关于APS系统的生产计划与排程运用研究（一）

我们在供应链高级计划与S&OP、产销协同计划之后，可以推导出各个工厂和生产车间的详细计划。在研究详细计划时，我们必须考虑制造决策的环境，研究如何建立有效的详细模型并怎样从模型中获得具体解决方案。我们研究共同的一些步骤，也就是建立模型和更新生产排程。难点是生产计划和排程模块是由单个计划层次还是由两个层次计划等级来完成，这主要取决于工厂作业的生产类型。

一、生产决策环境

生产计划与排程的目的是在相对短的时间间隔内为工厂制定详细的生产计划排程。生产计划排程是指在处理订单所需要生产资源的基础上，为在计划时间间隔内执行的每一份订单规定订单开始和结束的时间。因此，生产排程也指定了在给定生产资源上订单的先后顺序。甘特图（gantt－chart）能够可视化的、形象地描绘生产排程图。

根据所属的行业的不同，生产计划和排程的计划时间间隔可以从小时分钟、一天到几周之间。它的“精确”长度取决于几个因素：

一方面它至少应涵盖与生产订单的最长批量生产时间相一致的时间间隔；另一方面计划时间间隔又受到已知客户订单或可靠需求预测可实现性的限制。很明显，只要这些计划是“相当”稳定的，也就是说如果它们不会因为发生不可预测的事件（如改变订货量或中断订货）而经常变化，那么在单个生产资源上对订单进行排序是非常有价值的。

另一方面，对于一些生产方式（如小批量生产）来说，生产计划和排程需要在潜在瓶颈上为订单进行排序并安排订单进度。而对于其他生产方式（如加工群组制造技术）来说，对下一时间能力内一系列由生产资源处理的订单进行自动的、时间导向的生产能力检查就足够了。随后订单的排序可以由生产资源的有限约束来自动加载完成。当然，也可以在甘特图上手工交互完成。

计划任务能够也应当分散地利用各个工厂工作人员的专业知识，并结合工厂现有状况来完成（例如，员工的可获得性）。

供应链高级计划与S&OP、产销协同与计划为执行分散决策单位的生产计划和排程构造了一个框架。生产计划和排程相应的指令通常有：

（1）所使用的加班工作量或额外换班数；

（2）在各个节点上及时获得供应链上游产品的可能性；（尤其是前后工序规则冲突）

（3）有关投入原料（从供应商那儿购买的）的采购协议；

此外，由于供应链高级计划对供应链有更广泛的考虑以及其较长的计划时间间隔，它也将给出一些指令。供应链高级计划给出的指令有：

（1）在计划时期末建立的各种产品的季节性库存量（按库存生产策略）；

（2）给定订单交付给供应链下游单位的时间（这一单位可能是下一个生产阶段，承运人或最终客户）。

二、怎样从模型到生产排程？

车间作业模型到生产排程的一般步骤：

第1步：建立模型

车间作业模型必须考虑生产流程的特殊性质和相应的详细物料流动情况，目的是以最小成本制定可行的计划。

以前，我们只能明确建立所有现存车间作业生产资源中一部分（也就是那些可能变成瓶颈的生产资源）的模型，因为系统的产出率只受这些潜在瓶颈的限制。

而现在，多品小批量多变环境下，资源瓶颈会不断漂移，是否是瓶颈也存在不确定性，故尽可能的详细建模，并区分主资源、副资源等，以备灵活动态排程所用。

第2步：提取所需数据

生产计划和排程使用从下列来源中获得的数据，如ERP、DP需求计划、S&OP与产销协同、MES、PLM、WMS等系统。

在制定生产计划和排程时仅用到从这些获得的一部分信息。因此，我们必须指明哪些数据实际上才是建立指定产品模型所必要的。

第3步：构造一系列假设条件

除了一些从ERP、需求计划、S&OP等获得的数据外，在工厂或生产地的决策制定者还可以获取一些有关车间作业目前动态数据（人、机、料、法、环）和未来状况的进一步信息或预测，这些信息在其他地方是无法获得的。同时，还可能存在一些与可实现能力有关的选择方案（如根据灵活的倒班按排）。

因此，决策制定者还必须具有修正数据并相应地建立特定方案的能力。

第4步：制定最初的生产排程

自动为指定方案生成（最初的）生产排程。这一步或者由两阶段计划等级-计划和排程完成，或者在一个阶段（计划和排程不分）中完成。

第5步：分析生产排程和交互式修正

如果存在时间能力导向的高级计划，那么在制定详细排程之前，我们首先会分析这个生产计划。尤其是如果这个生产计划不可行，决策制定者将指定一些行为来平衡生产能力（例如，引入加班或给出各种路径）。这将比在单个生产资源（低计划等级）上更改详细排程要简单。不可行的行为如超过订单到期时间或超负荷使用生产资源等，都会显示为生产的预警信号。

同时，通过有效结合决策制定者的经验和知识，为某一方案制定的具体解决措施将会得以改善。然而，为了提供现实的决策支持，我们还需限定必要修正的次数。

第6步：批准方案

一旦决策者保证已经评估了所有可实现的选择，他们将选择出能够反映执行上最吸引人的方案的生产排程。

第7步：实施和更新生产排程

所选择的生产排程将会被导入到：

（1）ERP系统以实施计划；

（2）MES系统以实施调度

(3 ) TMS运输计划以寻找完成客户订单后的车辆装运。

使所有瓶颈生产资源的计划行为推广到那些用非瓶颈生产资源生产出来的物料或那些从供应商那儿运来的原材料上。此外，我们会为特定订单保留所需的物料。

我们将执行排程，直到某个产生建议修改生产排程的事件的时间点。这个事件可能是新订单进入、设备损坏或者是代表排程的一部分内容已经执行的时间点。

我们很少改变工厂生产的模型。如果模型的结构保持不变并且只影响到数量（例如，一个设备组中设备的数量或一些已知产品的新的变化），那么模型能够通过从ERP、MES、PLM等系统中下载的数据自动更新。

然而，对于像引进具有新特性的新生产阶段这样的变化来说，建议由专家通过手工处理来调整模型。

三、重排生产排程

生产计划和排程假定所有数据都是确定已知的，也就是说决策状况都是确定的。尽管这是一个理想的假设条件，但对特定时间间隔来说也是合理的。为了处理不确定性因素如未计划的生产率变化情况或无法预期的生产资源停工期，软件可以随时监控工厂中与假设偏离的各种情况，并据此更新订单的预期完成时间。

这些变化是否大到需要重新优化排程，取决于决策者的判断。目前的软件会提供可替代方案的广泛的制定和测试（也称为模拟仿真（simulation ），以提高判断能力，这些行为都是在排程实际交给工厂以前完成的。

在这里我们要提到的另一个特征是两步计划程序：

增量计划。假定新订单进入，如果这一订单落入生产计划和排程的计划时间期内，那么这一新客户订单的活动会被插入到所需生产资源的已定顺序订单中。在现有排程中寻找时间差，以保证只对订单进行最小的时间上的调整。如果排程的可行性可以保持，那么我们就可以推导出新客户订单的计划交付时间，并将它送达客户。

重新计划。由于最初的排程可以通过不同的订单顺序来改进，我们有时会考虑重新优化排程，目的是要产生新的成本更低的订单顺序。一旦能够对排序进行重新优化，那么我们就可以制定一个新的、可行的排程。

制定新的订单排序方法是非常耗时的，并且通常会带来一些紧张。由于新计划与前面制定计划相比，相关工序的起始时间和生产量会发生变化，我们应该避免这种紧张。紧张会增加花费在工厂上的精力，例如需要较早地投入一些原材料，而这些原材料又必须与供应商核实。为了减少这些紧张，我们通常会将—种资源上“后几个订单”稳定或固定，也就是它们的排程是固定的，不再参与重新优化。那些起始时间落入给定时间间隔（称为冻结时间跨度）的所有订单都会被固定。

但随着工厂的柔性能力不断提高，计划冻结期在不断缩短，以适应多品种小批量定制生产模式。