如何做一個可執行的生產計劃排程?

來源：智慧工廠

導讀：Excel只是將數據的存儲從大腦移到了電腦，增大了容量，卻仍然沒有實質性的改進，但Excel的存儲作用卻是不言而喻的，它是生產計劃排程數據準備的重要手段,但Excel相對於文本來說只是多了一個方便操作的表格，並沒有嚴格的二維數據關係，這時就到了生產管理的ERP/MES時代。

01

做出詳細生產作業計劃需要哪些條件？

在許多生產管理者眼中，生產作業計劃是不重要的，如果我們只停留在小加工作坊的規模，大腦就能把一個月的訂單、物料、資源記得清清楚楚，那麼生產計劃排程的必要性確實不太大，但事實上，隨著生產規模的擴大，人腦已經不可能完成如此大數據量的存儲功能，這時就到了生產管理的Excel時代，許多生產管理人員對Excel使用非常熟悉，並樂在其中，但如果要問他計劃的詳細信息，計劃的優劣以及可執行性問題，這就遇到了困難，道理很簡單，Excel只是將數據的存儲從大腦移到了電腦，增大了容量，卻仍然沒有實質性的改進，但Excel的存儲作用卻是不言而喻的，它是生產計劃排程數據準備的重要手段,但Excel相對於文本來說只是多了一個方便操作的表格，並沒有嚴格的二維數據關係，這時就到了生產管理的ERP/MES時代。

這些基礎數據主要包括如下幾種：

（1）所有產品結構信息。

即生產管理中BOM管理，有了產品結構才能方便的進行訂單分解，分解成實際生產的任務。

（2）所有產品的製造工藝信息。

簡單來說，就是要能知道任何一個製造任務（如一個零件）可以分解為幾步以及每一步之間的邏輯關係，每一步用到哪些物料、需要哪種設備、需要哪些輔助工具，即是生產管理中常說的工藝流程。

（3）所有使用的資源信息。

資源是必備的生產主體，沒有資源，生產無從談起，所以需要對生產所需要的全部資源進行管理，這裡所說的資源包含物料、設備、工具等。對資源的管理主要是對資源能力和成本的管理。

資源的能力分為兩個方面，一是資源的單位能力，即一個資源能同時加工的工序數，比如說有些設備只能加工一道工序，而有的設備能同時加工兩道同樣的工序，那麼，這兩臺設備的單位能力是不同的，能力的另一方面是資源的數量，如果一種設備有同樣的五臺，另一種設備只有一臺，如果它們的單位能力都是相同的話，那麼顯然，五臺的設備能力大於一臺的能力。這就是生產管理中常說的設備能力，比如有些數控設備是多主軸，可以同時加工多個零件，這就是設備的單位能力，另一方面資源的數量就是指資源庫存了。資源擁有生產的能力，使用能力則必定產生成本，成本的定義根據資源的類型決定，非消耗性的資源用時間定義成本，使用的時間越長，消耗的成本越大，消耗性資源則用消耗的數量進行定義，消耗的數量越多，消耗的成本越大。

（4）其它信息，包括訂單，日曆等信息。

訂單是生產計劃排程的源頭，所以重要性是不言而喻的，訂單主要信息包括數量，交貨期等；日曆是生產製造正常進行的規則，所以也是必須的數據。

上面所列出的數據需要完備性，缺少任意一種均不能進行有限資源能力的排程，同時所有數據也需要準確性，基礎數據的準確性決定著計劃排程的可執行性。

02

如何做一個可執行的生產計劃與排程？

在具備了生產計劃排程的數據條件之後，如何能制定出一個可執行的計劃，成為生產計劃排程人員頭痛的問題，因為面對紛繁複雜的工序邏輯關係，面對有限能力的資源競爭，再聰明、再有豐富經驗的生產計劃排程人員也無法準確的計算出每道工序的工作時間。

這時，生產計劃排程人員總是靠經驗找出負荷最重的瓶頸設備，再結合優先級按照工藝流程的邏輯順序將瓶頸設備上的工序先進行排程，再安排其它上設備上的工序，這樣制定出的生產計劃排程代表生產計劃排程人員的經驗，但是這並不是一個理論可行的計劃，在因為其本身存在著一些衝突，實際執行中經常需要調度進行調整，但由於瓶頸資源始終處於高負荷，所以總體上沒有太大的衝突，但做這樣的計劃已經需要耗費生產計劃排程人員很大的精力。

03

如何做一個優化的計劃排程？

首先，生產計劃排程本身具有多樣性。

由於訂單具體靈活的先後順序，工藝流程中存在並行流程，資源具有可選、可替換性等因素，生產計劃排程往往不是唯一的，正如讓兩個生產計劃排程人員做生產計劃排程，他們做出的計劃是不同的，但都可以去生產現場執行，這就是計劃的多樣性。

其次，生產實際的需求多樣化。

企業的不同部門分別從自己的利益出發對車間調度決策寄予不同的期望：銷售部門希望更好地滿足對客戶承諾的交貨期；製造部門希望提高設備的利用率；經營管理部門希望降低成本；企業高層希望儘可能的提高生產資源的利用率，產出更多的產品。如果單獨按各部門的要求做出的計劃肯定是不同的，而且忽略任何一個部門的利益對企業整體的發展都是不利的，尋求多方利益的合理折中成為生產調度對策的關鍵。

在做出一套可行生產計劃排程尚且如此困難，如何能反覆權衡計劃的優劣並做出最終生產現場執行的計劃呢？很顯然，靠人腦這時已無能為力，而計算機卻有這種處理能力。APS軟體可提供多目標的優化方案供生產計劃排程人員反覆權衡比較，可計算一套製造周期最短的生產計劃排程、一套資源利用率最高的計劃、一套最能滿足交貨期（延遲訂單最少）的計劃、一套計劃成本最小的計劃，並比較每套計劃的優劣，然後平衡各方利益做出一套多種目標都能滿足的綜合計劃。

04

實際生產中的計劃排程模式是什麼?

計劃不如變化快！正如現實總與理想的差異，實際生產執行與生產計劃排程有出入是正常的也是必然的。生產現場是複雜多變的，可能某道工序延遲了，也可能某臺設備壞了，也可能物料供應晚了等等這些不可預知的突發情況會打亂正在執行的生產計劃排程，那這時要忙碌的就是現場的調度員了，可是調度員面對複雜多變的生產現場往往無能為力解決所有問題，調換一臺可用設備解決了設備故障的問題，可是這臺臨時調用設備上面的工序安排又被打亂了，調度員又得為這些工序計劃的錯亂而奔波了，反覆調整反覆解決眼前的問題，整個生產計劃排程被完全打亂，其優化目標早已遠遠低於最初值，這就是生產計劃排程網絡連鎖反應給生產管理人員帶來的煩惱。

實際的生產調度模式是動態生產調度。

生產調度分為動態調度和靜態調度兩大類，靜態調度是在調度環境和任務已知的前提下的事前調度方案。在實際生產過程中，雖然在調度之前進行了儘可能的符合實際的預測，但由於生產過程的諸多因素，如處理單元和物料等資源的變化，難以預先精確估計，往往影響調度計劃，使實際生產進度與靜態調度的進度表不符，需要進行動態調整。特別是在市場經濟供需變化快速，全球供應鏈競爭激烈的情況下，沒有一種預測方法能夠完全預測生產過程的動態變化。

事實上，由於市場需求變化會引起產品訂單變化，如產品數量的變化、交貨期的變化等；另一方面，生產設備故障、能源的短缺和加工周期的變化等，都可能使原來的調度不符合實際要求。

為了適應實際生產過程的不確定性和隨機性，一般採用周期性的調度和再調度相結合的策略，定義一些關鍵事件，如設備故障、訂單改變等，當關鍵事件發生時，立即重新調度，這也稱為基於事件的調度方式；否則，周期性調度，即進行所謂的動態調度，或者稱為再調度、重調度。動態調度是指在調度環境和任務存在著不可預測的擾動情況下的調度方案，它不僅依賴於事前調度環境和任務，而且與當前狀態有關。

動態調度有兩種形式：滾動調度和被動調度。滾動調度是指調度優化時間隨著時間的推移，在一個接一個的時間段內動態進行生產調度。被動調度是指當生產過程發生變化，原來的調度不再可行時所進行的調度修正。被動調度是在原有的靜態調度的基礎上進行的，它的調度目標是儘量維持原調度水平，性能指標下降越小越好。滾動調度既可以在原有的靜態調度的基礎上進行，也可以直接進行，其最終目的都是在當前優化區域內得到最優或次優調度。

動態調度必須符合實時性要求，所以更關心在線計算能力問題。為了能夠在有效的時間內得到一個較為合理的調度，一般希望將問題的規模減少，在一個較小時間段的問題空間內，得到一個較好的解。因此，大多數採用啟發式方法和基於預測的滾動化方法。

大多數動態調度由加工時間的變化引起，少數由訂單的變化和設備故障等引起。對於由加工時間的變化而引起的動態調度，由於批量的加工順序一般是根據最早的最優（或者可行）調度設定好的，在這種情況下，一般不再需要重新分配批量和加工順序，只是調整各加工任務的加工起始時間，儘量得到一個較優的調度，或者保持原有調度的性能指標。

支持動態生產調度是APS軟體的核心功能之一，也是APS理論走向實踐應用的關鍵技術！APS採用基於內存的快速計算能實時響應各種現場不可預測的擾動，計算由擾動引起的連鎖反應，實時生成新的生產計劃排程以適應現場變化。

05

生產作業計劃的作用是什麼？

生產計劃排程是生產管理中的核心工作，或許很多人不同意這個觀點，只是因為這個觀點的前提是生產計劃排程在生產管理中真正起到了作用，目前國內製造業的現狀還不能體現出生產計劃排程的真正作用，所以也沒有人認為它是最核心的工作，但為何生產計劃排程卻引起了生產管理人員的重視？隨著生產規模的擴大，設備增多，訂單不停變化，成本壓力，客戶對交貨期的要求越來越短，這些種種原因導致了生產管理複雜度不斷上升，導致現場往往顧此失彼，最終消耗更多的資源，付出更多的成本，卻仍然不能滿足客戶的需求。這些原因終使生產管理人員認識到生產計劃排程的重要性，好的計劃可讓生產有條不紊的進行，有利於提高資源利用率，降低生產經營成本。

生產計劃排程的作用是多個維度的。

（1）工序，生產調度的最小單位，在沒有生產計劃排程時，因為沒有具體的工序開始、結束時間，生產調度是盲目的，同時也導致資源準備和資源配送的盲目性。這對想要實現精細化管理的企業來說無疑是難以接受的。

（2）設備，生產製造的主要載體，有些設備貴重，折舊費高昂，需要日夜工作提高其利用率，有些設備功能特殊，其它設備不可替代，也需要盡最大的能力工作才能確保生產任務。如果沒有詳細的生產作業計劃，無法預估資源的利用率和負荷，無法讓瓶頸設備發揮出最大的能力。

物料，成品的來源，物料的採購時間是能否確保交貨期的最重要因素，因為設備故障可以更換設備來臨時調整，重要的工序可以調整優先級讓其它工序讓路來保證交貨期，但是如果物料無法按時就位，那麼一切努力的機會都沒有，所以對物料的到貨情況進行預測，並準確預測生產現場何種物料將在何時短缺是非常重要的，而詳細生產作業計劃可以提供對物料的庫存預測和管理。

（3）降低庫存，庫存關乎資金的佔用，是企業的負擔，如何降低庫存，一直是生產管理面對的難題。面對一批訂單，需要多少資源，庫存現在的情況能否滿足？不滿足還需要採購多少？何時採購？這些都無從得知，也就是說，對於庫存的管理是被動的，所以也就無法實現庫存控制。這種情況下，只能靠經驗將庫存保持一定的庫存量，保證庫存量就佔用了流動資金，這就與追求零庫存的生產管理理想背道而弛了。

詳細的生產作業計劃能夠預測資源的使用情況，可以預測哪道工序在何時使用哪些資源，何時再釋放哪種資源，這樣就預測了資源在每一個時刻的動態庫存狀態，可以發現資源庫存降為零的時刻，並預先做好準備在這些時刻補充資源，按照生產計劃排程進行資源的準備，可以將庫存保持在接近於零的一個很低的水平。

（4）精細成本管理，許多企業的成本管理只能是月末年末的成本統計，這個月消耗了多少物料，設備折舊了多少這些都是月末統計得知的，所做的工作只是事後收集數據的過程，成本產生於生產過程，產生於資源的消耗，如果沒有準確的生產過程記錄，成本的計算將無從談起，而生產作業計劃能給出準確的工序開始、結束時間，工序所用到的資源，也就是說在生產執行之前就能準確的預測出每道工序的所消耗的成本，有了這種預測，就可以在生產之前就進行一些成本規劃，進而進行成本控制，形成成本計劃，這樣就可以跟成本統計進行比較，做到真正的精細成本管理。

（5）生產仿真，生產仿真簡單的說就是用邏輯模型模仿實際的生產過程。反覆進行試排程，就是反覆模擬生產過程，從各個方面進行仿真預測，以得到最符合實際需要的生產計劃排程。仿真工序的加工時間，何處加工，所用哪些資源，資源使用的分布如何，這些可以從總體上模擬生產執行時的情況，評估當前生產狀態，改善生產管理。

另外，動態排程與排程試算，許多人將這兩者混為一談，甚至許多APS軟體也用排程試算等於動態排程的思想進行宣傳，其實這兩者有著本質的區別。

排程試算是反覆進行重新排程試計算，是在各種不同條件下的預排程，是提前進行的試計算，是為了在實際生產之前確定一套最好的排程方案；而動態排程是指一次排程方案的局部調整，具體是計劃在執行過程中因為生產實際情況發生改變而進行的適應改變的調整計算，這種調整計算是為了響應某些環境擾動，對於已經完成的計劃不會改變，而對於沒有完成而受環境影響的計劃需要進行調整。

動態排程主要是由於生產中出現一些異於計劃的情況，這些情況主要有幾下三種：

工序自身的調整。

包括工序時間的調整，工序交貨期的調整，工序數量調整，工序所使用資源，工序優先級等。工序自身調整的情況一般出現在一定的時間周期內要進行生產實際與計劃的比對，如果出現了偏差，則進行調整。

資源的調整。

包括增加、減少資源，改變資源數量，改變資源日曆。有生產過程中經常會出現資源異常情況，比如設備故障就是最常見的例子，還有如某些工具推遲到貨等等情況均屬於資源調整。

插單、刪單是生產管理中最常見的異常情況。

當生產正在進行的時候，由於客戶的追加訂單，經常會有緊急的插單，或是一些生產報廢的原因也可能造成重新插單，客戶的退單是造成生產刪單的主要原因。由於頻繁的插單、刪單，生產計劃排程經常會被打亂成面目全非，這時APS的動態排程、實時調整的功能就顯得異常重了。

一個生產計劃排程在實際執行過程中，經常會遇到許許多多臨時性的調度，即所謂What If中的If，如設備故障，急件插單等，這樣迫使生產實際情況偏離了原計劃，這時APS能否及時、動態地響應這種臨時性的調度就顯得特別關鍵，即需要用APS的動態排程來回答What，設備故障後此設備上原計劃安排的任務如何處理？哪些是可以替換它的設備？許多依賴此設備上任務的一些後續任務影響如何？這些都是需要APS的動態排程來回答。

當然，響應這些生產中的擾動有許多不同的策略，有些基於這些事件實時計算調整，有些是基於一定的周期全局進行環境狀態更新與計劃調整，這種策略在生產管理上也稱為「滾動排程」。

面對業務需要及生產環境的不斷變化，APS通過常駐內存的高速計算，迅速得出這種改變所帶來的複雜連鎖反應，實時取得現場的更新數據，並實時動態的調整、更新計劃排產，以達到計劃與執行的一致性。實際生產不可能完全按照生產計劃排程執行，這是正常的，也是現實的，如果APS不具備動態排程的能力，不能實時響應業務變化與實際執行擾動的需求，那麼可以想像這樣的生產計劃排程根本不能指導實際生產，APS做出的生產計劃排程還有什麼實際意義？所以APS動態排程是APS從理論走向實踐的關鍵技術。

APS動態排程的實質是隨需而變、柔性計劃，以實現面向業務變化的What If敏捷響應。

版權歸原作者所有,如有侵權請聯繫刪除。

免責聲明：本文系網絡轉載，版權歸原作者所有。但因轉載眾多，無法確認真正原始作者，故僅標明轉載來源。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請第一時間告知，我們將根據您提供的證明材料確認版權並按國家標準支付稿酬或立即刪除內容！本文內容為原作者觀點，並不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責。