DBR技术中确定缓冲大小的模型，本文主要内容关键词为：模型论文,大小论文,技术论文,DBR论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 制约因素理论与DBR技术概述
制约因素理论的特色在于区分瓶颈资源和非瓶颈资源〔 1，2，5，6 〕。瓶颈资源因其实际生产能力小于或等于生产系统的负荷，限制着整个企业生产系统出产产品数量。它可能是限制整个生产系统生产率的某台机器设备，也可能是不可多得的员工，还可能是某种稀缺的工具。非瓶颈资源的生产能力则大于实际需求。任何企业肯定存在着瓶颈，否则企业的利润应该能够无限增大。同时任何企业只存在少数几个瓶颈。
DBR（Drum－Buffer－Rope）技术，又称为“司鼓、缓冲、 控绳”技术，是制约因素理论应用于企业生产系统管理的具体工具。司鼓指由瓶颈资源决定整个生产线的生产节奏以充分挖掘出瓶颈资源所有的生产能力，因为瓶颈资源限制了企业生产系统的有效产出。缓冲指对瓶颈资源实施保护。因瓶颈资源生产能力有限，为使之免受相邻设备波动的影响必须对其实施保护。控绳则指使系统中其他环节的生产速度与瓶颈资源保持一致的一种机制，通过建立详细的原材料投放计划来实现。 DBR技术的关键可概括如下〔5〕：
1）根据瓶颈的生产能力制定主生产计划。
2 ）在几个关键点设置缓冲保护确保系统的有效产出不受任何影响。
3）根据瓶颈所的生产节奏安排其他环节的生产。
2 时间缓冲设置
生产系统内外存在着各种波动现象，尽管不是所有的波动现象都会对生产系统产生影响，但确实有不少波动会对生产系统产生不良影响。如果这些波动涉及到瓶颈设备，那么最终受影响的便直接是系统的有效产出。因此，对生产系统的各种波动现象要加以有效控制，甚至消除。设置缓冲的目的就是为了对生产系统中的瓶颈资源加以保护。
2.1 采取何种缓冲机制
缓冲机制有许多种〔4〕，但通常采用的有：安全生产能力、 安全库存和安全生产提前期。
安全生产能力：在生产能力计划的每个期段按照某个标准设置比实际需求大的生产能力需求，其结果可能导致生产能力的剩余。此外，通过追加假想的能力需求还会降低整个生产系统的利用率。
安全库存：有时称为“缓冲”或“抗波动”库存，建立这种类型的库存是为了在意外事故情况下起到备用作用。在生产销售环节中，任何时刻预期的供给或预期的需求都可能产生波动，因此，安全库存的设置，可以防止库存为零时，客户服务水平的降低。
安全提前期；或称之为时间缓冲，是指生产过程中原材料、半成品的投入所提前的时间。实际上，它是在生产计划中设置一定的提前期对关键环节或交货期进行保护的一种措施。
我们知道：生产系统中的“瓶颈”需要进行有效的保护，但采用何种机制进行保护呢？
由上述分析可知：安全生产能力这种保护机制是不可取的。根据制约因素理论，瓶颈的生产能力是有限的，它的生产能力应该尽量100 %地利用，如果对其设置安全保护生产能力则显然会降低系统的有效产出。缓冲库存（安全库存）能够起到有效的保护，对于波动现象起到很好的缓冲，但这种益处的获得是以成本的增加作为代价的。不仅如此，生产过程中的半成品或产成品库存还可能会掩盖问题的实质。时间缓冲（安全提前期）则是在生产计划中采用比实际所需投入时间提前一个保护时间单位向瓶颈投入原材料或半成品，对瓶颈进行有效保护。因此时间缓冲（安全提前期）是一种保护瓶颈设备的有效产出的最好机制。
2.2 应在何处设置时间缓冲
在瓶颈设备生产能力有限的情况下，为了确保瓶颈满负荷工作，提高整个系统的产出水平。时间缓冲应设置在瓶颈工序之前以及与通过瓶颈工序的物流相关的装配工序之前，如下图所示：
图1 缓冲设置的示意图
3 确定缓冲设置大小的模型
为了确保证瓶颈设备、装配线和成品库在需要的时间，获得正确的零部件和产成品，生产作业计划中必须预先安排瓶颈缓冲时间、装配线缓冲时间和交货缓冲时间。缓冲时间安排得太长，产品的提前期增加；缓冲时间安排得太短，企业生产作业计划的抗干扰性也随之变差。因此，有必要找到一个大小合适的缓冲时间。
缓冲时间的设置长度与瓶颈前各道工序故障出现的概率和排除故障的时间有关。本节的模型只考虑瓶颈工序前的设备发生故障的概率及企业排除故障恢复正常生产的能力。设计划期长度为L， 计划期内瓶颈的上游设备A至少发生一次故障，A发生故障后在本计划期内能够修复并恢复生产，设A发生故障的概率为F（t）＝1－e[-n ]（f－故障率），A的维护度为M（t）＝1－e[-mt]（m－修复率），求最小的瓶颈缓冲BS[,min]
图2 简化生产系统示意图
I＝A与B之间的库存（以实物形式表示以便于计算）
m（t）＝设备A的维修时间分布函数
w＝B闲置时的平均有效产出损失
i＝存量占用成本（单位成本）
P[,A]＝A的单位生产能力
P[,b]＝B的单位生产能力
P[,a]＞P[,b]
A发生故障后的平均维修时间t（t≤L）
A连续发生两次故障的平均间隔时间为u（u≤L）
A发生故障恢复生产前，B的闲置时间为：
A每次发生故障时，有效产出损失的期望值为：
单位时间库存占用与有效损失之和为：
上式中，如果P[,b]ui≥wM（L），即M（t）≤0，这说明A不发生故障，这与假设相矛盾，因而肯定有P[,b]ui＜wM（L）。
又设A与B间库存恢复到平均水平所需最短时间为s，BS[,2]为A第二次发生故障时的时间缓冲大小，则必须有：
如果s＜u，即在下次发生故障之前库存水平没有恢复，则B 将同样会受到影响，所以必须有s≥u，即
根据上述两式，最小的瓶颈缓冲应该为：
4 更一般性讨论
假如瓶颈设备的上游有n台设备（如图3所示），其中至少有一台发生故障，设各设备的故障发生概率分别为：F[,1]（t），F[,2]（t），F[,3]（t）…，各台设备的单位生产能力分别为P[,1]，P[,2]，P[,3]…，由实际管理经验可以得出：不管瓶颈上游的哪台设备或哪几台设备发生故障，都有可能对瓶颈产生影响且作用是相互独立的，所以它们组成的系统可以看成串联系统。设该串联系统的故障发生概率为F（t），系统的可靠度为R（t）＝1－F（t）。那么，
整个系统连续两次发生故障的平均间隔时间为：
系统的平均维修率为：M（t）＝1－e[-mt]
系统的平均生产能力为P＝min｛P[,1]，P[,2]，P[,3]…P[,n]｝
根据式（3－4）和（3－5）得最小的缓冲保护为：
BS[,min]＝max｛BS[,1]，minBS[,2]｝ （6）
此外，瓶颈设备缓冲的大小除了与瓶颈上游设备发生故障的概率和排除故障的时间有关，还与其上游非瓶颈工序的波动幅度、加工不同产品所需要的准备时间和加工时间有关，根据概率统计中的原理我们在此取缓冲保护的大小为
BS＝3BS[,min]
（7）
如果生产系统出产多种产品，那么对于不同产品所需零部件的加工速度是不一样的，因此对不同的产品而言，BS的大小也是不一样的。
（本文1997年6月17日收到，本文得到国家自然科学基金资助， 项目编号79470066。）
标签：生产系统论文;