淺談APS高級計劃排程系統(上)

2023/11/24

高級計劃排程系統(APS)

高級計劃排程(Advanced Planning and Scheduling,APS)作為如今供應鏈管理中最熱門(mén)的話(huà)題,能幫助企業(yè)解決生產(chǎn)越來(lái)越多變復雜的痛點(diǎn)。本篇將從APS系統的發(fā)展背景和基本功能,結合佰思杰提供的解決方案探討APS能為企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的作用與優(yōu)勢。



DEVELOPMENT BACKGROUND

發(fā)展背景


供應鏈計劃(SCP)是企業(yè)組織串聯(lián)營(yíng)銷(xiāo)、采購、生產(chǎn)、倉儲、物流等各項業(yè)務(wù)活動(dòng)的核心鏈條,是企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的重中之重。其主要由銷(xiāo)售和運營(yíng)計劃(S&OP)、物料需求計劃(MRP)、產(chǎn)能計劃(RCCP/CRP)、生產(chǎn)計劃(Production Scheduling)等各項計劃共同構成。而作為軟件提供商來(lái)說(shuō),近些年來(lái)一直希望能夠將供應鏈計劃系統的功能完善,并將它集成到一個(gè)系統中。


早期MRP系統能夠保證物料供需的平衡,把生產(chǎn)和采購緊密聯(lián)系在一起,但是沒(méi)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(lái)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系統初期形成了一個(gè)更為閉環(huán)的系統。


但隨著(zhù)市場(chǎng)競爭的進(jìn)一步加劇,訂單的不定時(shí)和多樣化,企業(yè)不僅僅需要考慮到生產(chǎn)制造過(guò)程中的各種變化以及問(wèn)題,還需考慮分配、運輸等事項問(wèn)題。MRPII系統計劃與調度執行連接不緊密的問(wèn)題逐步凸顯,隨之高級計劃排程系統應運而生,主要用于平衡產(chǎn)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(jià)值的工具,以支持對未來(lái)動(dòng)態(tài)需求的決策,幫助企業(yè)考慮當前業(yè)務(wù)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(lái)沖擊和影響日益凸顯,而APS的靈活性與時(shí)效性將是解決這一問(wèn)題的有力抓手之一。


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▲工廠(chǎng)應用佰思杰APS系統案例


APS系統利用了復雜的數學(xué)算法來(lái)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(chǎng)實(shí)際,分配原材料、計劃和安排生產(chǎn),以滿(mǎn)足生產(chǎn)和銷(xiāo)售需求。它作為一個(gè)指導生產(chǎn)的工具,為用戶(hù)提供客觀(guān)的信息幫助計劃決策,幫助確定事物真正的發(fā)展方向,系統化處理生產(chǎn)任務(wù),集中精力改進(jìn)瓶頸。


高級計劃排程系統能帶來(lái)的優(yōu)勢包括但不限于:

  • 確保業(yè)務(wù)高效運作,按時(shí)交付以及交付優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

  • 根據優(yōu)先級和資源能力,將混亂的工單整理成系統化有序的計劃。

  • 通過(guò)比較不同的場(chǎng)景,將這些訂單計劃組合在一起,創(chuàng )建模擬,并比較結果。

  • 降低資金占用、工作時(shí)間、生產(chǎn)周期、庫存等成本。

  • 靈活應變生產(chǎn)中的各類(lèi)異常,快速調整計劃。


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佰思杰APS排程


一項服務(wù)于包裝行業(yè)的APS實(shí)施調查研究表明,APS系統幫助企業(yè)的交付精度從79%增加到了96-99%,同時(shí)交貨周期從5-7天減少到0,并減少了30%的規劃資源。雖然APS能顯著(zhù)減少生產(chǎn)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系統是安裝成功的,能達到70%的預期收益。主要是因為以下原因:


  • 計劃管理業(yè)務(wù)復雜性高、環(huán)環(huán)相扣,APS軟件實(shí)施需要與制造業(yè)務(wù)緊密結合保證方案的完整性,而不僅僅作為一個(gè)工具軟件丟給用戶(hù)應用。


  • 企業(yè)的數據完整性與規范性不足,往往無(wú)法支撐APS系統應用,企業(yè)使用前需要進(jìn)行大量的數據收集與整理工作。


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是如何幫助工廠(chǎng)實(shí)現規劃和優(yōu)化的。



ADVANCED PLANNING

計  劃


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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(shí)間段。在實(shí)際的生產(chǎn)管理中,計劃和操作供應鏈時(shí)需要模型和業(yè)務(wù)流程來(lái)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(shí)間。


通俗來(lái)說(shuō),供應鏈計劃的主要作用是資源整合,對涉及到的各個(gè)公司、各個(gè)工廠(chǎng)、各個(gè)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(chǎng)不同的資源和能力。


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通過(guò)配置,結合企業(yè)實(shí)際數據庫,充分利用模型從三個(gè)維度來(lái)整合規劃:


  • 功能整合包括采購決策,公司內部以及公司與供應商和客戶(hù)之間的制造和分銷(xiāo)活動(dòng)。

  • 地理位置整合,有可能會(huì )跨越不同的工廠(chǎng)、城市甚至不同國家。

  • 整合主要涉及資源獲取、資源分配和業(yè)務(wù)執行的戰略、戰術(shù)和供應鏈計劃決策


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(chǎn)的企業(yè),可以通過(guò)系統中的項目計劃模塊來(lái)管理項目中的生產(chǎn)活動(dòng)以及相關(guān)協(xié)作與配套活動(dòng)。項目計劃可以分解相關(guān)的技術(shù)準備計劃、物資準備計劃、產(chǎn)品制造計劃等進(jìn)行統一管控,同時(shí)產(chǎn)品制造計劃和物資準備計劃可以向下穿透管理關(guān)鍵節點(diǎn)上的生產(chǎn)計劃或采購計劃,從而實(shí)現與生產(chǎn)、采購計劃的協(xié)同管理。


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▲項目制生產(chǎn)計劃


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


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▲準時(shí)制生產(chǎn)計劃


為了支持流程的完整性,一個(gè)好的排程系統還需嵌入易于使用的模型,以系統內嵌高級算法為主,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、成套監控、齊套檢查等,用于預測未來(lái)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(chǎn)工單,根據模型確定生產(chǎn)組織與工廠(chǎng)、工單最早最晚時(shí)間期限、物料采購需求等,多種模型均支持圖形拖動(dòng)方式調整,操作方便快捷,信息展示全面,為企業(yè)生產(chǎn)計劃和采購決策提供全面支持。


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▲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(jìn)入高級計劃排程階段。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,往往會(huì )存在約束條件來(lái)限制排程,且同時(shí)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(chǎn)計劃時(shí)是不可突破的,例如工藝模型、工單依賴(lài)、資源產(chǎn)能、輔助資源、物料約束等。有些約束稱(chēng)為軟約束,可突破但盡量不突破,往往與優(yōu)化目標功能類(lèi)似,可由用戶(hù)自定義,系統在滿(mǎn)足強制約束的條件下按優(yōu)化選項排程,包括滿(mǎn)足交期,準時(shí)生產(chǎn),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(chǎn)品排在一起,避免不合理的切換等。


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▲ APS通用模塊


丹麥奧爾堡大學(xué)斯蒂格教授(主研供應鏈集成和調度優(yōu)化問(wèn)題)和赫沃爾比教授(PH.D主研制造信息系統,供應鏈規劃,曾發(fā)表一百多篇同行評審論文)在2010年提出如何區分軟約束和優(yōu)化目標的區別:一方面約束是界定標準的,它產(chǎn)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(wù)方向來(lái)規定最優(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(gè)使工廠(chǎng)和客戶(hù)雙方滿(mǎn)意的最佳計劃。


一般來(lái)說(shuō),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(guò)早完成產(chǎn)生過(guò)多的倉庫成本;既想盡可能多的平衡各資源產(chǎn)能,又想減少在制品工序轉換、等待時(shí)間等等。工廠(chǎng)在實(shí)際生產(chǎn)中不可能同時(shí)滿(mǎn)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(shí)不僅需要選擇保證帶來(lái)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(lái)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(shí)交貨(優(yōu)化目標)所帶來(lái)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(wèn)題是,公司應該如何估算延誤成本?


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▲受約束限制的二維排程算法


佰思杰APS系統也曾一度嘗試根據標準設置懲罰系數幫助企業(yè)精確計算規劃得分,以求得最優(yōu)解法,但在后期的實(shí)踐中發(fā)現,懲罰值需要企業(yè)計劃員不斷調試,過(guò)程十分復雜繁瑣,且準確度有待考究。經(jīng)過(guò)多方調研和優(yōu)化,現在給出的另一種更貼合實(shí)際業(yè)務(wù)和工廠(chǎng)需求的解決方案:將硬約束規定為不可突破的強制約束限制,軟約束和優(yōu)化目標不再?lài)栏駞^分。不僅支持設置多條優(yōu)化目標,還可根據工廠(chǎng)實(shí)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(chǎng)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。


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▲佰思杰APS系統約束優(yōu)化目標配置


當然,想要完整排出生產(chǎn)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(lài)、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(chǎn)計劃、投料計劃、能力需求計劃、采購需求等,并支持通過(guò)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(guò)可視化調整更直觀(guān)、快捷,并且可保證所有約束、優(yōu)化目標和依賴(lài)關(guān)系。


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▲佰思杰生成的APS結果 清晰直觀(guān)的可視化方案(部分圖表)


古語(yǔ)說(shuō),魚(yú)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(gè)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(jìn)的APS系統提供了“What-if“分析模型,利用實(shí)時(shí)系統反復進(jìn)行假設分析,逐漸拼湊工廠(chǎng)的最優(yōu)計劃?;谑聦?shí)基礎做判斷,發(fā)揮引導作用。


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


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▲佰思杰APS排程歷史



CONCLUSION

結 語(yǔ)


在數字化經(jīng)濟的推動(dòng)下,工廠(chǎng)車(chē)間的數字化轉型成為必然趨勢。作為智能工廠(chǎng)的指揮中心,APS系統是不可或缺的一部分,使用APS系統帶來(lái)的巨大優(yōu)勢有:縮短生產(chǎn)周期、減少生產(chǎn)準備時(shí)間,提高生產(chǎn)率、達交率、降低庫存、提升客戶(hù)服務(wù)率、加速數字化轉型,能全方位考慮生產(chǎn)六要素(人、機、料、法、環(huán)、測)的限制與約束,為企業(yè)生產(chǎn)計劃提供高效的解決方案。


然而,雖然APS系統擁有如此強大的功能,但該系統的成功運用還依賴(lài)于數據的準確性以及計劃員對于其企業(yè)業(yè)務(wù)的充分理解。只有數據完整準備時(shí),APS才能提供最精確的開(kāi)始時(shí)間;只有對業(yè)務(wù)的充分理解,計劃員為每個(gè)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(hù)的“投資回報率“,我們還將全程提供咨詢(xún)、精益、實(shí)施、運維等全面服務(wù),保證APS系統成功落地。


下篇將具體介紹APS系統的實(shí)際應用場(chǎng)景,詳細解析不同加工工藝下所需要的數據支持。帶領(lǐng)大家更全面的了解整個(gè)APS系統,敬請關(guān)注!



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