漏斗模型及其在生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

1、以Fundamentals of Production Logistics第二章為基礎(chǔ)談漏斗模型與其在生產(chǎn)管理中的應(yīng)用摘要20世紀(jì)80年代，德國漢諾威大學(xué)Wiendall等人依據(jù)存量控制的基本思想提出了著名的“漏斗模型”，成為當(dāng)今具有代表性的負(fù)荷導(dǎo)向型生產(chǎn)控制方法。在Fundamentals of Production Logistics的第二章中，主要介紹了“漏斗模型”的基本原理與建模的基本原則、模型中的基本參數(shù)及其實(shí)際含義。本文以此為基礎(chǔ)介紹這種生產(chǎn)控制技術(shù)的產(chǎn)生背景和基本思路。分析“漏斗模型”的實(shí)質(zhì)、通過時間概念和測算方法。詳細(xì)闡述了負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)輸入的控制原理和算法。最后，對漏斗模型的

2、實(shí)際應(yīng)用提出本人的看法。關(guān)鍵詞：漏斗模型、通過時間、負(fù)荷導(dǎo)向背景 傳統(tǒng)的集中式生產(chǎn)計劃和控制系統(tǒng)(PPS)大多側(cè)重于計劃工作。生產(chǎn)過程控制一般停留在生產(chǎn)過程基本數(shù)據(jù)搜集和處理階段。然而，當(dāng)今市場競爭日益激烈。產(chǎn)品多樣化和及時滿足顧客需要已成為制造業(yè)搶占市場的新戰(zhàn)略。因此，傳統(tǒng)的PPS系統(tǒng)由于對工作地及加工系統(tǒng)的居高不下的在制品庫存、過長的通過時間和生產(chǎn)周期及交貨期的延遲，缺乏有效的監(jiān)測和控制能力，正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而改變這一狀況的關(guān)鍵，是尋求一種有效和可靠的控制方法，對生產(chǎn)控制的四大目標(biāo)(圖1)進(jìn)行定量描述，分析其相互間數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而實(shí)施監(jiān)測和控制。圖1 生產(chǎn)控制目標(biāo) 德國漢諾威大學(xué)的Bec

3、hte, W. Wiendall.H. P.等人在八十年代初。依據(jù)存量控制的基本思想，在分析生產(chǎn)系統(tǒng)工作地通過時間和在制品存量關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了“漏斗模型”。并基于這種生產(chǎn)過程控制技術(shù)，進(jìn)一步提出了負(fù)荷導(dǎo)向型生產(chǎn)控制理論和方法。 所謂“漏斗”是為了研究問題的方便而作的一種形象化描述。一家工廠、一個生產(chǎn)車間、一個工作地及一臺機(jī)床都可以被看作是一個“漏斗”。作為“漏斗”的輸入可以是來源于市場的訂貨或上道工序轉(zhuǎn)下來的生產(chǎn)任務(wù)等，作為其輸出可以是整個工廠、車間、工作地或機(jī)床完工的任務(wù)。而輸入和輸出之間形成的庫存(如等待中的生產(chǎn)任務(wù)等)，則被比喻成“漏斗”中的液體?！奥┒纺Ｐ汀笔且环N依據(jù)存量控制的基本

4、思想，在分析生產(chǎn)系統(tǒng)工作地通過時間和在制品存量關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出的負(fù)荷導(dǎo)向型生產(chǎn)控制理論和方法。它的理論出發(fā)點(diǎn)是存量控制思想，即通過有目的地安排生產(chǎn)任務(wù)，使工作地在制品量維持在一定的水平上，從而確定和控制工作地平均通過時間及設(shè)備利用率，并由此對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。1 在一個工作地，到達(dá)的加工任務(wù)(負(fù)荷)，首先進(jìn)入加工等待隊(duì)列(在制品庫存)，經(jīng)過一段通過時間，最后加工完畢離去(產(chǎn)出)如圖2，我們可以根據(jù)任務(wù)的緊急程度進(jìn)行排序。而若長期觀察，工作地平均通過時間是相對穩(wěn)定的。圖2 以加工系統(tǒng)為原型構(gòu)建的“漏斗模型” 因此，可以利用“漏斗模型”對一個加工系統(tǒng)(工序、車間等)的負(fù)荷在制品庫存通過時間和產(chǎn)出

5、數(shù)值之間的相互關(guān)系進(jìn)行動態(tài)統(tǒng)計分析，得出其數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而建立以加工系統(tǒng)在制品存量控制為核心的PPS系統(tǒng)。由于在制品庫存主要取決于加工任務(wù)的投料方法，這樣就可以通過控制“漏斗”的輸入(負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料)，調(diào)整在制品存量和平均通過時間，同時控制其輸出(加工能力平衡)，最終保證制造系統(tǒng)的平滑穩(wěn)定和自動化生產(chǎn)。提高系統(tǒng)柔性確保準(zhǔn)時交。.而且，根據(jù)“漏斗模型”原理，可以用各種圖表跟蹤顯示生產(chǎn)過程中基本數(shù)據(jù)的動態(tài)變化清況，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)測和診斷。生產(chǎn)過程的主要觀測指標(biāo)與漏斗模型的建模基礎(chǔ)在Fundamentals of Production Logistics的第二章中，作者對生產(chǎn)過程的基本參數(shù)

6、進(jìn)行了定義。首先是工作量和運(yùn)作時間，其描述公式如下其中WC代表工作量，單位為：小時；LS代表批量；tp代表每年產(chǎn)品處理時間，單位為：分鐘/件；ts代表每一批的準(zhǔn)備時間，單位為：分鐘。以此為基礎(chǔ)，平均工作量計算公式如下其中WCm 代表平均工作量；WCi代表完成生產(chǎn)指令的工作量；n代表指令條數(shù)。描述工作量的標(biāo)準(zhǔn)差其中WCs代表工作量的標(biāo)準(zhǔn)差；WCm平均工作量； WCi代表第i條指令的工作時間；n代表生產(chǎn)指令的條數(shù)數(shù)量。變異系數(shù)WCv其中WCv代表工作量的變異系數(shù)；WCs代表工作時量的標(biāo)準(zhǔn)差；WCm平均工作量。訂單（任務(wù)）加工時間也在模型中也稱為運(yùn)作時間，以TOP表示其中TOP代表運(yùn)作時間，單位：工

7、作日；WC代表工作內(nèi)容；ROUTmax 最大通過率即每個工作日能處理的任務(wù)（任務(wù)以需要加工的時間表示），最大通過率由生產(chǎn)能力決定，另外影響因素還包括限制能力因數(shù)、被機(jī)器故障影響的最大工作時間以及由多種因數(shù)影響到的操作者的工作極限能力變異系數(shù)之間的關(guān)系 當(dāng)觀察的工作點(diǎn)數(shù)量只有一個，且最大輸出率固定或者與單個運(yùn)營的工作時間獨(dú)立，那么一下公式成立。即工作量變異系數(shù)與通過時間變異系數(shù)相等。 指令流出時間可以稱為通過時間，以TTP表示 其中TTP代表通過時間；Teop代表當(dāng)前工序完成時間SCD；Teprop代表前工序結(jié)束時間。在一個觀察周期內(nèi)，有一部分時間是交叉混合時間TIO，所謂“混合時間”就是指在制

8、品（WIP）在完成前一道工序后到后一工序加工開始之前的這段時間?；旌蠒r間包括：排隊(duì)等待時間、運(yùn)輸時間、提前準(zhǔn)備時間。整個加工周期可以用以下的圖3表示。圖3 生產(chǎn)加工時間構(gòu)成示意圖我們?nèi)菀讖膱D中看到，混合時間與運(yùn)作時間、通過時間的關(guān)系其中TIO代表交叉操作時間；TTP代表通過時間；TOP代表運(yùn)作時間，三者單位都為：工作日。運(yùn)作時間和產(chǎn)出時間關(guān)系式如下其中RFm代表平均流動率。生產(chǎn)過程中也產(chǎn)生一定的延遲，其表現(xiàn)為計劃通過時間與實(shí)際通過時間之差。在生產(chǎn)控制的過程中，一個加工系統(tǒng)的加工效率可以通過輸出率這樣一個指標(biāo)來衡量。輸出率即“有效的加工時間/觀察階段的總時間”計算公式如下：其中ROUTm代表平均

9、輸出率；TOi代表每個環(huán)節(jié)的工作量；n代表工作環(huán)節(jié)（指令）數(shù)量；PE代表調(diào)查期時長。同樣的，一個加工系統(tǒng)的負(fù)荷飽和程度可以通過系統(tǒng)的利用率來衡量，其計算公式如下：其中，Um代表平均利用率；ROUTm代表平均輸出率；ROUTmax代表最大可能輸出率。在闡述漏斗模型的工作原理之前，還有一個指標(biāo)需要指出。WIP在制品，在漏斗模型中它被形象地視為漏斗中的液體，即沒有完成加工的工件或任務(wù)。代表從輸入端到輸出端這一段距離中的工件，是加工過程中的等待件和在生產(chǎn)線上加工著的工件的統(tǒng)稱。計算公式如下即：t1到t0期間的輸入量減去期間的輸出量的差，除以時間長度等于在制品量。將上述生產(chǎn)過程中的基本參數(shù)和指標(biāo)定義負(fù)荷

10、導(dǎo)向型任務(wù)投料方法負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料是一種根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)任務(wù)和加工能力進(jìn)行自動投料的方法，按照其算法，可以在每個計劃時間點(diǎn)，得出下個計劃期(一天到一周)應(yīng)投料的生產(chǎn)任務(wù).其控制原理如下圖所示.負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料的步驟如下:(1)按生產(chǎn)任務(wù)的緊急程度(根據(jù)可支配緩沖時間計算)排序。(2)確定原則上允許投料的生產(chǎn)任務(wù)。即根據(jù)交貨期時間界.對所有已知生產(chǎn)任務(wù)安排加工順序流程。在此，計劃提前期是管理人員預(yù)先設(shè)置的控制參數(shù)。通過排除在交貨期時間界以外的生產(chǎn)任務(wù)，可以防止過早的任務(wù)投料。(3)根據(jù)排序結(jié)果，對交貨期緊急的任務(wù)優(yōu)先安排，同時應(yīng)保證與該生產(chǎn)任務(wù)相關(guān)工序的負(fù)荷，不超過其負(fù)荷界。負(fù)荷界的具體算法如

11、下：首先，確定下負(fù)荷百分比，其定義為EPS=BSAB×100% （1）BS=WIP+AB （2）其中：BS：負(fù)荷界（小時） WIP：計劃平均在制品（小時） AB：計劃完工量（小時）下負(fù)荷百分比(EPS)是負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料的核心控制參數(shù)。它直接關(guān)系到加工系統(tǒng)的在制品庫存和平均通過時間大小。其計算公式為:ESP=1+MZP×100% （3）其中：MZ：計劃平均通過時間 P ：計劃周期其次，確定合理的負(fù)荷界（BS）。由于ESP已經(jīng)確定，計劃完工期（AB）可由加工能力而定。因此，可由（1）式算出負(fù)荷界?？傊绻a(chǎn)任務(wù)滿足加工系統(tǒng)的時間界和負(fù)荷界的要求，則該任務(wù)可投料，否則拒絕

12、投料。生產(chǎn)過程的監(jiān)測 根據(jù)物流運(yùn)作曲線，可以監(jiān)測到工作地的生產(chǎn)任務(wù)從到達(dá)到完工期間內(nèi)流轉(zhuǎn)或庫存的變化情況。然而，這些數(shù)據(jù)對于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)?，生產(chǎn)系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，它不僅包括主要工藝流程(即機(jī)床調(diào)試和加工活動)，而且還有諸多的輔助工藝流程，如有關(guān)工藝裝備、輔助設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備等的準(zhǔn)備及結(jié)束活動。因此，我們必須將簡單工作地的“漏斗模型”)擴(kuò)展為整個車間的“漏斗模型”，將一般的物流運(yùn)作曲線圖變?yōu)楸O(jiān)測流轉(zhuǎn)圖。這樣，就可以監(jiān)測到生產(chǎn)任務(wù)從計劃下達(dá)到加工結(jié)束期間的全過程情況，這對于監(jiān)測負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料的實(shí)施及其反饋控制是十分必要的。 為此需要建立生產(chǎn)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，其功能有:、

13、用各種圖表跟蹤顯示生產(chǎn)系統(tǒng)工作現(xiàn)場的實(shí)際情況，并進(jìn)行測算，如平均通過時間、平均在制品庫存、設(shè)備利用率及交貨期偏差等。 二、對實(shí)際值和計劃值進(jìn)行比較，得出偏差。 三、若有偏差。找出故障和原因，提出可能實(shí)現(xiàn)的措施，如任務(wù)投料和加工能力的調(diào)整.四、監(jiān)視措施的執(zhí)行情況，不斷地改進(jìn)，直到滿意為止。生產(chǎn)過程的監(jiān)測生產(chǎn)過程控制中使用漏斗模型的前提 “漏斗模型”主要用于解決車間型制造系統(tǒng)的生產(chǎn)控制問題，適用于多品種、單件小批及成批生產(chǎn)類型。尤其適用于訂貨型生產(chǎn)系統(tǒng).對于大批量生產(chǎn)類型，及成組/柔性線流水線制造系統(tǒng)，不如看板和前進(jìn)數(shù)控制法有效?！奥┒纺Ｐ汀笔堑湫偷呢?fù)荷導(dǎo)向型生產(chǎn)控制方法。其實(shí)施要求具備良好的數(shù)據(jù)

14、收集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以及工作地基本數(shù)據(jù)的及時反饋系統(tǒng).(要求掌握每天車間的生產(chǎn)情況，每周生成一次有關(guān)監(jiān)測表。因此，需要一定的投資和管理費(fèi)用。對于漏斗模型在生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用的看法不同于傳統(tǒng)生產(chǎn)管理追求設(shè)備高利用率、忽視市場需求變化的思想傾向.“漏斗模型”的理論出發(fā)點(diǎn)是存量控制思想，即通過有目的地安排生產(chǎn)任務(wù)(確定生產(chǎn)任務(wù)的內(nèi)容和數(shù)量，以及任務(wù)投料和完工日期)、使工作地在制品量維持在一定的水平上，從而確定和控制工作地平均通過時間及設(shè)備利用率.為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須重視生產(chǎn)過程的控制。因此，“漏斗模型”方法的核心是建立計算機(jī)系統(tǒng)集中監(jiān)測生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，并利用負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料算法，制定滾動的投料和作業(yè)計

15、劃。所以，它與看板法相比，應(yīng)用更為靈活廣泛。 “漏斗模型”的兩個基本變量是在制品庫存和平均通過時間。因此，首先應(yīng)確定計劃期(每周)適當(dāng)?shù)脑谥破穾齑嫠?，而確定在制品庫存水平需要考慮平均通過時間、設(shè)備利用率、預(yù)測精確度、顧客的特殊要求及企業(yè)各部門間的利益關(guān)系等眾多因素.其次，確定計劃平均通過時間主要取決于計劃停留時間，它有較大的不確定性，如果出現(xiàn)意外的緊急任務(wù)，將可能導(dǎo)致“通過時間綜合癥”。要提高PPS系統(tǒng)的抗干擾能力，我們需要將準(zhǔn)時生產(chǎn)制(JTT)思想引入“漏斗模型”，如設(shè)備預(yù)防維修、培養(yǎng)多能工、設(shè)置制造單元等。通過實(shí)踐綜合癥負(fù)荷導(dǎo)向型任務(wù)投料方法較少涉及整體的計劃間題，而僅考慮下一計劃期任務(wù)投料的局部問題。因此，它與生產(chǎn)大綱、數(shù)量計劃(MRP