陳建杰, 屠建飛

小批量多品種產(chǎn)品的工廠化定制生產(chǎn)模式

陳建杰, 屠建飛*

（寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院, 浙江 寧波 315211）

針對(duì)作坊式門(mén)店個(gè)性化定制生產(chǎn)中存在的生產(chǎn)規(guī)模小、資源不足、生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)、計(jì)劃多變等問(wèn)題, 本文結(jié)合小批量多品種生產(chǎn)的特點(diǎn), 提出一種新的工廠化定制生產(chǎn)模式. 構(gòu)建的小批量多品種產(chǎn)品工廠化定制生產(chǎn)架構(gòu)平臺(tái)由用戶需求收集、生產(chǎn)管理和智能服務(wù)等三個(gè)子平臺(tái)組成, 可通過(guò)訂單分類匯總、生產(chǎn)任務(wù)批次分組等過(guò)程, 將小批量多品種訂單轉(zhuǎn)化為較大規(guī)模工廠化定制生產(chǎn). 最后以配鏡為例, 驗(yàn)證該模式的有效性和可行性.

小批量多品種; 工廠化定制; 生產(chǎn)模型; 運(yùn)作模式

隨著人們生活水平日益提高, 客戶個(gè)性化需求不斷增長(zhǎng), 客戶不再滿足于實(shí)體門(mén)店提供的單一化產(chǎn)品, 而希望獲得更多與自身需求相一致的準(zhǔn)確產(chǎn)品. 眾多仍采用傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式的作坊式門(mén)店將面臨個(gè)性化定制訂單增加, 單一產(chǎn)品批量變少等問(wèn)題, 面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需要.

對(duì)小批量多品種產(chǎn)品生產(chǎn)問(wèn)題的研究, 很多專家學(xué)者從多個(gè)角度做了較為廣泛的研究. 張于賢等[1]針對(duì)小批量多品種的訂單生產(chǎn)存在設(shè)備更換次數(shù)多、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題, 分析了產(chǎn)品的交貨時(shí)間以及工序之間的相似性, 建立訂單成組模型. 杜杰等[2]針對(duì)企業(yè)產(chǎn)品存在生產(chǎn)數(shù)量少、種類繁多以及生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備等待時(shí)間長(zhǎng)、資源利用率較低等問(wèn)題, 通過(guò)SIMIO建立生產(chǎn)線的模型. 王波等[3]針對(duì)小批量多品種的裝配生產(chǎn)線優(yōu)化問(wèn)題, 利用價(jià)值流分析圖、產(chǎn)品數(shù)量分析方法來(lái)規(guī)劃產(chǎn)品系列、過(guò)程和操作標(biāo)準(zhǔn)化, 建立U型精益生產(chǎn)線. 趙晏林[4]針對(duì)小批量多品種生產(chǎn)存在的問(wèn)題, 通過(guò)對(duì)當(dāng)前家具混流生產(chǎn)模式的研究分析, 采用啟發(fā)式算法計(jì)算最佳的混合流生產(chǎn)工作線. 李浩等[5]構(gòu)建大批量定制個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型, 以低成本滿足用戶定制需求. Steiner等[6]針對(duì)小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題, 提出一種制作質(zhì)量控制圖的方法, 用于在同一過(guò)程中收集零件的類似特征值. Zhou等[7]針對(duì)多品種小批量生產(chǎn)模式下的調(diào)度問(wèn)題, 提出一種改進(jìn)的遺傳退火算法, 并通過(guò)改進(jìn)染色體的解碼過(guò)程來(lái)滿足補(bǔ)充約束條件的要求. L?fving等[8]針對(duì)小批量生產(chǎn)模式中存在的產(chǎn)品種類多以及自動(dòng)化生產(chǎn)困難等一系列問(wèn)題, 建立小批量生產(chǎn)的柔性自動(dòng)化技術(shù).

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者從模塊化、訂單成組等多角度進(jìn)行了研究, 為后續(xù)研究提供了有益的參考和借鑒. 本文從工廠化生產(chǎn)角度探討小批量多品種產(chǎn)品的定制生產(chǎn)模式, 該模式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上線下相結(jié)合, 建立工廠化定制生產(chǎn)系統(tǒng), 將門(mén)店小批量多品種產(chǎn)品制造訂單進(jìn)行統(tǒng)一匯總, 由制造工廠實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn), 由此提高門(mén)店服務(wù)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量.

1 工廠化定制生產(chǎn)架構(gòu)平臺(tái)

工廠化定制生產(chǎn)架構(gòu)平臺(tái)如圖1所示, 平臺(tái)以用戶需求為核心, 由用戶需求收集子平臺(tái)、生產(chǎn)管理子平臺(tái)和智能服務(wù)子平臺(tái)等三部分組成.

1.1 用戶需求收集子平臺(tái)

用戶需求收集子平臺(tái)由電商網(wǎng)站和實(shí)體門(mén)店兩部分構(gòu)成. 用戶可以通過(guò)電商網(wǎng)站選購(gòu)產(chǎn)品的款式、風(fēng)格、型號(hào)以及個(gè)性化設(shè)計(jì), 形成個(gè)性化訂單; 上述過(guò)程也可以通過(guò)實(shí)體門(mén)店完成, 并由門(mén)店提交至電商網(wǎng)站, 即實(shí)體門(mén)店可成為平臺(tái)的實(shí)體終端.

圖1 工廠化定制生產(chǎn)架構(gòu)平臺(tái)

在用戶需求收集子平臺(tái)中, 產(chǎn)品信息模塊、產(chǎn)品定制模塊和協(xié)同設(shè)計(jì)模塊用于支持生成個(gè)性化產(chǎn)品. 其中, 產(chǎn)品信息模塊提供產(chǎn)品信息檢索服務(wù), 并能夠?qū)νㄟ^(guò)用戶搜索行為的分析, 實(shí)現(xiàn)需求預(yù)測(cè). 產(chǎn)品定制模塊包含模塊定制、眾創(chuàng)定制、專屬定制等多種定制方式[9], 用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制. 協(xié)同設(shè)計(jì)模塊支持用戶與產(chǎn)品提供方圍繞產(chǎn)品特征進(jìn)行信息交互, 共同完成設(shè)計(jì).

1.2 生產(chǎn)管理子平臺(tái)

生產(chǎn)管理子平臺(tái)是工廠化定制生產(chǎn)系統(tǒng)的制造核心, 由訂單處理模塊、生產(chǎn)任務(wù)分組模塊、產(chǎn)品生產(chǎn)模塊等三部分組成.

其中, 訂單處理模塊利用產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)對(duì)訂單產(chǎn)品進(jìn)行分類, 分類后的訂單產(chǎn)品分解為零部件需求, 零部件需求再分解形成為生產(chǎn)任務(wù).

生產(chǎn)任務(wù)分組模塊根據(jù)影響零部件生產(chǎn)任務(wù)的分組因素, 對(duì)同道生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行批次分組.

產(chǎn)品生產(chǎn)模式中的工廠化定制生產(chǎn)組由標(biāo)準(zhǔn)件制造組和個(gè)性化定制組構(gòu)成. 標(biāo)準(zhǔn)件制造組用于確定公共部件的分組生產(chǎn), 個(gè)性化定制組用于確定定制產(chǎn)品的分組生產(chǎn).

1.3 智能服務(wù)子平臺(tái)

智能服務(wù)子平臺(tái)由智能物流服務(wù)、智能售后服務(wù)、智能推薦服務(wù)、智能物料管理等模塊組成. 上述智能服務(wù)涵蓋物料管理、物流配送、售后服務(wù)與用戶反饋等多項(xiàng)業(yè)務(wù). 通過(guò)智能化技術(shù)應(yīng)用, 提高相關(guān)服務(wù)的效率與質(zhì)量.

2 工廠化定制生產(chǎn)過(guò)程

工廠化定制生產(chǎn)過(guò)程包括訂單處理、生產(chǎn)任務(wù)分組和產(chǎn)品生產(chǎn)等三個(gè)組成部分, 用以將小批量訂單匯總轉(zhuǎn)化成為較大規(guī)模工廠化生產(chǎn), 相應(yīng)流程如圖2所示.

2.1 訂單處理

多項(xiàng)來(lái)源于不同用戶或不同實(shí)體門(mén)店的訂單, 按產(chǎn)品類型, 分組匯總形成不同的訂單類別組{1,2,3, …,C}. 每個(gè)類別組下可包含多個(gè)同類型的產(chǎn)品生產(chǎn)需求, 如{P, …,P}.

每一項(xiàng)的產(chǎn)品生產(chǎn)需求可基于產(chǎn)品物料清單(BOM)進(jìn)行分解, 形成零部件和原材料需求, 分別轉(zhuǎn)化成為零部件的生產(chǎn)任務(wù)和原材料的采購(gòu)需求清單.

零件的生產(chǎn)任務(wù)又可以依據(jù)加工工藝過(guò)程分解成為多項(xiàng)工序任務(wù); 原材料的采購(gòu)需求可依據(jù)采購(gòu)分組要素形成多項(xiàng)采購(gòu)任務(wù). 如零件P1的生產(chǎn)任務(wù)為{生產(chǎn)任務(wù)T11, 生產(chǎn)任務(wù)T12, …}.

圖2 工廠化定制生產(chǎn)過(guò)程

此分類和分解的訂單處理過(guò)程將訂單分解成為生產(chǎn)任務(wù)和采購(gòu)需求, 為后續(xù)生產(chǎn)計(jì)劃和物料采購(gòu)計(jì)劃的制定提供依據(jù).

2.2 生產(chǎn)任務(wù)分組

以類別C下的P、P、P定制產(chǎn)品為例. 此3項(xiàng)定制產(chǎn)品屬于同類別組, 可分解為同類別的零部件和原材料需求, 且每道生產(chǎn)任務(wù)存在一定相似性和內(nèi)在關(guān)聯(lián)性. 這些關(guān)聯(lián)性包括加工設(shè)備的關(guān)聯(lián)性、加工人員的關(guān)聯(lián)性、原材料的關(guān)聯(lián)性等, 所以這些關(guān)聯(lián)性即是生產(chǎn)任務(wù)批次分組的依據(jù).

考慮影響生產(chǎn)任務(wù)分組的關(guān)聯(lián)性要素, 結(jié)合時(shí)間、排程、客戶等級(jí)等其他經(jīng)營(yíng)要素, 可以確定分組要素的優(yōu)先級(jí), 將生產(chǎn)任務(wù)重新編制成生產(chǎn)計(jì)劃, 形成多組生產(chǎn)任務(wù)批次. 即可以將需要同一設(shè)備加工的任務(wù)編制為同一批次, 或需要同一生產(chǎn)工裝夾具的生產(chǎn)任務(wù)置于同一批次, 或?qū)⒕哂星昂蠊ば蜿P(guān)聯(lián)關(guān)系的生產(chǎn)任務(wù)歸為同一批次等. 形成諸如生產(chǎn)任務(wù)批次1{生產(chǎn)任務(wù)T11, 生產(chǎn)任務(wù)T11, …}等批次任務(wù)清單.

2.3 產(chǎn)品生產(chǎn)

經(jīng)重新組合的各批次生產(chǎn)任務(wù)可交由生產(chǎn)管理子平臺(tái)的工廠化定制生產(chǎn)組生產(chǎn), 并生成相應(yīng)的定制生產(chǎn)計(jì)劃.

歸屬公共部件的生產(chǎn)任務(wù)批次由標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)組完成生產(chǎn), 個(gè)性化定制的生產(chǎn)任務(wù)批次交由對(duì)應(yīng)的定制生產(chǎn)組完成生產(chǎn). 工廠化定制生產(chǎn)組間統(tǒng)籌協(xié)調(diào), 形成多條完整的主生產(chǎn)計(jì)劃, 從而完成批量化生產(chǎn).

3 實(shí)例

以傳統(tǒng)眼鏡店為例, 其現(xiàn)階段存在的主要問(wèn)題是客戶對(duì)于眼鏡的選擇更具個(gè)性化, 但由于客戶訂單數(shù)量少, 而鏡片又存在多樣化定制屬性, 如折射率、鏡片類型等, 使傳統(tǒng)眼鏡店無(wú)法快速且低成本地滿足客戶定制眼鏡的需求.

在工廠化定制環(huán)境下, 客戶通過(guò)門(mén)店或者電商平臺(tái)選擇定制眼鏡的相關(guān)參數(shù), 形成眼鏡訂單(圖3).

鏡片生產(chǎn)工廠通過(guò)生產(chǎn)管理子平臺(tái)對(duì)眼鏡訂單進(jìn)行分類, 劃分為近視眼鏡、遠(yuǎn)視眼鏡、變光眼鏡等多種類別. 每一類別眼鏡基于產(chǎn)品物料清單分解為鏡片、鏡架等零部件, 形成鏡片、鏡架等生產(chǎn)任務(wù)和原材料需求(圖4).

鏡片等生產(chǎn)任務(wù)需經(jīng)過(guò)原料配制、模具組裝、原料澆注、固化、切邊、鍍膜、磨片檢驗(yàn)等多項(xiàng)工序, 每項(xiàng)工序形成對(duì)應(yīng)的一項(xiàng)或多項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù),多項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)分組形成任務(wù)批次.

以磨片為例, 考慮磨片過(guò)程中分組因素的優(yōu)先級(jí), 如加工設(shè)備、加工人員技術(shù)、鏡片材料、鏡片參數(shù)及驗(yàn)光參數(shù)對(duì)鏡片磨片生產(chǎn)任務(wù)的影響, 分組形成如圖5所示的生產(chǎn)任務(wù)批次組, 并以任務(wù)批次組為對(duì)象制定生產(chǎn)計(jì)劃.

圖4 眼鏡BOM

圖5 眼鏡生產(chǎn)任務(wù)分組

這種線上線下相結(jié)合的工廠化定制生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)了客戶、門(mén)店、工廠多方協(xié)作, 滿足客戶個(gè)性化需求, 降低眼鏡生產(chǎn)成本, 提升了生產(chǎn)效率.

4 結(jié)論

本文提出了一種小批量多品種產(chǎn)品的工廠化定制生產(chǎn)模式, 利用工廠化定制平臺(tái)對(duì)用戶訂單實(shí)現(xiàn)有效的集成和統(tǒng)一管理. 并通過(guò)訂單產(chǎn)品的分組生產(chǎn)使制造資源得到充分利用, 解決了作坊式門(mén)店面對(duì)小批量多品種產(chǎn)品存在的生產(chǎn)能力不強(qiáng), 效率較低等一系列問(wèn)題, 實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)對(duì)客戶定制需求; 并能以較大批量定制的高效率實(shí)現(xiàn)小批量多品種產(chǎn)品的生產(chǎn), 降低企業(yè)生產(chǎn)成本. 最后以配鏡為例驗(yàn)證了方案的可行性.

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The factory customization production mode of small batch and multi-variety products

CHEN Jianjie, TU Jianfei*

( Faculty of Mechanical Engineering & Mechanics, Ningbo university, Ningbo 315211, China )

This paper proposes a new factory customization production mode to address the problems of small-scale production, insufficient resources, discontinuous production processes and variable planning in the personalized production for workshop-type shops. The platform is composed of three sub-platforms, including user demand collection, production management and intelligent service, which can transform small batch and multi-species orders into large scale customized production tasks through the process of order classification and batch grouping. Finally, the model is validated with the example of spectacles production.

small batch and multi-variety; factory customization; production model; operation mode

F273

A

1001-5132（2022）02-0068-05

2021?03?19.

寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

浙江省自然科學(xué)基金（Y14G010012）.

陳建杰（1996－）, 男, 浙江寧波人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 制造業(yè)信息化. E-mail: 619980006@qq.com

屠建飛（1974－）, 男, 浙江余姚人, 副教授, 主要研究方向: 制造業(yè)信息化及供應(yīng)鏈管理. E-mail: tujianfei@nbu.edu.cn

（責(zé)任編輯 章踐立）