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计划与排程(APS)的原理与实践

2022/6/9    来源:微信公众号《数字化演易》    作者:丁肇之      
关键字:计划  排程  
高级生产计划与细节排程的目的也是为了更高、更快、更强,也是从计划和排程的角度,以各种计划实践来证得企业供应链和运营之道。
       俗话说:“预则立,不预则废”;《孙子·计篇》则明确提出:“多算胜,少算不胜”。在企业实践中,“预”与“算”的典型代表是生产计划与作业排程。

计划与排程的重要性

       供应链运作参考模型(SCOR)把企业的生产运营活动分为四类:计划(Plan)、寻源(Source)、制造(Make)、和交付(Deliver),其中,计划起着举足轻重的作用,是供应链和运营管理的方向标和指挥棒。

SCOR模型示意

图1 SCOR模型示意

       如果说寻源、制造和交付等活动构成了企业的价值链,主要讲的是“怎么做”,是价值链的“形”;那么,计划活动则是企业价值链的“神”,着重回答的是“做什么”。我们可以说,计划水平的高低是卓越企业与平庸企业的分水岭。平庸企业的计划水平低,大都是先努力“做赢”,再努力“算赢”,更有无良企业是通过做假账”式“算赢”来掩盖运营的低效。卓越企业的计划水平高,一般是先确保“算赢”,然后再精准地“做赢”,是谋定而后动。

       计划的本质是需求与供应的精确匹配,而在以客户为中心的市场环境中,企业面临着需求端和供应端的两难。一方面,在需求端,客户需求日益个性化,甚至个体化,需求的变动性或不确定性越来越大,客户期望下单后就能马上拿到商品;另一方面,在供应端,企业希望采购或生产能有一定的批量以节省成本和保证质量,企业的运营活动应尽可能地标准化,企业的供应有一定的提前期,等等。古人说“鱼和熊掌不可得兼”,而计划的目的就是要帮助企业“得兼”,帮助企业既能满足需求端的变动性和个性化,又能实现供应端的标准化和规模化。

传统MRP的局限性

       翻开任何一本关于运营管理的教科书,我们会发现,如何提高计划管理水平,是近百年来管理学研究的主要课题。从MRP到MRP II,再到ERP和BPC,各种不同内容和形式的计划管理方法,力求的就是帮助企业提高其计划管理水平,其中,MRP是基本的,也是普遍应用的计划管理方法。但是,从运行逻辑和效果上看,传统MRP存在以下方面的局限性:

       (1)MRP是无约束的计划方法。任何企业都是在有限资源下寻求以有限的投入实现尽可能大的产出,而MRP的计划逻辑是不考虑企业所面临的有限资源或能力的。换句话说,传统MRP默认的是企业的资源或能力可以根据需求做无限的扩充。因此,在有限资源的背景下,MRP的计划结果往往在可执行性上备受质疑。

       (2)MRP的计划结果大都只能具体到天,而无法具体到小时或分钟。随着现代物流业的发展和配送效率的提高,日送达或(数)小时送达,已经不是不切实际的期望。为了做到日送达或(数)小时送达,要求企业的供应链计划能够细到小时或分钟。显然,传统MRP适应不了现代物流发展的需要。

       (3)MRP的运行结果“浮动空中”,做不到局部锁定下的重排。在传统MRP中,每一次MRP的运行,都是推倒重来地对需求和供应进行再次匹配。在某些场景中,我们希望某些供应与某些需求进行锁定或有限保证,然后再运算和重排其他的需求与供应,而这在传统MRP中是难以实现的。

       (4)MRP中所蕴含的算法是单一和固定的,很难做人为的调整和干预。在供应链和生产计划中,如果考虑的目标是多样的,比如订单优先级的考量、瓶颈资源产出最大化、多供应途径的优选,等等,需要有多种相应的算法来计算,甚至是人为地根据特定场景做修改或干预。

       正因为传统MRP存在上述局限性,所谓的高级生产计划和细节排程(Advanced Production Planning and Detailed Scheduling,APS)才得以提出并在企业中予以应用。

计划和排程的原理

       计划与排程,是两个有机联系而又各有侧重的计划性活动。

       通常,企业计划活动所涉及的对象有产品、位置、作业、资源或能力,等等。所谓产品和位置,指的是何处有什么样的需求,以及如何去满足这些需求,即,是自制还是外购,何时、在哪去自制或外购,所谓的生产计划所针对就是这个层级。

       如果是通过自制去满足上述需求,那就牵涉到如何自制,即,以什么样的工艺过程和工序,使用什么样的资源(机器、产线或人员),以及以什么样的顺序,去完成一序列的自制,所谓的细节排程所针对就是这个层次。

       如前所述,高级计划与细节排程是从供应链和运作计划的角度,对传统MRP的补充和完善。在计划的运行逻辑和内容上,高级计划和细节排程的运行大体如下:

       (1)根据产品的物料清单等产品生产版本数据,计算物料的低层码(Low-level code,LLC)。LLC是物料需求计划运行的最基本数据,以保证物料需求计划按照正确的次序运行。

       (2)运行多层次、无约束的物料需求计划。基于第一步中所得到的低层码,运行物料需求计划,其详细步骤(计算物料短缺、计算供应方式、计算供应批量等)与传统MRP基本相同。换句话说,传统MRP是高级计划与细节排程的某个步骤。

       (3)从下至上的反向重计划。在企业实践中,可能因为某些原材料或零部件的供应提前期无法满足成品需求的交期,这就需要将各个层次上各组件的延期情况逐层回溯滚算到成品层次,以达成一个可以执行的计划。

       (4)针对瓶颈资源进行细节排程。上述前三个步骤是针对成品,而以下步骤则是针对工序和资源。细节排程的具体运算内容包括订单排序、瓶颈资源的负荷均衡、作业重排,等等。在企业实践中,为了留出一定的余量以应对需求变动和插单,瓶颈资源的负荷不应设为100%,可以根据实际情况预设为80%或90%来进行负荷均衡和作业重排。

       (5)其他非瓶颈资源的重新调整。在瓶颈资源和非瓶颈资源的细节排程中,可供借鉴的算法或逻辑有FIFO(先进先出)和约束理论中的“鼓-缓冲-绳子”,等等。

       就IT技术而言,与传统MRP相比,高级生产计划与细节排程的背后是算力和算法的支持。高级生产计划与排程是非常耗用CPU、内存等计算机资源的,因而才需要有额外的计算能力来保证。另外,高级生产计划与细节排程的各个运算步骤,都有各种相应的算法作支持,其中最典型的是启发式算法(Heuristic)中的分支——遗传算法(Genetic Algorithm)。

计划与排程的效用

       正如前文所述,高级生产计划与细节排程的使命是帮助企业“得兼”,兼顾需求端的变动性和个性化,以及供应端的标准化和规模化。当然,这种“得兼”不是一蹴而就的,而是一个长期的、不断调优的过程。在这个过程中,一方面是提前期、工时定额等作业标准的规范和精确,另一方面是计划与寻源、制造、交付等活动的协同。通常来说,通过高级生产计划与细节排程技术或IT系统的应用,企业可以获得如下几个方面的收益:

       (1)提高资源或产能的利用率

       (2)降低库存水平并提高库存周转率

       (3)提高订单准时交付率

       (4)缩短订单交付循环周期和各种供应的提前期

计划与排程的实践

       高级生产计划与细节排程的背后是算力和算法,这都需要借助相应的管理软件来落地。因为篇幅的原因,本文简要介绍两种APS软件,供读者在实践中学习和参考。

       (1)frePPLe

       frePPLe是一种纯开源、简单易用的APS软件。frePPLe是基于Python和Html5等语言来开发的,提供中、英等多种语言的界面,可以在Github或frePPLe.org官网下载,是个人学习和中小企业APS系统应用的较佳选择。

frePPLe软件界面和使用导航

图2 frePPLe软件界面和使用导航

       frePPLe提供单机、服务器、云等多种部署方式。作为学习,读者可安装一个单机版。frePPLe主界面有两种形式的导航:QUICKSTART和UPLOAD,以指导用户一步步地学习和掌握其主要功能。根据笔者自己的体会,大概花一周左右的时间,就可以熟练掌握frePPLe系统的主要特点和操作。在笔者看来,其比较有特点的是frePPLe中的供应路径模型,形象地展示了APS系统的核心基础数据——供应链建模。

frePPLe中的供应路径模型

图3 frePPLe中的供应路径模型

       实际上,frePPLe系统不仅可用于个人的APS系统学习,也可用于企业中高级生产计划和细节排程的实际应用。在数据交互方面,用户可以csv文档等形式的数据导入,将企业的产品、物料清单、工艺路线等基础数据和销售订单等需求数据导入frePPLe系统,供其做APS运算。frePPLe还提供了多种接口模块,企业可用它来实现企业ERP系统与frePPLe之间的数据集成。

       (2)PP/DS with S/4

       PP/DS with S/4是SAP公司所开发的高级生产计划与细节排程解决方案。在之前,PP/DS是SAP供应链管理解决方案APO的构成模块;自S/4 HANA 1610以后的版本,PP/DS已经是S/4 HANA的内置模块,可与S/4中PP、MM、SD等模块协同使用。

       实际上,SAP之前的ERP版本也提供有限产能或有约束的MRP,只不过,需要综合使用PP模块中的MRP和CRP(能力需求计划)。相比较PP模块中的MRP/CRP,PP/DS withS/4在算法的多样性和自定义、运算结果的更精细(具体到小时或分钟)等方面提供了更好的选择。

       根据SAP公司的推荐,PP/DS主要用于存在瓶颈资源的产品或长供应提前期物料的供应计划和细节排程。对于一般性产品或物料的计划,可以使用MRP、CRP,甚至结合DDR(SAP的DDMRP解决方案)等计划模块来进行。根据笔者的观察,很多企业实施和应用了SAP S/4,但远没发挥出其应有的价值,这尤其体现在各种计划模块的使用上。

小结

       奥运精神的主题是更高、更快、更强。我们在惊讶和欣喜于一个又一个奥运记录诞生的同时,也可以回过头来想想企业参与市场竞争的各种实践。在笔者看来,奥运赛事和体育运动也好,市场竞争和企业实践也好,看似是人参与其中,是人在跑,人在跳,人在游,人在做,……可换个角度想,又何尝不是用各种规律和大道来锤炼人,这也算是以术证道吧。高级生产计划与细节排程的目的也是为了更高、更快、更强,也是从计划和排程的角度,以各种计划实践来证得企业供应链和运营之道。
责任编辑:程玥
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