基于工序间缓冲提升混流生产能力的排产方案研究
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作者:陈雪娇 于功琦
摘 要：混流生产和基于JIT的精益生产是当前汽车行业的主流生产方式，这种方式决定了上、下工序间生产计划的联动性。然而受早期工艺布局、产能等因素影响，会面临四大车间生产节拍不匹配、车型流向不匹配等诸多问题。如何有效利用好各车间的现有资源，以实现整车工厂生产计划的有序进行，并尽可能为企业节省成本。本文将基于上汽通用五菱某工厂一周计划的排产案例，介绍一种基于工序间缓冲和人工吊装来调节矛盾，灵活排产的有效方法。
关键词：生产计划 混流生产 节拍匹配 JIT
1 概述
随着中国社会主要矛盾的变化，人民对美好生活需要的日益增长，消费者越来越倾向于个性化，定制化的需求与服务。为此，很多汽车企业都迎来“小批量，多品种”的造车需求。为了提高资源利用率，降低成本，企业不可能为每个车型都单独开辟一条生产线，混流生产是必然选择。但混流生产的投产顺序比单一生产线要复杂得多，影响着生产线整体的运转效率和设备、人员的利用率，因此如何让制定月、周、日计划，如何安排一天的投产顺序，成为企业生产的核心问题[1]。为了减少库存浪费，目前 JIT（Just In Time）生产方式已成为我国大多数汽车生产企业的主要生产方式。JIT 的应用及汽车装配的工艺流决定了同一价值流下各车间计划的连贯性，总装装配线的计划变动必然引起上游车间，甚至是工厂间的计划联动[2]。但物料的不稳定性，订单变更，设备的不定时故障，车型工艺的各种硬性约束等，都会给主计划的排产带来巨大挑战。目前国内多灯车企业依然采用人工排产，掌握人工排产的经验方法是实现自动排产的必要基础，本文主要就上汽通用五菱某工厂主计划排产遇到的困难及相应的调控方法进行介绍，给出一种依靠工艺段之间缓冲和吊口吊装的解决方案。
2 汽车制造工艺布局
工厂整车制造工艺布局如图1所示，除了冲、车、涂、总四大工艺车间外，还有车涂BDC和涂总BDC两个工艺段间的缓冲区。冲压件在供应商处焊接成部件或直接配送到车身车间，焊成白车身，白车身进入车涂BDC，按照事先设置好的流向码，进入涂装过电泳、刷胶和上漆，颜色喷涂完成后，流入涂总BDC，再按照流向分别进入总装各生产线完成整车装配。
由于冲压车间为了减少换模次数，会根据生产预期量提前打好库存，对工厂主计划影响较小，但车身、涂装、总装均是单价值流式的混流生产，其工艺布局、生产节拍匹配、人员上班信息等，对主计划排产影响巨大，必须掌握这些约束，来规划主计划排产。供应商的物料也受自身产能和其他因素影响，存在较大的变动，整车主计划排产时要根据物流提供的物料信息合理安排车间的排产。
3 模型建立
为了方便介绍工厂一般的排产方式，如何在种种约束条件下合理排产，本文用实际案例进行展示，构建一种简化的模型。
3.1 销售需求&生产目标
本周接到销售发来订单需求，需要在一周（3.7-3.13）时间内做出以下数量车子（表1）
3.2 造车约束条件&制约因素
3.2.1 工艺约束
车身有A、B、C、F四条主线，对应节拍分别40、45、45、45JPH，车型A/B/C只能在对应的主线A/B/C造，车型D/E/F只能在F线造，车型D/E/F相互切换损失0.5小时/次，过完主线的车子最后进入两条调整线装门盖，之后进入车涂BDC，两条调整线生产节拍均为60JPH，总节拍120JPH；车型D/E只能进涂装二期，涂装一期和二期均为60JPH，出车总节拍120JPH；总装也有A、B、C、D四条主线，对应节拍分别为60、38、30、30JPH，车型A/B只能在总装A线造，车型C只能在总装A/C线造，车型D/E/F只能在总装B/D线造。
3.2.2 人员约束
工厂采用两班倒制度，不同工段会做的车型不一样。假设本周车身叶段、林段、文段上白班，朱段、覃段上夜班，叶段和朱段只会做车型A和车型B，林段只会做车型C，覃段和文段只会做新能源车子；涂装员工可以胜任过线所有车型，涂装本周白班一期和二期全开，夜班只开一期；总装本周张段、王段、李段上白班，赵段、钱段上夜班，张段会做A线，李段和钱段会做D线，赵段会做B线，王段会做C/B线，同一工段从C线转去B线存在10分钟效率损失。
3.2.3 物料约束（表2）
3.2.4 成本约束
不合理的排产，会降低生产效率和资源利用率，主计划排产时应尽可能选择可以帮企业节省成本的最优方案。
在车身车间，由于产线具有柔性能力而工装柔性不够问题，不同车型在主线制造时需要使用不同的工装夹具，同一条生产线生产不同车型，需要进行工装切换，每次切换都存在效率损失，因此，排产时应尽可能减少车身车间同一条生产线上车型的切换次数，在某个时间段内，相同车型应安排集中生产。
在涂装车间，机器人喷涂不同颜色前要对喷枪进行清洗，清洗需要时间，也会浪费颜料，为了降低成本，提高生产效率，应尽可能安排相同颜色的车辆集中过线。
在总装车间，选装件的装配节拍通常低于生产线正常节拍，如果同一个车型装配某种选装件过多，会导致选装件物料供应不上，导致停线。由于内饰、底盘、终线等小工艺段之间缓冲较少，一个工位停线，将会发生连锁反应，整条生产线受影响。
3.2.5 时间约束
造车是有时间约束的，为了避免由于设备故障等意外因素导致不能完成周计划、月计划，排产时通常遵循“前紧后松”原则，最后几天尽可能预留出时间和产能防止需要补做车身。
在生产需求并不饱和的情况下，每天上班时长，各班次上班时长应尽可能均衡，非必要不作12小时的排产计划。每天上班员工有吃饭、休息时间，有效工作时间占90%。
3.2.6 车涂BDC和涂总BDC缓冲区域相关约束
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车涂BDC最大缓冲存车容量200台，合理存量100台，只能存车，没有吊口吊上吊下；涂总BDC最大缓冲存车240台，合理存量150台，有两个吊口可吊上或吊下，节拍各15JPH。
3.3 排产方案：
在人工排产时，我们首先要基于物料情况，排出一版总装造车计划，然后倒推车身，和涂装的排产，如果存在问题，回头再修改总装计划。以文中本周生产任务为例，匹配物料到货，制作一版总装生产计划如表3：
在该方案中，主要存在以下问题：①车身7-8日只需开车身C线及车身F线，其中C线只需中班排产4小时，F线排产11+11小时；②7-8日全天总量890台，涂装只需开一期60JPH，涂装排产8+9小时。
综上，因车身、涂装及总装节拍差，整体开班时间差异较大，涂装上班时间比车身上班时间短，无法涵盖车身出车，可能会出现堵车身，空涂装的问题，于整体运行不利，也存在很大的成本浪费。
为解决上诉方案中所存在的问题，可以考虑7日整体休，将物料攒到后面集中上线，总装一天ABCD四条线总节拍128JPH，按每天生产10h，一天可出车1680，5天出车8400，可以完成本周7510台的周计划。用类似方法可推啵两天不生产将无法完成本周生产计划。
假如8日做车型C，则车身当天要开两条主线，F线和C线，但C线只需要造142台车，4个小时就能做完下班，存在通勤及能源成本浪费，综合考虑，车型C放在9-12日集中做完，8日只排产新能源车。再结合整体的新能源物料资源，可以发现，若8日D线白中班全部开满，9-12日B/D线3个班次按10+10就能将新能源车子造完，总装C线则无需再柔性B线生产车型F，只需完成180台的车型C，排产7小时，工时差异大，所以平衡各工段工时，并减少通勤成本，可以考虑8日D线只开一个班，9-12日则按车身，涂装，总装整体开来排产，具体排产方案如表4：
新方案解决了前面提到的问题，但我们又发现其他问题：①总装开两班，单班次节拍68，总节拍128，涂装和车身单班次都是60节拍，总节拍120，存在节拍不匹配问题；②总装上线受车身、涂装的约束大，车身白班和中班都造燃油车，总装只有白班造燃油车，存在车子流向不匹配问题；③当涂装设备故障2小时，不考虑缓冲，将对应堵住车身2小时，导致总装空位两小时。
为了解决以上问题，我们利用车涂BDC的存车能力和涂总BDC的缓冲存车能力，以及人工吊装来进行一种灵活调控，来减少生产效率损失，达到生产目标。
该方案的创新点和关键点如下：
1、利用车涂BDC提前吊上60台车型E或车型F，成功解决涂装比总装低8个节拍的节拍不匹配问题；
2、总装燃油车全部在白班上线，要求涂装分配燃油车白班进总装，但车身白班和夜班都有造燃油车，这里通过车涂BDC存部分白班造的燃油车，夜班进涂装，车身夜班造的燃油车直接进涂装，车身夜班造的新能源车子存部分在车涂BDC，夜班出涂装的燃油车控在涂总BDC缓冲区，这样就有效解决了车身白、中班都造燃油车，总装只有白班造燃油车，车子流向不匹配问题；
3、利用车涂BDC缓冲区可以把进不去涂装的车子先缓存一下，保证车身正常运行，同样我们可以将涂总BDC缓冲的车子排给总装，或者直接从涂总BDC吊口吊上车子，输送给总装，成功解决由于涂装停线可能导致总装空位的问题。
4 总结展望
面对“混流+JIT”生产模式下的车间联动现状，我们要在工艺段之间设置缓冲和支路，通过“存车”和“人工吊装”的方式来提高排产的灵活性，减小生产效率损失。同时也可以通过加开班次、降低生产节拍来匹配全局，利用车涂BDC存车来解决白班和夜班造车流向不匹配问题。
展望以后的排产，必然要通过某种算法来实现自动排产，或至少给出几种排产方案，供选择，最终实现用时最少，价值最大的排产。基于某种算法，建立一种综合优化的数学模型，将同一价值流下的车身、涂装、总装车间综合考虑，均衡不同车间的生产负荷，均衡员工上下班时长，这对工厂和学术界都具有重要的研究意义。此外，在新工厂或新生产线建立时，应规划好上下游工序间的节拍匹配，在工艺段间设置缓冲，通过预防性维修等减少设备故障，通过提高自动化来减少对人员的依赖，通过平台化提高工装柔性，减少工装切换次数等，总之，尽可能削弱或消除主计划排产所遇到的种种约束，为最终实现自动排产扫清障碍。
参考文献：
[1]常清慧，李坤，赵涛.整车企业混流生产排产研究[J].时代汽车，2020（20）：13-16.
[2]郑邓芳.基于JIT的多车间汽车混流生产线调度研究[J].物流工程与管理，2017，39（06）：134-135.
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