淺談APS高級計劃排程系統(tǒng)（上）

DEVELOPMENT BACKGROUND

發(fā)展背景

供應鏈計劃（SCP）是企業(yè)組織串聯(lián)營銷、采購、生產、倉儲、物流等各項業(yè)務活動的核心鏈條，是企業(yè)經營管理的重中之重。其主要由銷售和運營計劃（S&OP）、物料需求計劃（MRP）、產能計劃（RCCP/CRP）、生產計劃（Production Scheduling）等各項計劃共同構成。而作為軟件提供商來說，近些年來一直希望能夠將供應鏈計劃系統(tǒng)的功能完善，并將它集成到一個系統(tǒng)中。

早期MRP系統(tǒng)能夠保證物料供需的平衡，把生產和采購緊密聯(lián)系在一起，但是沒有將資源能力考慮在內，并不能很好地適應需求、能力或材料供應之間變化。直至后來制造資源計劃（MRP II）的出現，它整合了物料、資金和設備能力以及人力資源需求。相比于MRP系統(tǒng)初期形成了一個更為閉環(huán)的系統(tǒng)。

但隨著市場競爭的進一步加劇，訂單的不定時和多樣化，企業(yè)不僅僅需要考慮到生產制造過程中的各種變化以及問題，還需考慮分配、運輸等事項問題。MRPII系統(tǒng)計劃與調度執(zhí)行連接不緊密的問題逐步凸顯，隨之高級計劃排程系統(tǒng)應運而生，主要用于平衡產品需求、資源設備能力和操作約束限制。它為管理者提供了有價值的工具，以支持對未來動態(tài)需求的決策，幫助企業(yè)考慮當前業(yè)務存在的不確定性。

如今地緣政治沖突、冠狀病毒疫情對企業(yè)供應鏈計劃帶來沖擊和影響日益凸顯，而APS的靈活性與時效性將是解決這一問題的有力抓手之一。

▲工廠應用佰思杰APS系統(tǒng)案例

APS系統(tǒng)利用了復雜的數學算法來預測需求，在指定的約束條件和優(yōu)化目標下，結合理論和工廠實際，分配原材料、計劃和安排生產，以滿足生產和銷售需求。它作為一個指導生產的工具，為用戶提供客觀的信息幫助計劃決策，幫助確定事物真正的發(fā)展方向，系統(tǒng)化處理生產任務，集中精力改進瓶頸。

高級計劃排程系統(tǒng)能帶來的優(yōu)勢包括但不限于：

▲佰思杰APS排程

一項服務于包裝行業(yè)的APS實施調查研究表明，APS系統(tǒng)幫助企業(yè)的交付精度從79%增加到了96-99%，同時交貨周期從5-7天減少到0，并減少了30%的規(guī)劃資源。雖然APS能顯著減少生產周期、資源和庫存負載，以及高達300%的投資回報。然而，研究表明，僅有20%的APS系統(tǒng)是安裝成功的，能達到70%的預期收益。主要是因為以下原因：

下文將結合APS的基本功能和佰思杰的解決方案討論該系統(tǒng)是如何幫助工廠實現規(guī)劃和優(yōu)化的。

ADVANCED PLANNING

計  劃

想要完成高級計劃排程，需要先制定一份供應鏈計劃（Supply chain planning，SCP），給出主要的計劃階段，以及主要計劃階段的完成時間段。在實際的生產管理中，計劃和操作供應鏈時需要模型和業(yè)務流程來支持決策，并且需要整合跨供應鏈功能、跨地理位置的設施和時間。

通俗來說，供應鏈計劃的主要作用是資源整合，對涉及到的各個公司、各個工廠、各個組織之間的整體能力做評估，幫助企業(yè)協(xié)調、平衡各工廠不同的資源和能力。

通過配置，結合企業(yè)實際數據庫，充分利用模型從三個維度來整合規(guī)劃：

佰思杰供應鏈計劃模塊還可根據企業(yè)不同的制造模式提供不同的解決方案。

對于按項目生產的企業(yè)，可以通過系統(tǒng)中的項目計劃模塊來管理項目中的生產活動以及相關協(xié)作與配套活動。項目計劃可以分解相關的技術準備計劃、物資準備計劃、產品制造計劃等進行統(tǒng)一管控，同時產品制造計劃和物資準備計劃可以向下穿透管理關鍵節(jié)點上的生產計劃或采購計劃，從而實現與生產、采購計劃的協(xié)同管理。

▲項目制生產計劃

對于常規(guī)的批量生產模式，即使產品結構復雜，也可以通過系統(tǒng)的主計劃管理模塊進行排程運算各物料的生產訂單或采購訂單的計劃時間形成生產計劃、外協(xié)計劃以及采購需求計劃，同時生產計劃和外協(xié)計劃可以向下穿透管理訂單中的生產作業(yè)計劃和外協(xié)工序作業(yè)計劃，以實現計劃的分層管控。

▲準時制生產計劃

為了支持流程的完整性，一個好的排程系統(tǒng)還需嵌入易于使用的模型，以系統(tǒng)內嵌高級算法為主，可視化調整為輔，幫助計劃員確定有效計劃。

可以看到，佰思杰供應鏈計劃模塊主要采用的是描述性模型，具體包括有主計劃排程、主計劃負荷圖、成套監(jiān)控、齊套檢查等，用于預測未來需求或計算直接和間接的制造成本模型。再根據生成的主計劃排程生成相應主階段和生產工單，根據模型確定生產組織與工廠、工單最早最晚時間期限、物料采購需求等，多種模型均支持圖形拖動方式調整，操作方便快捷，信息展示全面，為企業(yè)生產計劃和采購決策提供全面支持。

▲佰思杰主計劃甘特圖

ADVANCED SCHEDULING

調  度

完成初步供應鏈計劃后，才正式進入高級計劃排程階段。在實際的生產過程中，往往會存在約束條件來限制排程，且同時存在優(yōu)化目標，為排程設定方向。有些約束被定義為硬約束，在做生產計劃時是不可突破的，例如工藝模型、工單依賴、資源產能、輔助資源、物料約束等。有些約束稱為軟約束，可突破但盡量不突破，往往與優(yōu)化目標功能類似，可由用戶自定義，系統(tǒng)在滿足強制約束的條件下按優(yōu)化選項排程，包括滿足交期，準時生產，庫存控制，利用多工序縮短WIP（Work-in-Progress，在制品），平衡設備利用率，減少切換，同料號、同屬性、同模具的產品排在一起，避免不合理的切換等。

▲ APS通用模塊

丹麥奧爾堡大學斯蒂格教授（主研供應鏈集成和調度優(yōu)化問題）和赫沃爾比教授（PH.D主研制造信息系統(tǒng)，供應鏈規(guī)劃，曾發(fā)表一百多篇同行評審論文）在2010年提出如何區(qū)分軟約束和優(yōu)化目標的區(qū)別：一方面約束是界定標準的，它產生可行但不一定是最佳的計劃。另一方面，優(yōu)化目標是基于成本或利潤的角度，從財務方向來規(guī)定最優(yōu)計劃的。只有將約束和優(yōu)化目標結合考慮，才能生成一個使工廠和客戶雙方滿意的最佳計劃。

一般來說，軟約束和優(yōu)化目標往往存在多條，例如，既想保證交期，又想避免過早完成產生過多的倉庫成本；既想盡可能多的平衡各資源產能，又想減少在制品工序轉換、等待時間等等。工廠在實際生產中不可能同時滿足的所有需求，那么應該如何確定優(yōu)化的優(yōu)先級？除了為優(yōu)化目標設置權重，兩位教授在文中還提出為軟約束設置懲罰因素，計算時不僅需要選擇保證帶來更高收益的優(yōu)化目標和突破軟約束懲罰最小的計劃，還要比較違反軟約束的懲罰是否低于優(yōu)化目標帶來的收益。例如，面對大數量訂單，若資源和容量不足的懲罰，小于按時交貨（優(yōu)化目標）所帶來的收益，則解決方案是計劃加班、避免遲交。與此值得思考的問題是，公司應該如何估算延誤成本？

▲受約束限制的二維排程算法

佰思杰APS系統(tǒng)也曾一度嘗試根據標準設置懲罰系數幫助企業(yè)精確計算規(guī)劃得分，以求得最優(yōu)解法，但在后期的實踐中發(fā)現，懲罰值需要企業(yè)計劃員不斷調試，過程十分復雜繁瑣，且準確度有待考究。經過多方調研和優(yōu)化，現在給出的另一種更貼合實際業(yè)務和工廠需求的解決方案：將硬約束規(guī)定為不可突破的強制約束限制，軟約束和優(yōu)化目標不再嚴格區(qū)分。不僅支持設置多條優(yōu)化目標，還可根據工廠實際設置權重。優(yōu)先保證權重高目標的不被突破，利用權重計算公式找到最優(yōu)解或提供模擬多種排程場景，以供計劃員和管理人員人為選擇他們心中的最優(yōu)計劃。

▲佰思杰APS系統(tǒng)約束優(yōu)化目標配置

當然，想要完整排出生產計劃，只有約束和優(yōu)化目標是不足夠的，還需設置排程方向、工序依賴、工作日歷、資源定義和能力，檢查物料庫存是否充足、齊套檢查等，排程后得到訂單交期的評估結果、精細的生產計劃、投料計劃、能力需求計劃、采購需求等，并支持通過多種甘特圖和報表的形式展示計劃的結果。

值得強調的是，佰思杰的多種甘特圖均支持以拖拽的方式調整計劃，通過可視化調整更直觀、快捷，并且可保證所有約束、優(yōu)化目標和依賴關系。

▲佰思杰生成的APS結果 清晰直觀的可視化方案（部分圖表）

古語說，魚和熊掌不可兼得。約束和優(yōu)化目標配置不同、生成的決策結果就不同，每個決策都有它的好與壞，下決定之前必須考慮方方面面的限制因素。國外少數先進的APS系統(tǒng)提供了“What-if“分析模型，利用實時系統(tǒng)反復進行假設分析，逐漸拼湊工廠的最優(yōu)計劃?；谑聦嵒A做判斷，發(fā)揮引導作用。

現在，佰思杰APS系統(tǒng)也提供多場景模擬功能，在模擬場景中，基于工廠的實時數據，改變參數，重新排程，并保存每次排程結果，每個結果都會生成所有可視化模型（如上述圖表），以便用戶對比多維度的結果，選擇最優(yōu)計劃。

▲佰思杰APS排程歷史

CONCLUSION

結 語

在數字化經濟的推動下，工廠車間的數字化轉型成為必然趨勢。作為智能工廠的指揮中心，APS系統(tǒng)是不可或缺的一部分，使用APS系統(tǒng)帶來的巨大優(yōu)勢有：縮短生產周期、減少生產準備時間，提高生產率、達交率、降低庫存、提升客戶服務率、加速數字化轉型，能全方位考慮生產六要素（人、機、料、法、環(huán)、測）的限制與約束，為企業(yè)生產計劃提供高效的解決方案。

然而，雖然APS系統(tǒng)擁有如此強大的功能，但該系統(tǒng)的成功運用還依賴于數據的準確性以及計劃員對于其企業(yè)業(yè)務的充分理解。只有數據完整準備時，APS才能提供最精確的開始時間；只有對業(yè)務的充分理解，計劃員為每個訂單設置最正確的權重，APS才能提供最優(yōu)排程。

佰思杰為了用戶的“投資回報率“，我們還將全程提供咨詢、精益、實施、運維等全面服務，保證APS系統(tǒng)成功落地。

下篇將具體介紹APS系統(tǒng)的實際應用場景，詳細解析不同加工工藝下所需要的數據支持。帶領大家更全面的了解整個APS系統(tǒng)，敬請關注！

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