在现代制造业中，高效的排程是生产效率和质量的关键。在过去，排程工作通常是由人工完成的，难以适应现代复杂的生产需求。为了解决这个问题，许多企业开始采用先进计划和排程（APS）软件，以提高生产效率和质量。APS是一种基于计算机技术的排程工具，它可以对生产过程进行精确的规划和优化，从而实现更高效的排程和生产。
APS功能不仅可以优化排程，还可以提高生产效率和降低成本。它能够为企业提供全面的排程解决方案，从而帮助企业更好地预测生产需求、优化生产计划、降低库存成本、提高交货准确性和减少生产时间。与传统的排程方法相比，APS能够更快速、更准确地完成排程工作，并可以根据实际情况进行实时调整和优化。
1.始于偶然
Nebula MOM产品套件在APS领域的实践，始于全自动工厂类项目对自研APS功能的强烈需求。
基于对MES系统基础模型的分析与对APS核心功能的理解，研发团队将APS的实现分解为大致3个步骤：数据输入、引擎计算、结果可视化。数据输入主要负责将系统中与排程计算相关的内容，整理成后续计算需要的输入内容，随后由引擎进行数学计算并返回关键值，MES系统根据关键值，将排程后结果整理成图形化结果。
2.从初生到成熟
根据研发团队的设想，我们分别从数据输入、引擎计算、结果可视化三个角度，看看Nebula MOM产品在APS领域是如何成长的。
2.1数据输入
在最初的版本中，根据对MES系统的长期经验与项目要求，数据输入主要由以下关键要素构成：
工单上的最早开始时间、最晚结束时间，分别用于正向排程计算和逆向排程计算
工序上，单工序生产需要的处理时间
工艺上的工序生产顺序
工序上的工具规格（项目定制，要求同模具连续生产，尽量少换模）
工作中心上的排程属性：处理时间、准备时间、换模提前期（项目定制）
工作中心能力（工作中心同时加工的能力）
主产品规格约束（项目定制，同颜色连续生产，指定设备生产，尽量少换粉）
烘烤参数约束（炉资源排程）
在后续的新版本迭代过程中，这些关键要素被不断细分和细化。在当前的Nebula MOM产品套件中，数据输入的关键要素包括：
工单上的最早开始时间、最晚结束时间，分别用于正向排程计算和逆向排程计算
工单的优先级
工单的排程方式（正排还是倒排）
工单的工单约束配置（如工单B生产部件B需要使用工单A生产的零件A时需要设置）
工序的工序约束配置
工序委外设置
工序上，单工序生产需要的处理时间
工序上的替代资源设置（资源不能使用时就可以由另外配置的资源替代）
工作中心上的排产属性：
1) 资源种类设置（单纯资源、复合资源、炉资源、隧道炉标识）
2) 标准排队时间、安装时间、准备时间、处理时间、拆卸时间、移动时间
3) 时长表达式（在处理、安装、拆卸时长不固定的场景下，可以分别设置）
4) 工作中心偏差方式（指前一个工作完成/开始后多长时间（数量、百分比），后工作可以完成/开始）
5) 效率、处理批量、使用量
6) 强制加工控制（工序不中断、工序不跨天、固定节拍点生产）
资源能力（工作中心能力、设备能力、人员能力、工具工装能力，无限资源量，瓶颈资源，逾期时加班设置）
日历约束（全局日历、资源能力日历）
2.2引擎计算
在初版引擎中，我们采用统筹计算的模式对输入数据进行处理。
在此种计算模式下，虽然可以通过权重来控制优化目标的偏重，然该模式无法让多个目标同时达到它们本身能够达到的最优结果（即由于多个优化条件相互冲突，导致结果上谁也不倾向）。
例如，既想让分组结果最优，又想让设备使用尽量均衡，同时还想让瓶颈资源的利用率最优，这三种优化是必然会造成相互影响的；。
在当前的Nebula MOM产品套件中，为了解决上述的“三角”难题，我们先是引入优先级的概念，在统筹计算时，按用户关注程度（优先级），将优化目标的按顺序进行多次计算。同时，为了更好的解决此类冲突，我们也提供了一个分步计算模型，按照优先级分布计算，以满足多种优化的目标。两种计算模型的逻辑分别简述如下：
统筹计算：这是一种默认使用和最常用的方式。计算方式是将所有选择的策略逻辑一起进行计算，求出满足所有约束的具有最优的优化目标的结果。目前这种优化计算方式在其内部会计算多次。首次计算时，倒排优化的单会进行正排优化，目的是为了测算所有任务都正排情况下是否会超期，从而为在后续的计算中选择倒排优化计算的逻辑。此次计算完成后，若有炉资源进行排程时，将会对炉资源的任务在首次排程的结果基础上进行组炉的计算。(目前组炉的计算考虑计划，工作依赖，最小组炉数)组炉计算完成后就会进行最后一次的运算求解，达到正排的最优，倒排的最优，组炉的并行和各个策略结果的最优。
分步计算：将所选择的策略以配置的步骤顺序进行计算，逐步满足当前步骤的约束或者当前步骤优化的最小值。目前的分步计算逻辑的求解都是可行解（可执行的计划），所以为了保证结果的可执行性、正确性。将正排程和任务依赖和工单依赖这三类影响结果正确性的策略会放在首次计算，而不管其配置的步骤顺序如何。每一步的求解首先都会在上一步求解结果的最优条件下进行，除非无法找到满足条件的解，此时就会打破上一步求解结果来进行求解，以找到满足当前步骤以及之前所有步骤的最优解。以此类推一步一步的进行求解。
2.3结果可视化
初始版本中，我们提供三种类型的可视化界面，便于用户对排程结果使用视觉进行直观评估，三种界面分别是：
工单甘特图：纵轴是生产工单、横轴是时间，展示了各个生产工单的排程情况
资源甘特图：纵轴是生产资源、横轴是时间，展示每个生产资源（工位）的排程情况
资源负荷图：纵轴是生产资源，展示每个生产资源的在不同时间段内的资源负荷情况
初版可视化界面中，各个图形化界面仅能进行简单的交互，如：在工单甘特图上直接打开工单、打开工单所属工作，资源甘特图显示各个资源生产工序之间的生产顺序等等，但未显示更多丰富的信息，也不能在甘特图上进行直接拖动，以便操作人员以更加直觉的方式调整生产计划，这造成了工作流上的割裂。
在当前的Nebula MOM产品套件中，为了让排程后的确认与操作，更加符合人类直觉，我们对工单甘特图与资源甘特图做了一系列优化，尤其是能更加直观显示排程倾向的资源甘特图，新增加的特性和优化，简单说来有以下几点：
工单甘特图
1) 显示工单最晚交付时间：在界面上以红色对勾突出显示工单最晚交付时间，以便查看工单是否已逾期。
2) 显示工单的生产进度：在甘特图内部，以进度条方式显示工单的完成情况。
3)显示工单的实际开始时间、结束时间：在甘特图下，标识工单的实际开始时间，实际结束时间。
资源甘特图
1) 调整处理时间：在不打开工作的情况下快速调整工作计划处理时间。
2) 调整计划资源：在不打开工作的情况下快速调整工作分配的资源。
3)调整日历/资源能力：快速调整调整日历/资源信息。
4) 任务拖动时的联动计算：当拖动某个任务时，它所对应的有依赖关系的任务会跟着进行移动；以保证任务之间依赖关系在拖动过程中不会被打破。
5) 切换资源时任务的时间计算：任务切换资源时，若时间段已经有资源占用了，之前版本是会禁止切换，此版本进行了优化：会进行计算该任务可以插入的最早然后进行插入。
6)超期任务的突出显示：当任务的结束时间超过它的最晚结束时间或者所属的计划的最晚结束时间时，之前版本未对超期任务进行明显的显示，此版本会有突出显示让人一目了然。
7) 资源甘特图支持按任务的编号名称进行快速定位：之前版本未支持通过任务的编号进行过滤而快速定位，此版本可在左上角通过任务的编号过滤或者计划的编号过滤出一整个计划的任务，方便过滤显示和快速定位。
8) 支持在资源甘特图上直接添加计划：此版本可支持直接选择资源进行相关计划的添加，不需要再次返回排程池列表进行添加，简化操作，提升用户体验。
3.未来计划
随着越来越多的客户使用，现有的功能肯定无法满足各种行业中各种客户的需求。为了满足客户需求、提升客户满意度和用户体验，我们制定了一些发展计划。
首先，在排产工作台操作方面，我们将进行改进，以进一步提高用户体验。我们将使排产前的一些准备操作（例如基础数据的调整准备）更加友好快捷，更好地切换和融合任务池和结果展示界面，，将排产的数据校验操作和结果更友好地展示，更好地展示排产过程和结果。
其次，为了帮助客户解决实际排程重点问题，让排程结果有更大的分析和实用价值，我们将提供更多、更丰富的计算模型和策略库，在流转、资源、负载均衡方面做更多优化，以深入支持各类特殊行业排产相关需求。我们还将提供排产结果的分析、排产调整后的分析等功能，以提升排产所带来的价值。
4.结语
本文仅使用简单直白的方式，描述了Nebula MOM产品在APS领域的一些功能。目前，我们已在多个项目上成功上线APS产品，如上海置信、北京某所、四川某所的排程项目，之后也会有更多项目实践，同时会发布更多实用的、值得期待的功能。
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