APSS協會首席專家顧問 蔡穎
一、分析制造工廠多品種小批量按單生產難題
1. 多品種小批量生產的特點
多品種小批量生產主要特征為：
多品種并行、資源共享、定單結果和生產周期的不確定性、物料需求變化多變，導致采購延遲嚴重。
多品種小批量的按單生產，生產環境的流程是：
1）接單評審，如果插單，可能有個模擬過程。
2）對非標的零件進行設計，采購，生產。
3）對一些提前期長零件的預測計劃的按單沖消，有約束的物料計劃和約束的能力的預排程。
4）對定單池的里所有定單進行規則優化排程，以達到服務最大化（交貨期優先）
5）跟蹤與執行交付，監控可以采用可視化定單甘特圖。
2. 多品種小批量評估分析
主要解決目標：
1）縮短交期、及時交貨
2）準確靈活的生產計劃與排程
3）降低物料短缺與改善物料不準確
分析七個核心可贏利流程：
1）需求與訂單處理流程
2）工程管理流程
3）生產計劃與生產控制流程
4）采購計劃與采購控制流程
5）倉儲與物流管理流程
6）精益生產現狀
7）多品種小批量按單生產模式組織結構適應性
3. 制造工廠多品種小批量按單生產主要問題：
需求與銷售處理主要問題：如何更好的管理預測？如何得到合理的交期？如何提高交貨績效？如何全局的跟蹤訂單的狀態？
工程管理主要問題：如何更好、更準的配置客戶化的BOM？如何更快的轉化E-BOM到ERP的生產BOM？如何跟有效的控制ECN？如何在工序中調用工藝文件與圖紙？
生產計劃與控制主要問題：如何保證交貨期”和“資源瓶頸”及“物料短缺”之間的沖突？如何資源瓶頸與物料瓶頸優化排程？如何插單與訂單變更的處理？
采購計劃與控制主要問題：如何避免物料延遲、缺料？如何供應商的管理？如何避免物料時間與數量不準？如何采用JIT/JIS配送計劃？
庫存管理主要問題：如何避免ERP系統的庫存業務與實物不統一？如何使物料配套并預警？如何分析組合物料的ABC和FMR分析？如何改善庫存周轉率？
精益生產主要問題：交貨期的價值流分析與改善、標準化、可視化、設備布局與庫存的布局優化。
4. 快速響應運作組織模式
建立“快速響應”項目小組，融合ERP、APS、精益、6西格碼、供應鏈管理思想和工具，來縮短交貨期，快速響應客戶需求。
二、APS高級計劃排程原理
1. 工廠主要存在的問題：
1）交期不準、訂單延遲；
2）計劃不準、產能不夠、物料短缺；
3）浪費嚴重，效率低；
4）庫存不準、積壓嚴重，失控；
5）無法精細成本核算。
2. APS主要解決方案概述
1）需求預測與S&OP
2）合理的CTP
3）高級約束計劃
4）詳細約束車間排程(與計劃相互關聯)
5）多種可視化甘特圖(人機交互，定義顏色查詢提前或延期)
6）快速重排
7）使用基于規則或優化算法來計劃排程
8）反復模擬what if
3. 經營中的挑戰
今天，在眾多領域的制造業者所共同面臨的挑戰和困難是一二十年前所無法想象的，技術的發展瞬息萬變，全球化的競爭四處涌現，客戶的需求也上升到幾乎不容許你出錯甚至苛刻的水平。要想在這樣的環境中取得成功，所以制造企業面臨的新挑戰是：
1）按需生產：具有高效敏捷的計劃與排程，能夠接受客戶最后時刻的修改和客戶訂單的變化
2）快速精益制造：實現精益企業的流動和6西格碼技術的質量控制；
3）柔性企業：實現運作過程的柔性，管理結構的柔性，企業戰略的柔性。
制造企業的主要目標：質量高可靠性、交貨周期縮短、準時交貨率、降低庫存(周轉天數)、降低成本、柔性即靈活性
圖1 企業管理系統ERP系統的歷史和今天
4. MRP的困境
MRP具有十大缺陷：
1）BOM的模型缺陷
BOM（Bill of Material）只是說明了產品與物料的邏輯與數量構成，沒有反映工序、設備、資源的使用物料的量和地點位置。
2）預設生產提前期的缺陷。生產提前期或提前期偏置不可能預先假設的。應為影響提前期的因素很多，如批量多少、投入的設備與資源多少、是否平行移動或工序重疊比例、同時混合生產的品種等。所以生產提前期應該是預計劃排程的結果。
3）MPS/MRP是基于無限約束的計劃。它是假設資源（機器、人員、物料）無限的計劃排程，是不可行的計劃排程，通過CRP能力需求計劃分析手工調整，計劃與執行的落差太大，不能匹配生產車間現場的資源產能與產線節拍。
4）MPS/MRP/RCCP/CRP計劃層次之間是順序的手工閉環。需求計劃需要RRP檢查能力；MPS需要RCCP來檢查能力；MRP需要CRP檢查能力，只能正向關聯，一旦車間設備等資源能力出現問題，不能反向關聯，只能手工來調整MPS，這就是所謂的閉環MRP（Close loop MRP），根本不是自動閉環，難以適應多品種小批量的變化。
5）不能動態的、滾動的計劃排程車間實際執行時，一旦沒有按照生產訂單的開工或完工日期完成，不能根據實際開工或完工日期來進行自動的滾動計劃排程。ERP的生產任務一旦下達，日期只能手工修改。
6）資源不能可視化的監控和調度管理人員不能使用甘特圖交互運作，調整的效果顯示不直觀和實時，必須重新運行計劃（批處理）才能反映出來。
7）不能處理優先級等工廠規則的插單排程，不能模擬分析工廠不可避免的插單、設備故障、缺料等意外的情況，不能提供類似what-if的情景分析與模擬等事前計劃、模擬、及比較分析等功能，幫助計劃人員做出正確的決策。
8）沒有基于規則優化（如交貨期、最短加工時間），不支持算法優化。沒有生產訂單下達規則，如解決哪個訂單先下達，如按交貨期，優先級，生產訂單合并與分割等。沒有加工順序規則如當資源不夠用時，生產訂單和負荷在排隊，解決排隊的順序，如最短加工時間，最小工序數等。沒有優化選擇規則：當資源需要動態選擇加工時，也就是對順序規則從新選擇時，如最小準備時間規則等。沒有現場調度資源組成員分配規則：如當須選擇多個資源，替代資源時，如最小資源利用率資源。不能支持優化算法的多目標計劃：如在滿足交貨期的前提下，延遲訂單最小化、資源負荷利用最大化、成品、在制品、原料庫存最小化、成本最小化的優化的計劃排程。
9）不能計算CTP合理的交期（考慮物料、能力、模具、人員等）接到銷售訂單，應該根據物料需求展開與工單排程，再回溯配對訂單的方式，推算出更準確的訂單交期，支持業務即時回覆訂單CTP (Capable to promise/produce)的可用量承諾交期與生產能力承諾交期，提高交貨準確度與客戶滿意度。
10）計劃排程均不準確，何來有效的、準確的庫存計劃控制。如供貨計劃JIT/JIS到工位，物料配送計劃、控制再制品。
5. 為什么生產計劃排程如此之難？
計劃排程常出現的問題有：多品種少批量的生產，混合排產難度大；無法如期交貨，太多“救火式”加班；訂單需要太多的跟催；生產優先順序頻繁改變，原定計劃無法執行；庫存不斷增加，卻常常缺關鍵物料；生產周期太長，提前期無限膨脹；生產部門往往成為市場表現不佳的替罪羊……
1）相互沖突的生產計劃排程的目標－滿足客戶交貨期與生產成本之間的矛盾－產能最大化與浪費最小化之間的矛盾－庫存成本最小化與客戶需求的矛盾－批量采購與庫存最小化之間的矛盾
2）復雜多約束的生產現場：復雜的工藝路徑對各種設備的特殊需求各不相同；有限的生產設備，物料，庫存，人員的約束；小批量多品種的生產模式；精益生產的多品種混排模式；
3）動態變動的生產環境：臨時訂單改變，緊急插單的需求；產品流程變化，新產品研制流程的不確定性：機器設備故障檢修，員工生病請假等。
6. 什么是APS？
APS: Advanced Planning and Scheduling 高級計劃與排程
APS: Advanced Planning System 高級計劃系統
APS要滿足資源約束，均衡生產過程中各種生產資源；要在不同的生產瓶頸階段給出最優的生產排程計劃；要實現快速排程并對需求變化做出快速反應。
APS會同時檢查能力約束，原料約束，需求約束，運輸約束，資金約束，這就保證了供應鏈計劃在任何時候都有效。并具有模擬能力。不論是長期的或短期的計劃具有優化，對比，可執行性。
基于內存計算模式，快速反應：APS系統最初運用是在一個企業的范圍內進行計劃的運算和優化，但它也被擴展到供應鏈的計劃上，這包括供應商、分銷商和出貨點的需求。不同的軟件供應商選用不同的優化算法搭建自己的高級計劃系統軟件，需要根據解決不同的問題來決定采用哪種算法引擎。
排程分為無限與有限：無限負荷需求只是證明能力的存在。它允許超出可用能力。有限排程只在可用能力內計劃。
1）基于能力約束：有限產能
工廠的實際產能是有限的：
（1）工人人數有限；
（2）每個工人的勞動能力有限；
（3）機器數有限；
（4）每臺機器每天的運轉時間有限；
（5）生產作業的場地有限、庫房的容納能力有限；
APS用日程表真實模擬生產資源的可用性安排：比如工人的上下班時段；機器的運轉、中斷和停工時段等等。這也反映了實際生產中的有限產能約束。
2）基于物料約束：物料庫存有限、工廠的物料存貨是有限的、供應商在一定時間內的供貨能力是有限的、工廠自身的采購實力也是有限的（線邊量、現有量、在訂量、采購提前期），因此可供生產的原料并不是取之不盡的，工廠的生產必然受到有限存貨的約束。
圖2 APS計劃引擎
一般APS軟件都由5個主要的模塊組成：需求計劃、分銷計劃、生產計劃和排程、運輸計劃、企業或供應鏈分析。
圖3 APS主要模塊
7. APS的歷史與發展
1）計算機出現之前的APS：甘特圖；線性規劃
2）1950-1960初，計算機已出現：線性規劃優化
3）1960中期-1970初計算機應用程序的進步：復雜優化，人機交互
4）1980年-APS軟件的出現：約束理論，圖形用戶界面
5）1990年-APS市場繁榮和產品增值：I2等專利產品
6）大多數ERP供應商收購APS公司和開發APS。
APS產品的功能特征的演變有以下四個階段：
第一階段的功能特征：人機交互可視化排產，簡單的有限資源計算。
第二階段的功能特征：基于各種資源約束優化計算。
第三階段的功能特征：基于多重資源約束優化和建模。
第四階段的功能特征：多重資源約束，物料的動態約束，需求計劃，分銷網絡配置計劃，運輸計劃，全局CTP，ATP。
8. APS的優化算法
優化(Optimization)是用系統的方法，在業務約束基礎上，來改善計劃或排程。優化的主要算法有：
1）數學規劃(線性和混合整數規劃)，較適用于戰略計劃如網絡選址，尋源等；
2）啟發式算法(約束理論或模擬仿真等)，較適用于戰術計劃或運作計劃如生產排程等；
3）基因算法，較適用于有大量的可能方案選擇；
4）窮舉法是在所有替代的可能的方案尋找，較適用于教簡單的供應鏈。
9. APS的主要過程：
1）承諾：現在我能為客戶合理地承諾做到哪些事情？同時可以考慮物料和能力；
2）高級計劃：客戶今后的需求有可能是什么？什么樣的計劃能滿足客戶將來求？即使生產中斷我們仍然可以正常工作嗎？如何調整和保證我的承諾并達到目標？在計劃中作出的更改如何影響每個訂單？
3）確認下達生產訂單：近期需要下達哪些訂單？
4）順序排程：如何實現數量/日期承諾和的運營目標？在瓶頸上最優化的加工順序是什么？我們需要對類似的加工需求進行成批加工嗎？
5）精益執行：且分析今天需要完成哪些生產訂單？應使用哪些資源？在單元生產線上，動態看板的執行。
APS和傳統的生產排程區別：高級排程是一個多重約束的排程，包括更多的排程方法，可視化的拖拉排程，基于能力和相關能力排程，實時的能力承諾CTP和高級物料計劃。
10. APS的三種模式
1）基于模擬仿真模式：基于訂單任務(Job-based)；基于事件(Event-based)。
2）基于TOC的模式和擴展：TOC的建模可以通過有限能力建模基于所有約束，同步化物流。任何資源均可以定義為瓶頸資源或關鍵資源及次瓶頸資源。對瓶頸資源采取雙向計劃，對非關鍵資源采用倒排計劃。緩沖時間可以設置任何在復雜資源之間。DBR(Drum-Buffer-rope)邏輯是對關鍵工序同步化所有資源和物料。
3）基于數學建模-基因算法：數學建模包括神經網絡、基因運算、線性規劃、進化運作(ECOP)、漸進迭代和人工智能。
11. APS軟件主要的模塊
制造業APS：高級計劃模塊、高級排程模塊、動態CTP/ATP、高效模擬分析器
12. APS和MRP的區別
APS是同步的，約束的，優化實時的計劃。
MRP是順序的，無約束的，無優化的，批處理的計劃。
圖4 APS和MRP的區別
13. APS和ERP
圖5 APS和ERP的區別
圖6 APS和ERP集成
14. APS解決企業管理難題
問題一：CTP能力可承諾客戶要求交期是否可達成？
物料的可用量和瓶頸能力可以準確承諾客戶訂單的交期。對提高客戶服務至關重要。
問題二：是否可接受插單?會對已接訂單造成什么影響？
插單是不可避免的，插單勢必導致物料和能力再分配，需模擬分析影響原來訂單的排程。
問題三：在滿足交期情況下是否能力利用率也能達到最優化？
在滿足交期情況下，按一定的約束規則向后排程和向前排程，優化計劃排程。
問題四：計劃排程是考慮產能力約束優先還是物料約束優先？
在現有能力下，考慮物料約束。在現有物料下，考慮能力約束。也可以同時考慮多重資源的約束。
問題五：產能負荷是否可以自動搜尋替代加工及替代工藝路線？
計劃產品自動分配到生產線和自動選擇工作中心。對調度人員幫助非常大。
問題六：客戶、供應商的頻繁變更，排程應如何快速回應？
在供應鏈的環境下，必須要實時考慮客戶的變化和供應商的變化，實時分析預警。
問題七：當品種改變時，物料的約束模擬和動態分配和替換？
通常計劃會因各種原因而改變，使品種的變化對物料的影響最小。能定義替換規則自動計劃替換物料。
問題八：當品種排序時的模具調配時間的優化？
在精益生產環境下，品種的排程順序可以考慮換品種調配時間最小。
實際上，在制造實踐中，以上問題是不可回避的。從事生產第一線的生產管理者們都知道每天都被這些問題所困擾。那么，我們制造信息化如何應對呢？
15. 按需生產，我們準備好了嗎？
按需生產，需要重新設計供應鏈信息化系統，傳統的主生產計劃和物料需求計劃的方式，已佷難適應按需生產環境，很多企業正在轉向按需生產環境。按需生產的最大的挑戰是模擬計算CTP可以承諾的交貨期和準時交貨。不僅需要訂單需求直接進入計劃排程的物料和能力系統，還要和供應商互動供應信息。
1）CTP功能，模擬計算交貨期。
2）訂單可以設置優先級，且可以進行模擬插單分析
3）計劃穿透性，從采購的延遲或缺料等異常情況，可以反查到哪個銷售單。
4）支持訂單成本，也就是先進先出FIFO。
5）按單計劃和復雜的按單配置等
企業可以通過使用可視化APS技術，來模擬交貨的有效性。快速優化排程和重排能力。
按需生產，需實現精益拉式生產系統：
對工廠重新布局，設計具有流動拉式節拍的單元制造系統和互動的供應商聯盟，最小化制造提前期，以適應快速響應客戶需求。如：
1）單元生產方式。布局靈活，距離短，人員少，團隊精神，工作豐富。靈活多變，象細胞一樣，可以復制，移動。
2）一個流的節拍生產方式。象溪流一樣，有節奏持續流向市場的海洋，大大減少了中間庫存，和移動時間。
16. 制造業APS要解決的問題：
1）如何承諾客戶訂單？
2）怎樣制作物料和能力計劃？
3）車間的生產訂單如何排序？
ATP: 一般情況下，企業都只能根據自身的可用存貨（或半成品）來許諾，有多少存貨接多少訂單，沒有可用存貨的話管理者就因為擔心違約而不敢接單了。
CTP: 在APS的幫助之下，管理者能經準掌握企業的生產能力。對于沒有相應可用存貨的訂單，用戶只需在的供需編輯器中輸入訂單的訂貨數據，就可按生產能力迅速計算出企業能否按時生產出來，從而決定是否許諾這些訂單。
通過需求甘特圖非常直觀地告訴用戶基于現有的資源和生產能力，哪些訂單能按客戶要求的時間準時交貨、哪些需要延遲（只能在客戶要求的最遲交貨時間之前生產出來）、哪些是基于現有條件怎么也完成不了的，這可以幫助用戶決定是否許諾訂單、如何許諾，既不會因為沒把握而錯過訂單也不會超出自身能力貿然承諾訂單。
17. APS的三步法：自動識別關鍵路徑
1）從承諾日期反向開始，并且保留每道工序需要的工作中心的能力和物料。如果所需要的物料是已經生產的組件，則同樣從其需求點開始對其進行反向計劃。如果在此途徑結束時，開始日期在計劃時間范圍的開始或之后，則繼續執行下一個訂單。
2）如果反向途徑失敗，則意味著生成的開始日期可能已經過去，則從計劃開始日期保留能力和物料。
3）如果生成的截止日期在計劃時間范圍內（雖然有可能在承諾日期之后），則完成對此訂單的計劃。
圖7 APS的三步法
圖8 CTP流程圖
圖9是需求甘特圖，展示了每個需求訂單的完成情況，精準至每個產品是由哪些工人使用哪些機器生產出來的、何時開工何時完工、使用了多少數量的哪些原料零件，等等。
圖9 需求甘特圖
18. APS－高級計劃
考慮時間較長的計劃訂單，部考慮已排程的訂單。考慮訂單的優先級和客戶到期日，是基于訂單任務(Job-based)訂單貫穿全部多層物料清單的整個訂單。它考慮工作中心能夠處理物料和滿足需求的能力。因為現在進行順序設定還為時過早，所以可以使用準備時間的平均值，可以定義緩沖時間，尤其是在瓶頸設備上進行處理之前，從而能夠允許可能發生的中斷，最終的結果是一個“可排程”的計劃。
高級計劃的邏輯：它是基于訂單的計劃引擎。它的目標是根據訂單類型（不計劃過去的需求）和訂單到期日期（可以選擇限制并保留物料不限制能力或同時限制并保留物料和能力）建立可行的計劃。要達到這些目標，引擎：在制造清單的全部層次一次計劃一個訂單。
APS引擎是如何工作的？
先對每個訂單后排程；通過整個BOM；滿足最小/最大/倍數；通過工藝路徑；產生計劃訂單。
決定哪個供應(制造物料和采購物料)，應該提供來滿足當前的需求(訂單、預測等)決定什么時候需要和下達。
高級計劃實現了很多主要計劃概念：
1）物料和能力限制
2）物料和資源保留
3）拉動計劃
高級計劃產生的結果：
1）預計訂單完成日期
2）訂單預計遲到的識別
3）計劃訂單和下達日期
4）物料短缺、利用率和瓶頸
5）例外消息
高級計劃由以下兩個部分組成：
1）向客戶做出承諾
2）履行承諾。
CTP按訂單依次創建可完成生產計劃。這意味著客戶可根據給定的當前排程和訂單優先級在幾分鐘內告訴客戶公司能夠完成訂單的現實時間。這種類型的高級計劃使用戶能夠：
1）立即提交并按時交貨
2）理解優先級、訂單對和能力更改的影響
3）最小化在制品和存貨數量
4）最小化快速成本
19. APS高級計劃優化采購
與生產計劃同步生成最佳采購計劃
承接訂單之后，APS立刻就可以幫助用戶制定相應的優化采購計劃：
基于用戶輸入的需求訂單計算出優化生產計劃的同時，可根據生產計劃中調用的采購制定相應的采購計劃，讓用戶清晰地掌握哪些物料不足需要采購以免耽誤生產、哪些物料存貨充足不需要采購。
用戶在執行生產計劃之前就已經制定了最佳的采購計劃，既能充分保障生產任務的順利完成又節約了成本和產能。
充分考慮了已訂購但還未到貨的物料供應
APS不僅調用已有的庫存，還充分考慮排程之前訂購的、執行生產計劃期間到貨的采購訂單對生產計劃的影響。（線邊量、現有量、在訂量、采購提前期）
20. APS高級計劃優化庫存
企業制定合理庫存量，需要精確計算，而不能僅憑經驗估算。
APS把訂單、市場預測和采購、生產、庫存數據結合起來建立模型，使用模擬技術，可將庫存值從0至無窮大之間調整，尋找出既可以滿足市場需求有可以降低庫存的最佳庫存點。
從而在原來經驗估算庫存量的基礎上再降低庫存量及存貨資金占用量的8%到45%。
圖10 物料圖
用物料圖形式展示排程結果，幫助企業直觀的平衡各種能力，來達到既滿足客戶要求，又盡可能的降低各種物品庫存量的目標。
21. 高級計劃建模
1）建立資源模型：在工序中使用的資源、資源功能或技能集、資源的可用時間；
2）計劃訂單規則模型：將為其指定計劃的物料、計劃訂單的大小限制；
3）提前期和物料工藝模型：工序、提前期、物料。
建立資源組和資源模型：為任何要計劃的對象(班組、設備、夾具、工具甚至貨位) 創建一項資源。僅將限制資源作為關鍵資源建立模型。超級資源可以同時執行無限數量的制造工序，但是僅適用于在班時間。
資源組：在一道工序所需的所有資源組都具有相同類型時，決定使用哪一個每件工時加工時間時使用。
APS高級計劃的明顯優勢：實時、可行的物料和能力、可行的時間、完全的可視性，延遲，中斷等對定單產生影響、生產和需求同步、模擬分析。
22. APS-高級排程
排程(scheduling)系對未來欲完成的工作給予設定時間，即是對資源分配的一種執行方式，它將產能規劃與整體生產計劃的結果(包括設備、人力與空間等)，分配到各項工作、活動、或顧客上，并調和效率，存貨水準與服務水準三個互相沖突的目標，求取一個適當的平衡點。
1）約束排程是實時的，集成的，基于內存計算引擎
2）它用于車間訂單工序的排程
3）它是基于事件的有限排程，意味是實時的考慮目前的負荷和能力，和材料供應。
4）它支持不同的優化方法，考慮基于規則的資源和工序選擇如最小閑散時間和盡可能的遲考慮排序的相關性(大小， 顏色等)
APS-高級排程的運作模式：
1）預見性排程：可以給一組訂單預先準備優化的排程。
2）響應性排程：可以在多變的環境中適應變化以維護可行的排程。
3）交互式排程：可以用甘特圖手工拖拉工序計劃。
高級排程的類型：混合模式排程Mixed-model scheduling、基于節拍排程Rate-based scheduling、同步控制Synchronous control、工序排程Operations scheduling、項目排程Project scheduling。
APS-高級排程建模：物料、工藝路徑、生產訂單、班次，班次例外，假日、資源，資源組、規則。
圖11 APS-排程的工藝路徑
圖12 APS-排程規則
排程的基本參數：
資源：生產安排中使用到的設備或者人力等，它可能是一個獨立單元或者是一組性能相同的單元組成的工作中心，根據性質不同可細分為：
1）主要資源：完成一項工作的主要資源，如機器等
2）次要資源：輔助主資源完成工作的其他資源，如設置人員，模具等
3）外協資源：執行外加工服務的供應商
4）用戶：通常可理解為客戶與原材料供應商
5）庫存：把物料的庫存作為一個約束來看待，在生產計劃時考慮其制約關系。
工藝路線：為生產某一個物料(成品)而經過的所有的工藝工序(工作中心)。
工序接續方式：根據工序間的關系，有些工作必須是前工序完成后工序才能開始，有些工作是前工序開始一段時間就可以開始下一工序的工作等多種接續方式，滿足各種工藝要求。
工作日歷：描述正常工作天數， 開始時間， 班次， 資源的在班時間。例外日歷是描述假日或工休等。
生產訂單：一個任務或生產的數量，時間、數量、優先級是制造訂單的三要素。
正向排程：盡量從最早可分派時間從第一個工序開始分派，從第一工序的下達日期按每一個順序向前計劃開始日期。
逆向排程：從最后工序中離交貨期盡可能近的日期開始向后分派，從最后一個工序和工作的需要的完成日期向后計劃每一個加工工序的完成日期。
瓶頸資源雙向：基于訂單的優先度或者訂單的指定的方向進行正向或者逆向的排程方式。
加工時間計算：可依據主資源、最長的資源、最長的副資源來安排計劃。
移動時間：有移動時間最小值和最大值，可定義下工序在前工序完成后的開始時間范圍。例如：熱處理后的半成品需要冷卻半小時才能開始，可定義移動時間最小值為30分鐘；一些食品加工之后必須8小時內包裝，可定義移動最大時間為8小時。
資源量：定義給定的資源量是每一天的每一班可用的小時和有多少個能力單元期間可用。 如， 工作中心有3臺機器，每天運行8小時，所以工作中心有24小時的能力。計劃安排的時候可選擇安排到一臺機器或者按資源量分派。根據不同的班次，可能資源能也不一致，比如一工作中心[白班]有100人同時作業，[晚班]只有50人作業，那么可根據班次的資源量設置工作日歷。
資源順序規則：工作存在多個候選資源時，可根據資源的優先或者評價值或者出現順序來決定資源的使用。
下達規則：根據分派規則來決定訂單安排的優先順序，比如以交貨期或者優先級為順序安排訂單。
資源選擇規則：對候選資源參照評價式指定的評價指標進行評價，如制造時間最小、設置時間最小、等待時間最小等等。根據評價值的大小來決定資源的使用。
資源凍結：所謂資源凍結就是占用資源而不能安排其他工作。比如：一個儲罐里裝紅色油漆，用3個小時而完成了本工作，但是在下一道涂裝工序里需要用該儲罐里的油漆并且大概需要5小時。那么在儲罐里裝完油漆之后也5個小時之內不能安排其他工作。此時可以使用資源凍結。
資源緩沖時間：所謂資源緩沖時間就是為了保證瓶頸資源的正常云轉而在瓶頸資源上設置的緩沖時間。緩沖時間是在TOC理論里保護瓶頸資源的重要手段之一。可以設置前緩沖時間和后緩沖時間。
排列順序優化：所謂排列順序控制就是控制在指定資源上的工作的先后順序。切割材料的時候，在滿足交貨期的情況下，要盡量從長度短的開始切割。在涂裝工序里，在滿足交貨期的情況下，我要盡量從顏色淺的開始刷漆。
外設置：不停止主設備或者可以忽略主設備的停止時間的情況下，在外部所進行的設置工作。不影響主生產設備的情況下可以完成工作，所以可以提高設備的利用率。
內設置：為了完成某個工作而所需的準備工作，比如設備的調試等。跟外設置相比，進行內設置時候必須停止主生產設備，而外設置不用停止主生產設備情況下完成準備工作。
23. 高級排程如何工作？
按客戶要求排產：當今的制造業，面向訂單生產和無存貨理念成為主流，客戶往往不是簡單地要求工廠生產出來一定數量的產品就可以了，而是對交貨時間、批次、數量有嚴格的要求。
1）交貨時間
既不能太晚，這樣會影響生產進度和銷售；也不能太早，這樣會產生庫存成本。一般地，客戶的訂單里需要寫明三個時間：“要求時間”、“最早時間”、“最遲時間”，分別表征約定交貨時間、最早交貨時間、最遲交貨時間。
2）是否允許延遲交貨
如果客戶在給定一個交貨時間之外又給了一個最遲期限，則該訂單是允許延遲交貨的，如果客戶要求必需在約定的時間準時交貨則該訂單是不允許延遲交貨的。這些要求都可以在APS的供需編輯器中設定。
3）是否完整裝運
根據客戶要求同一個訂單里的產品一次性交付還是可以分批次交付，APS可制定相應的最佳生產計劃。
多訂單整體優化：優化交貨時間不同且存在不同優先級別和生產方式的多訂單情形，比如某工廠2月份有三個訂單需要生產：
·訂單1：10個閥門，2月20日13：00：00交貨，最多允許延遲三天，優先級別為3；
·訂單2：20個拐頭，2月27日14：00：00交貨，不允許延遲，優先級別為2；
·訂單3：15個轉向器，2月25日9：30交貨，延遲或提前均不能超過1小時，優先級別為1。
把這三個訂單的交貨時間、時限和優先級分別納入優化范疇，從而得出該工廠2月份的最優生產方案，而不是只能分別計算出這三個訂單的最優生產方案
自動識別瓶頸：APS能準確地找出這些瓶頸資源，以便用戶準確而高效地提升整體產能。
1）可以人為設定瓶頸
2）自動識別瓶頸：
在按照客戶訂單命令生產的基礎上，最合理的使用現有生產資源后，出現的負載最高的生產資源和操作是瓶頸。
瓶頸有兩類，生產資源和操作。操作瓶頸是指不可更改的關鍵操作，生產資源瓶頸是指負載最高的設備資源。瓶頸是隨產品變化而變化的，它是優化計算時的出的。
資源和物料替代：
1）資源替代
資源組功能用于實現生產資源的替代，比如機器1和機器2都可以進行操作A，二者是相互替代的。我們就可以創建一個資源組B，它有兩個成員：機器1和機器2，我們可以分別給它們設定各自執行操作A所需的時間、各自的批量倍數以及二者的優先級，排產時優先使用優先級高的成員。
2）物料替代
該功能由物料組實現，物料組中的成員是可以相互替代的，用戶也可給各成員設定優先級，APS優先使用優先級高的成員，優先級高的成員耗盡之后系統會自動起用優先級低的成員進行替代。
訂單和資源優先級
1）訂單和產品優先級
用戶可設定各訂單或產品的優先級別，在無法全部按時交貨的情況優先保障優先級高的訂單和產品。
2）資源和物項優先級
資源（物項）集中各成員資源（物項）的優先級是不同的，用戶可根據實際偏好設定相應的優先值。
資源多元能力
事實上，一個資源在同一時間里并不是只能執行一個任務，也就是說資源的能力有可能是多元的，比如某臺多功能機器就可以同時執行多個操作。另外，實際生產中通常把執行同一個任務的同一種生產資源編為一個工作組/工作中心，這個工作組就可以看作是一個多元能力資源，如果其中的單個成員在同一時間里只能執行一個任務，那么該資源的能力數值就是成員數。能力單位，用戶可以輸入大于1的數值來表示該資源是多元能力的。
工具排程
在生產過程中，某些工序上需要用到一些附加的輔助器具，例如模具和夾具等。保證工序開始時確實有可用的工具。
工具計劃的主要目標是：對生產工具進行結構化的定義；根據工具狀態及有限性，制定切實可行的生產計劃；根據生產計劃，給出各件工具的計劃使用安排
工具計劃的步驟：
1）工具的定義：相同功能的工具被劃分到同一個功能組中，工具的可用性由有效期與工序狀態共同決定
2）工作訂單的工具需求
3）工具計劃結果的調整
人力排程
需要不同工種的操作人員。某些員工具備多種生產技能，而且即使在同一個工種內部，人員與產品之間也存在著優先級關系，即每位員工有最擅長的產品。
根據各工種的人數以及員工與產品之間的優先級關系，合理的安排日程，確保工序開始時，具有足夠的人力資源可以使用。
人力排程功能的主要目標是：對各分廠的員工以及工種進行定義與管理；根據各工種的人數以及工序對工種的要求計算工序的計劃開始時間；給出每位員工的每次值班的任務清單；給出每位員工的計劃負荷率；根據精確計劃結果，統計每班對不同工種在人數上的要求，以便合理的調配人力資源。
人力排程的步驟：
1）人員與工種的定義
每個工種可以分配給不同的人員，每個人也可以具備多個工種
2）工作訂單的工種需求清單
在制定精確生產日程時，自動根據工種中的人數，每人的值班時間等因素對各工序的開始與結束時間進行計算。
3）人力資源計劃的調整
在完成人力資源計劃后，通過人力資源計劃甘特圖展示每位員工在計劃區間內的計劃值班任務清單，以及計劃負荷量。
生產計劃人員可以通過以下方式對人力資源計劃進行手工的調整：將指定工序分配給指定的員工進行生產；設定指定人員的非正常可用時間段；在調整之后對計劃進行刷新，自動根據計劃結果，對計劃的其它的部分進行重排。
中途緊急插單
一定時期內整個工廠的生產計劃都排好并付諸執行之后，如果忽然接到新的訂單或者原客戶的追加訂單，那么管理者就遇到了一個非常棘手的問題。中途緊急插單，不接的話不但影響利潤還會丟失客戶，接的話又不知是否能生產出來，可能存在很大的違約風險。
幫助用戶妥善處理這類插單難題：盤點好計劃的執行情況之后用戶把新訂單輸入APS，立刻就可使用APS計算出能否插單以及插單后的最佳生產方案。
動態排程：實時修正計劃
APS制定的生產計劃下達執行之后，很可能在中途出現執行偏差或者原先的工序、工藝路線、需求訂單等出現變化，這種情況下如果繼續執行后面的計劃往往就不是最優的了，偏差較大時甚至會導致無法繼續執行后面的計劃。這就需要APS軟件能基于偏離的事實，對原計劃進行修改，在保持已執行部分不變的情況下計算出使總體最優的后續計劃。動態排程功能可以很好地解決插單、變更訂單產品的時間或數量、變更工藝路線、變更庫存、變更供應的時間或數量等問題。
圖13 排程方法縮寫
24. APS詳細功能
APS產品的功能特征的演變有以下四個階段：
第一階段的功能特征：人機交互可視化排產，簡單的有限資源計算；
第二階段的功能特征：基于各種資源約束優化計算；
第三階段的功能特征：基于多重資源約束優化和建模；
第四階段的功能特征：多重資源約束，物料的動態約束，需求計劃，分銷網絡配置計劃，運輸計劃，全局CTP，ATP。
第一階段的功能特征：人機交互可視化排產，簡單的有限資源計算。
1）向前，向后和雙向的訂單的加載計算。
2）可以定義簡單加載規則如按完成日期排序和設定優先級)
3）工序間的人機交互拖拉，編輯，批量分割
4）根據資源和時間對單獨工序加鎖/解鎖
5）可以按工序的最早開始日期或訂單的最早完成日期計算。
6）可以人機交互的替換，增加工序，交互處理故障，計劃維修。
7）可以處理單一的加工工序，平行工序，可以對工序的單一資源進行約束
8）根據物料，時間，批量的生產率來排生產計劃
9）可以對有限資源和無限資源或單個班次或假日來計劃排程
10）可以在工作中心里自動選擇資源，用戶也可以定義資源
11）可以顯示圖形，文本，報表，可以訂單跟蹤，甘特圖，等待表。
第二階段的功能特征：基于各種資源約束優化計算。
1）用戶可以定制、配置數據、菜單、報表；
2）可以按工序和計劃增加約束使用率；
3）具有換裝時間距陣的排序，可以選擇最小化換裝時間；
4）具有計算批量，計算運輸批量和自動重復和自動停止訂單的功能；
5）具有CTP(能力可用量)的查詢；
6）可以自動連接其它軟件。
第三階段的功能特征：基于多重資源約束優化和建模。
1）具有每個工序的多重約束；
2）基于當前工序的子工序的約束；
3）可以使用優先資源選擇規則；
4）最大工序跨度和間隔，也可以延遲到下一個工序；
5）可以計算在每個加工過程的順序和平行批量；
6）可以對裝配線的建模和子裝配線建模。
第四階段的功能特征: 多重資源約束，物料的動態約束，需求計劃，分銷網絡配置計劃，運輸計劃，全局CTP，ATP。
1）提供強大的模擬功能，支持多種生產情景的模擬分析；
2）能夠處理復雜的、多級別的BOM運算；
3）支持多工廠級別的現貨可承諾交貨數量運算（ATP）和計劃可承諾交貨數量運算（CTP）；
4）能夠合理分派生產任務單、降低生產等待時間、提高瓶頸資源的利用率；
5）通常包含了行業運用的業務實際，從而保證和加快高級計劃系統的實施；
6）具有同各種ERP系統間集成，保證物料信息數據的更新；
7）優化供應鏈需求計劃，分銷配置計劃，運輸計劃。
25. APS現在面臨的挑戰：
1）APS運用和發展的的三個重要因素是1，速度性能；2，集成性；3，可視化圖。
2）在性能方面：APS計算方式采用針對多核的并行計算方法，將使APS的計算速度達到革命性的突破。
3）在集成方面：對異構系統的集成方式已經從點對點的集成達到平臺集成總線的方式。
4）在可視化圖形方面：可以采用大型游戲的三維圖形模擬仿真技術，改變了傳統的平面甘特圖模式。
5）通用化的APS產品很難面面俱到解決各行業的問題，而且越是考慮的行業多，越會導致系統參數很多，使用難度加大，系統友好性變差，計算效率降低，最終實施效果變差。
6）傳統的排程軟件很難發展壯大。APS軟件可以整合了工藝BOM、物料需求計劃、高級排程、產能預測、發運計劃、甚至現場管理等一系列附加功能的綜合體。
7）APS軟件一定要是平臺化、可快速客制化修改。生產管理本來就復雜多變，精細化的生產就更是復雜多變。如果不能快速客制化修改，則很難解決好客戶的實際問題。
8）APS高級排程解決之道就是APS集成MES，未來很可能會取代ERP中傳統的計劃、生產模塊。
三、基于ERP的APS、MES、精益生產結合模式
圖14 ERP，精益，APS組合的關系
ERP+精益方式：一般針對企業的生命周期分成長型企業、成熟企業、挑戰精益企業。
1、ERP成長企業（財務物流）：強化基礎管理。精益思想的培訓。5S和現場管理。
2、ERP成熟企業（財務物流＋計劃）：有限約束計劃、VSM，單元流，看板，推拉結合。
3、ERP精益企業（財務物流＋計劃＋車間MES）：節拍均衡，有限約束計劃，電子動態看板、車間跟蹤執行，市場拉動式供應鏈優化系統。
圖15 APS+精益生產
四、如何利用APS縮短交貨期
通過APS高級計劃排程，滿足資源約束，均衡生產過程中各種生產資源；在不同的生產瓶頸階段給出最優的生產排程計劃；實現快速排程并對需求變化做出快速反應。
1）通過有限能力自動設定生產排程到秒和分鐘的動態提前期，改變無限能力的固定提前期為天的生產排程。可以有效的縮短生產交貨期。
2）通過分割制造訂單，縮短制造提前期。
3）通過分割工作使其分派到別的資源上，可以縮短制造提前期。
4）通過工序的接續方法，縮小批量，使各工序的工作重疊分派，由此，縮短了制造提前期，
5）通過設定前準備和后準備時間的連接點，來縮短制造提前期。
6）通過有效的作業人員的排程，來提高生產力，來縮短制造提前期。
7）通過對瓶頸中心的優化排程，前工序向后推分配，將后工序前推分配。提高生產力，來縮短制造提前期。
8）通過先進的數學約束優化算法，來優化生產過程，縮短了制造提前期。
五、如何實施APS系統
1. 如何實施用可視化的APS實現精益制造：
當精益運作拓展到敏捷供應鏈的按需生產時，使得物料最終客戶的需求所拉動快速客戶反應時，將會給企業帶來巨大利益，但是，實施所需要的投入和精力也是巨大的。
實現APS的一般三個步驟：
1）實現無約束物料，無約束能力的計劃
2）實現約束物料，約束能力的計劃
3）實現優化的計劃：優化單一目標：最大化交貨率、最大化庫存周轉率、最大化收益率、多目標加權優化。
2. 實施APS需準備的資料：
1）設備基本資料（機臺、產線等）：主要包括：工作中心代號、工作中心名稱、效率指數、資源組與替代關系等。
2）產品工藝與BOM資料：主要包括：完成品品號、工藝、首選工作中心、前置工時、標準工時與產量、分批加工批量數、工序損耗率、物料用量、物料損耗率等。
3）依賴資源：工裝，模具，夾具，刀具等
4）客戶優先級：給每個客戶一個優先級，用于排程時優先服務大客戶。
5）班次：班次是每天連續的工作時間段。
6）設備工作日歷：用于定義每個設備在每一天的工作時間。
7）工人基本資料：工人代碼與班組成員與技能，
8）與ERP對接：包括品號料號、庫存、生產單等。
3. 實施APS的重要原則
遵守7個重要原則：具有正確的期望非常重要，同時采用主要的計劃原則也至關重要。
原則1：對重要的資源建立模型。
在為資源建立模型時，應控制受約束資源的數量。記住80/20規則-20% 的資源或物料會引起80% 的問題。將注意力集中在妨礙你關注重要問題的事情上。避免建立過于復雜的模型。這有助于讓您建立能夠正常運行的系統并避免注意力的分散。
原則2：做出現實的承諾
實時地承諾和保留。為“保障訂單”保留能力，而限制接受的訂單數量。如果必須在無法驗證可行性的情況下接受訂單，應確保必須每日檢查瓶頸工序及時發現存在問題的區域。
原則3：最小化批量設定和順序設定
分配時合并批次。分配時決定生產單的順序。試著考慮時間和周轉率，不僅僅是數量和準備時間節省。
原則4：修改流程，而不要修改訂單
重點是分析發現潛在問題，而不是加速訂單發貨。每日檢查瓶頸和遲到訂單，及時預見問題。
原則5：持續更新狀態
及時準確地記錄人工和物料處理。及時地關閉作業訂單。建立切實可行的工作中心能力模型。保持工藝和物料清單的準確性。建立切實可行的采購物料提前期模型。維持正確的存貨水平。
原則6：到期下達生產訂單
盡可能晚些下達。但仍然需要一些閑置時間使無法預料的資源故障或物料發貨延遲引起的風險降低到最小限度，但是不要因為具有閑置資源而提前下達。遵守高級計劃創建的排程計劃下達生產訂單。不要通過提前提供的車間訂單對系統進行再評審，從而限制能力或預計需要。
原則7：保持統一
需要每個人都遵守所有這些原則。
在國外這些原則已經過成功使用APS系統的客戶的驗證。他們發現為獲得一個固定過程所花費的大部分時間用在了改變人們的思維方式上，即讓人們習慣使用一些主要的計劃原則。實施這些原則對于成功地使用APS計劃排程非常重要，將這些原則應用到實際的業務中。
4. APS實施方法
盡管計劃排程的實施比較復雜，只要掌握系統的方法，也可以較順利完成。這里列出幾個步驟：
1）有軟件供應商評估客戶的需求
2）決定和現存的計劃環境的結合點
3）對關鍵用戶進行初次培訓
4）由咨詢顧問幫助建立模型
5）建立數據接口程序和可能的客戶化程序
6）準備數據
7）根據實際計劃環境培訓
8）切換上線
我們在運用APS的系統時，也不能大而全。每一個企業的類型和計劃難度不一樣。如物料驅動型企業（組裝），其計劃的重點是物料約束。對產能驅動型企業（加工），其計劃重點是能力約束。對優化的追求，也不能太理想化，滿意取代最優。現場動態變化復雜業務可以用可視模擬技術來取代優化算法求解。
本文根據蔡穎在第十二屆管理信息化高級研修班上的發言整理，經本人確認！
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本文標題：APS高計劃與排程原理
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