浅谈APS高级计划排程系统（上）

DEVELOPMENT BACKGROUND

发展背景

供应链计划（SCP）是企业组织串联营销、采购、生产、仓储、物流等各项业务活动的核心链条，是企业经营管理的重中之重。其主要由销售和运营计划（S&OP）、物料需求计划（MRP）、产能计划（RCCP/CRP）、生产计划（Production Scheduling）等各项计划共同构成。而作为软件提供商来说，近些年来一直希望能够将供应链计划系统的功能完善，并将它集成到一个系统中。

早期MRP系统能够保证物料供需的平衡，把生产和采购紧密联系在一起，但是没有将资源能力考虑在内，并不能很好地适应需求、能力或材料供应之间变化。直至后来制造资源计划（MRP II）的出现，它整合了物料、资金和设备能力以及人力资源需求。相比于MRP系统初期形成了一个更为闭环的系统。

但随着市场竞争的进一步加剧，订单的不定时和多样化，企业不仅仅需要考虑到生产制造过程中的各种变化以及问题，还需考虑分配、运输等事项问题。MRPII系统计划与调度执行连接不紧密的问题逐步凸显，随之高级计划排程系统应运而生，主要用于平衡产品需求、资源设备能力和操作约束限制。它为管理者提供了有价值的工具，以支持对未来动态需求的决策，帮助企业考虑当前业务存在的不确定性。

如今地缘政治冲突、冠状病毒疫情对企业供应链计划带来冲击和影响日益凸显，而APS的灵活性与时效性将是解决这一问题的有力抓手之一。

▲工厂应用佰思杰APS系统案例

APS系统利用了复杂的数学算法来预测需求，在指定的约束条件和优化目标下，结合理论和工厂实际，分配原材料、计划和安排生产，以满足生产和销售需求。它作为一个指导生产的工具，为用户提供客观的信息帮助计划决策，帮助确定事物真正的发展方向，系统化处理生产任务，集中精力改进瓶颈。

高级计划排程系统能带来的优势包括但不限于：

▲佰思杰APS排程

一项服务于包装行业的APS实施调查研究表明，APS系统帮助企业的交付精度从79%增加到了96-99%，同时交货周期从5-7天减少到0，并减少了30%的规划资源。虽然APS能显著减少生产周期、资源和库存负载，以及高达300%的投资回报。然而，研究表明，仅有20%的APS系统是安装成功的，能达到70%的预期收益。主要是因为以下原因：

下文将结合APS的基本功能和佰思杰的解决方案讨论该系统是如何帮助工厂实现规划和优化的。

ADVANCED PLANNING

计  划

想要完成高级计划排程，需要先制定一份供应链计划（Supply chain planning，SCP），给出主要的计划阶段，以及主要计划阶段的完成时间段。在实际的生产管理中，计划和操作供应链时需要模型和业务流程来支持决策，并且需要整合跨供应链功能、跨地理位置的设施和时间。

通俗来说，供应链计划的主要作用是资源整合，对涉及到的各个公司、各个工厂、各个组织之间的整体能力做评估，帮助企业协调、平衡各工厂不同的资源和能力。

通过配置，结合企业实际数据库，充分利用模型从三个维度来整合规划：

佰思杰供应链计划模块还可根据企业不同的制造模式提供不同的解决方案。

对于按项目生产的企业，可以通过系统中的项目计划模块来管理项目中的生产活动以及相关协作与配套活动。项目计划可以分解相关的技术准备计划、物资准备计划、产品制造计划等进行统一管控，同时产品制造计划和物资准备计划可以向下穿透管理关键节点上的生产计划或采购计划，从而实现与生产、采购计划的协同管理。

▲项目制生产计划

对于常规的批量生产模式，即使产品结构复杂，也可以通过系统的主计划管理模块进行排程运算各物料的生产订单或采购订单的计划时间形成生产计划、外协计划以及采购需求计划，同时生产计划和外协计划可以向下穿透管理订单中的生产作业计划和外协工序作业计划，以实现计划的分层管控。

▲准时制生产计划

为了支持流程的完整性，一个好的排程系统还需嵌入易于使用的模型，以系统内嵌高级算法为主，可视化调整为辅，帮助计划员确定有效计划。

可以看到，佰思杰供应链计划模块主要采用的是描述性模型，具体包括有主计划排程、主计划负荷图、成套监控、齐套检查等，用于预测未来需求或计算直接和间接的制造成本模型。再根据生成的主计划排程生成相应主阶段和生产工单，根据模型确定生产组织与工厂、工单最早最晚时间期限、物料采购需求等，多种模型均支持图形拖动方式调整，操作方便快捷，信息展示全面，为企业生产计划和采购决策提供全面支持。

▲佰思杰主计划甘特图

ADVANCED SCHEDULING

调  度

完成初步供应链计划后，才正式进入高级计划排程阶段。在实际的生产过程中，往往会存在约束条件来限制排程，且同时存在优化目标，为排程设定方向。有些约束被定义为硬约束，在做生产计划时是不可突破的，例如工艺模型、工单依赖、资源产能、辅助资源、物料约束等。有些约束称为软约束，可突破但尽量不突破，往往与优化目标功能类似，可由用户自定义，系统在满足强制约束的条件下按优化选项排程，包括满足交期，准时生产，库存控制，利用多工序缩短WIP（Work-in-Progress，在制品），平衡设备利用率，减少切换，同料号、同属性、同模具的产品排在一起，避免不合理的切换等。

▲ APS通用模块

丹麦奥尔堡大学斯蒂格教授（主研供应链集成和调度优化问题）和赫沃尔比教授（PH.D主研制造信息系统，供应链规划，曾发表一百多篇同行评审论文）在2010年提出如何区分软约束和优化目标的区别：一方面约束是界定标准的，它产生可行但不一定是最佳的计划。另一方面，优化目标是基于成本或利润的角度，从财务方向来规定最优计划的。只有将约束和优化目标结合考虑，才能生成一个使工厂和客户双方满意的最佳计划。

一般来说，软约束和优化目标往往存在多条，例如，既想保证交期，又想避免过早完成产生过多的仓库成本；既想尽可能多的平衡各资源产能，又想减少在制品工序转换、等待时间等等。工厂在实际生产中不可能同时满足的所有需求，那么应该如何确定优化的优先级？除了为优化目标设置权重，两位教授在文中还提出为软约束设置惩罚因素，计算时不仅需要选择保证带来更高收益的优化目标和突破软约束惩罚最小的计划，还要比较违反软约束的惩罚是否低于优化目标带来的收益。例如，面对大数量订单，若资源和容量不足的惩罚，小于按时交货（优化目标）所带来的收益，则解决方案是计划加班、避免迟交。与此值得思考的问题是，公司应该如何估算延误成本？

▲受约束限制的二维排程算法

佰思杰APS系统也曾一度尝试根据标准设置惩罚系数帮助企业精确计算规划得分，以求得最优解法，但在后期的实践中发现，惩罚值需要企业计划员不断调试，过程十分复杂繁琐，且准确度有待考究。经过多方调研和优化，现在给出的另一种更贴合实际业务和工厂需求的解决方案：将硬约束规定为不可突破的强制约束限制，软约束和优化目标不再严格区分。不仅支持设置多条优化目标，还可根据工厂实际设置权重。优先保证权重高目标的不被突破，利用权重计算公式找到最优解或提供模拟多种排程场景，以供计划员和管理人员人为选择他们心中的最优计划。

▲佰思杰APS系统约束优化目标配置

当然，想要完整排出生产计划，只有约束和优化目标是不足够的，还需设置排程方向、工序依赖、工作日历、资源定义和能力，检查物料库存是否充足、齐套检查等，排程后得到订单交期的评估结果、精细的生产计划、投料计划、能力需求计划、采购需求等，并支持通过多种甘特图和报表的形式展示计划的结果。

值得强调的是，佰思杰的多种甘特图均支持以拖拽的方式调整计划，通过可视化调整更直观、快捷，并且可保证所有约束、优化目标和依赖关系。

▲佰思杰生成的APS结果 清晰直观的可视化方案（部分图表）

古语说，鱼和熊掌不可兼得。约束和优化目标配置不同、生成的决策结果就不同，每个决策都有它的好与坏，下决定之前必须考虑方方面面的限制因素。国外少数先进的APS系统提供了“What-if“分析模型，利用实时系统反复进行假设分析，逐渐拼凑工厂的最优计划。基于事实基础做判断，发挥引导作用。

现在，佰思杰APS系统也提供多场景模拟功能，在模拟场景中，基于工厂的实时数据，改变参数，重新排程，并保存每次排程结果，每个结果都会生成所有可视化模型（如上述图表），以便用户对比多维度的结果，选择最优计划。

▲佰思杰APS排程历史

CONCLUSION

结 语

在数字化经济的推动下，工厂车间的数字化转型成为必然趋势。作为智能工厂的指挥中心，APS系统是不可或缺的一部分，使用APS系统带来的巨大优势有：缩短生产周期、减少生产准备时间，提高生产率、达交率、降低库存、提升客户服务率、加速数字化转型，能全方位考虑生产六要素（人、机、料、法、环、测）的限制与约束，为企业生产计划提供高效的解决方案。

然而，虽然APS系统拥有如此强大的功能，但该系统的成功运用还依赖于数据的准确性以及计划员对于其企业业务的充分理解。只有数据完整准备时，APS才能提供最精确的开始时间；只有对业务的充分理解，计划员为每个订单设置最正确的权重，APS才能提供最优排程。

佰思杰为了用户的“投资回报率“，我们还将全程提供咨询、精益、实施、运维等全面服务，保证APS系统成功落地。

下篇将具体介绍APS系统的实际应用场景，详细解析不同加工工艺下所需要的数据支持。带领大家更全面的了解整个APS系统，敬请关注！

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