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MES生產調度任務模型

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-06-14     來源:e-works     作者:曹海勇博士     瀏覽次數(shù):178
        理論和實踐的統(tǒng)一這一原則一樣可以指導我們的制造活動,計劃和調度都是一個組織良好的制造企業(yè)不可替代的部分。計劃(理論)是對調度(實踐經驗)的高度概括,使之上升為理論,并用來指導實踐,而調度(實踐經驗)是檢驗計劃(理論)的唯一標準。計劃是基礎和方向,而調度則是對計劃的細節(jié)補充和對生產過程的控制。

1 生產計劃與生產調度基本概念

       計劃和調度往往看起來有很大的相似性。然而,這兩個概念也有一些區(qū)別。計劃的英文是Planning而調度是Scheduling。計劃和調度的主要區(qū)別是,計劃決定了需要做什么和做多少,而調度則定義了誰、何時和在哪進行操作。

       生產計劃是對整個制造過程的策略,制作一張由產品所需的所有過程組成的地圖。生產調度組織了整個生產過程的獨立部分,并根據(jù)實時工作流程進行調整。

       計劃是創(chuàng)建一個主生產進度計劃(MPS-Master Production Schedule),說明需要哪些材料和資源來滿足客戶訂單和市場預測的需求。這一步對于確保企業(yè)有足夠的材料和資源能力來按時生產至關重要。

       調度是創(chuàng)建了一個生產作業(yè)計劃(OS-Operation Schedule),分配資源的使用時間以完成生產計劃。在生產中,調度員制定工人、設備和材料的時間表。它反映了一個項目的“時間”,通過分配適當?shù)馁Y源,讓生產計劃在一段時間內完成。

       一個與資源和材料調度過程一致的生產計劃,才能幫助企業(yè)對變化做出快速反應。計劃和調度過程之間的任何差異或分歧都會造成效率低下,從而使企業(yè)付出高昂的代價。分歧越大,成本就越高。

2 主生產進度計劃

       計劃涉及整個制造過程的高層次,計劃的對象是產品,其目標是平衡資源和需求。計劃是確定一個項目需要生產多少的過程。計劃并不關心是否有可能生產某個數(shù)量。它只回答一個問題:根據(jù)實際的客戶需求和預測的客戶需求,需要生產多少產品。這個過程的結果是一個計劃,通常被稱為主生產進度計劃。主生產進度計劃只確定了“什么”和“多少”,在一個時間段內需要生產多少。主生產進度計劃的時間范圍是3個月以上。

       主生產進度計劃的負責人是工廠主計劃員,可以預測需求和供應之間的關系,控制什么時候需要增加或減少生產。我們仍然以本系列講座中的紅酒瓶塞(如圖1)為例,主計劃員制定主生產計劃需要考慮的要素:

       ●加工瓶塞的原料(材料清單或BOM

       ●你已經有的原料或零件(手頭的庫存)

       ●生產將花費多少錢(資源成本)

       ●需要多少原料,什么時候需要(頻率和批量)

       ●生產一個批次瓶塞需要多長時間(制造周期)

紅酒瓶塞示例 

圖1 紅酒瓶塞示例

       主生產進度計劃是依據(jù)銷售訂單和銷售預測的時間、制造提前期和原材料采購提前期、庫存等來計算,按無限產能計劃生產訂單的最早開始時間和最晚結束時間。

3 生產作業(yè)計劃

       紅酒瓶塞有多個加工零件組成,主生產進度計劃要拆解到零件生產計劃,才能下達到車間。對于車間來說,需要更詳細的生產作業(yè)計劃,因為車間通常是以工序為單元組織生產。生產作業(yè)計劃是調度工作的產出,調度的對象是設備,通常由車間調度員負責,要逐周、逐日、甚至逐小時地進行排產。其目的是在日歷中的某個時間安排每一項操作,分配資源和工人,并計劃所有的詳細步驟。

       生產作業(yè)計劃不是一個預測,但它需要看到未來,并讓適當?shù)馁Y源在他們需要的時候出現(xiàn)在他們需要的地方。它是主生產進度計劃和實際生產之間的橋梁,它有助于及時地分配必要的資源。

       車間調度員需要確定:

       ●哪些生產訂單應該先安排生產

       ●應該安排到哪臺機器上生產

       ●哪臺機器將在每個班次、每天和每周運行

       ●每個班次、每天和每周由誰來操作每臺機器

       ●必要的原料和零件數(shù)量是多少,何時必須到達

       生產調度安排對于精益生產或及時生產尤其重要,它是基于靈活的適應和巧妙的時間“見縫插針”安排生產計劃,以充分利用材料和人力資源。

4 MES生產調度的任務模型

       MES任務“生產調度”支持從“工單管理”中收到的作業(yè)隊列,根據(jù)生產目標(時間和數(shù)量),必須考慮到資源和材料的可用性等限制和生產過程的各種中斷,產生一個作業(yè)時間表,即生產作業(yè)計劃。MES“生產調度”的任務模型如圖2所示。

       “生產調度”一方面是前瞻性分析,基于當前產能安排生產任務。另一個方面是對突發(fā)事件作出反應的需要,這種實時能力是MES的核心特征。它形成一個控制回路,允許對生產計劃進行持續(xù)修改和對生產過程干預。

       這份計劃可能包含沖突,需要反復評估和解決。計劃中的沖突由系統(tǒng)自動程序或調度員干預來解決。生產過程中的意外事件(如設備故障停機,前工序因為不良率過高延遲結束等)會導致進一步的沖突,必須按照同樣的方法找到解決方案。

MES生產調度任務模型 

圖2 MES生產調度任務模型

       生產目標是更高層次的生產控制數(shù)據(jù),如遵守最后期限、制造周期、利用率和在制品數(shù)量等。

       生產調度最初基礎是一個作業(yè)隊列,取決于制造業(yè)的類型和規(guī)模。例如,離散制造業(yè)的作業(yè)隊列經常是由許多不同大小的訂單組成的,需要以最符合時間安排的方式和最優(yōu)化的順序分配給多臺機器。連續(xù)生產的作業(yè)隊列可能只由一個或幾個機器的幾個訂單組成,在某些情況下,可以以定期訂單的形式出現(xiàn)。無論哪種類型的生產,這些訂單可以被分解為工序作業(yè)。通常情況下,多工序工單、單工序工單和裝配工單的工序設置、加工和運輸時間是有區(qū)別的,需要在工藝建模時建立工序的時間模型。

       生產調度考慮執(zhí)行生產任務所需的設備:設備應該在特定時段需要時可用,并且應該安排維護,使其處于良好的工作狀態(tài)。如果設備在不同的部門之間共享,或用于生產不同的產品系列,調度員應該進行溝通,以確保沒有重疊或競爭資源的情況。

       生產調度協(xié)調制造過程的物流,使工作如期完成,同時盡可能地減少資源的浪費。為了有效地安排生產,需要確保所有需要加工的材料在開始生產前可用。如果缺少工序所需的材料,將會導致生產作業(yè)中斷。

       生產調度必須有效地安排人員,使生產能夠順利進行。在這個過程中的每個階段都應該有足夠的工作人員,他們必須經過培訓后具備必要的技能,熟練地完成需要完成的工作。

       排產是生產調度的重要環(huán)節(jié),目的是:

       ①制定一個可行的生產作業(yè)計劃
       ●解決與能力有關的沖突
       ●對計劃中的交貨期進行長期監(jiān)控,確保遵守最后期限

       ②生產優(yōu)化
       ●在資源方面優(yōu)化訂單順序,減少設置時間
       ●減少周期時間,提高產量
       ●減少在制品庫存
       ●提高資源的使用和利用率

       生產調度的結果是一個時間表,提供給生產人員或其他MES任務,包括設備作業(yè)隊列、物料配送時間表、運輸訂單等。

       經過排產后得到的作業(yè)隊列往往產生沖突,即排產結果確認的時間與要求時間產生沖突。顯然,這是資源能力和材料供應方面的瓶頸。因此,已經創(chuàng)建的日程表通常被沖突所困擾。MES任務“生產調度”必須指出這些沖突,并制定可能的解決方案。然而,在任何時候,生產經理都應該有可能通過決定來發(fā)布有沖突的計劃。
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