漏斗模型及其在生产管理中的应用

以Fundentals of Production Logiscs第二章为基本谈漏斗模型与其在生产管理中的应用摘要20世纪0年代，德国汉诺威大学endal等人根据存量控制的基本思想提出了出名的“漏斗模型”,成为当今具有代表性的负荷导向型生产控制措施。在undmentalfProducton Litics的第二章中，重要简介了“漏斗模型”的基本原理与建模的基本原则、模型中的基本参数及其实际含义。本文以此为基本简介这种生产控制技术的产生背景和基本思路。分析“漏斗模型”的实质、通过时间概念和测算措施。具体论述了负荷导向型任务输入的控制原理和算法。最后，对漏斗模型的实际应用提出本人的见解。核心词：漏斗模型、通过时间、负荷导向背景 老式的集中式生产筹划和控制系统(PPS)大多侧重于筹划工作。生产过程控制一般停留在生产过程基本数据收集和解决阶段。然而,当今市场竞争日益剧烈。产品多样化和及时满足顾客需要已成为制造业抢占市场的新战略。因此,老式的PPS系统由于对工作地及加工系统的居高不下的在制品库存、过长的通过时间和生产周期及交货期的延迟，缺少有效的监测和控制能力,正面临着严峻的挑战。而变化这一状况的核心，是谋求一种有效和可靠的控制措施,对生产控制的四大目的(图1)进行定量描述，分析其互相间数量关系,进而实行监测和控制。图1生产控制目的 德国汉诺威大学的Behte,. Wiendall.HP.等人在八十年代初。根据存量控制的基本思想,在分析生产系统工作地通过时间和在制品存量关系的基本上,提出了“漏斗模型”。并基于这种生产过程控制技术,进一步提出了负荷导向型生产控制理论和措施。 所谓“漏斗”是为了研究问题的以便而作的一种形象化描述。一家工厂、一种生产车间、一种工作地及一台机床都可以被看作是一种“漏斗”。作为“漏斗”的输入可以是来源于市场的订货或上道工序转下来的生产任务等，作为其输出可以是整个工厂、车间、工作地或机床竣工的任务。而输入和输出之间形成的库存(如等待中的生产任务等),则被比方成“漏斗”中的液体。“漏斗模型”是一种根据存量控制的基本思想，在分析生产系统工作地通过时间和在制品存量关系的基本上,提出的负荷导向型生产控制理论和措施。它的理论出发点是存量控制思想,即通过有目的地安排生产任务,使工作地在制品量维持在一定的水平上，从而拟定和控制工作地平均通过时间及设备运用率,并由此对生产过程进行控制。1 在一种工作地,达到的加工任务(负荷），一方面进入加工等待队列(在制品库存),通过一段通过时间,最后加工完毕拜别（产出)如图2,我们可以根据任务的紧急限度进行排序。而若长期观测,工作地平均通过时间是相对稳定的。图2以加工系统为原型构建的“漏斗模型” 因此,可以运用“漏斗模型”对一种加工系统(工序、车间等）的负荷在制品库存通过时间和产出数值之间的互相关系进行动态记录分析，得出其数量关系,进而建立以加工系统在制品存量控制为核心的PS系统。由于在制品库存重要取决于加工任务的投料措施，这样就可以通过控制“漏斗”的输入(负荷导向型任务投料），调节在制品存量和平均通过时间,同步控制其输出(加工能力平衡),最后保证制造系统的平滑稳定和自动化生产。提高系统柔性保证准时交。并且，根据“漏斗模型”原理，可以用多种图表跟踪显示生产过程中基本数据的动态变化清况，从而实现对生产过程的监测和诊断。生产过程的重要观测指标与漏斗模型的建模基本在Fntls ofProducton Logistc的第二章中，作者对生产过程的基本参数进行了定义。一方面是工作量和运作时间，其描述公式如下其中C代表工作量,单位为：小时;L代表批量;p代表每年产品解决时间，单位为:分钟/件；s代表每一批的准备时间,单位为：分钟。以此为基本,平均工作量计算公式如下其中Wm 代表平均工作量；Ci代表完毕生产指令的工作量；n代表指令条数。描述工作量的原则差其中WCs代表工作量的原则差；Cm平均工作量； Ci代表第i条指令的工作时间;n代表生产指令的条数数量。变异系数WC其中WCv代表工作量的变异系数；WCs代表工作时量的原则差；WCm平均工作量。订单(任务)加工时间也在模型中也称为运作时间，以TOP表达其中P代表运作时间，单位:工作日;C代表工作内容；ROUmx 最大通过率即每个工作日能解决的任务(任务以需要加工的时间表达)，最大通过率由生产能力决定，此外影响因素还涉及限制能力因数、被机器故障影响的最大工作时间以及由多种因数影响到的操作者的工作极限能力变异系数之间的关系 当观测的工作点数量只有一种，且最大输出率固定或者与单个运营的工作时间独立,那么一下公式成立。即工作量变异系数与通过时间变异系数相等。 指令流出时间可以称为通过时间，以TTP表达 其中P代表通过时间；Teo代表目前工序完毕时间D；Tprop代表前工序结束时间。在一种观测周期内,有一部分时间是交叉混合时间T,所谓“混合时间”就是指在制品（WIP）在完毕前一道工序后到后一工序加工开始之前的这段时间。混合时间涉及：排队等待时间、运送时间、提前准备时间。整个加工周期可以用如下的图3表达。图3 生产加工时间构成示意图我们容易从图中看到,混合时间与运作时间、通过时间的关系其中TIO代表交叉操作时间；TTP代表通过时间;OP代表运作时间，三者单位都为：工作日。运作时间和产出时间关系式如下其中RFm代表平均流动率。生产过程中也产生一定的延迟，其体现为筹划通过时间与实际通过时间之差。在生产控制的过程中,一种加工系统的加工效率可以通过输出率这样一种指标来衡量。输出率即“有效的加工时间/观测阶段的总时间”计算公式如下：其中OTm代表平均输出率;TO代表每个环节的工作量;n代表工作环节（指令)数量；代表调查期时长。同样的,一种加工系统的负荷饱和限度可以通过系统的运用率来衡量,其计算公式如下:其中，Um代表平均运用率;OTm代表平均输出率;ROmax代表最大也许输出率。在论述漏斗模型的工作原理之前，尚有一种指标需要指出。I在制品，在漏斗模型中它被形象地视为漏斗中的液体，即没有完毕加工的工件或任务。代表从输入端到输出端这一段距离中的工件,是加工过程中的等待件和在生产线上加工着的工件的统称。计算公式如下即：t1到期间的输入量减去期间的输出量的差，除以时间长度等于在制品量。将上述生产过程中的基本参数和指标定义负荷导向型任务投料措施负荷导向型任务投料是一种根据既有的生产任务和加工能力进行自动投料的措施,按照其算法，可以在每个筹划时间点,得出下个筹划期(一天到一周)应投料的生产任务.其控制原理如下图所示.负荷导向型任务投料的环节如下:（1)按生产任务的紧急限度(根据可支配缓冲时间计算）排序。(2)拟定原则上容许投料的生产任务。即根据交货期时间界.对所有已知生产任务安排加工顺序流程。在此,筹划提前期是管理人员预先设立的控制参数。通过排除在交货期时间界以外的生产任务,可以避免过早的任务投料。（)根据排序成果，对交货期紧急的任务优先安排,同步应保证与该生产任务有关工序的负荷,不超过其负荷界。负荷界的具体算法如下：一方面，拟定下负荷比例,其定义为EPS=BSAB100% ()BS=WIP+AB (2)其中:B:负荷界(小时） IP：筹划平均在制品（小时） B:筹划竣工量(小时）下负荷比例(EPS)是负荷导向型任务投料的核心控制参数。它直接关系到加工系统的在制品库存和平均通过时间大小。其计算公式为:ESP=1+MZP100% (3）其中：MZ:筹划平均通过时间 P ：筹划周期另一方面,拟定合理的负荷界(S）。由于ESP已经拟定，筹划竣工期(B)可由加工能力而定。因此，可由(1)式算出负荷界。总之,如果生产任务满足加工系统的时间界和负荷界的规定，则该任务可投料，否则拒绝投料。生产过程的监测 根据物流运作曲线，可以监测到工作地的生产任务从达到到竣工期间内流转或库存的变化状况。然而,这些数据对于实现生产过程的控制目的是远远不够的。由于，生产系统是一种复杂系统,它不仅涉及重要工艺流程(即机床调试和加工活动），并且尚有诸多的辅助工艺流程，如有关工艺装备、辅助设备和运送设备等的准备及结束活动。因此，我们必须将简朴工作地的“漏斗模型”)扩展为整个车间的“漏斗模型”,将一般的物流运作曲线图变为监测流转图。这样，就可以监测到生产任务从筹划下达到加工结束期间的全过程状况,这对于监测负荷导向型任务投料的实行及其反馈控制是十分必要的。 为此需要建立生产监测和诊断系统,其功能有:、用多种图表跟踪显示生产系统工作现场的实际状况，并进行测算，如平均通过时间、平均在制品库存、设备运用率及交货期偏差等。 二、对实际值和筹划值进行比较，得出偏差。 三、若有偏差。找出故障和因素,提出也许实现的措施，如任务投料和加工能力的调节.四、监视措施的执行状况，不断地改善,直到满意为止。生产过程的监测生产过程控制中使用漏斗模型的前提 “漏斗模型”重要用于解决车间型制造系统的生产控制问题，合用于多品种、单件小批及成批生产类型。特别合用于订货型生产系统.对于大批量生产类型,及成组/柔性线流水线制造系统,不如看板和迈进数控制法有效。“漏斗模型”是典型的负荷导向型生产控制措施。其实行规定具有良好的数据收集和数据解决系统，以及工作地基本数据的及时反馈系统.(规定掌握每天车间的生产状况，每周生成一次有关监测表。因此，需要一定的投资和管理费用。对于漏斗模型在生产系统中应用的见解不同于老式生产管理追求设备高运用率、忽视市场需求变化的思想倾向“漏斗模型”的理论出发点是存量控制思想，即通过有目的地安排生产任务(拟定生产任务的内容和数量，以及任务投料和竣工日期)、使工作地在制品量维持在一定的水平上，从而拟定和控制工作地平均通过时间及设备运用率.为实现这一目的，必须注重生产过程的控制。因此，“漏斗模型”措施的核心是建立计算机系统集中监测生产系统的状态，并运用负荷导向型任务投料算法,制定滚动的投料和作业筹划。因此，它与看板法相比,应用更为灵活广泛。 “漏斗模型”的两个基本变量是在制品库存和平均通过时间。因此，一方面应拟定筹划期（每周）合适的在制品库存水平,而拟定在制品库存水平需要考虑平均通过时间、设备运用率、预测精确度、顾客的特殊规定及公司各部门间的利益关系等众多因素.另一方面,拟定筹划平均通过时间重要取决于筹划停留时间,它有较大的不拟定性，如果浮现意外的紧急任务，将也许导致“通过时间综合症”。要提高PS系统的抗干扰能力,我们需要将准时生产制（JTT)思想引入“漏斗模型”,如设备避免维修、培养多能工、设立制造单元等。通过实践综合症负荷导向型任务投料措施较少波及整体的筹划间题,而仅考虑下一筹划期任务投料的局部问题。因此，它与生产大纲、数量筹划（P）的接口问题,仍需做进一步的探讨和研究。结束语生产物流基本第二章的内容重要是把“漏斗”这一模型引入到生产管理的讨论中。在查找有关的文献时发现该模型在生产过程中的研究早于上个世纪九十年代时就已经在管理工程领域进行得如火如荼，因此查找到的资料和研究成果都是出于那个年代。可以说，漏斗模型是一种相称典型的模型,虽然研究热度已然逐渐消去,但是其在实际应用中的作用还是毋容置疑的。参照文献1卫巍,陈荣秋 .“漏斗模型”在生产控制中的应用.管理工程学报,199，（8)：122-31