多品种小批量条件下的生产管理初探

随着外部形势的不断变化，航天企业生产管理的复杂度及规模性也发生了较大变化，必须能够迅速响应市场多样化和不确定的需求，快速提供满足顾客需求的产品。“短、平、快”成为这一时期生产现场的重要特征，准时、保质、保量和以最小化的成本制造满足顾客需求的产品成为生产管理的目标，但在技能人员有限、设备紧张等资源瓶颈制约下，进度推进似乎愈来愈艰难。笔者在实践中引入约束管理机制(所谓约束管理，其核心思想在于：任何一个系统都存在至少一个约束，而约束资源的产出决定了整个系统的产出率，除非约束资源的生产能力得到提高，否则对任何非约束资源的改善都是徒劳的)。试图为生产管理的推进提供一些借鉴和启示。

一、主要特征

多品种小批量生产的主要特征有以下几个方面：

多品种并行。由于航天产品是针对一个顾客做多种产品。不同的产品有不同的需求，企业的资源置身于多个品种之中。资源共享。生产过程中的每个任务都需要资源，而在实际过程中能够使用的资源却非常有限。例如，在生产过程中经常遇到设备“打架”的问题，就是由于项目资源共享所造成的。因此，必须对有限资源进行适当调配才能满足项目需求。项目结果和生产周期的不确定性。由于航天产品的质量及稳定性有严格的要求，新研制的产品并不能保证一次设计就成功，在后续的过程中需要改进和完善的地方很多，一旦某项任务结果不理想，其它相关的任务也要相对调整，加大了过程的反复，对资源提出了新的挑战。由于顾客的需求具有不稳定性，计划明确的节点与人、机、料、法、环等的齐套周期不一致等，生产的周期往往具有不确定性，周期不足的项目需要占用更多的资源，加大了生产控制的难度。

生产流程变化不大。由于航天各企业承担的产品种类是基本不变的，这就决定了产品的关键路线及南各个任务作为节点所构成的网络甘特图也基本一致。如在底盘各项目的过程中，几乎所有的流程都是设计图纸——工艺方法——起竖主梁生产——车架生产——总装调试等。

二、约束条件

1.技术状态不稳定，工艺方法可拓展性差

目前研制的产品虽然在单个产品技术状态上与以往的产品状态相比具有较大的借鉴意义，但新产品与整个新系统的适应性是考核技术状态的重要指标。往往单个产品进行了适应性改造形成了新的产品，但与新的复摸索。航天企业为保证生产周期，启用了“边研制、边定型、边批产”的生产管理模式，但是状态变化带来的过程反复，状态变更带来的质量问题归零，占用了部分资源，造成了生产安排的混乱。

由于新开发产品的工艺适应性与批产产品存在着一定的差异，而现有的生产线短期内无法增加，在工艺安排上只能利用现有资源进行调剂，在设备能力临近瓶颈时，也只能通过操作者个人的能力来保证，导致产品加工的质量稳定性难以保证。产品的返修、返工及报废后重新加工内容的增多，生产计划频繁调整，使控制难度进一步加大。

2.虚拟制造大量存在

所谓虚拟制造，就是从产品设计开始，形成技术文件后委托外协厂加工制造，部件由外协厂进行加工、装配，构成部件总成，经过生产过程的质量检验、验收合格后送到工厂进行产品总装。

航天产品具有系统集成的特点。在长期的发展过程中，航天企业虽然积累了一定的生产制造能力，但是仍有大量核心单机产品的设计、制造过程不在企业内部，外购、外协产品大量存在，产品状态、进度及质量控制需要企业在外部复制出一套控制系统，耗用了一定的资源，也加大了生产管理控制的难度。

3.物料控制、均衡生产难度大

零库存是基于JIT(JustInTime)模式建立的企业物料管理模式，它是在企业建立了稳定的供应链模式后采用的低成本物资管理模式，其基础是批量订货、低成本、及时供应。在研制产品的生产管理过程中，小批量甚至单一产品的重复订货及较短的供货周期，极大地影响了供应商的及时性和整个供应链系统的稳定性，不愿意接受订单、无法满足周期以及产品质量不稳定导致重复订货等一系列问题，加大了系统齐套难度，影响了生产的顺利推进。在多品种小批量产品的生产过程中，多个项目并行，而项目的相似性决定了其在一定时段内对设备、人力等资源的需求较强且存在冲突，而在另一时段，随着产品生产过程的逐步推进，紧张的资源又都闲置下来，资源的利用呈现波浪式的跳跃，影响了均衡生产。

4.关键路线控制的局部性

目前的生产管理过程主要采用的是关键路线控制法，通过建立产品的生产计划，拟出关键、重要的技术，得出影响某批次产品的关键路线，在资源利用上给与积极的支持，保证关键路线产品的顺利产出以保证批次产品的整体进度。但是随着多批次产品的同时投入，各批次产品的关键路线存在着冲突的现象，如在生产过程中出现的数控龙门铣设备“排队”现象，甚至出现需要领导“拍板”决定先上哪个产品的现象。

由于各个批次的关键路线都集中在同一台设备上，任何一个批次产品在关键路线上的延误都会导致无法满足生产周期的情况，关键路线管理的局部性影响了生产过程的整体推进。

三、对策

受多批次小批量生产环境的影响，造成了上述的约束条件，在生产过程中要克服约束条件的影响，可以从以下几个方面进行探索。

1.加强横向设计管理及工艺

方法的多样化研究目前的设计T作都是基于纵向链条建立的，就是项目从上至下，单一产品、单一设计、单一生产，而实际上目前航天产品或多或少存在相似或相通的地方，无论结构设计、电器设计甚至整个系统的理论要求都有相似的地方，变相似为相通就町极大地降低生产管理的难度，这就需要建立横向设计管理系统，进行“基本模块”设计。例如在底盘的设计制造过程中，企业通常是以某一型号底盘的设计为主线开展工作，而实际上各型号的底盘在大体功能一致的情况下存在着一些结构相似的部、组件，如用于不同型号底盘的转向系零件之间仅存在外观尺寸的差异或仅是零件上一些孔位的差异，到了模具设计阶段，如果只考虑纵向设计，则每个零件都要进行一次模具设计，而如果进行横向设计，那么只需要设一套模具，通过加工消除多余尺寸即可。

要对加工方法进行多样化研究，保证一种产品在生产现场有多种可选择实现路径，如在目前的工艺理念中，为提高产品产出速度，通常会选择通过加工中心设备一次成型来实现，但实际上如果普通设备的精度可以保证，那么当出现资源冲突时，通过调剂一部分产品实现分流是最稳妥的办法。

当然，不能等到产品到达某工序时才考虑其工艺方法的可替代性，而是在投产前就提出可替代的方法，这样能较大地化解资源冲突的矛盾，促进生产有序推进。另外，要加强成组技术研究，使不同型号相似模块成批、成组加丁来保证加工效率和质量。比如工装是加工产品的辅助手段，通常设计工装的目的是为了满足某一个产品的加工需求，而如果多个产品的加工需求具有通用性，在产品投产前先生产出具有通用性的工装，将会事半功倍。

2．抓住关键核心

虚拟制造所带来的一系列问题主要表现在质量、进度不能完全满足需求，在过程中往往只提设计技术要求，产品设计制造出来后由于没有掌握核心，验收难度较大，有时候即使验收合格又存在不满足使用要求的情况。因此，要保证虚拟制造满足需求必须进一步吃透技术，设计人员提出设计要求后，相关检验人员要对产品、实物进行详细分析，掌握关键数据和验收标准，如果短期内无法掌握，则要对虚拟制造产品进行跟产，摸清其关键数据保证产品满足需求，提高虚拟制造的符合性。

3．建立虚拟库存空间。加强外协及计划管理

提前介入是保证物料及时供应的最好办法。在目前的情况下，物资管理人员如果能提前了解产品的构成及主要性能，就能提前分析出影响生产的关键元素，提前做好相关准备。通常的习惯是设计人员在设计开始前提一个长周期物料备料清单，但对其它物料(非关键却是重要的物料)需求却相对滞后，然而这类物料町替代性相对较强且多型号均用，因此可考虑建立一个虚拟库存。分年度、季度对此类物资进行分析，根据不同型号共用的特点进行预订、预购，并列出物资明细，在到货周期上进行分段设计，等产品正式图纸下达后，可通过平衡计划的方式进行物资管理，降低因小批量、单件订货增加的成本及管理难度，保证物料的及时供应。

多项目并行带来的最大问题是在一定时期内存在资源的漂移瓶颈。根据年度、季度策划和能力平衡，不同项目长期看是均衡的，但因某一项目出现技术上、质量上、管理上的失误，造成各关键路线周期、节点变化，使原有的资源瓶颈发生变化，就是所谓的资源瓶颈漂移问题。此时即使设备、人力资源满负荷也无法满足需求，资源在短期内也无法得到补充，外协的方式能够在很大程度上缓解资源瓶颈带来的挑战。因此，要保障均衡生产就要加大外协管理的力度，要充分利用市场资源，做到各环节相互协调，保证生产需求。在外协管理中要积极注意市场环境的基本情况及其变化，保证做到“拿的出去，带的回来”。

产生瓶颈漂移约束的另一个问题是投产日期。目前的计划习惯是年前启动，经过设计、工艺、投产等各阶段，由于流程基本相似，到达生产现场的时间基本相同，在某一时间段可能基本上没有什么生产任务，但另一时间段却出现高潮，因此在投产El期上也要依据批次产品的重要性、节点要求等进行排序，保证顺利推进又不相互影响，保障均衡生产的需要。

4．变关键路线

为关键链路径首先要分析每个批次生产任务之间存在交叉的地方，如A、B两个型号的关键产品需要同样的生产资源，且都处于关键节点上，在具体的操作中就应首先对A、B任务的重要程度进行排序，确定优先任务并列入关键链路径。但在优先任务的安排上对资源的可利用率只能设定70％，另外30％设定为缓冲。随着B任务甚至C任务的节点要求，不断对缓冲值进行调整，以保证有一定的资源去实现多个任务(关键链以外任务)的需要。如果B或C任务延迟生产不会影响B、C任务的需求，那么可将缓冲设定为临界值0，延迟B、C任务的开工，这样就可避开任务交错的影响。

在任务的实施过程中，最重要的是要及时更新每个任务的进程及缓冲的消耗情况，如果A任务的某关键节点还未完成而缓冲已经全部消耗，那么必须要通过增加资源来补充缓冲。对于生产设备短缺的问题，可依靠产品外协、加班倒班等方式进行弥补。缓冲的临界是不容易出现的，过程控制就是要依据整个生产系统中各任务链的完工程度及缓冲消耗程度的比值来决定资源使用权，如在数控龙门铣等关键设备资源短缺的情况下。企业会优先选择占用时间短的产品，而占用时间长的项目则会排到后面，以保证资源的合理利用。

生产管理是一个复杂系统的管理过程，任何一个环节的缺失都会影响整个系统的正常运行，约束条件出现时重要的是加强管理和引导，这样才能保证整个生产管理系统的正常运行。

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