陈 程，孙洁香，尹作重

（1.新兴际华集团有限公司技术中心，北京 100020；2.北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

对于离散型制造企业来说，其生产特点是通过对原材料物理形状的改变，经过一系列并不连续的工序最终组装成为产品，使其增值。典型的机械制造业就属于离散制造企业。其业务流程简单由以下几部分组成：生产物料采购、物料储存、零部件加工、装配、产品销售等。

离散制造企业有两种典型的生产模式：一、面向库存大批量生产模式（简称MTS），客户对最终产品规格的确定没有什么建议或要求，一般按照标准化、通用化产品模式进行生产。其产品的标准化程度高、加工及装配工艺简单、单件产品成本价值相对较低，适合于大规模量产。二、面向订单装配的生产模式（简称ATO），客户对零部件或产品的某配置给出要求，生产厂商根据客户的要求提供定制的产品。其产品的标准化程度较低，装配工艺复杂，单件产品成本较高，生产周期相对较长，一般适合于小批量或单件生产。

在面向订单装配的生产模式下，产品制造一旦到了关键的装配环节，企业往往面临各种难以避免的问题，比如：客户需求时间变化、客户的多样性需求（对产品设计的变化）、装配计划的可执行性较弱（以经验和调度组织生产）、物料的配送模式粗放（缺少物料的配送计划）。基于以上的问题，企业怎样缩短装配的周期，使得订单装配在一个有计划的、可控的范围内良性的运转呢？以多家离散制造企业面向订单进行装配的所取得的经验，结合信息化管理系统工具所实现的算法，在这里我们给出了“柔性装配”（Flexible assembly）的概念。

图1 柔性装配模拟示意图

1 柔性装配的概念与车间现场模拟

组织柔性装配的目的是将多个具备独立加工能力的生产单元（设备和人员）联合起来，在订单产品装配阶段，实现单件产品在各个生产单元的按节奏有序流转。它可以依靠ERP或MES软件进行辅助管理，根据实际生产能力灵活调整装配任务的生产计划，从而能够有效发挥装配的产能，降低生产的成本、缩短装配的周期、更快捷地适应市场的变化。

图1为柔性装配现场模拟示意图，在装配车间，最终产品A出厂之前需要由部件B、C和采购件D经过A10、A20、A30三个装配工位进行组装，每个工位的加工时间按照固定的时间节拍（如2天）。以此类推，部件B和C也有自己的装配工艺，在其相应的装配工位上都按照节拍进行装配。这样，在整个装配车间，如果每级部件的装配都可以在各工位上按照特定的节拍进行的话，A产品的产出就可以保持一定的节拍。

如果订单的最终交货日期确定，并给予终验、调试、装箱、发运等环节一定的时间，即可推算出最终产品A在其最终的装配工位A30的产出时间，假设各装配工位可保持固定的节拍，那么从A30工位开始逐个工位向前推算，直到G10、H10工位，即可编制出各级子部件在每个工位上的装配计划（即计划开完工时间），并且各装配工位所需的采购、外协物资的需求时间即配送时间也得以明确。装配车间上游的加工车间所生产的零件以及不能以这种特定节拍进行装配的部件，可以以预投产的方式，保持一定规模的库存数量，以备这种节拍方式的装配需求。从上图可以看出，每个订单产品在装配过程中以“一个流”[1]的生产模式在各工位上以固定的节拍顺序流转。

所以说柔性装配的实现首先是以装配车间的不同装配工位按照一定的生产节拍进行前后工序间流转来实现的。它类似于面向库存大批量生产的流水线生产模式，它的各装配工位也好比流水线上的每个加工单元。

其次它又有别于面向库存大批量生产，不同之处在于装配环节每个工位生产能力的“有限”与“可变”。

2 柔性装配工位的生产能力

由于在实际过程中每个工位的装配能力是有限的，如果同时有多个订单的产品先后需要装配出厂的话，可能在某些工位就会出现“负荷”大于“能力”的现象，其生产计划就不能按照“理想状态”的无限能力执行，势必会导致计划的可执行性差。所以，柔性装配的生产计划是按照每个单件产品编制每个工位的有限能力计划。

“有限能力”体现在工位上设备和人员的数量，换个角度来说，即此工位同时可装配任务的数量。下图所示工位01的能力不能同时满足订单1与订单2在8月2日到3日两天的时间段内的生产负荷，所以，在编制生产计划时，将订单2在部装工位01的生产计划向前推移2天，移至该工位的空闲时间段。

图2 装配工位计划有限能力编制示意图

图3 生产能力增大后装配工位计划编制示意图

总结上图所示的计划编制过程，在实际的生产过程中，会出现多个产品订单先后在同一工位进行装配的情况，而装配生产线的“柔性”体现在每个订单的生产计划考虑了工位的实际生产能力，而不是“无限大”的生产能力。

此时我们如果将部装工位01的生产能力“增大”，使得本工位可以同时在8月2日到8月3日完成部件L和C的装配，生产计划随着工位能力的变化而进行了调整，编制示意如图3所示。

而工位的生产能力怎样进行调整呢？通常来讲，对于离散制造行业的装配环节，一般可以通过增加或减少工位上设备或人员的数量来调整其生产能力（通过加减班次的方式其实同样是调整单位时间内人员的数量）。以上图为例，装配（部装）工位01原只有一台焊接机器人和一位焊接工人，在8月2日到3日，只能完成C部件（订单1）的焊接工作。而此时通过调度，在本段时间内工位01增加了一台焊接机器人和工人后，同时可以完成L部件（订单2）的焊接工作。所以说，生产计划的优化与调整可以通过装配工位能力的调整得以实现，是柔性装配的重要体现。

3 柔性装配计划的编制与调整

柔性装配计划编制的范围应涉及到所有可进行生产能力调整的装配工位，对于一个单件产品，根据它在最终总装配工位的产出时间进行倒推，考虑每个工位的生产能力（在相应的时间段内是否能力充足，若不充足则继续向前查询能力充足的时间段），按照装配工艺的流转顺序逆向编制生产计划。

而在实际生产过程中，客户需求的变化或调整是屡见不鲜的，涉及到产品交期的变更，产品整体设计的变更，产品工艺路线的变更，产品工装设计的变更等等，这些变更都将造成订单产品最终产出时间的变更，而产出时间的变更导致了在各个工位的生产（装配）计划都需要做出相应调整。如图4所示，产品产出工位的生产计划进行调整之后，拉动上游各工位的生产计划随之进行调整，整个订单的生产计划进行了重新的编排。

图4 工位计划“拉动式”调整

在生产过程中，如果某个工位出现了“异常”，如：物料供应不及时、机器故障、人为拖期等，导致该工位不能按照预先的计划完成任务，此时该工位的生产计划就需要进行调整。由于各装配工位大多数是“串联”的生产流程，这样，前序工位的计划调整势必影响到下游工位的计划，整个单件产品在下游各个工位的生产计划也会相应的进行推动式调整。如图5所示。

图5 工位计划“推动式”调整

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4 柔性装配下的物料配送模式

柔性装配计划的编制使得各装配工位的计划开完工时间更加精确，其计划结果具有生产的指导性和约束性。而在具体的生产过程中，物料必须具有配送的及时性和准确性才能保证各工位严格遵照计划组织生产。

工位物料的配送计划是根据工位计划开工时间和车间的计划领料单编制生成的，它不同于传统的领料单只包含物料的品种、数量和日期。考虑到配送到各装配工位的精确性，它在计划领料单的基础上增加领料的具体工位信息、配送地点、接收班次、配送时间、配送人员等信息。所以说工位物料配送的模式是对传统车间领料模式的升级，由专人按照需求时间直接将物料配送到对应工位，不但简化了车间对工位物料二次分配的环节，更使得车间的物流更加精准，物料在车间的积压现象大大减少。

我们按照物料归属单位的不同，可将配送方式简单分为以下三种：

1）部件在工位装配完工后，直接送往装配工位。

2）物料由库房送往装配工位。

3）物料由供应商或其他车间直接送交装配工位。

这三种模式下都需要物料（包括装配部件）的主责部门根据物料需求工位的配送计划进行配送。

5 柔性装配的特点及优势

综上所述，柔性装配生产计划的模式体现了以下方面的特点和优势，对于面向订单装配的生产模式更具适应性和灵活性。

1）车间资源在装配计划的指导下发挥了最大的利用价值，实现了资源的有限能力排产。

2）在计划层面将装配任务与机加工零件的生产任务区别对待，实现了单独排产。

3）按照单机编制柔性装配计划，各工位计划按照订单产品的最终完工日期进行“拉动”式排产，严格按照装配节拍，考虑各工位的实际生产能力，使得计划的执行更加准确。实现“一个流”在部装线上以固定的节拍进行装配。

4）物料按照产品加工的工艺顺序在特定的需求时间配送到车间的指定工位，减少了车间传统生产模式下大量的在制品积压问题。

5）库房、上游车间、供应商的物料配送机制更加完善，配送时间、地点更加精确。

6）减少了物料的闲置与停工待料的现象。

装配计划、装配节拍、装配资源能力能够灵活调整，使生产更具“柔性”。

[1]石为人,余兵,张星.高级计划排产系统与ERP的集成设计及实现[J].重庆大学学报(自然科学版),2003,26(11).