的紧后任务集合,且Su∉G[Si]。 任务的工序工时决定了任务的完工时间,所以非关键路径上插入临时任务的总生产周期可表示为:

分别针对FC的取值进行分析,在不考虑工序加工过程的前提下,本课题假设工序在生产的过程中允许暂停,则针对FC的取值,有如下结果:

结果(3)在第二种情况中进行计算分析,即插入的生产计划通过分解后,插入的生产任务节点在原生产任务AOE 网的关键路径上,则分别对结果(1)和(2)在加工工序不允许暂停的情况下进行计算分析i。 在企业生产过程中,加工工序是与生产设备绑定的,相同工序在不同设备上存在不同的加工情况,工序与加工设备的对应关系需要在加工工艺过程文件中进行定义,如未定义,则假定生产过程不允许设备借用的情况,并假定生产设备没有使用周期,即不需要检修时间。 工序PYx,标准工时是Tx,则临时任务的加工时长是该任务下的工时时长,通过临时任务下的工序找到原任务下的相同工序,记录原任务节点,新增的工序即是在原任务中增加的工序,增加的加工工时占用的即为原生产任务的自由浮动时间,增加后的原任务节点的加工时间NTx为:

如果NTx≤0,则与上述结果(3) 的情况相同,如果NTx＞0,且NTx＞TF,则在情况二中进行计算,否则临时生产计划的总工期为NT′。

当为情况二时,即插入的临时生产计划中的任务,全部或部分在原生产计划的任务关键路径节点上,临时生产计划的总工期NT″为:

分析临时生产计划插入算法可得,插入的生产任务如果与原生产任务中有相同的工序时,需要分别计算该工序是否为关键路径中的任务工序,如果全部为关键路径中的任务工序,且没有可借用的设备时,插入的临时生产计划的最终完工时间即为原生产计划的最早完工日期加上各个工序的持续时间;如果部分为关键路径中的任务工序时,则需要递归算出每条路径的持续时间,即重新计算所有工序对应任务的关键路径,则插入的临时生产计划的完工日期即为原生产计划的开始时间加上新计算出的关键路径的持续时间。

4 结语

离散制造业在生产过程中,普遍存在临时生产计划插入的情况。 这种情况发生时,管理人员需要在不影响原有生产计划完工日期的前提下,最大限度地使用生产资源,达到压缩临时生产计划的生产周期的目的。 本文基于上述要求,提出一种任务排程方法,在任务的非关键路径上插入任务工序,再重新计算任务序列的关键路径,迭代插入任务工序,每次规避任务的关键路径,实现在ERP 系统中对临时生产计划排程的优化方案。