单件小批量生产（共4篇）
单件小批量生产 篇1
摘要：成本控制水平是企业经营管理水平的重要标志, 很大程度地制约着企业在市场上的竞争力, 本文以单件小批量制造企业为例, 阐述了单件小批量制造企业成本控制措施, 以期对单件小批量制造企业的成本管理有借鉴和指导意义。
关键词：单件小批量,成本控制,措施
世界著名的咨询机构麦肯锡曾经这样评价中国企业:“成本优势的巨人, 却是成本管理的侏儒”。中国制造的优势是成本, 但成本管理的优势却不在中国。
单件小批量产品生产有如下特点:一、产品为订单式生产, 公司销售部门接到客户订单, 签订合同后, 公司才开始安排设计、采购、生产制造, 每个客户需求情况不一样, 提前设计或投产制造的可能性很小;二、客户的产品需求数量少, 多为单台或小批量, 无法形成规模效应;三、每个客户产品需求不同, 技术要求、工艺参数等指标不同, 工装投入相对较多, 会进一步增加企业的制造成本;四、产品交货周期较长, 生产效率低, 制造成本高。因此, 单件小批量制造企业不能从批量和规模上取得优势, 探讨成本管理措施意义重大。
本文以单件小批量生产制造企业为例, 探讨企业成本控制措施, 以期对提升此类企业的成本管理水平有所帮助。
1.单件小批量制造企业成本控制对策与措施
单件小批量制造企业成本控制方面既有管理机制方面的问题, 也有观念意识方面的问题, 本文从四个方面阐述单件小批量制造企业成本控制的措施。
1.1建立健全成本管理制度
为了保证单件小批量制造企业的成本控制有效开展, 要做到制度先行, 在制度上做好文章。企业要成立专门的成本控制部门, 部门组成人员须对企业产品形成过程有较为详细的了解, 制定的制度要涵盖营销、设计、工艺、采购、生产等产品形成全过程, 要尽量的详细, 操作性强, 明确经济责任制, 将成本管理工作系统化, 并与全员的岗位职责紧密挂钩, 将成本管理的责任具体到每个部门、每位员工, 促使企业全员积极参与成本管理, 尽量量化管理制度中的规定, 以便于进行考核。
1.2转变观念加强重点过程的成本控制
成本控制是一个系统的工程, 企业要转变成本管理观念, 强化成本管理在企业运行过程中的作用, 不能只对生产制造过程进行成本控制, 应从产品形成过程入手, 重点对以下过程进行成本控制:
1.2.1设计阶段成本控制
单件小批量产品制造企业成本控制的重点已经不单纯是生产制造过程的成本控制。生产阶段的成本控制空间非常有限, 只占产品成本的20%, 产品成本的80%在设计阶段已经确定。因此, 企业不能单纯依靠削减生产阶段的成本来降低成本, 而应该从产品的研发设计阶段就着手成本控制。设计环节成本控制的主要内容有:第一, 单件小批量产品制造意味着每项产品的设计方案都不尽相同, 每个客户需求不同, 与之对应的产品设计参数、材料标准等也不相同, 这就要求设计人员根据客户需求, 进行合理的产品设计, 选取合适的材料标准, 不能一味追求高品质而要求每一部分的材料标准都采用最高的, 要避免出现质量过剩的设计, 无端增加产品成本;第二, 在满足产品质量及使用要求的前提下, 鼓励采用新材料、新技术;第三, 加强设计方案的评审工作, 组织企业工艺、制造方面的相关人员对设计方案进行全方位评审和论证, 在满足客户技术要求的前提下, 严格审核确保工艺方案的合理性, 形成最优设计方案;第四, 推行标准化建设, 由于产品的差异会使单件小批量产品的标准化程度降低, 因此推行标准化建设是降低单件小批量产品制造成本的重要内容;最后, 设计人员除了对自己所在的领域非常熟悉之外, 还要对工艺、生产制造过程有一定的了解, 才能设计出既满足客户需求又不会产生质量过剩的图纸。
1.2.2工艺阶段成本控制
工艺阶段就是根据设计图纸提出材料需求, 编制工艺路线施工阶段, 在此阶段应从以下方面进行成本控制:第一, 根据单件小批量产品的特点, 每项产品的材料、用量、规格等参数都不相同, 要求工艺人员在根据设计图纸进行提料时, 特别是遇到复杂图纸时, 要模拟套裁方案或排版图, 提高材料利用率, 减少不必要的材料采购;第二, 工艺人员提料施工前要审图, 对有异议的地方要及时与设计人员进行沟通, 不可迷信设计图纸, 发现错误也不提出来, 更要防止将材料标准、数量和尺寸计算错误, 造成不必要的损失;第三, 工艺人员要熟知企业的加工能力, 预留合理的材料加工余量, 余量过大容易造成采购成本的增加和企业加工费的增加, 余量过小则容易造成废品或返修;第四, 编制工艺路线时, 要求工艺人员根据自身的专业知识, 结合企业的加工能力, 还要与一线工人多沟通交流, 了解工人的能力水平, 才能编制出合理的工艺流程路线, 在一定程度上降低企业的生产制造成本。
1.2.3采购阶段成本控制
通常来讲, 一个企业的采购部门会控制承揽合同总价70%以上的金额, 降低采购过程中的成本是降低企业成本的重要环节。第一, 将企业需要采购的物资进行分类, 分成重点物资、重要物资和一般物资, 采购部门应将力量集中在重点物资的询价比价、周期确定、合同签订和催促交货上, 因为这些物资的采购价格和周期将直接或间接地影响到企业的整体成本, 重要物资和一般物资的关注度次之;第二, 由于单件小批量的原材料采购不具有规模效应, 材料成本价格肯定大于规模采购, 而采购价格的高低很大程度上影响了产品制造成本, 因此运用价格控制手段就显得尤为重要, 公开招标、竞争性商务谈判、三家以上供应商报价等手段较为常用, 通过利用不同供应商之间的竞争, 将劣势转为优势, 降低采购成本;第三, 制定详细的采购制度, 使采购过程透明化, 从询价、比价、发收询价单、公开招标、竞争性商务谈判、合同签订、合同审批、付款提货等方面, 制定详细的采购管理制度, 明确业务流程, 做到流程合理, 监督到位;第四, 通过与供应商建立长期战略协议, 可以减少前期询价比价时间、稳定材料质量、减少采购风险, 从整体上降低企业采购成本。
1.2.4生产阶段成本控制
单件小批量制造企业产品制造过程成本控制方法主要有:第一, 定额管理, 定额管理是控制材料和人工工时用量的基本手段, 单件小批量企业应该结合企业自身产品类型制定合理的定额标准, 并作为材料实际用量和工时结算的考核目标;第二, 生产计划部门按照设计、工艺安排合理使用生产资源, 做好各个工序之间的衔接, 减少停工等待, 对单一设备的生产任务根据轻重缓急做出排序, 合理安排生产次序;第三, 对生产加工环节作业产生的原因、作业执行的情况以及作业执行的结果进行分析, 来区分增值与非增值作业, 结合企业自身的管理特点, 不断消除非增值作业、降低非增值成本、提高增值作业的效率, 使企业整体运营环节的效率不断提升;第四, 加强员工技能培训, 提高员工技能, 提高产品的一次送检合格率, 降低产品的质量成本。
1.3科学编制成本预算并严格执行
科学合理的预算是企业成本控制的基础, 成本控制部门是编制成本预算的主导部门, 财务部门为其归口管理部门, 成本预算的编制应组织企业的营销、设计、工艺、采购、生产等部门管理人员参与, 各个部门应在充分沟通交流后, 编制出科学合理的预算。另外, 企业还需要保证预算的执行力度, 加强对预算执行情况的监督, 对于不合理的成本支出及时采取措施予以纠正。成本预算的完成情况应作为成本控制考核的重要内容, 对于成本预算执行情况好的部门要给予适当奖励, 并将其成功经验在企业推行, 成本预算完成不好的部门要受到惩罚, 并要求其提出整改意见。成本预算如遇特殊情形需要调整时, 也应按照规定程序进行处理。
1.4建立健全成本管理激励机制
如前所述, 企业的成本控制必须有全员的参与才能保证各项措施的有效性。第一, 企业必须建立完善的成本控制激励约束机制, 将员工的绩效考核与成本控制直接挂钩, 并制定相应的监督措施和奖励措施, 从制度上保证企业的成本控制措施落到实处;第二, 成本控制部门要建立员工降低成本的意见反馈渠道, 收集员工在平常工作中对降低企业成本的意见和建议, 并对其进行甄别, 对降低成本有显著效果地进行推广实施, 并对谏言者进行奖励, 使员工得到认同感。第三, 简化降低成本的建议收集渠道和奖励落实程序, 使职工充分感受到自己在企业降低成本中的重要作用, 增强其责任感和使命感。
结语
总之, 单件小批量制造企业的成本控制是企业获得经济效益的重要保障, 企业管理者应该在明确成本控制特点的前提下, 了解企业成本控制存在的问题, 针对问题采取有效措施, 如健全管理制度、转变管理观念、加强重点过程的成本控制、建立成本控制激励机制等, 来提升企业的成本管理水平, 为企业创造更多的经济效益。
参考文献
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单件小批量生产 篇2
复杂式单件小批量产品生产具有以下主要特点:一是产品多采用单台或小批量订制、设计、制造和销售;二是不同批次产品技术要求不尽相同, 生产产品的工艺、工装设备投入相对较多, 生产效率低、产品的生产周期较长, 制造成本高。因此, 复杂式对于单件小批量生产企业而言, 由于不能从批量和规模上取得优势, 要降低成本, 就必须按与成本发生相关的因素逐项追溯控制成本, 最终实现企业的目标成本管理。
二、复杂式单件小批量产品成本管理方法
成本管理主要有两个方向, 一种是在既定的经济规模、技术条件、质量标准条件下, 通过降低消耗、提高劳动生产率等措施降低成本;第二种是改变成本发生的基础条件。对于大部分单件小批量产品而言, 项目合同、产品设计方案、工艺方案的确定决定了产品成本的80%以上, 因此对于单件小批量产品成本的管理, 关键控制环节主要包括:产品设计阶段的成本控制、工艺设计上的成本控制、产品制造过程中料工费成本的控制、质量成本控制。
(一) 设计成本控制
复杂式单件小批量产品的生产意味着不同批量产品的设计方案甚至工艺方案都不同, 且设计方案对于产品的生产影响重大, 成本控制的重要环节就是推行设计环节的成本管理, 不同的设计方案下产生的产品成本有时会产生较大差异。
设计成本的重要控制点主要包括:技术参数, 选取的原材料, 加工工艺 (不同的加工工艺所投入的生产资源, 如人工、设备、能源等不同) , 降低设计差错率等。在设计环节成本控制的主要内容包括:一是加强设计方案的评审工作, 对设计方案进行全方位评审, 在满足技术要求的前提下, 工艺设计上尽量考虑工艺方法的通用性、标准化, 采用合理的加工手段, 提高材料及设备的利用率, 严格审核确保工艺方案的合理性, 形成最优设计方案;二是鼓励公司全员积极参与工艺改进课题, 通过改进工艺方案准确控制工艺余量, 合理使用材料, 包括材料的规格、用量、性能等, 优化套裁方案, 提高材料利用率, 将材料成本真正控制在设计源头, 另一方面通过工艺改进提高生产组织方式, 降低加工成本的消耗, 提高生产效率;三是推行标准化建设, 由于产品的差异会使单件小批量产品的标准化程度降低, 因此推行标准化建设是降低单件小批量产品制造成本的重要内容;四是将投产前的设计方案与投标方案对比, 可以及时发现材料品种、用量的差异, 有助于锁定设计目标成本, 同时在这个阶段也可以发现和修正设计差错, 从而有效降低设计差错率。
(二) 制造成本控制
复杂式单件小批量产品制造成本的核心控制点主要有:第一, 是否按照设计、工艺定额安排、使用生产资源;第二, 生产过程中的质量控制和产品的一次送检合格率会影响产品的质量成本;第三, 准确、合理的归集和分摊制造费用可以提高产品成本分析与管理效率, 为成本管理提供及时、有利的信息。
1.定额管理。定额管理是控制材料和人工工时用量的基本手段, 单件小批量企业应该结合产品、生产、材料等实际状况制定合理的定额, 并作为材料实际用量和工时结算的考核目标。在对外报价、产品设计、工艺转化等所引用的各种定额和领料、派工所参照的定额保持高度一致, 通过实际发生数与定额的对比考核能很好地体现技术、工艺的优化成果, 同时也能真实地反映出企业管理水平。
2.充分发挥财务的成本管理职能。复杂式单件小批量产品的生产现场管理、物流管理、成本管理等基本上采用任务号或项目编号管理, 因此其成本核算内容相对比较清晰, 归集的内容比较准确, 利用信息化手段进行成本核算, 提高产品成本项目的归集、费用的分配等工作效率, 使成本管理的重心从核算职能开始向管理职能方面转移, 财务人员能够即时掌握每个项目产品的成本发生情况, 便于对比、考核各项费用定额或计划执行情况, 检查费用节约或超支的原因, 加强对成本的控制和管理, 即时分析实际成本与目标成本的差异, 实现各项成本的事中控制, 促使企业更有效地降低成本。充分发挥成本管理职能, 使存货管理、定额管理、设备使用效率分析等专项管理内容转化为常态化的工作。
(三) 全面质量管理
单件小批量生产 篇3
《中国船舶报》显示,船舶行业94家重点监测企业2016年1~5月同比利润下降22.3%。劳动力成本上升、船东频繁修改合同订单,导致生产计划调整、生产节奏打乱、按计划交船困难重重,从而使造船企业成本增加。这些现象表明我国造船企业盈利难问题仍然突出。针对船舶建造过程中“边设计、边生产”特点,动态监控成本,保证交货期,控制目标成本,进一步提升造船企业成本管控潜力已迫在眉睫。以生产单元或作业区作为生产组织形式是现代造船的明显特征,如何在满足交货期、作业工序的先后顺序及制造过程消耗资源的约束条件下,有序合理地组织安排生产单元中的作业工序、保证生产单元任务计划的有效实施、使分解的目标成本得以控制,成为亟待解决的问题。
针对这一问题,钟宏才等(2004)运用成组技术实现生产单元满足一定节奏的批量化生产;苏翔等(2004)通过增量接收技术构建动态成本控制系统,实现成本管理重心前移至事中控制;刘玉君等(2011)实现了船舶管系生产计划系统开发;戴祥斌等(2015)实现了多项目并行的海工船项目进度安排及纠偏;吴君民等(2015)通过和声搜索算法,寻找船舶分段建造的成本与工期双优化;赵东方等(2015)研究了动态环境下生产单元组织行为建模,减少了环境不确定性的影响。
综上所述,生产单元成本控制相关研究成果较为丰富,但仍然存在以下问题:第一,虽然部分学者运用成组技术实现了生产单元批量化生产,有效降低了生产制造成本,但仍有大量单件、小批生产单元无法通过成组技术改变生产组织方式,达到降低其制造成本的目的;第二,一些学者局限于船舶分段或生产单元成本与工期的研究,忽略了多资源限制条件下对工期及资源调配、作业工序安排的影响。实际的生产作业中,造船企业单件小批生产单元既受多种制造资源限制,又受到“边设计、边生产”的造船特点影响,以致企业更改生产计划、打乱生产节奏。
如何在满足工期、资源及成本三项条件下柔性组织生产形式、优化作业顺序与及时反馈制造成本,是控制该类型生产单元成本的重要问题。因此,本文将在现有研究成果的基础上,结合造船企业特点,充分考虑遗传算法极强的计算能力和搜索能力的特性,对造船企业单件小批生产单元成本控制进行研究。
二、造船企业单件小批生产单元生产成本控制模型构建
1. 造船企业单件小批生产单元生产成本控制思想。
根据船舶建造计划的进度安排,可以明确知晓生产单元建造工期;根据生产工艺明确生产单元中任务包生产过程正常需要消耗的制造资源,例如作业人员工时数、机器工时数、生产场地面积等。从短期来看,在实际的生产单元制造过程中,作业人员工时数、机器工时数及生产场地面积等资源是有限的或是扩充有高额成本代价的,而单件小批制造型生产单元的成本优化控制目标是在目标分解成本、交货期与制造资源限制或资源可扩充但有代价的情形下,有序合理地组织安排生产单元中作业工序,保证生产单元任务计划的有效实施,实现生产单元满足既定工艺路线下的制造成本最低,使分解的目标成本得以控制。
2. 造船企业单件小批生产单元生产成本控制模型构建。
设单件小批生产单元中,某一任务包的建造过程包含n项作业工序,需要消耗S种制造资源,建造总工期为T小时。该任务第k项作业工序的可能开始时间为ESk,实际开始时间为TSk,实际完成时间为TFk,lk为作业工序k加工的松弛时间,TSk需满足条件:ESk≤TSk≤ESk+lk。通过计算可知,第k项作业工序的实际作业时长为Tk,如公式(1)所示:
由生产工艺可知,第k项作业工序在制造工期内每单位小时对第j种资源的需求为rkj,每单位小时生产单元对第j种资源的实际供应量为Rj,该制造资源的单位小时成本费用为Cj,Stj表示在第t时刻任务包的所有作业工序需要第j种制造资源的总量。其中:k=1,2,…,n;j=1,2,…,S;t=1,2,…,T。因此,在制造资源限制条件下,t时刻各作业工序安排满足公式(2):
(1)工期刚性、制造资源受限约束条件下,构造模型如公式(3)所示:
其中:k<l表示作业工序l是作业工序k的紧后工序;G表示任意相邻两个作业工序的集合。
(2)工期刚性、制造资源短期可以扩充但有代价情形下,t时刻所有作业工序消耗的第j种制造资源Stj超过生产单元供应量Rj时,如果扩充第j种制造资源供给量,则需要支付的单位小时成本费用为Cj*,通常Cj*大于Cj。计算可知,t时刻第j种制造资源消耗的Stj的总成本TCtj如公式(4)所示:
该任务在建造总工期T内的第j种资源耗用成本TCj如公式(5)所示:
根据公式(3)、公式(4)、公式(5),构建工期刚性、制造资源短期可以扩充但有代价情形下的单件小批制造型生产单元成本控制模型,如公式(6)所示:
三、模型求解
从公式(3)、公式(6)可以看出,函数目标是分段函数的整数规划问题。常规分支定界、整数规划法与枚举法计算量比较大,容易导致局部最优。本文选择遗传算法求解,其优越的全局搜索性、并行计算及快速的收敛性,大大减少了工作量。就上述两个模型,下面分别给出遗传算法下求解模型的逻辑和流程。
1. 工期刚性、制造资源受限约束条件下。
这种限制条件下的生产单位任务具有以下特点:第一,资源受限,即任意时刻总资源量固定,不可扩充。对生产单位任务中的每一道工序来说,一旦当前时刻的资源不够,唯一的选择就是将工序延后进行。第二,工期刚性,即整个生产单元任务的完工时间不可延后,到期必须完成。为了在规定的时间内完成生产任务,任务负责人将偏好在工艺和资源允许的情况下,把各个工序尽早安排。第三,由于资源受限、工期刚性,生产单元任务不存在某单位时间资源使用超标和拖期罚值带来的额外成本,于是每一个生产单元任务的成本是固定的,即收益固定。在这种情况下,上层决策者将以工期最短作为生产单元任务的目标,以求在单位时间内完成尽可能多的生产单元任务,达到收益最大化。
根据资源受限、工期刚性生产单元任务的特点,可以将其直接转化为工期最短问题进行求解。求解步骤如下:首先,随机生成符合工艺流程的工序优先级向量chrom。在向量chrom中,位置在前面的工序优先级高于位置在后面的工序。即对∀i,j∈N,若i<j,则有工序chrom(i)的优先级高于工序chrom(j)。当在某时点t0,工序chrom(i)与工序chrom(j)争夺资源时,先将资源分配给工序chrom(i)。并且该优先级满足以下条件:对任意工序来说,其紧前工序的优先级一定高于该工序。然后,根据前一步骤中给出的优先级,将每道工序排入其最早可以开始的时点,从而得出该优先级下的计划安排。最后,以最小工期为目标,通过遗传算法搜索最优的优先级向量chrom,从而得出最优计划安排。
2. 工期刚性、制造资源短期可以扩充条件下。
若某一生产单元任务可以在给定的资源限制内不拖期,那么决策者不会选择扩充资源。决策者选择不拖期往往是出于拖期罚款过重的原因,所以只要在期限内完工便不会有拖期罚款。然而,扩充资源的成本一般要比限制内资源成本高,这部分差额造成了成本增加。于是,如果一个生产单元任务有可能在资源限制条件下按期完成,那么决策者一定不会选择扩充资源,这种情况便等同于前面讨论的工期刚性、制造资源受限约束问题。所以,这里所讨论的工期刚性、制造资源短期可以扩充的生产单元任务,特指在资源受限情况下不能按期完成但是该生产单元任务又不允许拖期的情况。也就是说,决策者只能选择扩充资源。
在实际生产过程中,由于资源被其他生产单元任务所占用,确实有可能造成某些生产单元任务的资源限制过低而不能按时完成的情况。但是又由于这些生产单元是某个重要生产单元任务的紧前任务而不允许超期,此时决策者将以扩充资源后成本最小为目标。
在资源可以扩充但有代价、工期刚性限制条件下,实际工期越长,资源超标可能性就越小,即所需花费的额外成本越小。所以,此时最佳工期便为所给出的限制工期。为了解决该问题,笔者给出压缩量、可压缩工序、可压缩时点及可压缩量四个定义。
定义1:压缩量是指资源受限、工期刚性方法给出的计划中,实际工期大于工期限制的部分。
定义2:可压缩工序是指在资源受限、工期刚性方法给出的计划中,实际开始时间大于其只考虑工艺流程而不考虑时间的最早开工时间的工序。
定义3:可压缩时点是指可压缩工序的实际开始时间点。
定义4:可压缩量是指可压缩工序的实际开始时间和最早开始时间的差值。
具体求解流程如图1所示:
四、算例验证
CX船厂是国内一家大中型修造船企业。以该船厂某一单件小批生产单元为例,该生产单元中LFD1007任务一共包含6个作业工序,受3种资源限制。其网络计划如图2所示:
原工期为25小时,由于船东修改订单,分解新的生产计划后,该任务工期设定为19小时,目标分解制造成本为25万元(不含物料及间接分担成本)。各工序加工时间与资源耗费情况如表1所示,资源价格如表2所示。
单位:小时
单位:万元
在遗传算法中,种群规模影响算法收敛速度与收敛得到最优解的可能性;最大迭代次数强制算法结束迭代,防止陷入循环;交叉概率即保持适应度较大的个体,其他个体进行交叉配对比例;变异概率指个体随机生成下一代的比例,在一定程度上减少过早收敛,陷入局部最优解,同时增加种群的多样性。本文采用Matlab 2010a编程对模型求解,具体采用的遗传参数有:种群规模为20,最大迭代次数为300,交叉概率为0.85,变异概率为0.15。运算结果形成的计划安排如图3所示,各类资源消耗如图4所示:
由上述运算结果可知,在工期刚性、资源不可扩充条件下,LFD1007任务最小工期是21小时,如果船东没有修改订单,可以正常完成任务。船东修改订单后,生产单元在原定工期、资源条件下,即使对作业工序进行优化,也不可能完成该任务。只能通过对资源的扩充,实现在既定工期条件下制造成本最低,即对非正常资源消耗最低。按照模型优化,具体作业安排如表3所示。由表3可知,第9、10个加工工时,资源2及资源3分别超过了资源限制。根据资源价格计算出其成本为23.64万元,其中正常生产成本为22.12万元,资源扩充增加的额外成本为1.52万元,总成本提高了6.87%,仍在目标分解制造成本25万元控制范围之内。
五、结论
生产单元是造船企业的重要生产组织方式,数量较多的单件小批生产单元制造环节的成本控制对执行目标成本管控、反馈设计、实现降本增效至关重要。本文阐述了造船企业单件小批生产单元制造成本控制思想,并基于消耗资源是否可及时扩充,建立了单件小批生产单元制造成本控制模型,分别给出遗传算法下求解模型的逻辑或者流程,且结合某船厂加以验证。结果表明,通过该优化模型可以实现在满足交货期与制造资源限制或资源可扩充但有代价的情形下,有序合理地组织安排生产单元中的作业工序,保证生产单元任务计划的有效实施,实现生产单元满足既定工艺路线下的制造成本最低,使分解的目标成本得以控制,避免不合理占用车间工人作业时间,减少生产过程中不合理赶工现象,从而提高企业的经济效益。该模型在实践中具有较强的应用价值,可为其他制造型企业作业计划安排及成本控制提供参考,同时也为造船企业实现准时生产提供有效的管理手段,帮助企业提升核心竞争力。
摘要：为解决当前造船企业生产计划频繁调整导致制造成本增加的问题,本文针对船舶制造“边设计、边生产”的特点,以单件小批生产单元制造成本控制为研究对象,构建满足目标分解成本、交货期与制造资源限制或资源可扩充但有代价情形下的造船单件小批生产单元制造环节的成本控制模型,运用遗传算法对该模型求解,并以国内某船厂生产单元为例进行计算和分析。结果表明,该方法能够有效寻找目标成本与资源约束或资源可扩充条件下的单件小批生产单元作业安排,实现制造环节的动态成本监控,为造船企业提升成本管控水平、实现准时化生产提供决策参考。
关键词：生产单元,成本控制,遗传算法,造船企业
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单件小批量生产 篇4
单件小批生产作业计划的编制在机械制造与加工行业十分重要。研究出运行效率高的算法是急需解决的问题。作者结合开发研制洛阳某大型机械制造企业生产计划管理系统的实例, 对单件小批生产作业计划优化算法进行研究, 利用层次分析法选取调度规则, 提出了一种基于传统调度法则又有全新意义的启发式算法。
二、单件小批生产系统问题描述
1、系统基本假设如下
企业某车间接到订单, 生产某组装产品, 计划周期为N天, 产品由n种零件 (工件) 组成, 分别为J1、J2、…、Jn, 需经过M类机器W1、W2、…、Wm加工。其中第K类机器有Wk1、Wk2、…、Wkk台 (k=1、2、…、m) 。对于工件Ji, 已知:
(1) 加工路径为:Wpt (1) →Wpt (2) →…→Wpt (m) , 其中为Pt={pt (1) , pt (2) , …pt (m) , }为1, 2, …, m的一种排列。
(2) 在机器Wpt (k) 上进行第k道工序的加工时间为 (≥0) (如表1) 。
2、约束条件
上述产品基本假设需满足以下约束:
(1) 一台机器在同一时刻不能加工两种工件。
(2) 一种工件的某道工序在某一时刻至多被一台机器加工 (该情况为车间实际加工现状) 。
(3) 一旦某种工件的某道工序被一台机器加工, 则直到该工序加工结束, 这台机器才能加工其他工件。
(4) 对于每一种工件, 必须在上一道工序完成之后, 才能加工下一道工序。
三、算法思想设计
1、基于层次分析法选取调度规则
关于调度规则, 不同的人从不同的视角进行分类, Panwalkar和Iskander在文献[5]中总结了113条规则, 本文根据层次分析法, 从三类规则中归纳总结得出工序作业排序所用到的调度规则如表2所示。
由此得出, 工序的调度规则为:
(1) 剩余能力量最大的瓶颈设备先安排;
(2) 当瓶颈设备正在加工的负荷量相同时, 交货期早的工件优先安排;
(3) 当瓶颈设备正在加工的负荷量、工件交货期均相同时, 优先安排剩余加工时间最长的工件;
(4) 当瓶颈设备正在加工的负荷量、工件交货期、工件剩余加工时间均相同时, 优先安排剩余工序数最多的工件;
(5) 当瓶颈设备正在加工的负荷量、工件交货期、工件剩余加工时间和工件剩余工序数均相同时, 优先安排瓶颈工序加工时间最长的工件。
2、启发式排序算法设计
根绝启发式排序规则, 工序的启发式排序算法如下:
STEP1:确定D (初始D=0) 时刻在瓶颈设备wk类机器前等待加工的工件数nwk;
STEP2:确定D时刻在瓶颈设备wk类机器上可安排的机器数mwk;
STEP3:当nwk>mwk时, 转向步骤4。否则全部等待加工工件均可以在mwk台机器上安排。按照以下方法:
首先求出mwk台机器在D时刻前已经安排的负荷量, 并按照从小到大的顺序排列;
其次, 将等待加工的nwk个工件, 按交货期从小到大排列;交货期相同的工件, 按工件剩余加工时间从大到小排列;剩余加工时间相同的工件, 按工件剩余工序数从多到少排列;剩余工序数相同的工件, 按将要安排的工序的加工时间从大到小的次序排列;
·按照已安排好的工件、机器排序, 依次将工件的工序安排在相应的机器上。然后转向5;
STEP4:此时, nwk>mwk, 将有nwk-mwk个工件在D时刻无法安排。首先安排mwk个工件, 选择工件并对它进行排序的方法参照步骤3中的方法。其次安排剩余的nwk-mwk个工件, 如nwk-mwk依旧大于mwk, 则继续优先安排前mwk个工件, 直到剩余未安排的工件个数小于或等于mwk个工件, 然后转3中各子步骤;
STEP5:直到所有工件安排完, 结束。
四、软件实现
本文所设计开发的单件小批生产作业计划优化系统软件功能模块图如图1所示, 主界面图如图2所示。输入企业原始产品零件加工信息表, 利用本文设计的启发式算法, 编制生产作业计划, 并输出以甘特图及加工进度表 (excel表形式) 。
五、实例运算
以洛阳某企业机械加工车间的典型产品Z50为例, 按照上述的生产作业计划优化方案算法来编制该产品的作业计划。从该车间原有生产作业计划表中知道产品Z50的生产周期为10个月, 经过我们设计的优化算法后, 利用生产作业计划优化软件可以得出, X50型产品在该车间的实际生产周期最多应为1.42个月, 远远小于原来的10个月。
由此可见, 该车间生产作业计划经过优化算法之后, 产品生产周期大大缩短, 仅为原来的14.19%, 提高了生产系统的性能。
六、结语
本文通过对洛阳XX企业进行生产分析, 得出该企业属于典型的单件小批生产企业, 在此基础上提出了一种基于传统调度法则又有全新意义的单件小批量生产作业计划启发式优化算法。的单件小批生产作业计划优化方案算法, 以最大限度地减少生产中的等待时间和缩短总生产作业时间, 有效地均衡生产负载, 提高瓶颈资源的利用率。并以该企业的典型性产品Z50为例, 验证了算法的有效性。
摘要：随着市场竞争的日益剧烈, 大多数制造企业的生产方式正向多品种小批量方向发展, 面向单件小批量生产方式的生产作业计划优化问题已成为一个具有代表性的生产调度问题。本文以典型单件小批生产企业洛阳XX企业为主要研究对象, 层次分析法选取调度规则, 设计了基于启发式算法的单件小批生产作业计划优化方案算法, 并编制了生产作业计划软件。
关键词：生产作业计划,启发式算法,层次分析法
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