天行健微信二维码
扫一扫二维码

精益生产在制造/再制造混合系统生产管理和控制中的应用

作者:分类:精益生产管理类时间:2014-05-20 10:02:21

一.引言

制造/再制造混合系统包括两大子系统:原材料或零部件经制造过程成为新产品的制造系统,以及旧产品经回收、拆卸、清洗、检测、再加工形成再制造品的再制造系统。通过整合这两大系统,传统的正向供应链与负责回收再制造的逆向供应链构成了一个闭环的供应链。制造/再制造混合系统的目标是,通过对各生产计划期内制造量、再制造量、新部件的采购量、旧产品的回收量、处置量(若允许丢弃)及替换量(若允许替换)进行决策,合理有效控制产成品、回收件库存,在尽可能满足市场需求的前提下,实现混合系统总运作成本最小。


二.制造/再制造混合系统不确定性分析

相对于传统的制造系统,制造/再制造混合系统的生产和需求环境存在以下不确定性:

(1)回收过程中的不确定性

具体表现为旧产品在回收数量、回收时间上的不确定以及在质量上的参差不齐。回收数量和时间的不确定直接影响了最终产出的再制造品数量以及再制造开始的时间。

(2)拆卸过程中的不确定性

主要表现在拆卸后可用于再制造的零部件的种类和数量不确定。此外,旧产品在质量上表现出的较大差异性,直接增加了拆卸的难度和复杂程度,影响了拆卸的效率,导致拆卸时间不确定。

(3)再制造生产过程中的不确定性

由于经拆卸过程输出的再制造零部件在种类和数量上的不确定,导致再制造过程可能需要的新部件种类、数量难以确定,经历的再制造生产流程也有所不同,所花费的时间也因生产流程的不同而存在很大差别,即再制造时间难以确定。

(4)需求的不确定性

无论制造品还是再制造品,本身都具有不确定的市场需求。同时,若考虑到消费者对再制造品的认可和接受程度的差异,再制造品的市场需求则更加不确定。再制造品需求的不确定性增加了制定生产决策的难度。

此外,由于旧产品的回收和再制造品的需求均存在很大的不确定性,再制造品的产需不平衡时常发生。产大于需时,再制造品的库存增加,库存成本上升;产小于需时,则不能及时满足顾客对于再制造品的需要,给再制造商带来机会损失。产需不平衡给混合系统的生产控制带来了难度。


三.制造/再制造混合系统生产问题研究综述

关于制造/再制造混合系统生产问题的研究,有文献致力于寻找能够有效降低混合系统不确定性的方法,如ChrismsZinkopoulot为了降低拆卸后所得再制造零部件在种类和数量上的不确定性,而在拆卸前按旧产品的质量对其进行快速分类。OnurKaya则假设旧产品的回收数量可以由一定的激励措施来控制,通过确定最佳的激励值来保证回收件的数量。而如何在不确定的背景下制定生产决策,成为国内外大多数学者研究的重点。包莉丽提出,制定闭环供应链最佳生产决策的关键是要协调好制造和再制造数量,在不确定性需求下,分别在采购旧产品还是被动接纳所有回收品两种情形下建立生产决策的机会约束规划模型并求得动态最优解。Yongjian Li则在时变需求的背景下,分别在有无生产能力限制两种情形下研究了多产品多周期下混合系统的生产决策问题,并利用动态规划法结合遗传算法求得最佳生产决策,但其研究均忽略了生产提前期的影响。与上述文献不同的是,G.P.Kiesmu11e将“Pull”生产控制方式应用于制造/再制造混合系统中,把可用件(相对于回收件的再制造品与制造品)库存水平作为制定生产决策的重要依据,分别在制造提前期和再制造提前期不同大小关系下,对混合系统的最佳制造、最佳再制造量进行了决策。还有学者考虑了再制造率不确定对于生产计划的影响,如Samar K.Mukhopadhyay分别研究了再制造率确定和随机两种情形下如何利用新部件采购提前期的长短来确定采购决策和生产决策。

值得注意的是,上述文献有共同的研究背景,即再制造品与制造品完全相同,无任何质量、价格和需求上的差别,这也是目前大多数文献研究的背景。而Inderfurth K则与此不同,他考虑了一种更为实际的情况:再制造品与制造品存在质量、价格差异、表现出不同的市场需求,在再制造品发生缺货时,允许用制造品对其进行有利润损失的替换补足。在这样的背景下,分别在再制造和制造提前期不同大小关系下求得了使混合系统利润最大的生产决策及安全库存水平。但仅解决的是单周期下的生产最优问题。

此外,国内方面有文献对制造/再制造混合系统的生产控制方式做了专门的研究和对比分析,如姚国将CONWIP生产控制方式应用到了再制造系统的生产运作中,先后分别将全局CONWIP和分段CONWIP控制方式、PULI/PUSH混合控制与CONWIP控制方式进行分析对比,得出在达到相同满意率的情况下,分段CONWIP控制方式、PULL/PUSH混合控制方式,具有较低的在制品量、平均存储量和平均存储费用。但并没有将此生产控制方式融合到生产决策的制定中去。

综上所述,降低混合系统不确定性仍然是混合系统研究中的重点,其方法也还在探索之中。同时,在不确定的环境下,选择有效的生产存储控制方式调节混合系统的产需不平衡,在此基础上制定最佳的生产决策,成为重要的研究方向。此外,考虑到再制造品与制造品有价格、需求上的差别更加贴近实际,在允许替换的情况下,如何协调制造和再制造的生产决策显得更为重要,研究此类背景下的生产决策问题成为新的研究方向。


四.精益生产在制造/再制造混合系统生产管理和控制中的应用

如前所述,制造/再制造混合系统中存在的这些不确定性,增加了生产控制的难度,导致制造和再制造的生产决策难以确定。因此,采用合适的生产管理方法尽可能降低不确定性带来的影响,在此基础上选择有效的生产存储控制方式来调节供需平衡,成为制造/再制造混合系统进行生产决策时需要考虑的首要问题。

而精益生产,作为先进的生产管理工具和生产组织方式,为降低制造/再制造混合系统中的不确定性带来了启发。所谓精益生产,是以消灭一切无效劳动和浪费为根本目标,在强调团队协作的基础上,利用全面质量管理、并行工程、全面生产维护等生产管理工具,以及拉动式准时化生产、“均衡化”生产、柔性生产等先进的生产组织方式,提高生产系统快速、有效应对市场需求变化的能力,同时对生产系统进行持续不断地改进以不断降低成本,实现以更少的投入获得更高的产出。

1.精益生产管理工具在降低混合系统不确定性中的应用

(1)降低拆卸过程中的不确定性

拆卸是进行再制造的首要环节,是决定再制造率的重要因素。并行工程为降低拆卸的不确定性,提高旧产品的可拆卸性、再制造率带来了新的启发。所谓并行工程,是在产品的开发设计阶段,综合供应链上各个部门对产品在设计、组装、质量及包装上等的要求来考虑设计的合理性和可能性。并行工程应用在制造,再制造混合系统中,就是从产品的二次生命周期角度出发,在产品的设计开发阶段,重点考虑产品的可拆卸性,并应用到正向的制造过程中。目的在于实现产品的便于拆卸以及无损拆卸,降低拆卸的复杂程度和难度,减少拆卸的作业时间,提高拆卸率。如采用模块化的设计,有利于减少废旧产品拆卸后的种类的不确定。废旧产品可拆分成种类固定的若干个标准化模块,仅需替换质量损坏的模块即可实现旧产品的再制造。且由于模块间可实现独立的拆装,大大缩减了拆卸的时间。

(2)提高再制造率

对制造,再制造混合系统的生产过程进行全面质量管理,生产过程中对质量的检验和控制在每一道工序都进行,及时发现问题及时进行解决,通过提高制造品的质量,来保证旧产品在拆卸后尽可能多的部分是质量完好的,从而提高旧产品进行再制造的比例;同时,通过对旧产品进行质量检查,找出产品易损坏部分的相关信息,并反馈给产品质量管理部门及生产管理部门,分析是否在产品设计或生产工艺上存在缺陷,以便进一步改善生产,更好地实施质量管理,不断提高再制造率。

(3)降低再制造时间的不确定性

精益生产采用“均衡化”生产方式,通过均衡使用各种零部件混流生产各种产品。在制造/再制造混合系统中,按照不同种类的再制造零部件对于加工工艺的要求,以及产品生产工序的要求,设置功能不同的生产设备,通过快速更换、组合生产设备,实现生产线的快速转换,满足再制造生产工艺多样性的要求,降低因工艺流程不同所导致的再制造时间的不确定,同时缩短再制造品的交货期。

2.精益生产控制方式在调节混合系统产需平衡中的应用

混合系统生产存储控制方式的选择要注重其不确定的生产和需求环境。

早期的生产存储控制方式是以MRP(Material RequirementPlanning,物料需求计划)和MRPⅡ(Manufacturing ResourcePlanning,制造资源计划)为代表的推动式控制。应用在再制造生产存储控制过程中,旧产品经拆卸后得到的零部件,无论数量多少,只要满足质量和性能要求,就全部投入到再制造生产过程中。推动式控制的优势表现在,当市场需求量较大而旧产品的返回量较小时,推动式生产可避免旧产品的存放、减少总的周转时间、进而减少安全库存。然而,当市场需求较小而旧产品返回量较大时,推动式生产无疑提前对旧产品进行了再制造,导致过高的再制造品库存,增加了积压的风险。

正是由于推动式控制存在缺陷,JIT(Just In Time,准时制生产)应运而生。JIT是典型的精益生产控制方式,属拉动式控制。相对于推动式控制,拉动式控制可以降低在制品库存、避免不必要的产成品库存。但拉动式控制应用在混合系统的生产存储控制中也有难以避免的缺陷,即拉动式控制要求零部件或原材料具备稳定的供应,然而,在旧产品返回数量小于再制造品的市场需求时,混合系统会因为没有足够的旧产品来进行再制造而无法进行准时生产,从而无法满足需求。

因此,考虑到混合系统的不确定性,以及两种控制方式各自的利弊,可将精益生产典型的拉动式控制与传统的推动式控制相结合,通过协调两种控制方式,实现对混合系统生产的最佳控制。

研究需求和回收均不确定这一背景下混合系统的生产存储控制策略,同时考虑再制造品与制造品具有相互独立的需求这一更为实际的情况,再制造生产仅仅是为满足其自身需求,而当需求不能被满足时,若制造品库存有除去满足其自身需求以外的剩余产品,则可由制造品进行代替出售,同时会产生利润损失,如图l所示。在这样一个背景下,混合系统存在三个库存点:回收件库存、再制造品库存以及制造品库存。制造品库存和再制造品库存分别设置安全库存水平SM、SR,在需求不确定的生产中,可将安全库存水平用于衡量产需是否平衡。

图1


选择生产存储策略时应注意以下几个原则:

(1)旧产品的返回率低于市场需求率时,回收件库存约束再制造的生产,考虑再制造品的需求应尽可能由再制造生产满足,应主要依赖回收件库存推动再制造的进行。

(2)旧产品的返回率高于市场需求率时,回收件库存不再约束再制造的生产,考虑到单位1日产品的库存成本要小于单位再制造品的库存成本,因此产品应尽可能地以旧产品的形式停留在回收件库存,保持一定的库存水平。此时,应主要依赖再制造品库存拉动再制造的进行。

(3)考虑到允许替换所产生的利润损失以及总利润的最大化,制造品的最佳生产决策不能仅仅以自身库存水平为依据,更要以再制造品生产决策制定后、再制造品库存得到补充后的实际库存水平为依据,通过使制造品库存保持动态的最佳水平,来协调多周期的产需不平衡。

具体策略如下(如图2所示):

图2



1)当再制造品实际库存水平大于等于其安全库存水平SR时,则不进行再制造生产;此时若制造品实际库存小于其安全库存水平SM,最佳生产决策应能够使制造品库存达到其安全库存水平SM;若制造品库存大于其安全库存水平SM,则不进行制造。

(2)当再制造品实际库存水平小于其安全库存水平SR时,开始拉动再制造的生产,但由于回收件库存水平高低的不确定,生产策略又有所不同:

情形一:回收件实际库存小于再制造品的安全库存水平SR与再制造品实际库存水平IR之差。

此情形说明既使全部投入再制造也无法达到安全库存,即可能发生再制造品供不应求。为避免这种情况的发生应采用推动式生产存储方式,将全部回收件投入再制造生产过程,再制造品的生产数量即回收件实际库存。

同时,由于再制造品库存无法达到其安全库存水平有可能发生缺货,需要重新确定此时能使混合系统利润最大的制造品安全库存水平,并与制造品的实际库存水平进行比较,若大于制造品的实际库存,则拉动制造对库存进行补足;若小于制造品的实际库存水平,则说明此时制造品库存充足,不仅能满足自身需求同时可以满足对再制造品缺货的补足。

情形二:回收件实际库存大于等于再制造品的安全库存水平SR与再制造品实际库存水平IR之差。

此时,再制造生产决策为SR-IR ,即尽可能地使再制造的库存水平保持SR,来满足再制造品的需求。此时,由于再制造品库存可以保持其安全库存水平,制造品的生产存储策略同再制造品实际库存水平大于等于其安全库存水平SR时的策略。

简而言之,再制造品的生产依靠回收件库存水平和再制造品安全库存水平的不同关系而进行推拉式的生产,而制造品的生产不仅与自身安全库存水平有关,而且还与再制造品生产决策制定后、再制造品库存得到补充后的实际库存水平有关,因此,制造品的安全库存水平实际上是一个动态的库存水平,通过保持动态的库存水平,尽可能满足多周期制造品自身的需求以及再制造品缺货时的替换补足的需求。


五.总结

与单纯的制造系统相比,制造/再制造混合系统存在着诸多不确定性,这给混合系统的生产控制以及生产决策的制定带来了很大的难度,传统的生产管理工具、生产存储控制方式已无法适用于混合系统的生产过程。因而提出,利用并行工程、全面质量管理以及均衡化生产等精益生产管理工具来降低混合系统的不确定性。同时,在制造品与再制造品不同需求源但允许替换的背景下,将精益生产典型的拉动式控制与传统的推动式控制相结合以协调混合系统产需平衡,并提出了具体的生产存储控制策略。然而,本文仅提出了控制策略,如何利用数学模型及最优化方法确定该策略下的生产决策以及动态库存水平,是有待进一步研究和解决的问题。


查看更多请点击-->:精益生产制造业

回到顶部