大型装备项目型制造下的生产计划管理

本文作者：佰思杰交付总监 陈彦飞

       在当下市场竞争日趋激烈的环境中，客户个性化需求愈来愈高，项目型制造生产模式的范围也越来越广泛，日益成为一个关注热点。

       项目型制造作为制造业中复杂而独特的一种生产模式，它与传统的订单型生产模式有非常大的区别：

       在这种情况下，整个产品生命周期过程中的设计、原材料配套采购、主要半成品的加工过程、产品的装配过程、发运过程、现场安装调试过程、成本的控制、资源的调配等都会经常出现一些意想不到的情况，对设计、采购、生产、安装的联动性要求非常强。

       这整个过程中需要有一份详细的计划，特别是生产过程中的计划、排程、下达、执行、统计等工作繁重，对人的能力、经验要求很高，计划合理性难以评估，关键资源利用率难以保证，计划调整没有依据，无形中大大的提高了企业各方面的显性和隐性成本。

       鉴于整个生产计划管控极其复杂，面向项目制造的的生产计划模式往往是采用分级生产计划管理模式来进行分层管控,通过构建基于装配单元的复杂装备产品装配网络关系图（MBOM）,反映复杂产品的完整装配过程,满足大型装备产品多层次、多阶段生产过程的需求。

       结合倒排和顺排计划方式的产品总装的项目主计划,为合理预测和安排装配提前期、控制零/部件进装成套性提供计划指导，面向项目制造的生产计划模式实现大型装备产品的产品研制、工艺规划、生产准备、物料配送和产品制造等多个过程的协同管理.全过程紧密围绕大型装备产品的项目，全面提高生产过程计划和控制的整体统筹性、协调性。

       对于这类型的生产模式，生产计划与生产调度是贯穿于整个生产过程中的两个活动。一个企业的生产计划体系一般包括经营规划、生产规划、主生产计划、物料需求计划、生产作业计划5个层次，其中主生产计划、物料需求计划属于厂级计划范畴，生产作业计划属于车间级的工序进度计划范畴，其对象主体一般针对的是订单，主要考虑的是按时交付、库存数量、自制外协、生产准备、车间产能等情况的影响，并将订单需求与工序作业计划紧密关联。

       目前，大型制造业企业基本都实施了ERP，在ERP系统中，人们更关注的是MPS、MRP，它们是直接作为公司供应链的一环而存在的，计划一般都是按无限产能的计划模型来考虑生成企业物料需求计划的，主要是对订单进行编排，并可能根据加工环境的不同指定订单的主制单位（分厂、车间、外协或供应商），更进一步的，根据订单交期、加工时间和提前期，得出一个订单完成日期。

       当这个计划下发到分厂或车间后，订单将根据工艺要求被分解到产线工位或机台，车间的计划部门会结合实际生产情况，评估反馈计划的可行性，从而得到适合本分厂或车间的工单计划，然后再把计划下发给产线、工段或班组进行调度生产。

       生产调度是在计划的指导下，以工序作业计划作为组织生产、调整优化、下达指令、采取措施的依据，在考虑生产效率、产能的最大发挥、关键设备使用率提升、操作人员技能、出勤等因素的影响下，把所有的工单按照预订时间保质保量的完成。

       在实际生产过程中，生产调度往往面临的都是非常复杂的细节规则，特别在单件、小批量的项目型生产组织模式下，很多工序的焊接、装配和加工，对设备精度、工人的操作技能要求都比较高，在安排生产时，这些都是调度员要考虑的因素。

       比如有的操作人员在轮盘类零件加工方面经验丰富、有的操作人员在轴类零件加工方面经验丰富，有的设备加工精度高、有的设备加工精度低，有的焊工擅长氩弧焊、有的焊工擅长钎焊，有的钳工擅长研磨、有的钳工擅长刮削等等，这些经验情况往往都装在经验丰富的调度员脑海里的，从这方面来讲，工作的合理安排离不开人工的处理。

       但从另外一方面来看，调度规则越是复杂多变制约越多，人工的处理结果想面面俱到就越难，排出来的计划由人也很难判断出真正的可行性和风险性，而当计划下达推进执行一段时间后，更是没有人能够理顺其中的关系了，如果再加上各种变更、插单的影响，那就更是一个无解的黑洞了，在这种情况下，每增加一种影响因素，对结果的影响扰动都是几何级增长的。

       面对这些问题，企业往往寄希望于实施生产管理信息系统来切实解决生产计划管理中的这些难点，在项目之初提出的目标都是希望打通上游ERP与下游MES间的计划体系，采用APS解决企业生产排程，做到计划的事前管控，通过一键排程减少生产过程中的动态调度难度，确保工序生产和物流配送的及时衔接。

       APS从理念的提出距今已经有将近30年了，但能真正的应用于中国制造业，还是在近5年内，客观的讲，现在的企业用户中，APS用的好的凤毛麟角。特别是“多品种、小批量、短交期”生产的企业，能够用好的更是几乎没有，当然这是另一个话题，在本文中就不赘述了。而对于大型、重型装备生产企业，其生产周期一般较长，在企业管理水平、数据规范满足的前提下，反而实施效果可以得到保障。

       笔者曾经实施过的一家做大型电力装备企业，属于典型的单件小批量、项目型制造，其生产组织过程与其他机械制造行业有其特别之处，主要可以归纳为以下几点：

       其项目计划管理始于项目合同，具体过程如下：

       项目合同、项目计划、零部件制造计划与其他各类计划互相关联，任何一项计划的执行情况或者调整情况，都有可能影响到其他关联计划的执行或者调整。而这种调整主要是依靠人工进行的，包括各种计划的编制下达、执行和反馈也主要依靠人工进行。

       在上项目之初，企业已经实施了SAP、MES、PLM、CAPP等系统，但SAP中的MRP应用未达到应有效果，MES中的订单计划通过外部编制的Excel表格导入，工序作业计划的执行由动态调度人工驱动。这种计划方式的存在的问题是显而易见的，由于各种计划的编制、执行和反馈割裂在不同的系统，或不在系统中编制、执行和反馈，MES成为一个生产记账系统，订单交期、采购计划、生产计划、生产执行的完成时间都是人工在判断和调整，“计划孤岛”的情况尤为突出。

       为了解决各类业务计划能够协同高效运作的问题，在企业现有ERP、MES应用功能范围的基础上，引入了APS，实现ERP、MES与APS的深度嵌入，根据APS的理念优化调整ERP、MES系统，使之一起构成计划、控制、反馈、调整的完整闭环系统，达到较理想的生产计划管理。

下图是系统生产计划实现框架流程：

       以ERP系统MPS、MRP运算结果为参考输入，通过APS执行两次预排程进行计划模拟，根据模拟结果对产品交期、物料采购交期进行修正，根据修正结果进行车间作业计划的正式排程。

       计划的排程，其上层计划由主计划确定，经分解后得到明确的车间半成品加工交付要求，但因为多项目多工作任务混合合生产，需要制定设备机台级（或至少设备班组级）加工生产计划，确保准时交付，充分利用产能，减少等待浪费。某些时候可能还需要考虑其他物流运输环节的协调顺畅，以及线边堆放、暂存的空间制约，如物料齐套检查、生产准备环节、加工和装配计划的联通与协调等。

        采取以瓶颈为中心进行前拉后推的计划。基于订单的优先度或者订单的指定方向进行正向或者逆向的排程方式；对瓶颈资源采取双向计划，对非关键资源采用倒排计划。

       考虑准时化的物料配送计划。基于物料的动态约束，根据物料需求展开与工单排程，再回溯配对订单的方式，推算出更准确的订单交期。

       在APS中维护不同的产能约束模型，在预排程、正式排程时对应调用，从而得到可执行的车间作业计划。经过运行验证，通过APS系统计算得到的各类生产计划，基本不用做大的修改或微调后，就可以被生产采用了。

图 计划排程原理

       在生产计划调度过程中，还有配套零部件的生产是不可忽略的，这类物料的特点是多品种、小批量、交期短，对于这类物料，如果简单的全部放入APS中排程，容易产生“牵一发动全身”的整体联动效应，反而增加了计划调度的复杂性。我们采用的计划排程策略是关键节点顺推法，生产调度上则采用班计划模式的自然动态调度，既减少了总体排程模型的复杂度，又有效的保证了生产过程中的有效管控。

图 班计划管理

       通过该计划系统的建设，带动了企业项目计划管理相关流程再造，为企业打造“协同、集成、高效”的项目计划协同管理平台提供了生产数据支撑，同时实现了以下价值：