在現(xiàn)代制造業(yè)中，高效的排程是生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。在過去，排程工作通常是由人工完成的，難以適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜的生產(chǎn)需求。為了解決這個(gè)問題，許多企業(yè)開始采用先進(jìn)計(jì)劃和排程（APS）軟件，以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。APS是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的排程工具，它可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行精確的規(guī)劃和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更高效的排程和生產(chǎn)。

APS功能不僅可以優(yōu)化排程，還可以提高生產(chǎn)效率和降低成本。它能夠?yàn)槠髽I(yè)提供全面的排程解決方案，從而幫助企業(yè)更好地預(yù)測生產(chǎn)需求、優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃、降低庫存成本、提高交貨準(zhǔn)確性和減少生產(chǎn)時(shí)間。與傳統(tǒng)的排程方法相比，APS能夠更快速、更準(zhǔn)確地完成排程工作，并可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化。

1.始于偶然

Nebula MOM產(chǎn)品套件在APS領(lǐng)域的實(shí)踐，始于全自動(dòng)工廠類項(xiàng)目對自研APS功能的強(qiáng)烈需求。

基于對MES系統(tǒng)基礎(chǔ)模型的分析與對APS核心功能的理解，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將APS的實(shí)現(xiàn)分解為大致3個(gè)步驟：數(shù)據(jù)輸入、引擎計(jì)算、結(jié)果可視化。數(shù)據(jù)輸入主要負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中與排程計(jì)算相關(guān)的內(nèi)容，整理成后續(xù)計(jì)算需要的輸入內(nèi)容，隨后由引擎進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算并返回關(guān)鍵值，MES系統(tǒng)根據(jù)關(guān)鍵值，將排程后結(jié)果整理成圖形化結(jié)果。

2.從初生到成熟

根據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的設(shè)想，我們分別從數(shù)據(jù)輸入、引擎計(jì)算、結(jié)果可視化三個(gè)角度，看看Nebula MOM產(chǎn)品在APS領(lǐng)域是如何成長的。

2.1數(shù)據(jù)輸入

在最初的版本中，根據(jù)對MES系統(tǒng)的長期經(jīng)驗(yàn)與項(xiàng)目要求，數(shù)據(jù)輸入主要由以下關(guān)鍵要素構(gòu)成：

工單上的最早開始時(shí)間、最晚結(jié)束時(shí)間，分別用于正向排程計(jì)算和逆向排程計(jì)算
工序上，單工序生產(chǎn)需要的處理時(shí)間
工藝上的工序生產(chǎn)順序
工序上的工具規(guī)格（項(xiàng)目定制，要求同模具連續(xù)生產(chǎn)，盡量少換模）
工作中心上的排程屬性：處理時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、換模提前期（項(xiàng)目定制）
工作中心能力（工作中心同時(shí)加工的能力）
主產(chǎn)品規(guī)格約束（項(xiàng)目定制，同顏色連續(xù)生產(chǎn)，指定設(shè)備生產(chǎn)，盡量少換粉）
烘烤參數(shù)約束（爐資源排程）

在后續(xù)的新版本迭代過程中，這些關(guān)鍵要素被不斷細(xì)分和細(xì)化。在當(dāng)前的Nebula MOM產(chǎn)品套件中，數(shù)據(jù)輸入的關(guān)鍵要素包括：

工單上的最早開始時(shí)間、最晚結(jié)束時(shí)間，分別用于正向排程計(jì)算和逆向排程計(jì)算

工單的優(yōu)先級

工單的排程方式（正排還是倒排）

工單的工單約束配置（如工單B生產(chǎn)部件B需要使用工單A生產(chǎn)的零件A時(shí)需要設(shè)置）

工序的工序約束配置

工序委外設(shè)置

工序上，單工序生產(chǎn)需要的處理時(shí)間

工序上的替代資源設(shè)置（資源不能使用時(shí)就可以由另外配置的資源替代）

工作中心上的排產(chǎn)屬性：

1) 資源種類設(shè)置（單純資源、復(fù)合資源、爐資源、隧道爐標(biāo)識）

2) 標(biāo)準(zhǔn)排隊(duì)時(shí)間、安裝時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、處理時(shí)間、拆卸時(shí)間、移動(dòng)時(shí)間

3) 時(shí)長表達(dá)式（在處理、安裝、拆卸時(shí)長不固定的場景下，可以分別設(shè)置）

4) 工作中心偏差方式（指前一個(gè)工作完成/開始后多長時(shí)間（數(shù)量、百分比），后工作可以完成/開始）

5) 效率、處理批量、使用量

6) 強(qiáng)制加工控制（工序不中斷、工序不跨天、固定節(jié)拍點(diǎn)生產(chǎn)）

資源能力（工作中心能力、設(shè)備能力、人員能力、工具工裝能力，無限資源量，瓶頸資源，逾期時(shí)加班設(shè)置）

日歷約束（全局日歷、資源能力日歷）

2.2引擎計(jì)算

在初版引擎中，我們采用統(tǒng)籌計(jì)算的模式對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

在此種計(jì)算模式下，雖然可以通過權(quán)重來控制優(yōu)化目標(biāo)的偏重，然該模式無法讓多個(gè)目標(biāo)同時(shí)達(dá)到它們本身能夠達(dá)到的最優(yōu)結(jié)果（即由于多個(gè)優(yōu)化條件相互沖突，導(dǎo)致結(jié)果上誰也不傾向）。

例如，既想讓分組結(jié)果最優(yōu)，又想讓設(shè)備使用盡量均衡，同時(shí)還想讓瓶頸資源的利用率最優(yōu)，這三種優(yōu)化是必然會(huì)造成相互影響的；。

在當(dāng)前的Nebula MOM產(chǎn)品套件中，為了解決上述的“三角”難題，我們先是引入優(yōu)先級的概念，在統(tǒng)籌計(jì)算時(shí)，按用戶關(guān)注程度（優(yōu)先級），將優(yōu)化目標(biāo)的按順序進(jìn)行多次計(jì)算。同時(shí)，為了更好的解決此類沖突，我們也提供了一個(gè)分步計(jì)算模型，按照優(yōu)先級分布計(jì)算，以滿足多種優(yōu)化的目標(biāo)。兩種計(jì)算模型的邏輯分別簡述如下：

統(tǒng)籌計(jì)算：這是一種默認(rèn)使用和最常用的方式。計(jì)算方式是將所有選擇的策略邏輯一起進(jìn)行計(jì)算，求出滿足所有約束的具有最優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)的結(jié)果。目前這種優(yōu)化計(jì)算方式在其內(nèi)部會(huì)計(jì)算多次。首次計(jì)算時(shí)，倒排優(yōu)化的單會(huì)進(jìn)行正排優(yōu)化，目的是為了測算所有任務(wù)都正排情況下是否會(huì)超期，從而為在后續(xù)的計(jì)算中選擇倒排優(yōu)化計(jì)算的邏輯。此次計(jì)算完成后，若有爐資源進(jìn)行排程時(shí)，將會(huì)對爐資源的任務(wù)在首次排程的結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行組爐的計(jì)算。(目前組爐的計(jì)算考慮計(jì)劃，工作依賴，最小組爐數(shù))組爐計(jì)算完成后就會(huì)進(jìn)行最后一次的運(yùn)算求解，達(dá)到正排的最優(yōu)，倒排的最優(yōu)，組爐的并行和各個(gè)策略結(jié)果的最優(yōu)。

分步計(jì)算：將所選擇的策略以配置的步驟順序進(jìn)行計(jì)算，逐步滿足當(dāng)前步驟的約束或者當(dāng)前步驟優(yōu)化的最小值。目前的分步計(jì)算邏輯的求解都是可行解（可執(zhí)行的計(jì)劃），所以為了保證結(jié)果的可執(zhí)行性、正確性。將正排程和任務(wù)依賴和工單依賴這三類影響結(jié)果正確性的策略會(huì)放在首次計(jì)算，而不管其配置的步驟順序如何。每一步的求解首先都會(huì)在上一步求解結(jié)果的最優(yōu)條件下進(jìn)行，除非無法找到滿足條件的解，此時(shí)就會(huì)打破上一步求解結(jié)果來進(jìn)行求解，以找到滿足當(dāng)前步驟以及之前所有步驟的最優(yōu)解。以此類推一步一步的進(jìn)行求解。

2.3結(jié)果可視化

初始版本中，我們提供三種類型的可視化界面，便于用戶對排程結(jié)果使用視覺進(jìn)行直觀評估，三種界面分別是：

工單甘特圖：縱軸是生產(chǎn)工單、橫軸是時(shí)間，展示了各個(gè)生產(chǎn)工單的排程情況

資源甘特圖：縱軸是生產(chǎn)資源、橫軸是時(shí)間，展示每個(gè)生產(chǎn)資源（工位）的排程情況

資源負(fù)荷圖：縱軸是生產(chǎn)資源，展示每個(gè)生產(chǎn)資源的在不同時(shí)間段內(nèi)的資源負(fù)荷情況

初版可視化界面中，各個(gè)圖形化界面僅能進(jìn)行簡單的交互，如：在工單甘特圖上直接打開工單、打開工單所屬工作，資源甘特圖顯示各個(gè)資源生產(chǎn)工序之間的生產(chǎn)順序等等，但未顯示更多豐富的信息，也不能在甘特圖上進(jìn)行直接拖動(dòng)，以便操作人員以更加直覺的方式調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，這造成了工作流上的割裂。

在當(dāng)前的Nebula MOM產(chǎn)品套件中，為了讓排程后的確認(rèn)與操作，更加符合人類直覺，我們對工單甘特圖與資源甘特圖做了一系列優(yōu)化，尤其是能更加直觀顯示排程傾向的資源甘特圖，新增加的特性和優(yōu)化，簡單說來有以下幾點(diǎn)：

工單甘特圖

1) 顯示工單最晚交付時(shí)間：在界面上以紅色對勾突出顯示工單最晚交付時(shí)間，以便查看工單是否已逾期。

2) 顯示工單的生產(chǎn)進(jìn)度：在甘特圖內(nèi)部，以進(jìn)度條方式顯示工單的完成情況。

3)顯示工單的實(shí)際開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間：在甘特圖下，標(biāo)識工單的實(shí)際開始時(shí)間，實(shí)際結(jié)束時(shí)間。

資源甘特圖

1) 調(diào)整處理時(shí)間：在不打開工作的情況下快速調(diào)整工作計(jì)劃處理時(shí)間。

2) 調(diào)整計(jì)劃資源：在不打開工作的情況下快速調(diào)整工作分配的資源。

3)調(diào)整日歷/資源能力：快速調(diào)整調(diào)整日歷/資源信息。

4) 任務(wù)拖動(dòng)時(shí)的聯(lián)動(dòng)計(jì)算：當(dāng)拖動(dòng)某個(gè)任務(wù)時(shí)，它所對應(yīng)的有依賴關(guān)系的任務(wù)會(huì)跟著進(jìn)行移動(dòng)；以保證任務(wù)之間依賴關(guān)系在拖動(dòng)過程中不會(huì)被打破。

5) 切換資源時(shí)任務(wù)的時(shí)間計(jì)算：任務(wù)切換資源時(shí)，若時(shí)間段已經(jīng)有資源占用了，之前版本是會(huì)禁止切換，此版本進(jìn)行了優(yōu)化：會(huì)進(jìn)行計(jì)算該任務(wù)可以插入的最早然后進(jìn)行插入。

6)超期任務(wù)的突出顯示：當(dāng)任務(wù)的結(jié)束時(shí)間超過它的最晚結(jié)束時(shí)間或者所屬的計(jì)劃的最晚結(jié)束時(shí)間時(shí)，之前版本未對超期任務(wù)進(jìn)行明顯的顯示，此版本會(huì)有突出顯示讓人一目了然。

7) 資源甘特圖支持按任務(wù)的編號名稱進(jìn)行快速定位：之前版本未支持通過任務(wù)的編號進(jìn)行過濾而快速定位，此版本可在左上角通過任務(wù)的編號過濾或者計(jì)劃的編號過濾出一整個(gè)計(jì)劃的任務(wù)，方便過濾顯示和快速定位。

8) 支持在資源甘特圖上直接添加計(jì)劃：此版本可支持直接選擇資源進(jìn)行相關(guān)計(jì)劃的添加，不需要再次返回排程池列表進(jìn)行添加，簡化操作，提升用戶體驗(yàn)。

3.未來計(jì)劃

隨著越來越多的客戶使用，現(xiàn)有的功能肯定無法滿足各種行業(yè)中各種客戶的需求。為了滿足客戶需求、提升客戶滿意度和用戶體驗(yàn)，我們制定了一些發(fā)展計(jì)劃。

首先，在排產(chǎn)工作臺操作方面，我們將進(jìn)行改進(jìn)，以進(jìn)一步提高用戶體驗(yàn)。我們將使排產(chǎn)前的一些準(zhǔn)備操作（例如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)整準(zhǔn)備）更加友好快捷，更好地切換和融合任務(wù)池和結(jié)果展示界面，，將排產(chǎn)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)操作和結(jié)果更友好地展示，更好地展示排產(chǎn)過程和結(jié)果。

其次，為了幫助客戶解決實(shí)際排程重點(diǎn)問題，讓排程結(jié)果有更大的分析和實(shí)用價(jià)值，我們將提供更多、更豐富的計(jì)算模型和策略庫，在流轉(zhuǎn)、資源、負(fù)載均衡方面做更多優(yōu)化，以深入支持各類特殊行業(yè)排產(chǎn)相關(guān)需求。我們還將提供排產(chǎn)結(jié)果的分析、排產(chǎn)調(diào)整后的分析等功能，以提升排產(chǎn)所帶來的價(jià)值。

4.結(jié)語

本文僅使用簡單直白的方式，描述了Nebula MOM產(chǎn)品在APS領(lǐng)域的一些功能。目前，我們已在多個(gè)項(xiàng)目上成功上線APS產(chǎn)品，如上海置信、北京某所、四川某所的排程項(xiàng)目，之后也會(huì)有更多項(xiàng)目實(shí)踐，同時(shí)會(huì)發(fā)布更多實(shí)用的、值得期待的功能。

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