装配式工厂物料配送多重影响因素分析

王鹏宇，石峻峰，王 波，赵训刚

(1 湖北工业大学建筑与土木工程学院，湖北 武汉 430068；2 中铁大桥科学研究院有限公司，湖北 武汉 430034)

当前，我国建筑业正处于从传统建筑业向智能装配式“制造业”转型升级的关键阶段，也是建筑业新旧动能转换的关键阶段，建筑业的“制造业”将成为我国新一轮制造业的一个主战场。从“建造”到“制造”，对传统建筑业来说是一个全新的领域，装配式建筑预制构件的生产全部在工厂完成，所以工厂的生产对预制构件的影响是至关重要的。近年来，国内外针对装配式工厂优化的研究也越来越多，Nenad Cus-Babic等[1]提出利用BIM技术传递信息，便于物料管理。Costa G等[1]针对预制构件信息收集的问题，提出将Web技术与BIM模型联系起来，建立信息数据链接，实现信息共享。陆子雨[2]等提出运用BIM+RFID技术对预制构件的生产进行全过程进度管理。田登登等[3]基于VSM对预制构件的生产流程进行优化研究。张忻[4]提出将精益思想运用到预制构件厂的优化中。高路[5]认为需要结合BIM技术研发工厂的智能化管理软件，包括产品全生命周期的BOM管理。王威[6]提出将 BIM与物联网技术应用到构件的物料跟踪管理过程中，对构件的状态进行及时的跟踪记录。李瑞[7]针对装配式建筑产能利用率低等提出IDEF设计方法，并将此系统运用于预制工厂的生产管理中，其中包括根据订单制定针对原材料的采购计划，实现工厂的物料管理。周冲[8]针对智慧生产信息管理系统目前存在的应用问题(包括物料采购信息、领用单信息、排产信息等数据无法通过算法生成)，提出编写生产计划算法自动统计物料等信息。程琳[1]分析预制构件厂物料配送不及时等问题主要与生产管理、计划管理、生产数据等的不规范有关，并提出构建信息管理系统。陈浩[9]在PC构件生产流程仿真的研究中提到物料配送不及时等相关问题，与工厂排产、工人工作分配等问题有关，结合精益生产的管理方法提出优化生产线以及优化工厂管理等方法。目前针对装配式工厂物料配送研究的文献相对较少，但物料配送也是工厂生产至关重要的一关，通过完善装配式工厂物料配送体系，提升工厂工作效率，降低成本，促进生产方式的根本性转变，有利于工厂生产的标准化，推动建筑产业的转型升级。

因此，本文将针对装配式工厂的物料进行研究，利用决策实验室分析法即DEMATEL法找出影响工厂物料配送的主要因素，并提出建议。

1 装配式工厂物料配送影响因素确定

通过问卷调查、专家意见以及相关文献研究，结合装配式工厂实际情况，并调研精益工厂物料配送模式，从装配式工厂与上游沟通不畅、工厂组织管理不当、物料配送混乱、物料仓储无规划等问题着手，梳理出影响工厂物料配送的11项主要影响因素，并按照影响因素成因，分为技术、组织管理和人员三个方面。

1.1 技术层面影响因素

上游未提供规范的BOM数据，工厂也缺乏物料统计相关的技术支持，因此，工厂在接收图纸后，须手动统计物料信息，再形成BOM数据，然后计算单件产品的物料需求，这个过程涉及多部门人工操作，易造成数据的滞后和误差。工厂的计划体系不规范导致生产作业不能严格按照作业计划锁定顺序和时间，所以无法计算生产线一个班次内生产产品总量和所需物料总量，也不能计算出作业天内每两小时或半天的物料需求量，因此，工厂就不能生成集配指示。

1.2 组织管理层面影响因素

工厂的组织管理存在诸多问题，首先，上游业务包括主计划、生产计划和BOM数据的不规范，因此无法支撑生产物流配送业务。其次，物料计划体系包括物料需求计划、要货计划和备投计划，计划体系不规范、设计及设计变更协同、计划及计划变更协同不足，导致生产作业和生产物流配送等下游业务无法执行。再次，集配管理体系缺乏合理的集配路线、集配物料分类、集配频次和集配方式设计。最后，库存管理设有原材料库和堆场，但原材料库库存量大而且没有分设集配区，也缺少物料从集配区再送到线边库的概念。堆场堆放预制构件，预制构件作为转运到装配现场的半成品在这里也将其归为物料类，存在库存量大、存货周期长，存货资金巨大导致资金成本随之增长的情况。

1.3 人员层面影响因素

上层管理人员缺乏对计划体系包括物料需求计划、要货计划和备投计划的认识，缺少计划就无法集配。同时，工厂也缺乏专业的计划人员、仓管人员和集配人员，工厂工人在生产时按照需求拿取物料，缺乏在时间和数量上的控制。

通过以上分析，找出影响装配式工厂物料配送的三方面因素，并分析其具体组成情况(表1)。

表1 装配式工厂物料配送指标体系

2 DEMATEL方法基本原理与分析步骤

DEMATEL方法即决策实验室分析法，是一种运用图论和矩阵工具的系统分析的方法。通过分析各因素之间的逻辑关系并运用矩阵运算，计算出因素之间的影响关系、中心度和原因度，从而确定系统中的关键影响因素。具体分析步骤如下：

1)构建直接影响矩阵X。首先确定影响物料配送的各个因素，然后通过问卷调查或专业咨询的方式分析各因素之间的关系，最后得到直接影响矩阵。

2)计算规范化直接影响矩阵G。利用公式对直接影响矩阵进行规范化处理，得到规范化直接影响矩阵G(G=[gij]nxn)

3)计算综合影响矩阵T。将直接影响矩阵和规范化直接影响矩阵通过运算得到综合影响矩阵。T=G(I-G)-1(I为单位矩阵)

4)计算各因素的影响度f与被影响度e。将综合影响矩阵经过相关计算得到影响度f与被影响度e，相应的计算如下：

5)计算各因素的中心度m与原因度n。将影响度与被影响度经过相关计算得到中心度m与原因度n，相应的计算如下：

mi=fi+ei(i=1.,2,…,n)

ni=fi-ei(i=1.,2,…,n)

ni>0时，ni为原因因素，表明该因素对其他因素的影响较大；ni<0时，ni为结果因素，表明该因素受其他因素的影响较大。

6)提出建议。影响度和被影响度是判断各因素间的相互影响关系以及它对系统整体的影响，中心度和原因度是判断各因素在整体系统中的重要性。

3 装配式工厂物料配送影响因素DEMATEL分析

将DEMATEL方法运用到装配式工厂物料配送的影响因素分析中，按照相关计算步骤分别得到直接关系矩阵、综合影响矩阵、影响度、被影响度、中心度及原因度的计算结果。

3.1 DEMATEL确定影响因素间的相互关系

根据影响装配式工厂物料配送指标体系，运用DEMATEL方法建立11个因素之间的直接影响矩阵，并用0、1、2三个标度对各影响因素之间的相互影响关系进行打分。0、1、2分别表示无影响、有影响和影响很大，且因素自身不需要进行比较，相应的标度为0。通过问卷调查的形式和咨询相关专业人士，将所得数据进行分析和整理后，得出各影响因素之间的关系，建立直接关系矩阵(表2)。

表2 直接关系矩阵

在数据整理中我们发现，第一列仅X6对X1有2个标度的影响，表明设计及设计变更协同性对为上游提供规范的BOM数据影响很大；第六列仅X1对X6有1个标度的影响，表明上游BOM数据不规范影响设计时变更的协同性；第十列和第十一列仅X11和X10有影响，表明工厂对计划体系的认识不足以及缺乏专业的计划人员、仓管人员和集配人员之间是相互影响的。

3.2 综合影响矩阵

将直接矩阵规范化后用DEMATEL计算步骤3计算出综合影响矩阵见表3，综合影响矩阵为影响度和被影响度的计算提供数据基础。

表3 综合影响矩阵

3.3 原因结果图绘制

根据DEMATEL计算步骤4.5，求出各因素的影响度、被影响度、中心度及原因度见表4。并绘制原因结果(图1)。

表4 DEMATEL的计算结果

图 1 DEMATEL原因-结果图

4 结果分析

根据表4.DEMATEL的计算结果以及对DEMATEL原因-结果图的分析，得到各因素之间的影响关系以及系统中的重要因素和原因因素，具体分析如下：

1)由表4中影响度和被影响度的数据可以得到，X6设计及设计变更协同、X10计划体系和X11专业的计划人员、仓管人员和集配人员的影响度很高，对其他因素有较大的影响。上游的设计及设计变更对于及时准确的提供和更新工厂所需BOM数据有很大的影响，进而影响工厂的生产计划和物料需求计划。而计划体系和专业的人员影响工厂的生产计划、物料管理和集配。这些因素与其他因素关系密切，通过影响其他因素进而影响工厂的物料配送。X8集配管理体系和X9库存管理规划的被影响度很高，容易受到其他因素的影响。库存管理和集配是物料配送的最后两个环节，因此容易受到前面环节的影响。

2)由表4中心度的数据可以得到，X9库存管理规划；X3生产班次物料总量；X5物料需求计划、要货计划和备投计划以及X8集配管理体系的中心度较大，表明这四个因素对装配式工厂物料配送的影响很大。工厂根据物料需求计划计算出生产班次的物料总量，并查询物料库存是否充足，进而制定要货计划和备投计划，最后生成集配指示，这些因素之间紧密联系而且与工厂当天的物料配送直接相关，因此工厂应重视对中心度大的因素的管理。

3)由表4原因度的数据可以得到，X11专业的计划人员、仓管人员和集配人员；X6设计及设计变更协同；X10计划体系以及X1规范的BOM数据的原因度较大。表明这四个因素是原因因素，是工厂物料配送效率低下的主要原因。BOM数据是计算产品物料需求的依据，工厂根据BOM数据和生产线一个班次内生产产品总量计算出每班次所需物料总量，进而生成集配指示，集配人员再进行集配方式和集配频次的设计，仓管人员也可以根据物料需求对工厂的库存进行规划。

5 结论与对策

5.1 结论

通过以上数据分析，装配式工厂物料配送存在诸多问题且对工厂生产有较大影响，与此相关的预制构件成本高、积压严重或数量不清以及生产效率低下等问题，都可以通过对工厂的物料和计划管理来解决。

5.2 对策

1)建立协同BOM数据库 BOM数据库的建立可以考虑通过软件实现从图纸自动提取构件信息和构件BOM数据的功能。

2)建立规范的集配管理体系 工厂根据BOM清单和当天的生产计划，生成集配指示。借鉴制造业看板供应机制，通过看板拉动集配工按流水线需要的时间和数量运送物料。

3)完善库存管理规划 原材料库的管理首先根据BOM数据和生产计划制定相关的物料采购计划，然后对仓库现存物料分区整理，分设集配区，集配区再送到线边库，实现对仓库物料数量的把控。成品库的管理也就是堆场，需要对生产计划进行合理的安排。

4)制定物料需求计划(MRP) 物料需求计划(MRP)是工厂接收订单后制定构件的生产计划，然后根据BOM数据和原料库的库存状况，通过MRP逻辑运算计算出构件所需物料以及物料的需求时间，最后确定构件的生产日程。借鉴制造资源计划(MRPⅡ)的系统模式，建立装配式工厂特有的物料需求计划(MRP)，以生产计划为中心，建立一个整合BOM数据、集配、库存为一体的系统。