装配式智能工厂生产计划优化辅助工具研究实践

邱 月，廖 羿，文小东，宗 霏，丛 旭，高 聪

（成都交投建筑工业化有限公司，四川 成都 610041）

1 研究背景

住房和城乡建设部印发的《“十四五”建筑业发展规划》《关于加强县城绿色低碳建设的意见》等文件，为“十四五”时期建筑业发展提出明确的发展目标和任务。在国家政策的指导下，四川省印发“十四五”建筑业发展规划明确：到2025 年，全省新开工装配式建筑占新建建筑40%；在市政桥梁、综合管廊、城市轨道交通等市政基础设施项目中积极推行装配式技术。成都交投建筑工业化有限公司是成都交投集团按照国家“大力推广装配式建筑，走绿色低碳产业之路”的发展要求，结合成都市战略规划和集团企业发展规划，打造全国一流的综合性预制构件生产企业和研发基地，以在西南装配式建筑市场占据先发优势。目前国内装配式桥梁构件工厂，普遍采用人工进行管理，在计划调度、执行、跟踪、反馈环节基本依靠管理团队人工执行，存在计划编制效率不高，与执行环节存在一定的脱节，执行数据不能及时得到反馈，所以需要研究计划管理信息化辅助工具，通过平台的合理计划和调度，提高生产效率和管理效率，同时降低管理人员的工作负担，从而实现企业减员增效，提高产能的目标。

2 国内外研究现状

在生产计划调度管理领域，MRPII（Manufacturi ng Resources Planning）JIT（Just In Time）分别是当今世界上两个具有代表性的先进生产管理模式。

2.1 MRPII 研究现状

MRPII 系统是在美国生产与库存控制协会（APICS）在物料需求计划MRP 的基础上形成的一套生产调度管理算法模式，它经历了基本MRP、闭环MRP 从而演化到MRPII，是应用于生产与库存控制方面的一种先进的管理思想和管理方法，可适用于离散型工业，广泛应用于汽车、电子、机械、化工、食品等行业。

MRPII 的核心思想以MRP（Materials Requi rements Planning）为基础，是生产型企业中成熟的企业管理方法和生产调度理论。MRPII 包含了企业生产管理全过程的所有环节和元素，有效利用生产资源达到最大化生产产能为目标。通过对生产的科学调度，有效的调度、组织、管理生产资源，在保证生产顺畅连续执行的前提下，最大限度地降低各生产原材料的库存，从而提高企业的生产管理效率，以创造最大的经济价值和效益。MRPII 根据订单需求，合理安排生产计划及生产调度，把物料的需求作为生产计划制定的核心依据，从而制定出详细的车间生产作业计划，并以此为支撑，涵盖到生产管理的全部过程，形成一个闭环管控系统。这种生产管理方法，通过计划依次推动后续生产环节及生产活动，推动各环节以及各生产要素的协同作业。MRPII 的生产计划指令的执行过程如图1 所示。

图1 MRPII 的生产计划指令的执行过程

2.2 JIT 研究现状

JIT（Just In Time）准时制生产，也称作为无库存、零库存生产，该生产管理方法由日本丰田公司于20 世纪60 年代首创，通过生产模式的优化调整，为丰田公司带来巨大的经济效益，从而被全世界其他国家生产型企业广泛接受并不断优化。JIT 的基本原理是只有在接到订单的时候才开始组织生产，在组织生产的时候才开始从供应商处采购原材料，后置工序根据现场生产看板向上一道工序取货，保证各环节物质传递和生产加工节拍始终同步，达到物资库存以及各生产环节在制品均达到最低库存以及零库存，最终实现生产管理的经济效益最大化。

在JIT 生产管理模式中，采用拉取模式，每个工序的生产计划是根据下一道工序的需求定制，所以各工序的计划量与需求量可以保持绝对的一致，从而达到每个工序在制品零库存的目标。JIT 的生产计划执行过程如图2 所示。

图2 JIT 的生产计划执行过程

2.3 MRPII 和JIT 的局限性研究

MRPII 模式中制定的生产计划和管控相分离，不能适应复杂的行业变化情况；生产计划的发挥效果依赖批量以及提前期等参数的准确性，如果参数偏差则会造成生产计划的严重偏离；为了保证适当的生产缓冲，会造成在制品和成品的库存量增加，制造周期变长等后果。MRPII 以上的局限性增加了生产控制的难度，如果要保证生产计划在复杂的行业变化中具备较高的可执行性，就需要保持较高的柔性以及行业反应灵敏度，提高批量及预期的参数的准确性，从而避免MRPII 的局限性，充分发挥MRPII 的优势。

JIT 以及时交付、零库存为管理目标，整体的计划性较弱，生产控制中缺少对长期生产计划的指导，如果行业需求频繁、复杂变化，就会造成生产能力的明显过剩或短缺，导致生产空闲或交付延期。JIT 过于强调零库存，没有考虑安全库存的必要性，生产过程中对于变化的承受能力明显低于MRPII，且在一般的JIT 模式中，多存在生产不均衡的情况，且很难真正定位到生产瓶颈并加以处理。在执行过程中需建立稳健的供应链，确保供应完全可靠，以免造成生产停顿及交付延期。

3 主要研究内容及关键技术

装配式桥梁的生产组织是一个复杂的系统性工程，对外需要协调订单需求、供应商材料供应等，对内需要协调生产部、经管部、物资部、设备部、工程部、质量部、安全部等多部门以及资源的配合，同时还受制于产品养护周期和有限的堆场库存容量限制，所以需要综合采用高效的生产组织控制方法，以提高生产组织效率，最大化发挥有限资源，实现最大交付产能。

3.1 装配式桥梁生产管理流程

装配式桥梁是这一种粗粒度订单式离散型生产过程，所接收到的业主方的生产订单均为长期、大批量、定制化的生产任务。在接收订单之后，需要对订单进行分解，制定长期、中期、短期生产执行计划，以对生产进行指导。

如图3 所示，在中长期生产计划的指导线，车间以短期执行计划为指导，进行具体的生产加工工序，按照生产计划的要求，完成产品的生产任务。

图3 装配式桥梁生产工艺过程

3.2 装配式桥梁生产过程关键制约因素

装配式桥梁生产与其他工业化产品生产存在一定的差异，在生产过程中对应的生产制约因素而有所差异，装配式桥梁生产过程主要制约因素如下。

①产品生产的进度需要与工程现场施工进度匹配，并根据现场施工计划的调整快速调整生产计划。②装配式桥梁生产需要按照规定的时间周期养护，所以生产计划需要提前与现场施工进度配合，并留出充足的缓冲量。③装配式桥梁的原材料极其容易受到宏观管理调控的影响，原材料短缺对生产存在较大的影响。④装配式桥梁成品体积较大，需要较大面积的成品堆场仓库，有限的库存能力也严重制约着产能。⑤生产过程需要大量的劳务工人，自动化程度较低，生产计划的执行存在较大的不可控因素。

综上所述，装配式桥梁的生产管理，无论是采用MRPII 或者JIT 均不能有效解决所有问题，需要在现有管理理论的基础上，结合装配式桥梁生产管理过程的特点，进行优化调整，研究一种特有的适合企业生产和管理现状的生产调度理论体系。

3.3 MRPII 与JIT 的整合应用

对MRPII 和JIT 的优缺点进行对比和分析可知，MRPII 侧重于中长期的规划，但生产计划和管控相分离，对于桥梁生产模式中作业层面的管控并不是特别到位；而JIT 模式中的拉取模式，对于各生产环节的管控比较到位，能够在一定程度上弥补MRPII 缺少生产计划执行管控的局限性。在MRPII/JIT 混合模式中，可以通过JIT 的库存控制策略，为原料采购和生产作业提供有效的指导方法，详见图4。

图4 MRPII/JIT 混合生产管理模式

3.4 在MES 生产管理软件平台中的应用

在MRPII/JIT 混合生产管理模式的基础上，成都交投建筑工业化有限公司与成都五言信息技术有限公司联合研发了装配式桥梁生产管理数字化平台，并在邛崃装配式桥梁基地进行试点应用。

（1）计划辅助工具。研发成功的软件平台中，提供的生产计划制定辅助工具，在工具中对生产过程中的关键数据进行自动采集，并计算关键生产制约因素，提供可视化的报表执行生产计划人员进行计划的编制，在计划编制的过程中，还可以对关键参数进行调整优化，软件工具自动进行计算和校验，确保实时的及时反馈到管理人员，克服MRPII 模式中的计划执行脱节的问题，更好地为现场生产提供有效指导。

（2）执行过程即时监控反馈。为了克服MRPII在执行层面存在的问题，在执行车间设置岗位管理看板，通过岗位管理看板实时监控现场生产计划执行情况，对于计划的任何偏离，在第一时间反馈在管理看板以及推送到生产管理人员，通过现场管理看板，克服MRPII 在现场管理存在的局限性。

（3）总体进度控制。通过生产管理软件平台，对生产过程中的执行数据进行汇总分析，并形成总体进度控制报表，推送至生产管理人员，生产管理人员根据报表可以对生产计划的整体进行情况进行具体分析，从而做出对应的计划优化调整手段。通过MRPII整体计划以及车间执行JIT 的综合管理，实现了对装配式桥梁生产过程中的有效管理。

4 展望及应用前景

通过对MRPII 和JIT 的综合应用，并结合MES生产管理软件，在邛崃生产基地得到良好的应用，在应用过程中对基本的理论框架进行了有效的验证。

文章仅对MRPII 和JIT 在装配式桥梁生产的核心过程进行研究和实践，在后续的研究中，还存在很大的研究空间和提升潜力。文章提供了生产计划编制的辅助工具和执行监控工具，尚未提供智能化的自动排程算法和工具，在后续的研究中，可以根据装配式桥梁的生产管理特点，并基于现有的MES 管理平台软件基础，进行自动排产算法的研究和实践，进一步提高生产计划编制和执行效率。