馬澤鋒 吳智慧 沈忠民

（1. 南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，南京 210037； 2. 昆山市白玉蘭家具有限公司，昆山 215345）

定制家具產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成為市場消費(fèi)主流，伴隨而來的，是企業(yè)制造由傳統(tǒng)的大批量、少品種、長周期，轉(zhuǎn)向小批量、多品種、短周期的模式[1]。實木定制家具企業(yè)面對來自市場競爭，經(jīng)營成本的挑戰(zhàn)，不得不尋求突破。企業(yè)在制造端進(jìn)行降低成本，提高效率的改革，是提高自身競爭力的有效手段。排產(chǎn)計劃作為統(tǒng)籌車間產(chǎn)品制造的第一步，對整個制造進(jìn)程是否高效、順暢起到了至關(guān)重要的作用[2]。目前實木定制家具企業(yè)，基本依據(jù)時間變量，粗略地制定生產(chǎn)計劃，最后往往與最初計劃的數(shù)量、質(zhì)量和進(jìn)度，相去甚遠(yuǎn)[3]。在信息化程度較高的企業(yè)也面臨著平臺各自為陣，協(xié)同性不夠的問題。因此本文通過實地調(diào)研，提出了基于ERP+MES平臺協(xié)同框架的搭建，將排產(chǎn)計劃制定的所需數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到協(xié)同平臺，提高實木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計劃制定的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

1 實木定制家具生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)品較為復(fù)雜

實木定制家具總體可概括為：種類復(fù)雜[4]、造型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝復(fù)雜、材料復(fù)雜[5]。

1） 種類復(fù)雜。實木定制家具基本包含了室內(nèi)的所有木質(zhì)家具產(chǎn)品，其中包括木門、樓梯、吊頂、護(hù)墻、柜、桌、椅、凳、沙發(fā)等。

2）造型復(fù)雜。亦可稱為風(fēng)格復(fù)雜，實木家具往往具有豐富的造型變化，特別是歐式、美式古典家具，擁有大量曲面變化、雕刻紋樣[6]。

3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為滿足實木定制家具豐富的造型變化及應(yīng)力強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜，其中連接結(jié)構(gòu)就有榫卯連接、膠合連接、五金連接等[7]。

4）工藝復(fù)雜。免漆板式定制家具往往只需開料、封邊、打孔三大主要工藝，而實木定制家具的工藝有備料、銑型、開榫、打孔、打磨、油漆，相比較起來更為復(fù)雜。

5）材料復(fù)雜。實木定制家具所用材料種類、規(guī)格多樣，就常用木材種類已多達(dá)十幾種。如圖1 的一款實木定制床頭柜，其結(jié)構(gòu)、材料等在同類床頭柜產(chǎn)品中復(fù)雜程度更高，定制難度更大。

圖1 一款實木定制床頭柜的爆炸圖Fig.1 Explosion view of a customized solid wood nights table

1.2 生產(chǎn)周期較長

圖2 實木定制家具業(yè)務(wù)流程Fig.2 Business process of solid wood customized furniture

由于實木定制家具的復(fù)雜性，實際生產(chǎn)過程變動性大[8]。實木家具訂單中通常每個品類的產(chǎn)品只有一件，同品類的多件產(chǎn)品，其尺寸、結(jié)構(gòu)、配件等也不同，因此具有不可重復(fù)和替代性，加工風(fēng)險大大增加，一旦某個工件出現(xiàn)問題，就會影響整個訂單的生產(chǎn)進(jìn)度[9]。此外還有采購、庫存、設(shè)計需求變更等因素都會延長實木定制家具的生產(chǎn)周期[10]。

1.3 自動化水平低

目前，實木定制家具生產(chǎn)設(shè)備，自動化水平相對較低，在備料工段、打磨工段、組裝工段、油漆工段都存在著大量的手工勞動。因此形成了大量不可控的因素，生產(chǎn)不穩(wěn)定性大幅提高[11]。

2 實木定制家具企業(yè)排產(chǎn)遇到的問題

2.1 約束條件繁雜

車間排產(chǎn)計劃的制定，一般是依據(jù)車間生產(chǎn)效率處于一個相對穩(wěn)定的前提，然而車間不穩(wěn)定的因素很多，因此排產(chǎn)計劃應(yīng)該是一個動態(tài)的計劃。實木定制家具企業(yè)排產(chǎn)的約束條件可概括為人（Men）、機(jī)（Machine）、物（Material）、法（Method）、環(huán)（Environment）五個方面[12]。

人指的是車間工人，是最大的影響因素。由于車間工人每個時間段的工作強(qiáng)度是一個動態(tài)變化的過程，因此使得生產(chǎn)計劃完成率也成為一個非穩(wěn)定值。此外工人的生理、情感等因素，也會影響整個班組的生產(chǎn)效率。機(jī)指的是生產(chǎn)設(shè)備，物指的是生產(chǎn)物料，法指的是加工方法，環(huán)指的是生產(chǎn)環(huán)境，由于不能保證生產(chǎn)設(shè)備綜合效率（OEE）[13]處于一個穩(wěn)定的水平；生產(chǎn)物料隨時處于充足的供應(yīng)狀態(tài)；每個工件的加工方法相同；生產(chǎn)環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此車間的生產(chǎn)計劃完成情況也是動態(tài)的。以上五個因素任何一個都約束著排產(chǎn)計劃的制定，如何時刻掌握這些數(shù)據(jù)變得尤為重要。

2.2 各工段排產(chǎn)規(guī)則不一

實木定制家具生產(chǎn)大致可分為：備料工段、機(jī)加工工段、手工工段、白身工段、油漆工段、打包工段。

車間完成作業(yè)計劃所用的排產(chǎn)規(guī)則主要分為：正排法、反排法、平行法、偏置法、覆蓋法。

1）正排法，以訂單下達(dá)車間的日期，按工藝路線結(jié)點正向推移，計算得出各工序的開始和完成日期，例如，備料工段適用于正排法。

2）反排法，是以工件最晚完成日期，按工藝路線節(jié)點反向推移，計算各工序的開始和完成日期，例如，白身工段適用于反排法。

3）平行法，不考慮工序的前后關(guān)系，只考慮最后完成日期，例如，手工工段適用于平行法。

4）偏置法，是反排法的改進(jìn)，是為各工序之間留出合理的時間偏移量，為各工序順利流轉(zhuǎn)，提供合理的時間區(qū)間，例如機(jī)加工工段適用于偏置法。

5）覆蓋法，是指在前一工序結(jié)束前便開始下一工序，例如油漆工段適用于覆蓋法[14]。

實木定制家具企業(yè)通常運(yùn)用正排法來排產(chǎn)，未考慮各工段的特殊性，導(dǎo)致排產(chǎn)計劃相對不合理。

2.3 缺乏數(shù)據(jù)支撐

在工業(yè)4.0 的背景下，目前多數(shù)實木定制家具企業(yè)車間，采集不到數(shù)據(jù)或是不能有效地處理數(shù)據(jù)，信息化管理還處于薄弱狀態(tài)，車間的排產(chǎn)計劃還是依據(jù)原有模糊的手法。數(shù)據(jù)的收集、處理與挖掘，建立排產(chǎn)計劃與數(shù)據(jù)的相關(guān)性模型，對提高排產(chǎn)計劃的科學(xué)性、合理性具有重要作用,也是未來實現(xiàn)智能工廠的基礎(chǔ)。

3 ERP、MES的局限和協(xié)同

ERP系統(tǒng)是企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning）的簡稱，是集信息技術(shù)與先進(jìn)管理思想于一體，以系統(tǒng)化為理論基礎(chǔ)，為企業(yè)提供管理的平臺[15]。ERP最大的特點是改變企業(yè)內(nèi)部信息孤島的狀態(tài)。ERP是一個廣域的平臺[16]，主要面向的是企業(yè)經(jīng)營管理和決策，通過它對資源進(jìn)行合理規(guī)劃, 為企業(yè)的資源調(diào)度和生產(chǎn)提供巨大便利，但是在制定排產(chǎn)計劃時會出現(xiàn)全而不精的情況[17]。MES（Manufacturing Execution System）是面向生產(chǎn)制造企業(yè)車間的一套制造執(zhí)行信息化管理系統(tǒng)的簡稱，由美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research，AMR）提出。MES系統(tǒng)主要面向企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行，可制定更詳盡的排產(chǎn)計劃給工段、班組和設(shè)備，可對車間及生產(chǎn)過程進(jìn)行實時有效的管理，但是其視角趨向狹窄[18]。

4 實木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計劃協(xié)同框架構(gòu)建

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

排產(chǎn)計劃的制定需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，因此數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵的第一步。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集方式包括人工錄入、自動采集、系統(tǒng)衍生數(shù)據(jù)?；鶖?shù)數(shù)據(jù)可分為動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)[19]，其來源包括車間數(shù)據(jù)和車間外圍數(shù)據(jù)。然后區(qū)分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)屬性如工單數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)、財務(wù)數(shù)據(jù)，客戶數(shù)據(jù)[20]，建立對應(yīng)數(shù)據(jù)檔案，最后通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將ERP與MES的數(shù)據(jù)通過接口匯總到協(xié)同平臺[21]。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和傳輸架構(gòu)Fig.3 Basic data acquisition and transmission architecture

4.2 數(shù)據(jù)處理與反饋

數(shù)據(jù)通過完整的算法模型，利用計算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大運(yùn)算能力, 抓取平臺內(nèi)有用的數(shù)據(jù)信息，并將錯誤信息或者缺失信息反饋給數(shù)據(jù)來源地，最后得出科學(xué)合理的排產(chǎn)決策，這避免了人工制定排產(chǎn)計劃出現(xiàn)的誤差，也減輕了計劃部門的工作強(qiáng)度[22]。

4.3 計劃下達(dá)與執(zhí)行

通過協(xié)同平臺制定的排產(chǎn)計劃，通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，向上通過ERP傳遞給企業(yè)管理層、財務(wù)部門、采購部門、銷售部門等，向下通過MES傳遞給車間的工段、班組、設(shè)備等。此外將計劃執(zhí)行情況實時反饋給平臺，通過平臺再做出動態(tài)調(diào)整[23]。

4.4 進(jìn)度跟蹤與優(yōu)化

圖4 排產(chǎn)計劃協(xié)同框架Fig.4 Collaborative framework for scheduling

進(jìn)度跟蹤是計劃執(zhí)行的重要工作，過程中必然會出現(xiàn)各種影響因素，或快或慢，甚至停止，需要對每個時間節(jié)點進(jìn)行跟蹤反饋，如有異常需反饋給協(xié)同平臺，將處理指令通知發(fā)給特定的部門，避免因某個工件的異常耽誤整個訂單的生產(chǎn)進(jìn)度[24]。此外車間工人的生產(chǎn)效率，設(shè)備的綜合效率是一個波動狀態(tài)，排產(chǎn)計劃需要統(tǒng)籌考慮這些意外情況，及時對排產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，使整個車間生產(chǎn)效率處于最優(yōu)水平[25]。

4.5 任務(wù)池

實木定制家具的制造是分段流水的形式，并且生產(chǎn)周期較長，特別是油漆工藝普遍要經(jīng)歷3 次以上的噴漆打磨，因此每個訂單一般生產(chǎn)周期為10～15 d，其結(jié)果是許多工件會停留在生產(chǎn)線上，這增加了每日甚至是小時排產(chǎn)計劃制定的難度[26]。因此，引入任務(wù)池的概念，任務(wù)池是一個工段任務(wù)結(jié)束的暫緩區(qū)，也是下一工段進(jìn)行的起始區(qū)，是一個相對較為穩(wěn)定的區(qū)域，在此存放的是訂單產(chǎn)品的工件，工件的進(jìn)出都會形成數(shù)據(jù)上傳到MES，由MES再上傳到協(xié)同平臺[27]。當(dāng)排產(chǎn)計劃需要精確到天或者小時時，便可通過任務(wù)池的數(shù)據(jù)信息來制定。

5 結(jié)語

在大規(guī)模定制和智能制造的背景下，實木定制家具企業(yè)普遍意識到信息化建設(shè)的必要性，但在實施過程往往和預(yù)期效果有差距。本文基于實木定制家具企業(yè)生產(chǎn)實際，闡述了ERP與MES協(xié)同平臺的構(gòu)建與應(yīng)用，通過協(xié)同平臺制定科學(xué)、合理、精確的企業(yè)排產(chǎn)計劃，并引入任務(wù)池概念，使企業(yè)可以在更小的時間區(qū)間內(nèi)制定排產(chǎn)計劃。該研究可為實木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計劃的制定與優(yōu)化提供一定借鑒，然而實木定制家具的排產(chǎn)計劃制定仍有待深入研究。