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目 录

1 H 公司服务器类产品的需求预测研究……………..………………………………………………………………….……黄秀珍

7 电站设备制造企业基于风险控制的主生产计划的研究…………….…………….…………….………………...马 鑫

15 快速换型技术在 A 公司的实践………….…………….…………….………….……………………………………..…….王 伟

20 某叉车企业的生产计划分析与优化………….…………….…………….………………………………….….…………杨钧辉

27 汽车排气系统工程变更风险评估………….…………….…………….………………………………….….……………..姚 龙

36 FMECA 在钻井平台 DP3 控制系统的运用………….…………….…………….………………………………….……袁科琛

42 项目管理背景下的虚拟团队管理的构建模式………….…………….…………….………………………….………张 键

49 组合上料对于生产人员效率的优化研究………….…………….…………….………………………….….…………朱开尔

2

H 公司服务器类产品的需求预测研究

黄秀珍

上海交通大学机械与动力工程学院 工程硕士

摘要：文章采用季节周期法，通过对 H公司历年数据的拟合分析，建立需求预测模型。将所建立的需求预

测模型与 H公司现阶段的需求预测方法做对比，得出结论，即季节周期法比后者更能提高需求预测的准确

度。

关键词：需求预测；季节周期法

中图分类号： 文献标识码：A

Research of Forecasting on Server Products in H Company

Xiuzhen Huang

(ShangHai Hewlett Pachard Enterprise)

Abstract: With the seasonal cycle methods, this paper proposes a demand forecasting model after analyzing the

historical data in H company. After comparing the new model with the current forecasting method H company is

using, we came to a conclusion that the new model can better increase the forecast accuracy.

Key words: demand forecasting; seasonal cycle method

引言

当今社会，需求预测在整条供应链中起着至关重要的作用，因为所有的推动流程都以客户需求的预测

为基础，而所有的拉动流程又都是基于对市场需求的反应。提高需求预测的准确度，不仅可以降低企业库

存，还可以提高客户满意度，增强企业的品牌效应，让企业有更多的精力专注于其核心竞争力。

笔者参考了当今国内外需求预测领域的相关理论及模型研究，其中用的比较多的建模方法有时间序列

预测法（如移动平均法、指数平滑法、季节周期法等）、因果关系预测法（如线性回归法）、马尔可夫预测

法、专家预测法、灰色预测法等等[1,2]。结合 H 公司的市场销售特点，分析其历史销售数据，本论文决定

采用季节周期法预测每季度的需求，再在此基础上第二次采用季节周期法建立月需求预测模型，预测每个

月的产品需求。最后将模型的预测结果与现阶段 H 公司使用的需求预测方法（相关人员开会讨论）的结果

作对比，结果证明，季节周期法能大大地提高 H 公司的需求预测准确率。

1 H 公司当前的需求预测方法及预测结果

H 公司当前的需求预测主要为小组讨论的结果，属于定性预测方法。它的需求预测所依据的原始数据

主要由各个国家的市场部提供。他们每周都会提供未来 6 个月的需求预测及有意向订货的客户需求情况，

计划部结合当前情况分别与各国市场部进行分析讨论，最终确定各国家的需求预测数字。我们用提前 2 个

月的第二周所作的需求预测为标准，来衡量需求预测的准确性并考核相关业绩（比如用 10 月份第二周做

的 12 月份的预测数据，对比 12 月份的实际出货量，来衡量 12 月份的需求预测准确度）。计划部将这些预

测数字进行整合得到整个亚太区的需求预测，并扩展到未来 18 各月，然后再与亚太区市场部进行讨论，

最终确定整个亚太区未来 18 个月的需求预测并录入 APO 系统。表 1 与表 2 分别为 2014 年与 2015 年的预

3

测值及其准确率分析。

表 1 2014年预测值及其准确率

当前预测方法 2014

1 月

2014

2 月

2014

3 月

2014

4 月

2014

5 月

2014

6 月

2014

7 月

2014

8 月

2014

9 月

2014

10月

2014

11月

2014

12月

实际销售量 49 77 121 68 108 162 57 84 140 58 109 159

预测值 43 64 106 56 84 140 54 80 134 77 116 193

准确率 a 115% 120% 114% 121% 129% 116% 106% 105% 104% 75% 94% 82%

表 2 2015年预测值及其准确率

当前预测方法 2015

1 月

2015

2 月

2015

3 月

2015

4 月

2015

5 月

2015

6 月

2015

7 月

2015

8 月

2015

9 月

2015

10 月

2015

11 月

2015

12 月

实际销售量 61 85 159 77 124 183 55 94 198 68 105 192

预测值 54 80 134 105 157 261 77 116 192 94 141 234

准确率 113% 106% 119% 73% 79% 70% 71% 81% 103% 72% 74% 82%

2 采用季节周期法建立预测模型

2.1 季度需求预测

要采用季节周期法[1,2,3]预测每个季度的需求量，首先要先预测出下一年整年的年需求量。从表 3 可以

看到，2012 年到 2015 年每年的实际销售量分别为 871、1018、1192、1401，年增长量分别为 16.88%、17.09%、

17.53%。因此，如果按每年年增长量大致为 17%来算，可以预测出 2016 年的年需求量大约为 1639。

有了下一年的年需求预测，下面就可以采用季节周期法预测每个季度的需求量，具体步骤如下所示，

计算结果可参考表 3 中的数据：

1. 计算历年同季平均值：

A1 =（a + b + c + d）/ 4 =（142 + 211 + 247 + 305）/ 4 = 226.25

同理可得：

A2 =（a + b + c + d）/ 4 = （295 + 283 + 338 + 384）/ 4 = 325

A3 =（ a + b + c + d）/ 4 = （198 + 258 + 281 + 347）/ 4 = 271

A4 =（ a + b + c + d）/ 4 =（236 + 262 + 326 + 365）/ 4 = 297.25

2. 计算历年所有季度的总平均值：

B总 =（ A1 + A2 + A3 + A4 ）/ 4 = （226.25 + 325 + 271 + 297.25）/ 4 = 279.88

3. 计算各季度的季节指数：

S1 = A1 / B总 = 226.25 / 279.88 = 80.84％

S2 = A2 / B总 = 325 / 279.88 = 116.12％

S3 = A3 / B总 = 271 / 279.88 = 96.83％

S4 = A4 / B总 = 297.25 / 279.88 = 106.21％

4. 计算 2016年各季度的预测值：

2016一季度 = 2016年的年预测值 / 4 x S1 = 1639 / 4 x 80.84% = 331

2016 二季度 = 2016年的年预测值/ 4 x S2 = 1639 / 4 x 116.12% = 476

2016 三季度 = 2016年的年预测值/ 4 x S3 = 1639 / 4 x 96.83% = 397

2016 四季度 = 2016年的年预测值/ 4 x S3 = 1639 / 4 x 106.21% = 435

4

表 3 2012年－2015年销售量增长幅度及 2016 年每季度的需求预测（季节周期法）

季度

年份

一季度

①

二季度

②

三季度

③

四季度

④

全年平均值

(B)

合计 年增长量

%

2012 (a) 142 295 198 236 217.75 871

2013 (b) 211 283 258 262 253.50 1018 16.88%

2014 (c) 247 338 281 326 298.00 1192 17.09%

2015 (d) 305 384 347 365 350.25 1401 17.53%

历年同季平均值 (A) 226.25 325 271 297.25 279.88

季节指数％ (S) 80.84% 116.12% 96.83% 106.21%

2016 预测 331 476 397 435 1639 17.00%

采用同样的步骤，分别预测 2014 年与 2015 年的季度需求预测，如表 4 与表 5 所示。

表 4 2014年每季度需求预测(季节周期法)

季度

年份

一季度

①

二季度

②

三季度

③

四季度

④

全年平均值

(B)

合计 年增长量

%

2012 (a) 142 295 198 236 217.75 871

2013 (b) 211 283 258 262 253.50 1018 16.88%

历年同季平均值 (A) 176.50 289.00 228.00 249.00 235.63

季节指数％ (S) 74.91% 122.65% 96.76% 105.68%

2014 预测 223 365 288 315 1191 17.00%

表 5 2015年每季度需求预测(季节周期法)

季度

年份

一季度

①

二季度

②

三季度

③

四季度

④

全年平均值

(B)

合计 年增长量

%

2012 (a) 142 295 198 236 217.75 871

2013 (b) 211 283 258 262 253.50 1018 16.88%

2014 (c) 247 338 281 326 298.00 1192 17.09%

历年同季平均值 (A) 200.00 305.33 245.67 274.67 256.42

季节指数％ (S) 78.00% 119.08% 95.81% 107.12%

2015 预测 272 415 334 373 1395 17.00%

2.2 月需求预测

当前使用的月需求预测的主要方法是将制定好的季度需求预测值，根据以往的每月实际出货量，进行

分配，大致规律是：第一个月量最少，第二个月有所增加，第三个月数量最大，达到整个季度的一半数量，

如表 1 与表 2 所示。

在上一节中已经得到每个季度的需求预测，这里再以同样的步骤，再次用季节周期法预测每个月的需

求量。表 6 到表 8 分别显示了采用季节周期法后，从 2014 年到 2016 年每个月的预测结果。

表 6 2014年每月需求预测－季节周期法

季节周期法

- 2014 年

2014

1 月

2014

2 月

2014

3 月

2014

4 月

2014

5 月

2014

6 月

2014

7 月

2014

8 月

2014

9 月

2014

10 月

2014

11 月

2014

12 月

历年实际销售量 49 77 121 68 108 162 57 84 140 58 109 159

季节周期法 45 67 111 73 110 182 58 87 143 63 95 157

准确率 110% 115% 109% 93% 98% 89% 98% 97% 98% 92% 115% 101%

5

表 7 2015年每月需求预测－季节周期法

季节周期法

- 2015 年

2015

1 月

2015

2 月

2015

3 月

2015

4 月

2015

5 月

2015

6 月

2015

7 月

2015

8 月

2015

9 月

2015

10 月

2015

11 月

2015

12 月

历年实际销售量 61 85 159 77 124 183 55 94 198 68 105 192

季节周期法 54 82 136 83 125 207 67 100 167 75 112 186

准确率 113% 104% 117% 93% 99% 89% 82% 94% 119% 91% 94% 103%

表 8 2016年每月需求预测－季节周期法

季节周期法

-2016 年

2015

1 月

2015

2 月

2015

3 月

2015

4 月

2015

5 月

2015

6 月

2015

7 月

2015

8 月

2015

9 月

2015

10 月

2015

11 月

2015

12 月

历年实际销售量 64 104 188 NA NA NA NA NA NA NA NA NA

季节周期法 66 99 166 95 143 238 79 119 199 87 131 217

准确率 97% 105% 113% NA NA NA NA NA NA NA NA NA

3 需求预测模型的应用验证

为了将上一节中使用季节周期法建立的需求预测模型的效果与 H 公司当前的定性预测方法的预测结

果作对比，我们分别以 2014 年与 2015 年为例，将表 1、表 2 中使用当前预测方法得到的需求预测准确率

与表 6、表 7 中使用季节周期法后得到的准确率作对比，如下图（图 1 与图 2）所示。从图中可以看出，

不管是 2014 年还是 2015 年，季节周期法所做的需求预测的准确率（图中的绿色曲线）确实要比使用当前

定性预测方法所做的需求预测所得到的准确率（图中的黄色曲线）有所提高。除了在极少个别时间段，整

条绿色曲线基本都处于两条红色的上下限直线之间。

图 1 2014年月需求预测准确率比较

图 2 2014年月需求预测准确率比较

6

4 结论

本文的研究对象为 H 公司处于成长期的服务器类产品，所建立的需求预测模型也只适用于这一类产

品，因为这类产品已被大部分消费者所熟悉，消费习惯也已形成，老顾客重复购买，并带来新的顾客，销

售量激增，企业生产规模也逐步扩大。

除了通过建立模型来提高产品的需求预测准确度，笔者认为 H 公司今后还可以通过在建立需求预测之

前与之后分别设立关卡加强有关部门的责任制。比如，在建立需求预测之前，需要销售部、市场部等相关

部门提高需求的原始数据，公司可以在此通过一些制度使前断的这些相关人员在提高原始数据时尽量做到

准确，而不是敷衍了事。事实上，H 公司也确实正在着手这方面的努力，比如公司计划引进一套新的系统

SFDC(Sales Force Dot Com)及 DEP(Deal Engagement Process),督促前断人员提供更准确的市场信息。另外，

在做完需求预测之后，公司可以通过跟踪需求预测的准确率来要求相关人员提供准确率太低或太高的原因

及今后的预防措施。虽然公司有类似的报告，但是报告的实施主体不太对，前断人员没有参与报告的填写，

只有计划人员参与，而且预防措施也写得很敷衍，不具有效性。

以上是笔者根据自己所掌握的专业知识，结合公司现行状况所作的建议。

参考文献

[1] 卢守权，短生命周期产品供应链协调激励机制研究[D]，吉林大学，2009

[2] 陈荣秋，马士华，生产运作管理[M]，北京：机械工业出版社，2006，2-15 页

[3] 王长琼，物流系统工程（第二版）[M]，北京：中国物资出版社，2009，111-126 页

[4] 易东波，基于不确定性时变需求的动态批量决策研究[D]，华中科技大学，2012

7

电站设备制造企业基于风险控制的主生产计划的研究

马鑫

（上海交通大学机械与动力工程学院）

摘要:根据大型发电设备制造企业特点，提出了基于风险控制的主生产计划编制方法。该方法利用层次分

析建立风险评估模型，计算风险状态值，并在此基础上提出一种基于时域的调度算法，目标是使项目周期

最短。通过实例分析结果表明，用该方法进行主生产计划处理是有效的。

关键词：电站设备、风险控制、主生产计划。

中图分类号： 文献识别码：A

Study on Master Production Schedule of Power Generation Equipment

Manufacturing Based on Risk Management

Xin Ma

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University)

Abstract According to characteristics of the large power generating equipments, a scheduling method of master

production based on risk control was presented. AHP was used to build risk assessment model and calculate

risk status values, meanwhile, a scheduling algorithm based on time zone is presented with an objective of

minimizing project cycle. Specific examples were chosen to evaluate the proposed method. The results indicate

that the proposed method is valid to establish MPS.

Key words power plant equipments, risk management, Master Production Schedule,

引言

大型发电设备制造企业通常面向用户订单组织生产，属于典型的 ETO型生产方式[1]，由于这类企业

产品的生产周期长，资金投入量大，在其主生产计划执行极易受到国家政策及复杂市场环境等外部风险的

影响[2]。针对此问题，笔者以 S工厂（该行业内某知名大型发电设备制造企业）为例，对大型发电设备

制造企业的主生产计划进行研究，建立基于风险控制的主生产计划方法，提升其抗干扰性及可执行性。

1 工厂主生产计划执行中的问题

身处大型发电设备制造领域的各个企业基本上都属于 ETO型生产模式，该行业的企业主生产计划通常

8

都是以年度为单位来编制执行，并以独立需求的物料作为计划对象，S工厂的主生产计划是以年度为单位，

根据订单需求编制主生产计划，并通过粗能力需求计划评估其可行性。在主生产计划下达后，每月根据生

产执行情况及客户需求对主生产计划进行滚动更新与维护，笔者经过实地调研与分析，总结该工厂主生产

计划主要问题如下：

1) 计划变动频繁

订单需求作为工厂主生产计划编制的主要依据，其风险控制仅凭销售部门主管的经验进行判断，这给

后续执行埋下了极大的隐患，一旦用户需求变化，主生产计划只能被动的调整，给本身就比较复杂和庞大

的物料需求计划系统的运行带来了极大的困难。

2) 交货期延误问题严重

频繁的计划调整导致整个企业生产运作混乱，经常出现到处“救火”的局面，产品交付准时率大大降

低，影响了企业的信誉与资金回笼，给工厂带来了比较大的经济损失。

3) 大量库存积压

大型发电设备的毛坯资源通用性较低，生产时需占用较大的场地，所以一旦进入精加工道序就难以暂

停或者调用给其他用户，只能继续加工后存放在仓库里，增加了物流仓储的管理成本，同时也浪费了大量

的采购、加工的资源与资金。

通过调研与分析发现无论是交货期延误、还是库存积压，均与工厂的主生产计划的变动频繁有关，而

该行业中导致计划变动频繁的主要因素是订单/用户需求的延后风险[2]，因此如何提升主生产计划对这些

风险的识别与控制能力是解决以上问题的关键。

2 基于风险控制的主生产计划方法

2.1 方法主要思想

本文提出的基于风险控制的主生产计划方法是在工厂产能已有效利用的基础上，通过识别与分析主生

产计划中的风险因素建立风险评估模型，以此来量化风险给主生产计划带来的周期影响，基于风险控制的

时域划分主生产计划制定方法，从而满足用户/订单的真实需求，提高主生产计划的抗干扰性与可执行性。

2.2 风险评估模型的建立

1) 采用德尔菲法识别出导致订单/用户需求延期的主要风险因素用 表示，并划分类别与层级，通

过层次分析法确定各风险因素的权重：

采用 9级标度方法[3]确定各风险重要度比值 ，并构建两层判断矩阵 （ 为第一层级风险因素总量）

………………(1)

………………(2)

9

………………(3)

重复以上步骤，计算第二层级风险因素权重值，用 表示：

………………(4)

其中 i为第一层级风险项数，j为第二层级风险项数

2) 通过德尔菲法构建风险因素状态值对照表（表 1），根据各风险因素状态值及其对应的权重，计算

各项目的风险评分：

表 1 风险因素状态值对照表

风险因素 风险状态 风险因素状态值

B1 B11 C11 X11

B1j C1j X1j

Bi Bi1 Ci1 Xi1

Bij Cij Xij

定义风险状态（以 C 表示）为各风险因素当前状态（以 F表示）滞后原有合同或计划（以 S表示）的

程度:

………………(5)

将风险状态带入对照表查得风险状态值： ………………(6)

各项风险因素状态值与其对应的权重之积的总和，即为该项目的风险评分，用 R 表示(其中 m 表示第

一层级风险总数，n表示第二层级风险总数):

………………(7)

根据风险评估模型可以得到主生产计划中各具体项目的风险评分 ，进而基于量化的风险进行主生

产计划的编制。

2.3 基于风险控制的主生产计划方法

大型发电设备通常是小批量需求的专用产品，制造过程主要分为技术准备、毛坯采购、加工与装配四

个环节。其产品具有生产周期长，资金投入量大，物料通用性差，因体积过大而难以存放等特点，越接近

计划完工期，计划越难以调整[4]，基于以上特点，提出基于风险控制的时域划分主生产计划制定方法。

1) 首先笔者将总计划跨度 根据主要制造环节划分为相应的 3个时域（见图 1）：

10

图 1 各制造环节时区划分

设计（时域 ）：该时域成本投入相对较小，受计划调整风险影响的程度不大。

采购（时域 ）：该时域的资金投入量较大且周期较长，但可以通过诸如改变运输方式、与供应

商协商存放、毛坯整型等手段来消除计划调整的影响。

加工与装配（时域 ）：关键核心物料基本不具备通用性，计划不能轻易的调整，如订单/用户

需求调整过大，将会给工厂带来较大大的损失。

2) 通过对企业历史数据的整理与分析，得到用户真实需求与订单交货期的差异时间 与该项目风险

评分 之间的关系见图 2，采用回归分析法得到方程（ 以月为单位取整）：

图 2风险评分与差异时间关系图 表 2 各时域最高风险评分对照表

根据企业生产现状与历史数据设置各时域所能承受的最大差异时间及相应的风险评分，见表 2。利用

风险评估模型识别各个时域中对大于其所允许最高风险的所有项目，原则上风险评分高于下个时域所允许

的最高风险时，不得进入下个制造环节，同时在该时间节点利用尽可能少的调整计划将其风险评分降低至

允许范围，它的算法为：

时域 最高风险分值

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式中：

为具体项目的计划交货期

表示该项目需暂停并重新评估交货期

3) 当主生产计划编制完成后，根据粗能力需求计划对其进行评估。直至主生产计划所产生的能力需

求与产能相匹配后，便可批准下达[5]，改进后的主生产计划编制流程见图 3。

MPS计划编制

RCCP

是否满足

确定MPS方案

YSE

NO

信息收集 风险评估

图 3 改进后的主生产计划流程

3 案例应用及效益分析

3.1 案例应用

以本文提出的方法在 S 工厂 2014-2015年主生产计划的应用情况为实例：

1) 首先根据德尔菲法确定风险因素，再采用层次分析法构建判断矩阵 :

12

表 3 S工厂主生产计划风险因素表

P B1(政策) B2(资金) B3(进度)

B1(政策) 1 7/9 7/8

B2(资金) 9/7 1 9/8

B3(进度) 8/7 8/9 1

2) 通过计算求得特征向量

0.3332

3752.0

.29160

W

3) 重复以上步骤，对第二层风险因素进行权重确认，得到各风险因素权重（见表 4）

表 4 S工厂主生产计划风险因素表

风险因素 权重

电厂的批文进展情况 Q11 0.2041

当地政府对电厂的发电要求 Q12 0.0875

投资公司资金承付能力 Q21 0.0625

是否按合同的付款节点进行支付 Q22 0.3127

是否按合同里程碑的建设节点付款 Q31 0.2777

运输设施的完善情况对收货的影响 Q32 0.0555

4) 计算该年主生产计划中所有项目的风险评分，并在主生产计划中予以体现（见图 4）

图 4 S工厂 2014-2015 年主生产计划（部分）

5) 根据 S工厂产品制造过程及主生产计划相关历史数据得到该工厂各时域划分范围及并用回归分析

法得到订单交货期的差异时间 与该项目风险评分 之间的关系方程：

6) 建立各时域对应所能承受的最大差异时间及相应的风险评分（见表 5）

13

7)

表 5 S工厂主生产计划时域及最大差异时间对照表

制造环节 时域/月 最大差异时间/月 最高风险分值

设计

采购

加工装配

8) 根据以上所得结果识别工厂 2014-2015主生产计划中的风险项目及处理方法如下：

项目 BJ：计划交货期为 2014年 6月,当前正处于毛坯进厂阶段（ ），其风险评分

，根据计算，该项目毛坯需暂停 1个月进厂，计划调整至 2014年 7月；

项目 YT：计划交货期为 2014年 12月,当前正处于毛坯进厂阶段（ ），其风险评分

，根据计算，该项目计划调整至 2015年 2月；

项目 AQ：计划交货期为 2014年 12月,当前正处于毛坯进厂阶段（ ），其风险评分

，根据计算，该项目需暂停 2 个月后再采购毛坯，计划调整至 2015年 8月；

当所有项目经过风险处理后，便可编制主生产计划，再通过粗能力需求计划进行评估，最终正式下达

给工厂各相关部门。

3.2 效益分析

S工厂采用改进后的主生产计划方法，在 2014及 2015 年两年的计划执行中成功识别出了 25个项次的

风险项目（两年总项目数为 113个）并进行了调整，最终工厂在交货准时率、用户满意度、库存控制等方

面较以往得到了一定的提升（见图 5、图 6）

图 5 S工厂 3年期末存货情况对比图 图 6 S工厂 3年期销售收入对比图

14

4 结语

生产计划管理理论的不断提升为制造型企业的生产管理提供了有力支持。本文提出的基于风险控制的

主生产计划方法解决了企业生产中存在的实际问题，让企业在竞争日益激烈、市场环境日益复杂的今天保

持了强大的竞争力。

本文对于该方法的研究只是个开端，后续仍需进一步细化风险因素的识别、提升风险的提前预警能力，

并不断根据市场情况及企业自身现状来不断修正与改进。

参考文献

［1］ 王道平，谭跃雄.现代生产管理学[M].长沙：湖南大学出版社，1999

［2］ 贾耕.电力工程项目风险管理研究，[学位论文]，华北电力大学，2007

［3］ 王玺，张平试论项目风险管理中的定量分析方法[J].天津工业大学学报，2001,20(6)，78-83

［4］ 孟亚洁，孙丽.生产计划管理实操手册，第一版，中国电力出版社，2012

［5］ 王丽亚，陈友玲，马汉武.生产计划与控制，北京：清华大学出版社，2007

15

快速换型技术在 A 公司的实践

王伟

(上海交通大学机械与动力工程学院)

摘要 在制造行业生产过程中经常要面对的一个步骤就是换型，即从上一个型号生产完成，然后更换工装、

夹具、刀模具、砂轮、原材料、工艺参数等，直到生产出一件合格的下一型号的产品的过程。在换型这一

过程中，往往伴随着耗时多、产出减少、报废工件等问题的存在。A公司为制造型生产企业，伴随着客户

订单小批量、多频次的增多，迫切需要导入快速换型来降低相关工序特别是瓶颈设备的换型时间，在尽量

减少产能损失的情况下满足客户订单要求。本文结合快速换型技术在 A公司的实践经验，介绍了快速换型

技术在 A公司的实践及推广步骤，以及在实施快速换型过程中需要经常用到的录像法、行走线路图法、

“ECRS”、换型步骤分析记录法等，同时介绍了对于快速换型的新标准如何采用日本企业中的 TWI-JI 四步

教学法来高效培训员工。

关键词 换型，小批量，快速换型，瓶颈设备

Quick Change Over Implementation In A Company

Wang Wei 1120242076

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University,)

Abstract: In manufacturing process, change over is one main step, which means when the last part of last type

complete, we need to change the fixture, tooling, grinding wheel, raw material, process parameters and so on,

finally we get a good next type product. In the change over process, normally it will need much time and waste

some parts. As we know Quick Change Over can greatly solve the problems list above, also Quick Change Over

has a system method and knowledge, but most of Chinese companies don’t successfully implement the Quick

Change Over in the shop floor. A company is a manufacturing company, with more and more small lot size order,

A company need to use quick change over concept to reduce the change over time especially for the bottle neck

machine, so that the company can satisfy the customer requirement without capacity lose. This thesis introduces

about the practice experience of quick change over implementation in A company. It introduces about the

implementation steps and some methods used in quick change over, like making video, recording of the walking

routes, recording of the change over steps and so on. At the same time, the thesis also introduces about the

efficiency TWI-JI training method which used in most of Japanese companies.

Key words:Change over, small lot size, quick change over, bottle neck machine

16

引言

随着中国生产制造行业的持续高速发展，生产方式也越来越趋向于多品种中小批量生产。所谓的多品

种中小批量生产是一种介于大量流水生产与单间小批生产之间的生产方式，其产品产量比大量流水生产

少，而产品品种较多，各种产品和零部件在计划期内多品种中小批量的生产[1]。现今的中国装备制造业还

不能跟德国、美国、日本等发达国家相比，大多数机加工设备如车床、磨床、加工中心的换型时间都在 4

小时以上，甚至 12 小时；一般装配线的换型时间也在 1 小时以上。采取多品种中小批量生产方式，如果

需要在机加工区域一天安排 1-2次换型，每次 4小时，最终导致的结果就是 OEE 设备综合效率低，当天产

量受到极大影响。所以如何导入快速换型的理念，通过快速换型降低换型时间对于广大的制造生产企业来

说至关重要。

1 快速换型在国内广大企业中实施的现状

快速换型的理论是日本工程师新乡重夫提出的，他同时还是工业工程（IE）领域全球著名的质量管理

专家，丰田生产系统的创始人之一。有的企业使用 SMED（Single Minute Exchange of Die）来表示快速

换型，有的企业使用 QCO(Quick Change Over)来表示。

根据新乡重夫提出的对于换型时间的定义就是：从上一型号最后一个工件加工完成到下一型号第一个

合格工件加工出来为止，这一部分损失的时间称为换型时间。

要实现快速换型，则必须对于换型时间进行分析，一般换型时间如图 1换型时间的分类可分为四个部

分：准备时间、换型操作时间、调整时间、整理时间；也可以把换型时间分为外部换型时间和内部换型时

间。外部换型就是指可以在设备不停机的情况下做的相关换型工作，内部换型则是指必须在设备停机的情

况下做的相关换型工作。

图 1 换型时间的分类

快速换型理论经过欧美、日本几十年的不断研究实践，相对来说已经形成了较为成熟的体系。但是快

速换型在中国制造行业中真正推广实践成功的企业并不多。一方面是大部分企业对于快速换型的相关知识

的片面理解，认为快速换型要求很高的知识和技巧，只有通过经验的积累才能提高[2]，只有大型外资企业

才能去实现。另外一方面对于快速换型的组织形式，很多企业换型由现场的员工来操作实现，在推广快速

换型的时候没有充分调动一线生产员工，过多依靠工程师技术员，而工程师技术员对于车间现场实际换型

的情况并不是特别熟悉，所以导致由工程师技术员制定的快速换型的标准在实际操作过程中难以实行，导

致快速换型失败。

准备时间 换型操作

时间 调整时间 整理

产品A 产品B

换型时间

前外部换型 内部换型 后外部换型

17

2快速换型技术在 A公司的实践推广

A 公司是一家制造企业，生产方式主要是多品种中小批量生产。为了系统的导入快速换型，A 公司为

此专门在年初的 VSA/VSD 价值流分析的 workshop 研讨会中，由生产部门经理、IE 工业工程经理、精益生

产经理、各区域经理、计划及物流经理一同讨论分析，根据全年订单的需求情况，结合实际生产数据，定

义了各工序换型时间减少 50%的目标（机加工区域换型时间从 4小时降低到 2小时，装配区域由 30分钟降

低到 15分钟）。并且指定由精益生产部门牵头负责利用 6-9个月的时间在各工序间推广快速换型的理念。

为此精益生产部门专门建立了跨部门的矩阵式快速换型推广小组，有生产部门的同事，同时还有 IE

工业工程部门的同事。在小组成员讨论后利用甘特图，专门制定了快速换型推广实施的项目时间进度表。

根据项目时间进度表，第一阶段的主要工作是安排相关生产部门的主管、经理、工程师参加 IE 部门

安排的 2 天的快速换型的理论实践培训。第二阶段则选取试点区域导入实施快速换型。第三阶段则是根据

试点区域快速换型的实施经验，在全生产部门推广快速换型。第四阶段主要是对于快速换型的实施效果跟

踪并不断持续改进。

根据快速换型推广小组制定的项目时间进度表，第一阶段工作就是对于各区域工程师、主管、经理培

训快速换型相关理论的培训学习。

在两天的理论实践培训中，IE工业工程部门不单单介绍了快速换型的理论、原则、步骤，同时还制作

了一个简易换型的道具模型，在理论培训的同时，实时让学员马上运用所学知识实际操作换型，让学员将

快速换型的理论与实践结合起来。在模拟换型的几轮实际操作中，从最初的 5分钟换型，到第二轮 3分钟，

再到后来 30 秒换型完成，坚定了学员们对于 1 分钟快速换型的信心，为接下来快速换型在车间的推广实

施奠定了坚实的基础。

为了在全车间导入推广快速换型，根据项目时间进度表，在完成了第一阶段的理论实践培训后，推广

小组与生产部门确定了前工序的一台瓶颈设备磨床和后道工序的装配线作为快速换型标杆试点区域。

选定标杆试点区域后，快速换型小组成员第一步对于现有的换型进行了录像记录，同时将换型的工作

进行细化记录并且对于换型员工的行走线路及距离运用图 2进行记录。

图 2 换型员工行走线路图

第二步：组织换型的操作员工，调整工，倒班主管及工程师运用“ECRS”四大原则[3]，对于换型录像

中各步骤、各操作进行分析讨论：哪些属于外部换型，哪些属于内部换型；哪些是必要的步骤，哪些是不

必要的步骤，哪些操作可以简化，并将上诉分析讨论记录到表 1换型时间分析记录表中，并且组织相关资

18

源解决、优化、改善相关问题点。

表 1 换型时间分析记录表

第三步：重新制定快速换型的标准。根据优化改进的后的作业顺序，在选取正常熟练程度的员工按照

新标准执行后记录下了标准时间，制定了新的换型作业指导书。新版的作业指导书从前外部换型的第一步

开始，详细列明了该步骤从哪个时间点开始，需要做什么工作（并且配上图片），需要使用哪些工具，由

谁负责，该步骤需要的时间，一直到前外部换型结束再到内部换型，以及之后的后外部换型。新版的作业

指导书图文并茂，清晰明了的把整个快速换型的标准都可视化出来。

第四步：根据新标准培训所有换型员工。在培训这一过程中也是使用了日本企业高效培训的方法 TWI-JI

的四步教学法，既由有培训资质的调整工或班组长第一遍缓慢的将标准的换型步骤做给员工看，第二遍在

做给员工看的过程中结合作业指导书给员工将操作的步骤，第三遍在做给员工看的时候不但讲操作的步

骤，同时还要讲步骤中的要点，第四遍在做给员工看的时候不但讲操作的步骤，讲要点，还要给员工介绍

为什么要这么做。四遍培训完后，员工也需要按照上述四遍的方法依次做给班组长调整工看，在员工操作

的过程中调整工倒班主管不断纠正其错误。通过这种高效的快速换型的培训，所有员工基本在 1个月内掌

握了快速换型的标准。

图 3 快速换型常用方法

通过标杆试点区域 2 个月的改善，磨床的换型时间从 4 小时降低到了 2 小时，装配从 30 分钟降低到

19

10 分钟。

在总结了快速换型在标杆区域的实施经验后，A公司将快速换型推广到各瓶颈工序，同时对于这些工

序换型的时间都进行跟踪，记录下不能达标的原因，并持续改进。通过这些系统的方法使得快速换型在 A

公司成为了日常的管理活动之一，使得如图 3所示的快速换型常用方法真正在 A 公司得到很好的运用。

3 A公司快速换型实践经验总结

经过近 9 个月的实践推广，A 公司在快速换型方面取得了很好的成绩，各瓶颈工序换型时间平均降低

了约 30%。A 公司成功的经验可以总结为以下几个点：一公司管理层的大力支持，定期到车间现场听取项

目进度的报告及取得的成绩并给予建议；二理论+实践的高效系统培训，从而让大家真正的从意识上彻底

认可了快速换型的可行性；三全员参与快速换型理念，生产员工和工程师技术员一起讨论解决快速换型中

存在的问题，不但提高了全体员工的工作热情，同时提高了企业生产的柔性；四标杆试点区域的样板推动

作用，正是因为有了标杆试点区域的成功，才为在整个生产区域快速高效的全面推广快速换型奠定了坚实

的基础。

4 结论

快速换型做为精益生产重要的基础工具之一，同 TPM 全员生产维护，5S, 拉动系统等工具一样在精益

生产中都发挥着重要作用。快速换型不仅能够提高产量，同时对于减少工序间的在制品，优化生产计划与

控制等方面都有显著成效。在大多数欧美企业及日韩企业中，公认的正常换型时间机加工设备一般为 2小

时左右，装配线一般为 15 分钟左右。希望本文中所述的快速换型技术在 A 公司的实践经验对于其他制造

企业在推进快速换型时有一定的借鉴及参考意义。

参考文献

[1]王亚丽，陈友玲，马汉武， 生产计划与控制[M]，北京：清华大学出版社，2007，16页

[2]杨建宏，殷卫明，黄华， 精益生产实战应用[M]，北京：经济管理出版社，2010，164页

[3]张正祥，工业工程基础[M]，北京：高等教育出版社，2006，211页

20

某叉车企业的生产计划分析与优化

杨钧辉

（1.上海交通大学机械与动力工程学院,2.中国龙工控股有限公司）

摘 要 本文以 LC 公司 FD30 型叉车生产线以研究对象，分析了其现状价值流，认为其生产过程存在大量

浪费时间；通过鱼骨图工具分析了 LC 公司计划体系浪费严重、效率低下的原因。通过研究客户订单分离

点与生产计划模式的关系与特点，提出 LC 公司以 ATO 模式为核心，多种生产方式混合的生产计划体系，

并提炼出五方面的具体优化方案。

关键词 叉车企业；生产计划；按单装配

中图分类号: 文献标识码: A

Analysis and optimization of production planning for a forklift company Junhui Yang

(1.School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University ,2.Lonking Holdings Limited)

Abstract This paper studied the LC company's FD30 fork production line and analisised the current value flow. waste

a lot of time during the production process. the cause of waste and low efficiency in the LC company's plan system has

been studied by fish bone figure tools. Through studying the relationship and charasteric of the customer's order location

and production plan mode, LC company rely on the core of ATO mode, the production plan systerm of the multiple

production method，and five detailed optimum scheme have also been proposed.

Key words forklift company; Production planning; Assemble to order

引言

经济全球化趋势的不断发展使得我国的市场竞争越来越激烈，消费者的产品需求也日益多元化和个性

化，产品的生命周期不断缩短。企业必须根据客户多样化和个性化的需求，生产消费者和市场都需要的产

品，在激烈的竞争环境中保持自己的优势。ATO（Assemble to order）也就是面向订单装配，这种生产方式

能够在很大程度上满足客户的这种要求，并且实现较低的生产成本，已经有很多企业采用了这种方式进行

生产。

本文以 LC 公司为研究对象，其生产的叉车产品具有多品种、小批量的特点。LC 公司原生产计划以面

向库存生产模式为主，成品库存居高不下，且存在大量的延期订单，计划响应能力弱，无法满足客户日益

增长的个性化需求。本文是 ATO 模式在某叉车企业的实践应用，提出符合 LC 公司管理特点的以 ATO 方

式为核心，多种生产方式混合的计划模式，建立推拉相结合的计划执行体系，帮助 LC 公司提升计划响应

能力，提升企业竞争力。

1 生产计划分析与诊断

LC 公司生产方式以面向库存为主，存货库存有着典型的“两头大，中间小”的特点，主要表现为高

原材料库存、高整机库存和低半成品库存。平衡企业的销售端的需求波动的主要是依靠大量的整机库存而

实现的。现有模式下库存风险主要来自整机，整机库存水平居高不下，且仍然存在大量延期订单，无法按

时交货。图 1 为 LC 公司面向库存生产方式的示意图。

21

下料机群工艺1

机群工艺2 部装 整机装配

整机库存

订单

材料仓库中间仓库

图 1 LC 公司面向库存生产方式

LC 公司生产计划的问题分析可分为全面了解、问题分析、问题确认三个阶段。首先以 FD30 型叉车生

产线以研究对象，分析了其现状价值流，其生产过程存在大量浪费时间，减少在制品数量成为优化的关键；

然后通过鱼骨图工具总结了计划体系浪费严重、效率低下的原因，并做了详细的问题诊断。

1.1 LC公司生产线价值流分析

价值流是指从叉车产品从原材料转变成产成品过程中，对该过程赋予价值的全部活动，包含了增值和

非增值的活动。通过对 LC 公司 FD30 型叉车生产线的详细调研，考察了每一道工序的有效加工时间和在制

库存，再根据每天 85 台的生产节拍折算出在制品的周转天数，从而得到了生产线现状价值流图：原材料

周转库存大件一般是 3 天的量，关键零部件达到 5 天；下料、机加、焊接三道工序平均周转量达到 2.5 天，

有效加工时间分别为 17 分钟、11 分钟、14 分钟，需要分两班生产；车架部装工序加工时间为 30 分钟，

节拍为 8 分钟，比总装慢 1 分钟，且单班生产，所以存在大量加班的情况；总装工段是整个生产线的节拍

基准，为 7 分钟，有效加工时间为 122 分钟，整机的周转量达到 6.5 天。综合以上数据可以得出，FD30 型

叉车生产线有效加工时间总计约为 506 分钟，为增值时间；而总计等待时间达到 17 天，为非增值时间，

按一天 8 小时工作时间换算，约为增值时间的 16 倍，存在大量浪费时间，如何减少在制品数量成为优化

的关键。详见图 2 所示。

月度计划

日装机计划供应商

下料工段

加工时间:23分钟

节拍：14 分钟

车架工段

加工时间：31分钟

节拍：11 分钟

门架工段

加工时间：34分钟

节拍：14 分钟

门架部装工段

加工时间：23分钟

节拍：7 分钟

车架部装工段

加工时间:30分钟

节拍： 8 分钟总装工段

加工时间:122分钟

节拍:7 分钟

储运

客户

发运计划

14分钟

2.5天

300分钟

2天

30分钟

1天

122分

3天 6天

17.2分钟

2.5天

机加工段

加工时间:17分钟

节拍：11.6分钟

23分钟

3~5天

涂装工段（配重）

加工时间：90分钟

节拍：15分钟

6.7天6.7天

I

70/85=0.82

I

160/85=1.88

I

150/85=1.76I

550/85=6.47

I

客户订单

预测月度预测

叉车事业部

钢板

100/85=1.18

I

100/85=1.18

I

22/85=0.26

I

80/85=0.94I

220/85=2.59

I

发动机常备3天库存，隔天收货

I

210/85=2.47

I

其他八大件5天

I

506.2

分钟

17天

涂装工段

加工时间:5小时

节拍：3分钟

图 2 LC 公司 FD30 型叉车生产线价值流分析

22

1.2 LC 公司生产计划问题诊断

通过对 LC 公司各部门和各级人员的调研了解，结合 FD30 型叉车生产线价值流分析，用鱼骨图分析了

LC 公司生产计划管理业务问题。见图 3，并详细解读如下：

LC公司

生产计

划总体

分析

总装 整机销售

物资 整机发运

订单配置

不规范

订单进度

人工跟踪

入库配置

信息不规范

收发台账

手工登记

外购件发料无BOM

小件补料

不均衡

自制件不匹配

门架部装

与装机计划

不协同

前道产出不均衡

涂装

返工率高

外购件缺料

成品机库存

无预警

生产节拍8分钟

手工台账

无齐套

上线模拟

计划科

计划变

更频繁

供应

装机才

发现缺料

结构件

内外门架

不匹配

机加备料

合并下料

无控制

周转量大手工统计

缺料报表

上游工段

缺料

入库核对

工作量大

在制不明

响应慢

无BOM支持

手工分解

在制不全

无法模拟

一班生产

生产销售服务

体系信息脱节

无法控制

台套用量人员流失

两班生产

图 3 LC 公司生产计划管理业务问题分析鱼骨图

（1）销售计划变动非常大，生产计划变更频繁。LC 公司的生产计划主要是依照销售公司的月度计划

来进行制订的，但是市场瞬息万变，客户需求呈现出多样化、差异化，导致销售计划的变动非常大；另一

方面 LC 公司坚持代理商销售制，没有很好地整合一线的销售信息，也导致了销售计划的不准确。这些不

确定性和波动将直接影响生产计划准确性和应时性，对生产系统带来巨大压力。

（2）叉车产品的最大特点就是选配项多、配置丰富。为满足客户不同工况、人员、场地等各种要求，

叉车产品的门架、发动机、属具、轮胎等配置均可按客户需求定制，这也造成了叉车产品数量众多的特殊

订单。

（3）缺乏科学制定生产计划的基础。要制订准确的生产计划前提是要具备准确的产品物料清单和工

艺路线、准确的物资库存信息和量化的生产能力数据。PDM 系统没有与生产系统数据集成，现场技术资料

不齐全，工程变更信息也不能及时准确传递到现场；库存信息不能有效的共享；生产能力分析目前只停留

在一线生产管理员的工作经验，没有量化的数量，计划员只能通过不断的现场巡视和交流来实现对生产能

力信息的采集。

（4）现场因素对生产计划的影响。一个是频繁的技术变更通知，加上特殊订单多，生产拖班和加班

等情况严重，各个工段有非常多的不满情绪；二是产能不均衡，一些瓶颈设备一直得不到改善，员工追求

计件工资，基层管理人员的管理水平差异等。

（5）信息的采集和传递存在大量电子表格、纸质等传统形式，数据格式往往不统一，缺少结构化，

信息共享的效率与效果均不理想。生产计划部门很难及时、有效掌握采购、库存、在制品、人员、设备等

情况，对生产进度的把控力度较弱，往往依赖于主观经验。

（6）在生产计划执行过程中，计划部门只管结果不重视过程，缺乏对过程数据的梳理与分析，从全

局优化生产计划的执行过程。比如门架部装工段的某个一线生产管理人员，为了平衡下游工段的需求波动，

总是额外多准备几台周转量，以减少缺料的比例，缓解生产矛盾。但这种做法不但增加了在制库存，掩盖

了生产上的问题，一旦计划有变就会造成库存积压；更重要的在于该部分在制库存是一个一线管理人员基

23

于有限信息的决策，往往会人为增加需求波动，造成大量的在制品库存，是一种无序的、局部的调整，必

将影响生产系统的总体效率。

2 LC 公司生产计划优化

通常情况下，企业产品的生产方式是不断发生变化的，要根据不同的产品特性、市场环境、企业内部

控制的环境进行相应地调整。在不同的生产方式中，生产计划方法和销售的策略以及安全库存的规则等方

面都存在着很大的差异，当改变生产方式时，要同时对上述受影响因素进行调整。企业通常生产多种产品，

这多种产品的生产周期是不一样的，所以，在一个企业中同时存在多种不同的生产方式。

2.1 客户订单分离点与生产计划模式

客户订单分离点（Customer Order Decoupling Point，简称 CODP）是在企业的生产供应链中向基于订单

的客户生产产品的一个分界点，这个分界点将推动流程和拉动流程分隔开来，可以将供应链中的两个相邻

的节点在企业的内部供应链之中。客户订单分离点在供应链中最常出现的地方就是延迟策略，对于这个分

离点的确定直接决定着延迟计划的成功或者失败，不同的分离点的定位会有不一样的经济规模优势和差异

优势。CODP 的定位要考虑客户需求的特点、产品本身的特点以及企业的经营策略和环境的变化等因素，

并在众多因素之间进行权衡以确定适宜的 CODP 位置。如图 4 所示是不同生产方式下的客户订单分离点。

在 ETO 这种生产方式下，客户订单的分离点是存在于产品设计阶段之前的，从产品的设计、原材料及

零部件的采购、产品加工、产品装配一直到产品发运的过程都是依靠客户需求拉动的流程，客户对于产品

的设计有特殊的要求，常见于大型机械设备、航天、船舶的生产等行业中。

在按订单采购（Pick to order，简称 PTO）的生产方式下，CODP 处于产品设计与采购之间，产品的设

计是基于一种推动生产的方式，而从原材料及零部件的采购到产品加工、产品装配、产品发运的过程都是

依靠客户需求拉动的流程，一般客户对于原材料及加工工艺有特殊的要求。

制造企

业

顾

客

设计 采购 加工 装配 发运按库存生产（MTS）

按订单装配（ATO）

按订单生产（MTO）

按订单采购（PTO）

按订单设计（ETO）

COPD 推式流程 拉式流程

图 4 不同生产方式下的客户订单分离点

在 MTO 的生产方式下，CODP 处于原材料、零部件采购与产品加工之问，产品的设计以及原材料和零

部件的采购也是一种基于推动的生产流程，从对原材料、零部件的加工到产品的装配、发运则是拉动的生

产方式，客户对于产品的加工工艺有特殊要求，常见于一般的机械产品和软件产品的生产中。

24

在 ATO 生产的方式中，客户订单分离点存在与产品加工和装配这两个环节之中，从产品的设计到原

材料的采购阶段，最后是原材料和零部件的加工都是推动生产流程的一部分。而最终产品的分配和发运则

是拉动生产流程的一部分，而且零部件的通用化程度比较高，客户对于最终产品的分配有着特殊的要求，

这种模式最常见的就是汽车行业和电子行业。

在 MTS 生产方式中，客户订单分离点存在于装配和发运这两个环节之中，在客户提出对于产品的需

求之前就已经将产品生产出来了，一旦产生客户需求就立即将产品提供给客户，这属于拉动环节，但是在

装配之前的一系列的环节都属于生产的流程。

通过上面的分析我们可以知道，客户订单分离点在之前和之后的生产流程是不一样的，在客户订单分

离点之前是推动式的生产流程，在客户订单分离点之后是拉动式的生产流程。所以，在 CODP 之前和之后

的有着不一样的生产计划模式。

2.1 生产计划优化方案

通过客户订单分离点与生产计划模式的分析，LC 公司应该建立以 ATO 模式为核心，推拉相结合的生

产计划执行体系，下面针对 LC 公司计划流程过程中存在大量的浪费，在制品数量多，计划响应能力弱的

问题，本文提出五方面优化建议。

第一，实施延迟装配策略，生产方式从面向库存生产（MTS）为主转向按单装配（ATO）为主，将大

量整机库存转换为部件的形式，可以按照订单进行灵活性的装配，不及能够在很大程度上缩短产品的交货

期，而且可以提高说对于市场变化的响应能力，同时降低库存风险和过时风险。在 ATO 方式下，每条装配

线有着不同的装配成本和装配时间，所以同样的订单问题，不同的装配计划下装配的成本和时间也是不同

的。计划员先根据 ATO 方式下的数据模型计算出最优的排单计划，然后根据实际情况不断地调整和优化生

产计划，实现降低装配成本和缩短生产周期的目标。

第二，保留部分常规机型面向库存生产（MTS），建立 LC 公司常备机型日产量模型，将问题分类简化，

增加计划体系的机动性和灵活性，减少销售端需求波动的影响，有效降低在制品数量。通过制订日产量模

型，30%的产量由各工段看板拉动生产，根据后道库存消耗情况及时补货，计划员可以将精力集中在特殊

配置及销售订单上，从而大大提高计划制订效率。

第三，在多机型多品种混合生产模式下，以均衡生产为原则，实现生产机型、生产节拍的均衡化。加

强生产节拍的管理是实现均衡生产的方法，通过各个工作中心对每小时产量的评估来确定生产节拍，最大

程度满足购买者需求，在 LC 公司 FD30 型叉车生产线价值流分析中已经进行了明晰。节拍时间的实施能够

实现生产计划的有效调度，也是保证公司内部各个生产单位顺畅进行工作流的关键因素，最终能够统一各

个部分的生产速度，实现企业的精益生产，对外也能够满足市场对产品的购买需求，计算出来每一天可以

用在工作方面的时间除以每一天的客户需求。例如：目前每天装机数量为 85 台，计划中每天的生产能力

25

达到 600 分钟，那么 LC 公司实施节拍时间就等于 600 分钟除以 85 台每天，也就是每一台需要 7 分钟，意

味着平均每 7 分钟从生产系统产出了一个叉车。LC 公司实施节拍时间，所有生产工段均按 7 分钟的节拍部

署生产。均衡化生产通过对各个生产要素的有效调度保证了产生稳定性，使得后续计划实现了可预见性，

进而在此基础上能够避免生产能力瓶颈的出现，让生产人员更好的了解每一天需要做什么，以及如何实现

生产目标，同时也方便了上游供应商构建稳定的供应计划。

第四，实施 JIT 生产，优化 ATO 运作模式下第一阶段的生产计划效率。全面运用精益生产、5S 管理的

系统方法，将生产计划中信息不畅和之后的问题进行解决。看板管理是精益生产计划管理的重要概念，也

是实现拉动式生产的关键工具。拉动式生产方式仅向各个生产单元下达中长期的生产任务，各个生产单位

安排作业的依据就是生产指令，生产指令在下达的时候就应该根据存库的消耗量来激发看板需求，从而带

动生产，对产品的数量进行控制。

第五，生产体系稳定、高效的运转是实现均衡生产和拉动生产的核心基础，通过推行 LC 公司计划响

应体系，对生产过程有可能出现的生产问题逐一梳理分类，制订相应的处理响应机制，保障生产系统的有

序进行。下图 5 是优化之后的生产计划的整体方案。

装配计划

结构件计划

（常备机型）

下料计划

（常备机型）

月度销售计划

备库生产MTS 按单装配ATO 按单生产MTO

整车 通用件

结构件计划

（非常备机型）

下料计划

（非常备机型）

订单

拉动

看板

拉动

装配计划装配计划

无头车+选配部件

混合

拉动

推

式

推

式

拉

式

图 5 LC 公司生产计划总体优化方案

26

3 总结

本文通过对 LC 公司的实地调研，运用调研问卷、价值流分析、因果图等工具，分析 LC 公司生产计划

体系现状与问题，并深入剖析了产生问题的原因。基于 LC 公司生产计划的特点，建立 LC 公司以 ATO 方式

为核心，MTS、MTO 等多种生产方式混合的生产计划体系，并提出基于五方面优化建议的具体优化方案。

方案实施过程中，LC 公司取得了较好的应用效果，通过 FD30 型叉车生产线价值流分析，原材料周转天数

与整机周转天数大幅降低，分别下降了 1.5 天与 4 天，而总体等待时间从 17 天下降为 9 天。通过本方案的

实施提高了 LC 公司对消费者和市场需求的响应能力，降低了企业的生产经营成本。这种模式能够适应 LC

公司小批量的生产模式和满足客户多样化的市场需求。

参考文献

[1] 张泽华，韩永生，面向大规模定制下的生产计划管控[J]，计算机系统应用，2015（12），1-9 页

[2] 张新敏，杨晓颖，刘设，供应链管理模式下 ATO 企业生产计划研究[J]，物流工程与管理，2015（12），

64-66 页

[3] 刘艳梅，任佳，江支柱，刘曦泽，祁国宁，大批量定制下按订单装配产品同步生产计划方法 [J]，计算

机集成制造系统，2014（06），1352-1358 页

[4] 谢世满，陈福建，杨子豪，张金龙，ATO 生产模式信息化管理的关键技术分析[J]，电脑编程技巧与维护，

2016（06），50-51 页

[5] 孙德厂，史海波，彭慧，面向订单装配的客车生产计划系统建模与设计[J]，制造业自动化，2010（12），

9-11 页

[6] 张启亮，刘建森，基于 TOC 约束的工程机械行业生产计划管理系统研究[J]，中国管理信息化，2011.7，

14（13），61-65 页

27

汽车排气系统工程变更风险评估

姚龙

上海交通大学机械与动力工程学院

摘要：由于市场竞争加剧、客户需求变化以及技术快速发展，制造业面临着越来越多的变化。这些变化对

企业的工程变更提出了新的要求，其中之一便是有效控制工程变更的风险。而由于风险因素程度的不确定

性，企业仅仅依赖于检查清单去定性的识别是否存在潜在的风险，无法实现风险因素的量化评估。由于主

观评价往往会带来很大的评价偏差，并且对企业专家资源要求很高。所以需要开发适合企业特征的变更风

险定量评估工具，减少对专家的依赖并降低主观评价偏差。本文引入层次分析法确立了变更风险因素的权

重系数，构建了变更风险评估的数学模型。该模型基于案例推理 CBR，减少了传统的工程评估经验判断带

来的评估偏差。

关键词：工程变更，风险控制，基于案例推理

AUTOMOTIVE EXAHUST SYSTEM ENGINEERING CHANGE RISK

EVALUATION

Yao Long

School of Mechanical Engineering，Shanghai Jiaotong University

ABSTRACT：There are a lot of changes caused by competitive marketing, customer demand change and

technology development. All of those changes will lead to an engineering change. The main task of change

management is risk control. However, due to uncertainty of change risk, it’s hard to quantify risk. So currently, the

enterprise uses check list to evaluate risk. There is a lot of evaluation bias due to objective evaluation, and more

and more expert resource needed for change evaluation due to EC quantity increase. So a risk evaluation model

for quantity evaluation is necessary. This paper recognized out four main risk elements of engineering change,

impact scope, quality, delivery, and cost. A risk evaluation model is developed by using AHP method. This

model, which can calculate risk value based on previous similar change case CBR, can avoid more evaluation bias

caused by engineer different experience and decrease the demand of expert support.

KEY WORD：Rengineering changes, risk control, CBR Case–Based Reasoning(CBR)

引言

由于市场竞争加剧、客户需求变化以及技术的快速发展，制造业面临着越来越多的变化。这些变化最

后都反应在制造的过程中。某个产品或者零部件形状、装配、材料、尺寸、功能等等的改变或者改进我们

统统称为工程变更（EC）[1]。工程变更可以很简单也可以很复杂。简单的变更可能只是一个文件的简单修

订，然而复杂的变更可能是整个产品结构的变化甚至重新设计。此外，在制造性企业中我们把生产过程的

变化也纳入工程变更的范畴。有效控制工程变更的风险是企业工程变更管理的主要内容，而控制变更风险

的主要内容在于有效评估变更风险。当前企业应用最多的变更的评估工具为检查清单法。该方法对专家资

28

源的依赖性很大，而由于变更的数量越来越多，资源冲突越来越大。开发适用于企业的风险定量评估工具，

工程应用价值极大。而对于变更风险的定量评估的研究已经有许多有效成果。其中基于案例推理CBR的方

法提供了根据相似案例预测评估当前变更案例的风险的解决办法。所以本文基于CBR方法去评估变更的质

量、成本、交付风险程度。

1. 排气系统工程变更特征分析

汽车排气系统是整车的关键零部件之一，涉及到国家的车辆排放法规以及噪声法规的限制。由于整个

排气系统在整车上装配的空间较大，一直从发动机到汽车尾端，对客户的底盘边界要求比较敏感，对产品

的尺寸一致性要求特别高。从而要求整个产业链中每一个生产环节过程要保持一致性，避免过程的变化带

来对产品特性的影响。

而在整个产品生命周期中，变更可以发生在任何一个阶段。同时变更可以是产品本身的变更，也可能

是生产过程的变更。产品本身的变更企业很好界定，因为直接改变了交付给客户的产品。但是对于过程变

更，不直接影响到产品本身，往往难以引起重视。而汽车行业的特殊性要求产品的生产过程相对稳定，从

而保证批量产品的稳定性，所以任何过程的变更都需要进行管控。

通过对F公司的变更数据分析发现，在整个产品的生命周期中，变更在各个阶段都会发生，但是超过

一半的变更（72%）还是集中在产品开发阶段。另外，变更来源分布在整个供应链上，其中客户的需求(37%)

与内部的需求(54%)占主要部分。产品结构相对比较简单，零件与零件的相互影响不是太大，但是对于平台

化产品的共用件的变更影响范围会很大。零件的变更往往会带生产过程工装的变化。过程的人、机、料、

法、环的变化会对产品的一致性带来影响。由于产品的相似性，变更案例间的相互借鉴性很好。

2. 排气系统变更风险评估

2.1工程变更风险因素分析

风险是指实际的结果与预期的结果发生偏离，从而产生相应的损失。风险的程度可以用如下一组公式

进行描述，即[1]：

(1)

式中

R （risk）代表风险的程度；

P （possibility）代表损失的可能性；

C （cost）代表损失的后果；

F 损失可能性与损失大小的一组函数。

汽车排气系统企业工程变更的风险来源主要有质量（Q）、交付(D)、成本(C)三个方面。质量与交付是

直接影响到客户，而成本是直接关系到企业本身的运营。这三个因素是风险评价的顶级指标。所有影响到

这几个方面的因素都要纳入评估的考虑范畴。

由于变更的种类不同、复杂程度不同，变更带来的潜在损失也不尽相同。内部发起的变更与外部客户

29

提出的变更在成本的管理上又不一样。对于客户发起的变更，要确保在客户接受的成本范围内按规定的时

间交付满足客户的要求的产品。对于内部发起的变更则是需要衡量变更成本与不变更损失的经济性。此外，

在产品生命周期不同的阶段，变更带来的潜在后果也不一样。比如，在早期的产品设计阶段，变更不会直

接涉及原材料、工装、库存等的处理，但是也会带来潜在工艺的改变从而制造成 本提高，原材料后续的

采购成本提高等。

汽车排气系统工程变更从类型上分为两种，产品变更与过程变更。为了分类的标准化，凡是涉及到产

品本身属性的变化都称之为产品变更，不涉及产品属性变化的变更称之为过程变更。产品变更在产品进入

生产阶段往往会带来过程的变更。这里的过程变更特指产品生产过程的相关要素的变化，比如生产人员、

设备、加工方法、测量方法、包装、运输方法等。产品变更带来的风险有原材料采购成本变化、生产成本

变化、库存处理消耗。而过程变更带来的风险则有交付时间变化、过程能力变化。

通过检查表，变更评估小组可以对具体的每一项风险因素进行评估。但是在评估过程往往过多依赖于工程

师或者专家的领域知识。很多定性的评估并不能反映出一个量化的风险数值，合适的定量风险评估工具对

企业的风险控制将有着非常好的应用价值。

2.2工程变更风险评估

2.2.1整体风险评估模型

整体的变更风险数值 R= i

ii CPFf , ，其中 fi为权重系数，Fi为风险函数。

具体到某个工程变更案例 e 的风险

),(),(),()( DDDDCCCCQQQQ CPFfCPFfCPFfeR (2)

包含了质量 Q、成本 C、交付 D 三个方面的风险程度。在企业的实际操作中其实很难去用一组固定的函数

去描述某种可能性与其导致的后果的关系。更多的依赖的是领域专家的判断，主观的判断往往有很大的评

价偏差。同时在变更越来越多的情况下，这势必会要求更多的专家资源。为了减少主观评价偏差以及对专

家资源的依赖，很有必要开发一套自动计算风险程度的系统来帮助识别风险程度，用于辅助变更决策。

企业的变更风险因素评估主要包括：

（1）工程变更的影响范围的评估。往往随着变更影响范围的扩大，变更实施的难度也成几何指数变大。

会涉及到客户、上游供应商以及原材料库存的处理。

（2）工程变更成本的评估。成本涉及到设计成本、直接原材料成本、制造成本、验证成本、库存处理成

本、物流成本、管理成本。

（3）工程变更实施的不确定性评估。制造的难度带来质量成本的提升、交付的延迟、供应商的延期等等，

各方面存在许多的不确定性因素。

目前关于风险的定量预测评估已经有很多研究成果。传统的有检查表专家打分法，对于变更传播的预

测有设计结构矩阵的预测方法，也有部分学者研究了基于案例推理的风险预测方法。其中专家打分法对专

30

家的资源依赖很大，同时主观的评估往往有很大的评估偏差，对于每年有大量变更的企业实施起来局限性

很大。而设计结构矩阵的预测可以有效预测变更的传播范围风险，但是无法预测变更的其它一些很难数值

化的风险因素，比如质量、成本、交付风险，同时该方法需要建立大量的产品结构影响矩阵，对于产品规

模比较的大的企业实用性不大。而基于案例推理的预测方法可以很好借鉴以往案例的经验值，对于产品比

较类似并且变更特别的多的企业有很大适用性，但是需要解决如何有效的检索相似案例的难题。综上，本

文采用与历史类似变更案例比较的办法对成本以及质量、交付等不确定性风险进行评估。计算公式如下：

i

n

i

i fereesimeR )(),()( 2211 ，i=1，2，…,n (3)

其中

ri 最类似案例 e2 对应的风险指数；

fi 其相对应的权重，

sim（e1，e2） 两个案例的相似系数。

需要进一步合理确定各风险系数的权重，参考公司专家的意见，重要性判断矩阵如下：

表 1 重要性判断矩阵

Aij 影响范围 质量 交付 成本

影响范围 1 1/2 1/8 1/5

质量 2 1 1/5 1/3

交付 8 5 1 5

成本 5 3 1/5 1

考虑到判断矩阵本身的有一定的误差范围，在计算最大特征根以及对应的特征向量时并不需要追求很

高的精度。而重要性程度矩阵表也是根据专家经验而得出的一个定性比较的结果表示，所以可以采用一种

更简单易于操作的办法来计算最大特征根以及其对应的最大特征向量[2]。和法近似求判断矩阵的特征值与

特征矩阵的计算方法相对比较简单，运用 AHP 层次分析法[3]：

计算出重要性程度矩阵的最大特征根以及对应的特征向量分别为：

max =4.168，W=（0.057,0.103,0.612,0.228）T

根据计算出来的权重系数，相对重要性顺序为：交付>成本>质量>影响范围。该重要性顺序满足领域

专家实际的期望，所以初步判断该判断矩阵合理。

因为判断矩阵为主观性的打分结果，并不能保证都具有一致性。为了衡量判断矩阵的合理性，需要对

判断矩阵进行一致性检验。

工程变更重要性权重判断矩阵，

CI=1

max

n

n=(4.168-4)/(4-1)=0.056

CR=CI/RI=0.056/0.90=0.062<0.1

所以，该判断矩阵满足一致性要求，进一步证明了建立的判断矩阵各指标逻辑清晰，计算的权重结果

31

合理，不需要进一步修改。

2.2.2基于 CBR的相似案例检索

案例推理（Case–Based Reasoning，CBR）的工作原理是基于以往的案例，学习相关知识来解决当前的

问题。典型的案例推理过程可以分为案例检索、案例重用、案例修正、案例保留等四个主要步骤，具体的

推理流程如图 1[5]所示。

图 1 CBR 推理流程

Fig.1CBR Reasoning Process

将 CBR 技术用于工程变更的评估则需要建立企业的变更案例知识库，在新变更需求发生时需要去检索

相似的案例，根据相似案例的信息对新的变更从质量、交付、成本各方面进行评估以帮组决策是否需要进

行变更，以及给出新变更实施过程控制点的建议。在企业实践中主要应用的是案例表示与案例检索，下文

将从这两个方面进行论述，并建立相应的工程变更评估模型。

根据上文的分析，一个工程变更涉及到很多的信息，包含设计、制造、采购、物流、质量、项目等多方面

要素。基于 CBR 的工作原理，在求解过程中首先需要对案例进行检索，所以要求案例在案例库中需要能被

有效且快速地检索，这就要求案例的表示既要能完整的表达案例的信息，同时案例的结构要能满足检索效

率的要求，能有利于快速检索。

一个完整的工程变更案例所有涉及的信息都在案例结束后以活动实体为纽带以结构化的知识语言储

存在案例知识库中。通过明确定义的知识语言，系统可以提供与之相对应的实体，帮助我们理解单个的知

识条目，比如相关的活动、实施者、里程碑、对话、讨论等。

本体（Ontology）构造是为了便于检索以往的案例。对于汽车零部件开发项目，我们从 5 个关键维度

来构造本体：

产品本体：产品分支或者族系的层次结构，比如乘用车、商用车；

零部件本体：产品功能模块的层次结构，比如发动机、驾驶室、尾气处理系统；

问题本体：描述产品变更原因的层次结构，比如法规升级、制造困难、装配干涉等；

解决办法本体：解决方法的层次结构，比如改变产品外形、改变原材料、改变尺寸等；

32

过程本体：描述产品生命周期阶段的层次结构，比如样件阶段、试生产阶段、量产阶段等。

根据排气系统产品结构特征，分别构建不同的本体，部分本体如图 2 所示。

图 2 部分对象本体

Fig.2 Part Objective Ontology

而本体的定义过程就是标准化知识语言的过程[5]。对于以上 5 个本体，可以用自然语言来描述一个工

程变更，表述为“在某阶段某产品的某零部件由于某问题发生了某种变更”。而在变更需求发生时的变更申

请的描述则可以为“在某阶段某产品的某部件由于某问题需要发生某变更”，该部分则能有效的用于案例的

检索，根据检索算法，可以同时匹配 5 个本体要素，选择出最相似的案例。

相似案例的检索就是用当前的变更案例去与数据库里的变更案例进行一一比较，寻找到相似度最高的

案例作为参考案例。而比较过程必须要包含变更的基本属性，即变更原因、变更部位、变更程度。根据上

文对变更案例的本体定义，需要从 5 个方面去比较案例的相似程度。

变更案例的相似度的数值大小表示的是两个相比较案例的匹配程度，用 Sim(E1,E2)表示。

如果两个案例完全相同，则 Sim(E1,E2)=1 ;如果两个案例完全不同，则 Sim(E1,E2)=0

E1 与 E2 的总体相似度由如下公式确定[6]：

Sim(E1,E2)=

i

i

i

iiiii

w

ccsimfw ),( 21

， (4)

其中：

wi 为每个特征的权重系数；

fi 为不同本体深度的影响的修正系数；

c1i，c2i 分别表示 E1与 E2 的第 i 个本体特征。

在实际的企业应用中存在以下问题，使得对案例的检索在易操作性中存在困难：

1） 工程变更案例往往涉及到许多特征，如产品类别、变更零部件、变更的原因、解决的办法、产品

的生命周期阶段等，这些信息特征都很难进行量化的分析。比如尾气后处理系统中同排量手动挡与自动挡

33

两种不同消音器的差别只能依靠领域专家的意见。然而，由于产品种类、数量都非常巨大，所以，要建立

一个完整的权重系统在操作上非常有难度。

2） 工程变更案例的变更原因往往由许许多多的属性构成。在变更案例检索中还需要根据重要性程度

去对案例进行匹配，才能提高匹配的精确度。所以还需要根据企业产品的特性去确定不同属性的重要性。

根据上文的分析，工程变更案例特征由 5 个本体信息进行表示。为了确定 5 个本体重要性权重，使用

AHP 层次分析法。通过参考公司变更管理专家的意见，得出重要性程度矩阵表如表 3 所示。

表 3 重要程度矩阵表

aij 对变更象 变更原因 产品类别 解决办法 生命周期

变更对象 1 3 7 2 9

变更原因 1/3 1 9 3 6

产品类别 1/7 1/9 1 1/5 3

解决办法 1/2 1/3 5 1 8

生命周期 1/9 1/6 1/3 1/8 1

根据 AHP 方法，计算出重要性程度矩阵的最大特征根以及对应的特征向量分别为：

max =5.443

W=（0.419,0.295,0.056,0.198,0.032）T

根据计算出来的权重系数，相对重要性顺序为：变更对象>变更原因>解决办法>产品类别>生命周期。

该重要性顺序满足领域专家实际的期望，所以该判断矩阵初步判断合理。

CI=1

max

n

n=(5.443-5)/(5-1)=0.11

CR=CI/RI=0.11/1.12=0.098<0.1

所以该判断矩阵满足一致性判断要求，进一步证明了建立的判断矩阵各指标逻辑清晰，计算的权重结

果合理，不需要进一步修改。

对于每一个特征的局部相似度，本文通过比较本体距离来确定其相识度。通过上文的分析，工程变更

案例由 5 个概念本体构成，包含了变更对象、变更原因、解决办法、产品类别、产品生命周期信息。通过

明确量化每一个本体概念的相似度从而可以全局的计算出两个变更案例的总体相似程度。在本体结构中，

各种特征属性概念以语义概念被组织在树状的结构中。通过该树状结构中概念与概念之间的距离来衡量特

征的相似程度。

在本体中，同类的概念以分层的形式组成，层与层之间构成属于关系。每一个节点表某层中的一个最

小的概念。从而概念之间的距离，可以用节点与节点的距离来表示。

定义本体距离：通过共有祖先的最短路径或者连接两个对象的通过共有后代的最短路径[4]。

设 e1，e2 为两个本体概念。假定 a(e1)为在本体结构树中可以遍历的节点数，那么 21 eaea 为两个本体

概念所能达到的共有的节点数， 21 eaea 为两个本体概念所能达到的所有的节点数，局部的相似度计

算公式为[7]，

34

Sim(e1，e2)=

21

21

eaea

eaea

(5)

例如，计算图 2 的 Substrate 与 Insulation 的相似度：Substrate 所有能达到的节点数{Canning，CVE，

Objective}，Insulation 所有能达到的节点数{Shell，Canning，CVE，Objective}，两者所有能达到的共享的节

点数{Canning，CVE，Objective},所有能达到的节点数{Shell，Canning，CVE，Objective}。最后相似度：

Sim(e1，e2)=

21

21

eaea

eaea

= {Canning, CVE, Objective}/ {Shell, Canning, CVE, Objective} =3/4=0.75

2.6案例验证

对一个由客户提出的变更，采用评估模型进行风险评估。

相似案例的选择根据 2.2.2 的方法进行检索，查找到最为类似的案例，其根据公式 4 的计算，相似度

为 0.7，而相似案例的 S、Q、C、D 风险评分分别为 90、30、80、60。

最后根据整体的风险计算公式 2，整体综合风险分值为 49.6。

项目经理根据项目组成员的评估结论与最终的风险计算值对变更进行决策，完成风险评估表，见表 4

所示。

表 4 风险评估表

3. 结论

本文对变更的风险用数学定义进行描述，作为变更决策的一个量化依据。通过对变更风险因素的分析，

识别了在设计、制造、采购、物流、质量、项目方面的风险因素，构建了变更的整体风险计算模型。该模

型基于为基于最相似案例的影响范围、质量、交付、成本的变更风险计算模型，并通过层次分析法构建了

各要素的权重。

通过分析案例推理CBR的理论知识，确定了相似案例的检索技术。根据本体技术理论，构建了公司的

案例标准表达模型，并通过层次分析法对案例的特征进行了相似性权重计算，从而构建了相似性案例的相

35

似度计算模型。从而完成具体的某个变更的整体风险的定量计算，作为检查清单评估办法的一个重要补充。

该模型通过了具体的案例验证，证明了可行性和有效性。

参考文献

[1] G.Q. Huang，K.L.Mak. Current practices of engineering change management in UK manufacturing

industries[J]，International Journal of Operations& Production Management，1999，19(1)：21-37

[2] 赵焕臣. 层次分析法-一种简易的新决策方法[Ml，北京科学出版社

[3] 叶耀军，王首军，魏磊，朱丽，侯金超. 矩阵最大特征值的近似求法[J]. 河南农业大学学报2001，35(Z1)：

69-71

[4] 郑晓晨. 制造企业工程变更影响评价研究[D]. 山东大学，2012

[5] 王娟，李丽琴. 基于CBR的瓦斯爆炸案例分析系统设计与应用[J]. 煤炭工程， 2015，47(1)：143-145，

148

[6] Hong Joo Lee，Hyung Jun Ahn，Jong Woo Kim，Sung Joo Park. Capturing and reusing knowledge in engineering

change management: A case of automobile development[J]. InfSyst Front，2006，8：375–394

[7] 景东升，毕思文. 语义网中本体相似度的计算[J]. 计算机科学，2005，32(9)：55-57

36

FMECA在钻井平台 DP3控制系统的运用

袁科琛

（上海交通大学 机械与动力工程学院 工业工程）

摘要 随着动力定位系统在各类平台和船舶中的广泛运用，动力定位系统的可靠性越来越被重视。本文通

过对 DP3 控制系统进行故障模式影响和危害性分析(FMECA)，全面的列出系统的故障模式，分析各故障

模式对系统造成的影响，并寻求解决方案和维护措施，提高整个系统的可靠性。

关键字 动力定位控制系统，故障模式，FMECA

APPLIED RESEARCH OF FMECA ON DP3 CONTROL SYSTEM

Yuan Kechen

(Shanghai Jiaotong University School of Mechanical Engineering Industrial Engineering)

Abstract With the applying of dynamic positioning (DP) system in various platforms and vessels, the stability

of DP system is becoming more important. This article apply failure mode, effects and criticality analysis

(FMECA) on DP3 control system, and list system failure mode comprehensively, analyzing the effect on system,

and look for solution and maintenance measure, in that way, the stability of the system will be improved.

Key words dynamic positioning control system, failure mode, FMECA

引言

随着全球经济的飞速发展，人们对石油能源的消耗和需求也与日俱增。根据各种权威机构的数据显示，

海洋石油资源将是未来原油产量增长的重要来源。半潜式钻井平台由于其良好的运动性能和成熟的技术，

而且动力定位系统在此类平台上的运用，使其不受水深和海底土质的限制，逐渐成为深海钻井和油气开采

的重要工具。平台一般都是长期远离基地工作，一旦出了问题不可能得到岸上的及时救助，如果是重要部

位发生故障还有可能出现极端的船毁人亡的情况。因此，各大船级社和海事组织都对具有二级及二级以上

的动力定位系统的船舶要求进行故障模式及影响分析（FMEA）[1]。

1 DP3 控制系统及存在问题

1.1 DP3 控制系统简介

本文所研究的半潜式钻进平台动力定位的控制系统是由Kongsberg公司提供的K-POS的动力定位控制

系统，整个动力定位控制系统主要由以下部分组成[2.3]

：（1）4 个操作站 OS1~4；（2）1 个操作手柄 cC OT/1

个便携式两翼操作手柄 cWing OT；（3）3 个控制器；（4）9 个船舶及环境传感器；（5）4 个位置参考系统；

（6）3 个通信网络 A、B、C；（7）4 个 UPS 电源。

由于篇幅有限，本文主要针对操作站进行分析。此钻井平台的动力定位控制系统操作站一共有 4 个，

其中主操作站 OS1~3 为三冗余，备用操作站 OS4，还有一套联合操纵手柄 cC OT 及便携式两翼操纵手柄

37

cWing OT。操作站的主要起到人机界面的作用，把动力定位系统和操作人员通过操作站平台联系在一起[4]。

1.2 存在问题

对于操作站，可以简单的理解为由显示器，计算机，操作面板，电源单元等，不管从硬件角度还是软

件角度出现故障的环节很多，主要为电源故障，计算机死机，操作面板失灵，短路等等，环节越多，故障

发生的可能性就越高，即使系统配备的三系统的冗余设计，也难免会出现三个操作站同时故障的情况，此

时不得不手动切换到备用操作站进行控制。各大船级社和海事组织都对具有二级及二级以上的动力定位系

统的船舶要求进行故障模式及影响分析，本文研究对象是三级动力定位系统，为了取得船级社颁布的证书，

必须对整个定位系统做故障模式及影响分析，验证系统的配置是否能满足船级社的要求。

2 DP3 控制系统的 FMECA 运用

2.1 确定系统边界

由于分析对象在运行的过程中往往会以多重状态存在，故在对系统进行 FMEACA 前，必须要给予一

个边界条件，一切分析工作都基于此条件下进行，有了前提条件，分析的结果更具可参考性。本文所分析

的系统边界条件如下：

(1)平台全部运转，整个平台处于正常作业状态

(2)所有的操作站都可以操作，都处于开机联网状态

(3)所有的控制系统正常运转

(4)在做分析之前，整个系统没有出现故障

(5)8台发电机在线，左右舷各 4 个，保证电源正常供电

(6)8台推进器在线，可以正常操纵

(7)应急发电机处在自动备用状态，当主电源失电时，马上可以切换成应急电源

2.2 建立系统和可靠性框图

定位控制系统中的各个子系统有着互相联系，互相影响，建立系统框图和可靠性框图更有利于后续分

析工作的进行，能更直观的了解整个系统的层级顺序，系统框图见图 1所示，可靠性框图见图 2所示。

图 1 动力定位控制系统框图

UPS

NET A

NET B 操作站 控制器 传感器 位置参考

38

图 2 动力定位控制系统可靠性框图

2.3 FMECA 的运用

由于本文的分析对象属于目前国内比较先进的动力定位系统，需要满足最高 DP3的等级要求，缺少量

化的数据，故采用定性的风险优先法比较合理。

在做任何系统 FMECA 分析时，首先就要找出每个故障模式及故障原因，而且一个故障模式往往对应

多个故障原因，在做分析时，要尽可能的把各故障模式的原因列出来。所以，在做定位控制系统的 FMECA

分析时，最关键的工作就是要列出 FMECA 的表格本文选用定性的风险优先法，需要对各故障原因进行严

酷度，检出度及故障模式的发生度的等级进行评定，本文采用调查表的形式来做此评定工作。一共制作了

6 张调查表，由于篇幅有限本文只针对操作站进行 FMECA，表格中严酷度，故障发生度和检出度都以 10

分制计算。为了能让收集的数据更具代表性，更全面，将调查表分别发放给船舶设计人员，设备厂家，船

东，船检，现场调试人员，QC 等共 30 人次。调查表发出去 30 人次，收回 30 人次，将每个故障模式对应

的三个度取算术平均值，最终得出个故障模式的 RPN 数值，FMECA表格见表 1所示。

2.4 建议及措施

经过对钻井平台 DP3控制系统（操作站子系统）的 FMECA的分析，发现严酷度比较高，对船位会有影

响的为转换开关，达到严酷度 10或者 9的等级，首先重点分析一下。

关于转换开关，通常是由机械故障或者接线问题造成开关的卡住及错位，若开关在某个控制位置卡住，

需要分析当前控制位置是否故障，如果没有故障，就对整个系统毫无影响，如果正好当前控制位置故障则

需要切换到手动模式，通过手动操作来控制单个推进器，同时会失去船位。若开关在两个控制模式之间卡

NO.1 UPS

NO.2 UPS

NO.3 UPS

NO.4 UPS

操作站 OS1

操作站 OS2

操作站 OS3

操作手柄cC-OT

操作站 OS4

控制器

DPC-3

控制器

cC-1

控制器

DPC-1

网络 A

网络 B

NO.1 电罗经

NO.2 电罗经

NO.3 电罗经

NO.1 MRU

NO.2 MRU

NO.3 MRU

NO.1 风速风向仪

NO.2 风速风向仪

NO.3 风速风向仪

NO.1 HiPAP

NO.2 HiPAP

NO.1 DGPS

NO.2 DGPS

39

住，则同样切换到手动模式，失去船位。另一种故障模式为开关错位，这样就会失去 DP 控制，同样的切

换到手动模式，失去船位。但是第一种故障模式的出现为两种故障同时出现才会失去船位，不属于船级社

考核范围，船级社对故障模式的定义为单个故障，而且这三种故障模式则发生的概率很低，故障发生率小

于 1×10-4，根据平台的作业周期，可以被忽略不计。针对这三个故障模式，建议厂家提供转换开关的备件

及相关培训，可以在故障出现时由船员及时更换，以最短的时间恢复船位。

除了转换开关，操作站系统中，短路和计算机故障是 RPN 值明显偏高。对于计算机，出现故障时首

先看主机电源灯是否亮，显示器是否有电，如果没有就先检查供电和电源线接线是否正常，如果都正常，

就看保险丝是否烧坏，烧坏的话立即更换。开机后自检不通过，显示器不显示，发出滴滴的报警声，有可

能内存条松动，或者积灰太多，拆下来重新安装一下。一般发热组件的外壳温度不会超过 50 度，CPU 温

度不会超过 70 度，如果发现温度过高，可能内部电路会有短路现象，因为电流过大而发热，需要更换组

件。平时对计算机的保养也很重要，可以用毛刷轻轻刷去主板上的灰尘，主板上一些插卡、芯片采用插脚

形式，常会因为引脚氧化而造成接触不良，可以用专业的主板清洁剂清洁。针对短路问题，只有在确诊设

备确实短路后换上新的备件来消除故障。

3 结论

对动力定位的控制系统进行了 FMECA 的分析，选用风险优先数法，首先做了专门针对此控制系统分

析用的严酷度，检出度，发生度的等级评估表，通过调查表的形式得到数据，最终得出各故障模式的 RPN

值，并对 RPN值较高的故障模式进行分析，并提出了建议措施来提高系统的安全性和可靠性。

参考文献

[1] 孙武，动力定位系统规范介绍[J], 上海造船 2003(1)

[2] 刘红霞等，FMEA 在 DP3 深水半潜钻井平台上的应用[J],上海造船 2011(6)

[3] 窦培林等，深水半潜式钻井平台 DP3动力定位系统设计和应用[J]，海洋工程 2010(28.4)

[4] Product Description KONGSBERG K-Pos Dynamic Positioning System 2006

40

表1 操作站

FMECA表格

初始约定层次：动力定位系统

二级约定层次：动力定位控制系统

约定层次：操作站

名称

功

能

故障

模式

故

障原

因

故障

影响

严 酷 度

发 生 度

检 出 度

RPN

备注

局

部

动力

定位

系统

全

船

操作

站

OS1~4

起到

人机

界

面的

作用

，

把动

力定

位

系统

和操

作

人员

通过

操

作站

平台

联

系在

一起

电源

单元

故

障(UPS)

电压

过高

或

者过

低

系统

报

警

相应

操作

站因

为失

电而

失效

，

冗余

的操

作站

仍然

可操

作

非关

键

故障

，对

船位

无

影响

4

5

3

60

如果

三个

操作

站由

于火

灾，

浸水

等原

因同

时发

生故

障，

需要

船员

马上

手动

切换

到备

用操

作系

统

短路

5

5

6

150

波动

厉害

2

6

3

36

保险

丝熔

断

5

5

3

75

操作

单元

失

效（

其中

之

一）

计算

机故

障

系统

报

警

相应

操作

站失

效，冗

余操

作站

仍然

可操

作

非关

键

故障

，对

船位

无

影响

6

7

4

168

短路

5

5

6

150

电源

故障

5

6

2

60

操纵

手

柄

用于

手动

操

纵动

力定

位

系统

操纵

杆失

效

接线

松动

系统

报

警

手动

操纵

系统

失效

，运

用主

操

作站

非关

键

故障

，对

船位

无

影响

3

4

3

36

模块

失效

4

5

3

60

41

名称

功能

故障模式

故障原因

故障影响

严 酷 度

发 生 度

检 出 度

RPN

备注

局部

动力定位系统

全船

便携式

操纵手

柄

在两翼手

动操纵动

力定位系

统

操纵杆失

效

接线松动

系统报警

手动操纵系统失

效，运用主操作站

非关键故

障，对船

位无影响

3

4

3

36

模块失效

3

5

3

45

转换开

关

用于不同

操作模式

之间的转

换

指示灯电

源故障

开路

只

是指

示

灯没有电

对定位系统无影

响

非关键故

障，对船

位无影响

2

5

4

40

保险丝熔断

2

5

3

30

短路

2

5

6

60

转换开关

故障

当前位置卡

住

只能固定

在当前操

作模式下

控制定位

系统

若当前控制系统

正常，无影响；若

当前位置失效，只

能手动控制单个

推力器

关键故

障，有可

能会影响

船位

9

3

5

135

如果在当前控

制系统失效的

情况下发现选

择开关卡住，

就会失去船位

在两个转换

位置之间卡

住

没有系统

控制推力

系统

只能手动控制单

个推力器

关键故

障，会失

去船位

10

3

5

150

在转换控制位

置时卡住，会

失去船位

错位

系统报警

只能手动控制单

个推力器

关键故

障，会失

去船位

10

3

5

150

表3-11 操作站

FMECA表格

表1（

续） 操

作站

FMECA

表格

42

项目管理背景下的虚拟团队管理的构建模式

张 键

上海交通大学机械动力与工程学院 上海，200240

摘要 针对跨地区、跨部门项目管理中的远程工作协调问题，虚拟团队管理模式的运用越来越普遍。本文

以传统项目管理过程中的项目启动、规划、执行、收尾为主线，构建了虚拟团队的项目管理工作模式，对

在虚拟团队建设当中的团队意识建立、沟通方式的运用、绩效评估的准则等进行了探讨。本文的意义在于

整理了一个从启动到收尾，完整的虚拟项目团队管理模式，可以提供给虚拟团队相关工作者参考。

关键词 虚拟团队；项目管理；跨区域沟通；模式建构

The construction model of virtual team management in the context of project

management

Jian Zhang

Shanghai Jiaotong university, Mechanical Engineering School, 200240

Abstract: Based on solving more and more inter regional and inter departmental remote work coordination

problem, the use of virtual team is more and more common. The startup of the traditional project management,

planning, executing and closing as the main line, build the management mode of virtual team, to create in the

virtual team building team spirit, communication mode of application, performance evaluation criteria are

discussed. The significance of this paper is to organize a project team management mode from start to finish,

which can provide reference for virtual team.

Key words: Virtual team; project management; cross regional communication; model construction

引言

随着竞争环境的改变越来越快，为了适应各种环境的变化和突发的情形，越来越多的项目团队产生，

加上信息科技的发展与网络通讯技术的进步，而产生了虚拟团队。加上科技的日新月异，未来，虚拟团队

将会更趋于重要与多见。虚拟团队结合了项目管理、网络通讯、跨国企业等主题，如何创建、管理一个虚

拟团队，目前缺乏标准的流程和模式，本文按照项目管理的流程，结合相关案例，目的在于提供一个较为

科学、合理的管理模式。

1. 虚拟团队管理概述及发展现状

所谓虚拟团队，其涵义是指组织的成员为达成一特定目的，通过网络通讯与信息科技，一起开会和工

作的团队[1]。因团队成员可能因时间或地理分散因素，无法以面对面的沟通方式解决团队的任务，在这种

情况下，虚拟团队成员间以先进的信息与通讯科技来突破组织、空间、与时间的限制，组成虚拟团队以达

成组织目标。比如2008北京奥运执行团队，成员分处不同的地区，但以完成奥运各项活动为目标，就是虚

拟团队。

虚拟团队的管理内容主要是其工作方式，虚拟团队除了水平连结外也具有垂直整合的特性。其虚拟团

队的工作方式，如表1所示。

43

表1 虚拟团队的工作方式

输入(Inputs) 过程(Processes) 输出(Outputs)

人(People) 独立成员

(Independent Members)

共享领导

(Shared Leadership)

整合层级

(Integrated Levels)

目的(Purpose) 合作目标

(Cooperative Goals)

互相协助的任务

(Interdependent Tasks)

具体结果

(Concrete Results)

连结(Links) 多重媒介

(Multiple Media)

跨范围的互动

(Boundary-Crossing

Interactions)

信赖关系

(Trusting

Relationships)

虚拟团队发展到今天，已经取得了较大的发展。例如，根据中国互联网协会的调查， 2015年我国整

体企业连网普及率高达95.2%，足见国内企业运用虚拟团队技术的环境已臻成熟[2]。而且，调查也显示，电

子化对于业务开展带来明显的效益。当然，调查也进一步指出，目前互联网运用到企业团队的沟通、交流

方面还处于浅表层次，对于习惯面对面沟通的组织成员而言，在进行虚拟合作时常面临较高的模糊性与不

确定性；此时，如何建立一套虚拟团队的管理模式便成为举足轻重的关键。

2. 虚拟项目团队管理模式的架构与流程

基于虚拟团队在成立之初可能存在的混乱期(Storming) 影响，团队的领导者必须在团队建立前进行管

理模式的制定。另外，按照项目管理的一般流程，其过程主要分为五个阶段，依序为：启动、规划、执行、

控制、收尾，所以，本文认为，可以按照此阶段进行虚拟团队的管理架构，较为合理和完整。不过，因虚

拟团队不同于一般项目团队，平时，虚拟团队的成员间是不会有面对面交流的机会。所以我们在项目的规

划之前新增一个过程“规划前”。至于控制这个过程，包含了从发起到结案的管控与变更，本研究把控制假

设为各阶段的运作之一，所以在此没有另设一个控制的过程来详加探讨，控制阶段的架构可如图1所示。

图1 虚拟项目团队流程图

以下就按项目管理的启动、规划、执行、控制、收尾（控制部分暂不讨论）流程，分析各个阶段的主

要内容与管理模式。

2.1虚拟项目团队启动的管理模式

项目团队和一般企业团队并不一样，有别于企业的永久性和持续性，项目是暂时性的活动。虚拟团队

项目的启动和一般项目团队的启动流程差不多，都是因为某项目标而产生项目的概念，进而进行分析到授

权。

44

图2 虚拟项目团队发起流程图

1）问题与机会

项目的所以产生，可能是现行环境上产生了问题，或者是管理者发现了机会，为了解决问题或把握机

会而产生的想法。现今竞争环境的变化极快，常常会有组织所需适应的问题和商机，所以各式各样的项目

活动不断的产生。

2）项目概念书

项目概念书定义了项目存在的理由，重点在于确保项目的执行要配合组织的经营计划。 基本上项目

概念书上必须提供足够的信息，让组织内外的高层人员可以据以判定要不要支持项目。所以概念书里要说

明到底要做什么东西，为什么要做，以及项目结束后可以为企业带来什么效益。其主要内容包括：项目背

景、项目目的、产品说明、关键成功因素、项目策略、进度目标、财务目标。

3）可行性分析

在决定是否建立项目之前，还必须先对项目进行可行性分析。因为组织资源的有限性，如果同时发生

好几个问题或机会时，组织就要对其进行投入成本和回收效益的评估， 以决定资源投入的顺序和问题与

机会的取舍。可行性分析的方法很多，如：技术可行性、管理可行性、经济可行性、融资可行性、政治可

行性、环境可行性，市场可行性、安全可行性、社会可行性、文化可行性。

4）项目授权书

要于分析后认为该项目可以执行， 组织便会订定一份项目授权书。项目授权书上的信息是项目计划

书制定的根据。主要目的是正式发布一个新项目的启动，展现高级管理层的支持，以及指派项目经理。其

主要内容包含：项目背景、项目目的、项目目标、项目范围、项目授权等级、角色及责任、管理审查时机、

签署。

5）项目经理指派

在指派虚拟团队的项目经理时，应该着重于其是否：清楚团队目标、能够有效的提供反馈给成员、对

待成员是有弹性的、能实时的与成员互动，以及能清楚的表达成员角色责任等，这几项特质。有些领导者

45

虽然具有管理的能力，却较不擅于和团员互动或给予反馈。要指派这种类型的领导者成为虚拟团队的项目

经理时，就必须要多加考虑。

例如，笔者所在的A电子公司，因S电脑键盘业务的需要，于2015年成立了德国的研发中心、沈阳制造

实验室、上海的软件研发中心，以及北京的设计中心等多个团队，就产生了项目经理的指派问题。最初指

派了软件中心的一个经理担当，最后发现无法起到协调作用，故公司决定将某高层副总作为项目经理，根

据反馈结果，这样一位项目负责人的态度与协调能力，成为了虚拟团队信任关系形成的催化因子。在大多

数的会议里，他扮演掌控各方发言讨论的核心角色，必须努力让各方想法有所交流理解，同时确保整体项

目的进行并未脱离常轨；此外，当不同部门之间有合作上的问题时，他也需要努力化解彼此的争论或歧异，

以免成员对远距伙伴的不信任感提升至更高层次。

6）项目成员指派

虽然虚拟团队能够连结项目所需的各地人才，而不需要通过地理环境的改变，但前提是必须通过信息

科技以及网络通讯技术才能达成。所以在指派项目成员时，除了考虑成员的经验、文化、背景外，更重要

的是要考虑成员所在地信息科技以及网络通讯技术的发展，否则在沟通协调上不仅旷日费时，更可能事倍

功半。

2.2虚拟项目团队规划前的管理模式

1）成立项目管理办公室

不同于一般项目团队的，虚拟团队的成员并不集中在同一个地点，以对于虚拟团队而言，项目管理办

公室就是项目经理的工作地点。其目的是让项目经理和高层，也就是项目启动人，积极的传递信息，让项

目经理可以了解清楚项目的需求、确保项目具有足够的资源，以及取得组织高层对项目的支持。在每一次

的会议，不论是例行会议、协调会议、变更会议、或收尾的检讨会议，项目经理都必须详细的记录与留存，

项目管理办公室也是这些会议记录、经验教训、与最佳实务的保存地方。

2）建立网上工作区

在团队关系的建立上，最好的方法便是将所有成员集中在同一个地点工作，但是虚拟团队的成员几乎

没有面对面接触的机会，所以可以利用团队工作网站来加强成员对团队的归属感。成员要每天登入工作网

站，可以经常看到组织的标章(Logo)，项目经理所发布的信息，以及成员间彼此的留言，这对少了面对面

互动的虚拟团队而言是一种替代的机制。由于网站工作区存放了项目团队的资料、工作内容、与成员资料，

所以网站的防密措施相当重要。应该让所有成员一个基本的账号与密码，在第一次登入后再各自修改。

3）成员个人资料上传

虚拟团队的基本环境建立好后， 接着便是联络与认识项目成员。在团队刚成立初期，项目经理必须

先利用电子邮件或其他信息传递工具，联络所有项目成员，让成员知道并且运用网上工作区。在登入与更

改密码后让项目成员将自己个人的基本资料、照片、文化背景、专业技能、与工作经验等，上传至人员资

料区，这样项目成员便能初步的了解彼此。

4）网络面谈与认识成员

在团队的人数不多时，项目经理可以和项目成员们彼此做网络视频的面谈，在谈话过程中取得各成员

的经历和个性等信息。当项目团队的人数较多时，项目成员彼此不能全部进行视频面谈，则可以指派主要

46

成员与其他成员后，让各次部门或团队成员彼此利用视频或聊天室等工具，认识同一个工作团队的伙伴。

5）主要成员指派

在认识完成员，分析过成员背景，也订定好各项准则后，项目经理可以开始指派主要成员，主要成员

即是各次团队的领导人。项目经理必须告知主要成员所应付的责任，联络的方式与开会时程等， 然后共

同讨论项目目标与项目范围。

6) 规划项目目标

项目目标是指项目期望成果的说明， 它是由客户或是项目启动人所指定，用来衡量项目是否圆满成

功的标准。

7) 建立工作分解结构

项目经理和主要成员依照授权书了解企业的需求以及项目产品， 经过讨论和分析后产出项目目标，

可量化的目标包含成本、时程、质量，有了项目目标后便可分派成本，订定时程计划， 以及质量的要求

给主要成员，最后项目经理和主要成员们规划出工作分解结构。

8）确认沟通关系和沟通方式

每一个次团队中可能分成好几个小组，而小组间有许多种沟通关系，例如：设计小组人员要对执行小

组人员说明设计内容与目标，审核小组人员要控管执行小组所完成的工作成果， 而审核小组的指标要向

设计小组人员确认。所以在确定各个次项目团队后， 主要成员便要分派其他成员并确认各种小组间的沟

通关系。

例如，在笔者所在的A电子公司，在建立虚拟项目团队时，为了确定沟通方式，专门与2015年8月进行

了一次调查。约70%的受访者提到，电子邮件较能让他感到”安心”，因为可以被”复制”；但也有10%的受访

者提出相反意见，认为使用msn、QQ或视频会议等实时性高的软件方能降低不确定性带来信任感。此外受

访者也谈到，当默契比较不足时，影像的呈现有助于信任的提升，以及在文化差异较大时通过电子邮件等

方式，使用共享的语言将较能降低双方信息互通中的模糊性。

2.3 虚拟项目团队规划的管理模式

在分派所有人员后，便要开始进行项目的规划。根据工作分解结构所展开的各项活动必须包含：活动

定义、时程管理规划、成本管理规划、质量管理规划、一般资源规划、人力资源规划、沟通管理规划、风

险管理规划、采购管理规划。主要成员在分派活动给其他成员后，其他成员依所需规划的内容进行规划。

规划这项步骤决定了往后项目进行的方法， 每一项活动的规划都必须详细的考虑上述内容，所有活动集

合起来成为一份项目计划书。所有的项目活动将依照项目计划书来执行，所以项目规划必须详细严谨，审

核也必须严格。在此对项目规划采用阶段关卡流程，将规划成员分成各项规划单位， 而每一位成员又有

许多活动要规划。每当成员完成一项规划时，便交付审核，要是审核通过则继续进行下一项活动的规划，

要不符合则返回修改， 直至审核成功。当成员所必须规划的活动都已全部审核完毕，则代表此规划单位

完成，当所有的规划单位都完成后，表示项目规划结束。

2.4 虚拟项目团队执行的管理模式

项目进入执行阶段后，项目经理的重心则是要从项目的规划转移到项目的执行和监控。项目经理必须

让所有相关单位及个人，定期得到项目的最新信息，并维持每天和团队成员的互动和信息交换。

47

1）工作授权系统

工作授权系统是授权“什么事情”在“什么时间”做的机制，尤其是外包商的管理，或是项目经理和

活动执行单位分隔两地的情况。工作授权系统的目的，是避免执行单位或个人多做了计划以外的活动。虚

拟团队的成员更需要工作授权系统的搭配使用，在执行活动前，确切了解工作授权系统的内容， 才不会

让项目成员做了不在项目范围内的工作[3]。

2）项目活动执行

规划结束后，团队成员便依照项目计划书的内容执行项目。每一个次项目的成员彼此依照沟通关系进

行联系与沟通。

3）沟通关系人联系

在 “规划前”阶段时，每一个次团队或小组，都要对其成员进行沟通关系分析。在项目开始执行后，

成员应该频繁的和沟通关系人联系：向设计规划者了解活动的定义与规划目标，和共同执行的伙伴讨论项

目执行的进度与问题，和审核的人员确定审核时间。

4）讨论各活动成果

虚拟团队的成员彼此因为不会见面，所以除了必须运用科技信息技术来进行讨论外，必要时还需善用

快递公司的服务。因为在活动执行时可能会有半成品需要成员讨论与建议，这时还必须将半成品传送给关

系人。由于通讯与传递技术的进步，使得世界各地的传输更快速，也让虚拟团队得以运作与执行。

5)项目经理审查

将成果或进度整理上传至网络工作区， 并与主要成员开会讨论完成次项目活动。项目经理定时和主

要成员开会并审核各次项目活动，要是不符合项目目标所要求或是有需要更正的地方，便交回给主要成员

继续执行， 直至所有次项目活动完成。最后由项目经理将各次项目活动进行整合，完成整个项目。

2.5 虚拟项目团队收尾的管理模式

项目结束阶段的执行重点是资源的重新分配、会计出纳项目的总结、项目资料的收集归档 、项目成

功及失败事项的检讨，项目有功人员的奖赏等。

1）质量审核

项目完成后，项目经理将成果交付给客户，客户依照合约内容，审核项目产品。要客户认为产品符合

契约，或是接受产品与契约的差异，则项目经理交付项目成品给客户并签订终结合约。倘要双方最终可交

付成果的认定标准不一样，或是对造成项目问题的责任归属没有共识，这时合约无法终结。

2）项目评估报告

就是项目的检讨报告。 成员于项目结束后，应共同对项目的成功处与失败处，做评估与检讨，并记

录成报告，以供往后的项目团队进行经验教训的学习。

3）人员绩效奖励

项目经理依照成员守则中的绩效评估制度与奖励制度， 对项目成员的工作效率、态度、质量，进行

评核。对绩效优良或符合奖励制度的成员给予其应得奖励报酬。

4) 项目档案集结

项目的历史旧档对类似项目的执行， 具有高度的参考价值，所以于项目结束后，将相关的资料集结

成册，成为项目的经验与实务。收集资料应包括：项目计划、来往书信、会议记录、状况报告、合约档案、

技术文件、型态管理档案。

48

5）人员设施归建

项目结束后，成员应回复其原所属单位。虚拟团队的成员原本便属于不同地区或不同组织，在项目结

束后，项目成员回归至原工作单位。将项目团队所使用的场地、设施、仪器等组织设施交回给组织。对于

虚拟团队而言，成员们都在各自的地区工作，唯一的地点便是项目经理的办公室而已。

图3 虚拟项目团队收尾流程图

3. 结论

本文以项目管理的架构为基础，加入虚拟团队的特性，建构了一套虚拟团队从启动到收尾的管理模式，

其主要结论如下：

1）虚拟团队已经成为当前很多大企业进行跨空间工作协作的有效组织形式，对其的研究有助于丰富

团队管理的相关理论。本文在探讨虚拟团队的定义的基础上，进一步分析了团队的建设过程，认为虚拟团

队除了具有一般团队的特征外，还具有如沟通信任度及沟通工具的重要性等个性。

2）虚拟团队的管理流程可以按照项目管理的一般流程，即启动、规划前准备、规划、执行、收尾进

行，团队会经历组成期、混乱期、规范期、执行期和中止期，但极容易混乱，需要更多的设计。需要提出

包含规划前的各个阶段的详细流程，让虚拟团队的运作可以更加顺畅。

3）在虚拟团队的建设当中，除了要运用该模式进行制度层面的细化外，其团队意识的培养及延续、

沟通手段的选择及项目经理的领导都是其关键成功要素，所以，在虚拟团队建设过程中，需要运用多种手

段和方法。

参考文献

[1] 王重鸣、唐宁玉．虚拟团队研究：回顾、分析和展望[J]．科学学研究，2013，24(1)：117-124．

[2] 张子刚、程海芳．虚拟团队：一种新的管理组织方式[J]．科技进步与对策，2011(6)：67-69.

[3] 修国义，虚拟企业组织模式及运行机制研究[D]，哈尔滨工程大学，2006.

49

组合上料对于生产人员效率的优化研究

朱开尔

（上海交通大学）

摘要 目前，越来越多的汽车制造业开始采用多种产品共线生产的模式来提高生产线柔性。传统的厂内物

流模式渐渐无法满足要求，组合上料（Kitting）模式逐渐被应用到实际生产中。本文将对比组合上料模

式和传统线旁物料模式，定量地分析组合上料模式对于直接生产人员效率的影响。

关键词 组合上料；场内物流；人员效率

STUDY ON IMPACT OF KITTING TO LABOR EFFICIENCY

Zhu Kaier

(Shanghai Jiaotong University)

Abstract Nowadays, more and more vehicle producers start to produce different products on the same line.

Traditional logistics cannot meet the requirement of the new production model, and kitting is used more widely in

production. The study will compare the traditional logistics with kitting and analysis the impact to labor

efficiency.

Key words kitting; plant logistics; labor efficiency

引言

随着中国经济水平的不断发展，中国劳动力的成本也在逐年增加。“中国制造”模式渐渐开始失去了

其低成本的优势。汽车行业作为劳动力密集产业，也因此面临了巨大的挑战。各大汽车制造厂商纷纷扩大

了自身的产品线，以期在不同的细分市场占有一定份额。随着产品种类的增多，产品更新速度的加快，多

产品共线生产成为了汽车制造厂商一致的选择。

传统的线旁供料的物流模式难以满足多产品共线生产的需要，组合上料（kitting）成为了很多共线

生产汽车制造厂的物流策略。不少研究针对组合上料和线旁供料模式进行了分析。如：Robin Hanson详细

分析了两者的特点和优缺点[1]；上汽通用五菱汽车股份有限公司的丁雪婷在《Kitting 物料配送在发动机

生产线的应用》一文中定性分析了 kitting 的优势[2]，并给出了生产中的实例；大连海洋大学的希志明、

薛冬娟等人详细阐述了 kitting 物料配送在混流装配线的应用[3]。本文则主要侧重于研究组合上料对于直

接生产人员的影响。

50

1. 组合上料

1.1 组合上料的定义

组合上料是指在工厂中设立专门的配料区域，将每台车部分或者全部的零件放到单独的料架上。由AGV

（auto guide vehicle）或者物流人员送到产品车旁并与之随行。生产线上的员工无需走到线旁的料架取料，

只需走到产品车旁边的料车取料。图 1 所示是一个典型的采用组合上料形式的车间 layout 示意图。

图示：

SPS KITTING 主线 分线 VQ 特定区域

DOCK 机运 机运链方向

东岳北厂总装车间工艺布局图11.12.07

SGM DYNP GA SHOP PROCESS LAYOUT 11.12.07

DOCK

Seat Tire

IP

LOAD

Door

off

DoorOn

Fuel

FINAL LINE

TRIM 1

TRIM 2

CHASSIS 2

CHASSIS 1MARRIAGE

ENGINE

windshield

BDC

EOLHeadlamp

Aimer

Wheel Aligner

DVTWater Test

Care

Engine SPS Kitting

SPS Kitting Area

SQUARE

DOCKDOCK

Repair AreaGCA Area

DOCK

DOOR OFF

DOOR LINE

SPS Kitting Area

FASCIA

SUN

ROOF

图 1. 采用组合上料形式的总装车间

1.2 组合上料的优势

相较于传统的线旁料架，组合上料具有如下优势和特点：

1. 规避生产线员工错装的风险。对于多种产品共线的车间来说，不同产品所用到的零件可能比较相似。

如果采用线旁料架上料形式将所有产品所要用到的零件放在线旁，操作工有错装的可能。而组合上料模式

由于针对每一台产品车都有独立的料架，所以可以避免操作工的错装。

2. 组合上料可以防止漏装。由于整台车在某一工段要装的零件都在随行小车上，所以在工段末端，随行

小车上应该没有零件，如果还有零件则代表漏装，需要返修追溯。

3. 组合上料能减少工位长度。由于将物料都放在了随行小车上，所以可以减少线旁的料架，从而减少线

旁物料面积和工位长度。

4. 能够减短操作工的培训时间。由于组合上料使操作工不再需要选料，只需专注装配，所以能够减少操

作工的培训时间。

5. 组合上料能够减少操作工走动的距离。由于所需线旁物料面积减少、规避了跨工位取料，这在一定程

度上减少了走动。其次，随行小车离产品车的距离要小于线旁料架，这也减少了操作工的走动需求。

本文主要针对上述第五个优点，分析组合上料对于操作工工作效率的影响。

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2. 操作工工作效率

本文所述操作工工作效率的定义为：单位时间内完成的增值（有效）操作的多少。根据价值流分析理

论，可以将操作工整个 CT（cycle time）中的操作分为两部分：增值操作和非增值操作。

增值操作指那些增加产品价值的，客户愿意花钱购买的操作。如安装某个零件，紧固某个螺栓等等。

非增值操作之那些不增加产品价值的，但是在生产中必须的一些支持性操作，如取料，走动等等。在实际

生产中，走动是一项占比较大的非增值操作。增值操作由产品设计驱动，与车间的工艺与自动化程度相关。

这部分操作在产品设计完成、工艺排布完成后就固定下来，不作为本文研究的对象。非增值操作则与工艺、

物流策略和 layout 等诸多因素有关，而使用哪种上料模式也是影响因素之一。本文主要研究组合上料

（kitting）对于员工非增至操作时间（走动时间）的影响。

3. 研究方法

要定量研究能够节省的走动时间，主要需要两部分数据：1. 操作工的步行速度。2. 使用组合上料形

式，节省操作工的走动距离。本文以 S 整车厂的一个总装车间为研究对象。该车间在大多数工段都使用了

组合上料的形式。在车间有一个专门的物料配载区域，物流的员工根据产品的需要，将每台车在某一工段

需要安装的零件放在相应的随行小车上。然后通过 AGV 自动将随行小车送到线旁并与产品车随行。

通过统计分析的方法可以得到员工的步行速度。不同的员工，走动的速度存在差异，而我们需要的是

一个标准的走动速度数据，所以收集了多个车间瓶颈工位员工的走动速度，取其均值，得到了走动时间的

标准。（瓶颈工位员工时间紧迫，能够体现其实际的走动速度）如表 1 所示。

表 1. 走动距离与时间的关系

步数 1 2 3 4 5 6 7 8 9

距离（m） 0.8 1.5 2.3 3 3.8 4.6 5.3 6.1 6.9

时间（s） 0.72 1.08 1.56 2.04 2.52 3 3.48 3.96 4.44

为了得到组合上料节省的走动距离需要以下三方面的信息：1. 使用组合上料形式零件的数量。2. 这

些零件如果使用组合上料形式，需要的走动距离。3. 如果使用线旁料架，需要走动的距离。然后根据所有

的这些信息，逐一零件进行计算，将使用组合上料形式和线旁料架形式的走动时间相减，则能得到节省的

时间。

从组合上料形式的零件清单（如下表 2 所示）中可以知道，零件的名称，安装所在的工段等等信息。

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表 2. 使用组合上料形式的零件清单（节选）

零件号 车型 英文名称 中文名称 Workshop 区域号 使用工位

13267878 DxxHOSE ASM-SUN RF HSGFRT DRN

天窗外罩前排水软管 GA T1 001

13502577 DxxSENSOR ASM-AIRBAGF/END DISCRM

气囊前端判别传感器 GA T1 002

13283160 DxxHOSE ASM-SUN RF HSGFRT DRN

天窗外罩前排水软管 GA T1 003

13315751 Dxx DEADENER-RF PNL RR 车顶板后消音层 GA T1 004

13375735 DxxHARNESS ASM-HDLPWRG

前照灯线束 GA T1 005

13256091 DxxBRACKET-HDLP WRGHARN CONN

前照灯线束接头支架 GA T1 006

13235679 DxxINSULATOR-BODY WRGHARN CDT<SEEGUIDE/CONTACT BFO>

车身线束导管隔振垫 GA T1 007

13502347 DxxDEFLECTOR ASM-BODYAIR OTLT

车身出风口导流板总成 GA T1 008

13356728 DxxWEATHERSTRIP ASM-L/GATE

尾门密封条总成 GA T1 009

通过研究工艺，可以大致了解是否使用 SPS 对走动的影响，如图 2 所示。安装一个零件的一般流程是：

1. 假设操作工的初始位置是 SPS 小车旁或料架旁

2. 操作工从 SPS 小车上或者料架上拿取零件 1

3. 走到产品车旁边，并安装零件 1

4. 走回 SPS 小车或者料架，拿取零件 2

5. 再次走到产品车旁边，安装零件 2

6. 走到下一台产品车对印的 SPS 小车或者料架

图 2. Kitting 上料和线旁上料走动距离差异

通过实地勘查，我们发现，距离产品车的横向距离要小于 Rack 距离产品车的横向距离。并且，SPS 缩

短了生产线的长度（Rack 往往需要跨工位取料），所以 SPS 料架使得操作工纵向走动距离缩短。

为了研究 Kitting 模式对于操作工走动时间的影响，我们假设将使用 kitting 模式上料的零件还原到线旁

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料架上，从而测算出走动距离的变化。

针对所有目前使用 kitting 上料的零件，根据两种不同的物料摆放，计算出他们之间走动时间的差值，

即可以得到 kitting 上料对于操作工走动的影响。可以使用表 3 来计算两种上料模式之间的差异。

表 3. 使用 kitting 和线旁料架对于操作工走动影响差异（节选）

SPS 料架

工位号 零件 步数 时间 步数 时间

008L 天窗外罩前排水软管 4 2.04 4 2.04

008L 走回小车/料架 2 1.08 5 2.52

008L 气囊前端判别传感器 2 1.08 4 2.04

008L 回原点/料架 2 1.08 5 2.52

009R1 天窗外罩前排水软管 4 2.04 5 2.52

009R1 走回小车/料架 2 1.08 5 2.52

4. 两种上料模式对操作工走动的影响比较

使用第 3 节的方法，可以得使用 SPS 形式上料和使用线旁料架这两种物流策略对于操作工走动时间的

影响。

图 3. 组合上料和线旁料架上料走动时间对比

图 3 中列出了不同的工段，两种不同上料策略对于操作工走动时间的影响情况。可以看到 T1（内饰 1），

T2（内饰 2）和 DR（门线）区域，使用 kitting 上料可以节省的时间较多。这是由于内饰线和门线区域所安

装的零件体积较小，所以能够使用 kitting 这种上料形式的零件更多。

另外，也不难发现，Eng（发动机线）和 DR（门线）工段行走时间下降的比例最大。其原因是，该两

个工段的随行小车距离产品车的距离最近，所以造成了较大走动时间差。所以在这两个工段非常适合进行

组合上料。

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对于一个 60 JPH (jobs per hour)，ATT （Actual Take Time） 为 54 秒左右，所以整个工段每节省 54 秒

的走动时间，通过线平衡的优化，理论上就能优化一名操作工。图 4 列出了使用 kitting 上料形式的零件数

量和操作工人员优化之间的关系。一般的，越多零件使用 kitting 上料，就能节省更多的走动时间，从而优

化操作工数量。

图 4. 操作工人数优化与使用 kitting 零件数量

5. 结论

通过以上研究，可以得到以下结论：使用 kitting 上料可以减少操作工的走动时间。由于增值操作时间

不变，而非增值的走动时间减少了，所以 kitting 上料提高了增值操作的占比，后者是用来计算车间理论人

员需求的一个重要参数。在实际的车间人员规划工作中，是否使用组合上料、使用组合上料的比例是一个

需要考虑的因素。目前，S 公司的工厂，会根据本文的研究结果，对于其理论人员目标进行 1%~3%的调整。

参考文献

[1] Robin Hanson，In-plant materials supply: Supporting the choice between kitting and continuous supply[D]，

CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY， 2012

[2] 丁雪婷，Kitting 物料配送在发动机生产线的应用[J]，制造技术与材料，2010，45（5），34-35

[3] 希志明，薛冬娟，高娟等，Kitting 物料配送在混流装配线的应用研究[J]，装备制造技术，2013，1，105-107

[4] 耿炜，零件分拣系统 SPS 项目在上海通用沈阳北盛汽车的实施[J]，辽宁工业大学学报，2009，29（3），

187-189

[5] 张峰，殷秀清，基于价值流分析的 kitting 仓作业流程优化[J]，山东理工大学学报，2014，28（5），49-56