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                              APS系統在注塑行業的應用
                              2021-09-15

                              APS系統一般采用動態模擬、仿真技術,結合有限產能限制以及TOC約束理論,對生產任務進行優化,在特定的條件下,提供產能發揮及達成交期的生產決策。透過甘特圖將生產信息以不同對應軸方式呈現,提供每一個生產工單的信息,數量,或者在生產中經過的各道程序、所使用的資源及各資源使用的狀況、目前至未來已安排生產的加工單及順序、時間等咨訊。下面筆者就注塑行業中的排程系統應用作一個簡單的分析。

                              “世界工廠”不知是誰概括出來的這句話,近兩年似乎已成為外商在中國投資的重要理由。中國注塑業近期發展較快,中國已成為最大的汽車配件,摩托車,計算機外殼,其它IT產品,五金工具,電器,小家電,等塑料制品生產、銷售和出口基地之一;而且這幾年的注塑行業發展速度遠高于全國的平均水平,發展潛力巨大。而隨著市場的變化,中國勞動力成本不斷增加,怎樣在劇烈市場競爭中取得優勢,都是很多企業需要面對的。除了改善工藝,改善/優化生產計劃,提高設備、人力的稼動效率,最大化利用現有的產能,從而降低產品的生產成本,是一個比較可行的方法。

                              塑膠成型與制品業是個非常有特色的行業,其行業特色是:產品型號多、工序較多、材料種類少并常常通用、多訂單批次、小訂單批量、機器產能主要決定訂單的交期。其原料是以膠粒、色粉為主。不論是通用型塑料企業(如玩具、文具、日用品、家具、裝修材料等);還是家電企業(冰箱、彩電、洗衣機、空調機、計算機等)殼體等;汽車配件;包裝制品企業(PET瓶坯、塑料瓶、瓶蓋等);薄壁(如手機殼)或特種工程塑料制品;記錄數據的介質企業(CD,DVD,MD,MDS),在生產計劃方面都有一些主要的共同性,他們的主要工藝都是射出成型工程,分析射出成型工程,我們可能得出以下的一些特點:

                              1. 成型工程設備都很多,并且設備都比較昂貴,開機成本高。

                              2. 產品與設備都是多對多的關系,成型機按噸位可分成不同的規格,在可使用的設備中,大噸位機器都可以生產小噸位機器生產的產品,但各產品的產能不變,一般優先使用小噸位的成型機。

                              3. 成型機必須結合模具才能生產,設置需要作業人員參與。產品與模具為多對多的關系,多個產品可以使用一套模具,一種產品又可以使用幾套不同的模具。

                              4. 產品的生產節拍時間受制約于設備和模具,以及每出模一次需要的時間和模具的模穴數。

                              5. 每個模具有裝卸的時間,產品換模+調試時間比較長。

                              6. 成型機上生產兩個顏色不同的產品,需要一定的清洗時間。

                              7.模具需要定期維修保養

                              塑膠行業生產排程要解決的主要問題:

                              1. 如何快速制作合理的機臺排程計劃?

                              2. 如何在大量的機臺設備中選擇合適的設備生產

                              3.如何減少成型機上的切換時間(包括換模、調試等的時間)

                              4.如何優化生產順序,減少清洗時間。

                              5.如何事先掌握人員、設備產能、物料齊套情況

                              6.如何自動創建保養維修計劃

                              在接單生產的企業編排生產計劃,幾乎所有的計劃擔當都會把保證訂單的交期作為首要考慮因素。而在注塑行業中,除了保證交期外,排程時不僅要考慮訂單的輕重緩急,還要需要考慮每個生產工單的成型機的選取,以及模具的搭配運用;甚至于是否有足夠的作業人員,都是需要考慮的基本因素。只有綜合考慮這些因素,才能編排出一個合理而又可執行的生產計劃,且看下面一個簡單的排程例子:

                              一般注塑行業的射出成型工藝如下(圖1):

                              資源說明:

                              成型機有三種不同噸位:30t(成型機1,成型機2,成型機3,成型機4),50t(成型機5,成型機6,成型機7),80t(成型機8,成型機9,成型機10)。一般情況下,盡可能優先安排低噸位的成型機生產,以節約機器成本。

                              模具說明:

                              有A,B兩個金屬模具。其中,金屬模具A用于生產產品A,金屬模具B用于生產產品B。

                              作業員說明:

                              有A,B兩組作業員。其中,工作組A參與生產產品A,工作組B參與生產產品B。

                              在此工藝中,同一個工序是利用三種不同的資源來完成的。這時,我們把成型機稱為主資源,模具和作業員稱為副資源。現在有3個制造工單等待安排,工單01、工單02、工單03分別的產品是A、B、A,生產數量為100個,要求完工的時間是2008/6/2 20:00。(圖2)

                               

                              基于產品A、產品B各自的工藝要求,在滿足交貨期要求的基礎上使用APS系統進行自動排程。通過甘特圖可以很容易的把計劃編排直觀地展示出來,使得計劃不再是一組組枯燥的數字。通過這樣友好的可視化界面,多個相關部門可以在一個平臺上共同討論計劃的可行性,用戶可以在甘特圖上直接對工序或作業進行直觀式的交互(編輯、刪除、拖動等),根據實際情況實時調整優化結果(圖3)。

                               

                              上圖中,同一個工單展開的制造任務同時分配給成型機、模具、工作組,也即是說為了完成一項制造任務,需要成型機、模具、工作組同時配合才能實現。每個工單的優先級別都是不一樣的,我們需要按照一定的優先順序處理手頭上的所有工單,這里的優先順序時工單01〉工單02〉工單03。我們分析一下工單分派的過程,當分派工單01時,當前所有成型機,模具、工作組都是空閑的,分派時可任選一臺噸位最優的成型機(成型機1)生產。而分派工單02時,由于產品B因為使用的模具與產品A不一樣,選擇成型機1生產就會額外產生換模的時間造成成型機1的產能損失,因此另開1臺新的成型機4(當前最優)進行生產。當分派工單03時,由于工單03與01的產品一樣,03可以挨著01在成型機1上連續生產,避免換模以及開機成本。應該說,在當前的約束條件(比如生產工藝、交期,減少換模,節約開機成本等)下,這就是合理、優化的計劃。

                              如果約束條件發生了變化,或者是我們考慮的優先順序發生了變化,那么哪怕是工單本身沒有任何改變,最后編排出來的計劃也會有所不同。假定產品B與產品A共同使用一套模具(模具A),共用一組作業人員(工作組A),那么我們看一下新的排程結果(圖4):

                              因為產品A、產品B使用了相同模具,相同的工作組,所以再次編排計劃時,在能夠滿足交期的情況下,工單01,02,03都分派在一臺成型機上連續生產,以減少成型機的運行成本以及安裝模具的時間成本。再分析一下,這個計劃仍有可改善的余地,比如說,考慮到材料投料以及產品品質等因素,成型機1連續生產時按照工單01-〉工單-〉03-〉工單02的順序也許更好更合理一些(圖5)。前文提到我們需要按照一定的優先順序處理手頭上的所有工單,可見工單的優先順序也會影響到最后的分派結果,因此編排生產計劃的時候,不僅需要考慮生產工藝上的客觀約束,還需要一并考慮工單的優先順序。

                              除了模具切換以外,顏色的切換也很重要。在同一臺成型機上,生產不同顏色的產品的時候可能會需要清洗機器,清洗的時間由前后產品顏色的色差決定,這樣就會發生由于顏色不同造成的切換時間。另外有些顏色的切換是不允許,例如黑色到白色的切換,由于難于清洗干凈,可能需要花費大量的清洗時間或者高昂的清洗費用,排程時不允許出現此種切換。

                              因此,我們在APS系統中設計生產工藝模型時需要定義各種不同的顏色之間的切換時間,并且對于某些特殊顏色之間的切換,定義為禁止切換。排程中,無論是否切換模具,禁止的顏色切換不會出現,其它顏色的切換時間以模型中定義的為標準。如果同時切換模具和顏色,以發生的切換時間最大值(最長切換時間)為切換時間。,也可以以發生的切換時間總和為切換時間。例如,如果在生產工藝模型中定義了不允許成型機生產黑色產品后馬上轉換到生產白色產品,那么設定其顏色顏色切換矩陣中的黑色到白色的切換模式為“不可能”(圖6)

                              排程時,黑色產品被分派到成型機1上,當在分派白色產品時,由于不允許在生產黑色產品后馬上轉入生產白色產品,因此系統自動會把白色產品排在成型機2上以避開顏色切換(圖7),其它顏色產品則沒有特殊要求,平均分配到兩臺成型機上,是的兩臺成型機的負荷趨向平均。

                              如果設定其顏色顏色切換矩陣中的黑色到白色的切換模式為“可能”,重排生產計劃,得到新的排程結果如下(圖8)。那么可以看到成型機1上生產完黑色產品后直接切換到生產白色產品,在不影響交期的情況下由一臺設備全部承擔,減少設備的運行成本。

                              有時候,雖然每個訂單里要求的顏色相同,但是顏色色階不一樣,這時候有可能會要求從淺顏色的訂單開始慢慢地到深顏色的訂單進行處理(圖9),從而能夠方便混合原料減少浪費,得到更優的排程結果。但是一味的追求單個方面的目標優化,可能會影響到其它目標的實現,比如說制造LT可能因此會拉長、某些訂單可能因此延期等等。因此,在編排生產計劃時,一定是要考慮多個計劃目標平衡,一般會側重于較重要的2-3個目標,如果同時考慮的目標太多的話,在結果中很難保證得到預定需要的結果。

                              其他場景介紹:模具定期保養計劃

                              總結:

                              在注塑行業中應用APS系統編排生產計劃,需要對每個產品,定義生產工藝模型,可使用的設備、必需的模具、作業人員,節拍等都是必須定義的基本要素。更深入一層的生產工藝模型中,還需考慮各種訂單生產的切換時間,影響切換時間的因素可能有產品自身的要求,模具的更換,以及訂單的特殊規格屬性切換等。一個好的生產計劃,除了需要設計合理的生產工藝模型,還要根據實際的需要制定合適的排程方案,我們需要設定處理訂單的順序邏輯,選擇資源的順序邏輯,異常處理邏輯等等。把這兩者結合起來就能夠實現生產計劃的有效地編排!

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