APS系统在注塑行业中的应用

APS系统在注塑行业中的应用

 

APS系统在注塑行业中的应用

作者：Noky

APS系统一般采用动态模拟、仿真技术，结合有限产能限制以及TOC约束理论，对生产任务进行优化，在特定的条件下，提供产能发挥及达成交期的生产决策。透过甘特图将生产信息以不同对应轴方式呈现，提供每一个生产工单的信息，数量，或者在生产中经过的各道程序、所使用的资源及各资源使用的状况、目前至未来已安排生产的加工单及顺序、时间等咨讯。下面笔者就注塑行业中的排程系统应用作一个简单的分析。

“世界工厂”不知是谁概括出来的这句话，近两年似乎已成为外商在中国投资的重要理由。中国注塑业近期发展较快，中国已成为最大的汽车配件，摩托车，计算机外壳，其它IT产品，五金工具，电器，小家电，等塑料制品生产、销售和出口基地之一；而且这几年的注塑行业发展速度远高于全国的平均水平，发展潜力巨大。而随着市场的变化，中国劳动力成本不断增加，怎样在剧烈市场竞争中取得优势，都是很多企业需要面对的。除了改善工艺，改善/优化生产计划，提高设备、人力的稼动效率，最大化利用现有的产能，从而降低产品的生产成本，是一个比较可行的方法。

塑胶成型与制品业是个非常有特色的行业，其行业特色是：产品型号多、工序较多、材料种类少并常常通用、多订单批次、小订单批量、机器产能主要决定订单的交期。其原料是以胶粒、色粉为主。不论是通用型塑料企业(如玩具、文具、日用品、家具、装修材料等)；还是家电企业(冰箱、彩电、洗衣机、空调机、计算机等)壳体等；汽车配件；包装制品企业(PET瓶坯、塑料瓶、瓶盖等)；薄壁(如手机壳)或特种工程塑料制品；记录数据的介质企业(CD，DVD，MD，MDS)，在生产计划方面都有一些主要的共同性，他们的主要工艺都是射出成型工程，分析射出成型工程，我们可能得出以下的一些特点：

1. 成型工程设备都很多，并且设备都比较昂贵，开机成本高。

2. 产品与设备都是多对多的关系，成型机按吨位可分成不同的规格，在可使用的设备中，大吨位机器都可以生产小吨位机器生产的产品，但各产品的产能不变，一般优先使用小吨位的成型机。

3. 成型机必须结合模具才能生产，设置需要作业人员参与。产品与模具为多对多的关系，多个产品可以使用一套模具，一种产品又可以使用几套不同的模具。

4. 产品的生产节拍时间受制约于设备和模具，以及每出模一次需要的时间和模具的模穴数。

5. 每个模具有装卸的时间，产品换模+调试时间比较长。

6. 成型机上生产两个颜色不同的产品，需要一定的清洗时间。

塑胶行业生产排程要解决的主要问题：

1. 如何快速制作合理的机台排程计划？

2. 如何在大量的机台设备中选择合适的设备生产

3.如何减少成型机上的切换时间（包括换模、调试等的时间）

4.如何优化生产顺序，减少清洗时间。

5.如何事先掌握人员、设备产能情况

在接单生产的企业编排生产计划，几乎所有的计划担当都会把保证订单的交期作为首要考虑因素。而在注塑行业中，除了保证交期外，排程时不仅要考虑订单的轻重缓急，还要需要考虑每个生产工单的成型机的选取，以及模具的搭配运用；甚至于是否有足够的作业人员，都是需要考虑的基本因素。只有综合考虑这些因素，才能编排出一个合理而又可执行的生产计划，且看下面一个简单的排程例子：
一般注塑行业的射出成型工艺如下（图1）：

 

资源说明：
成型机有三种不同吨位：30t(成型机1，成型机2，成型机3，成型机4)，50t（成型机5，成型机6，成型机7），80t（成型机8，成型机9，成型机10）。一般情况下，尽可能优先安排低吨位的成型机生产，以节约机器成本。
模具说明：
有A，B两个金属模具。其中，金属模具A用于生产产品A，金属模具B用于生产产品B。
作业员说明：
有A，B两组作业员。其中，工作组A参与生产产品A，工作组B参与生产产品B。
在此工艺中，同一个工序是利用三种不同的资源来完成的。这时，我们把成型机称为主资源，模具和作业员称为副资源。现在有3个制造工单等待安排，工单01、工单02、工单03分别的产品是A、B、A，生产数量为100个，要求完工的时间是2008/6/2 20:00。（图2）

图2

基于产品A、产品B各自的工艺要求，在满足交货期要求的基础上使用APS系统进行自动排程。通过甘特图可以很容易的把计划编排直观地展示出来，使得计划不再是一组组枯燥的数字。通过这样友好的可视化界面，多个相关部门可以在一个平台上共同讨论计划的可行性，用户可以在甘特图上直接对工序或作业进行直观式的交互（编辑、删除、拖动等），根据实际情况实时调整优化结果（图3）。

 

图3

　　上图中，同一个工单展开的制造任务同时分配给成型机、模具、工作组，也即是说为了完成一项制造任务，需要成型机、模具、工作组同时配合才能实现。每个工单的优先级别都是不一样的，我们需要按照一定的优先顺序处理手头上的所有工单，这里的优先顺序时工单01〉工单02〉工单03。我们分析一下工单分派的过程，当分派工单01时，当前所有成型机，模具、工作组都是空闲的，分派时可任选一台吨位最优的成型机（成型机1）生产。而分派工单02时，由于产品B因为使用的模具与产品A不一样，选择成型机1生产就会额外产生换模的时间造成成型机1的产能损失，因此另开1台新的成型机4(当前最优)进行生产。当分派工单03时，由于工单03与01的产品一样，03可以挨着01在成型机1上连续生产，避免换模以及开机成本。应该说，在当前的约束条件（比如生产工艺、交期，减少换模，节约开机成本等）下，这就是合理、优化的计划。
如果约束条件发生了变化，或者是我们考虑的优先顺序发生了变化，那么哪怕是工单本身没有任何改变，最后编排出来的计划也会有所不同。假定产品B与产品A共同使用一套模具(模具A)，共用一组作业人员（工作组A），那么我们看一下新的排程结果（图4）：

 

图4

因为产品A、产品B使用了相同模具，相同的工作组，所以再次编排计划时，在能够满足交期的情况下，工单01，02，03都分派在一台成型机上连续生产，以减少成型机的运行成本以及安装模具的时间成本。再分析一下，这个计划仍有可改善的余地，比如说，考虑到材料投料以及产品品质等因素，成型机1连续生产时按照工单01-〉工单-〉03-〉工单02的顺序也许更好更合理一些（图5）。前文提到我们需要按照一定的优先顺序处理手头上的所有工单，可见工单的优先顺序也会影响到最后的分派结果，因此编排生产计划的时候，不仅需要考虑生产工艺上的客观约束，还需要一并考虑工单的优先顺序。

图5

除了模具切换以外，颜色的切换也很重要。在同一台成型机上，生产不同颜色的产品的时候可能会需要清洗机器，清洗的时间由前后产品颜色的色差决定，这样就会发生由于颜色不同造成的切换时间。另外有些颜色的切换是不允许，例如黑色到白色的切换，由于难于清洗干净，可能需要花费大量的清洗时间或者高昂的清洗费用，排程时不允许出现此种切换。
因此，我们在APS系统中设计生产工艺模型时需要定义各种不同的颜色之间的切换时间，并且对于某些特殊颜色之间的切换，定义为禁止切换。排程中，无论是否切换模具，禁止的颜色切换不会出现，其它颜色的切换时间以模型中定义的为标准。如果同时切换模具和颜色，以发生的切换时间最大值（最长切换时间）为切换时间。，也可以以发生的切换时间总和为切换时间。例如，如果在生产工艺模型中定义了不允许成型机生产黑色产品后马上转换到生产白色产品，那么设定其颜色颜色切换矩阵中的黑色到白色的切换模式为“不可能”(图6)

图6

　
排程时，黑色产品被分派到成型机1上，当在分派白色产品时，由于不允许在生产黑色产品后马上转入生产白色产品，因此系统自动会把白色产品排在成型机2上以避开颜色切换（图7），其它颜色产品则没有特殊要求，平均分配到两台成型机上，是的两台成型机的负荷趋向平均。

图7

如果设定其颜色颜色切换矩阵中的黑色到白色的切换模式为“可能”，重排生产计划，得到新的排程结果如下（图8）。那么可以看到成型机1上生产完黑色产品后直接切换到生产白色产品，在不影响交期的情况下由一台设备全部承担，减少设备的运行成本。

 

                                            

图8

有时候，虽然每个订单里要求的颜色相同，但是颜色色阶不一样，这时候有可能会要求从浅颜色的订单开始慢慢地到深颜色的订单进行处理（图9），从而能够方便混合原料减少浪费，得到更优的排程结果。但是一味的追求单个方面的目标优化，可能会影响到其它目标的实现，比如说制造LT可能因此会拉长、某些订单可能因此延期等等。因此，在编排生产计划时，一定是要考虑多个计划目标平衡，一般会侧重于较重要的2-3个目标，如果同时考虑的目标太多的话，在结果中很难保证得到预定需要的结果。

图9

　　总结：

在注塑行业中应用APS系统编排生产计划，需要对每个产品，定义生产工艺模型，可使用的设备、必需的模具、作业人员，节拍等都是必须定义的基本要素。更深入一层的生产工艺模型中，还需考虑各种订单生产的切换时间，影响切换时间的因素可能有产品自身的要求，模具的更换，以及订单的特殊规格属性切换等。一个好的生产计划，除了需要设计合理的生产工艺模型，还要根据实际的需要制定合适的排程方案，我们需要设定处理订单的顺序逻辑，选择资源的顺序逻辑，异常处理逻辑等等。把这两者结合起来就能够实现生产计划的有效地编排！