APS高級計劃與排程(Advanced Planning and Scheduling)，是解決生產排程和生產調度問題，常被稱為排序問題或資源分配問題。云易云ERP軟件高級APS排程系統(tǒng)針對多行業(yè)、多業(yè)態(tài)、多任務的復雜生產情況進行經度和緯度的深入互動式管理。  

在離散行業(yè)，APS是為解決多工序、多資源的優(yōu)化調度問題；而流程行業(yè)，APS則是為解決順序優(yōu)化問題。它通過為流程和離散的混合模型同時解決順序和調度的優(yōu)化問題，從而對項目管理與項目制造解決關鍵鏈和成本時間最小化，具有重要意義。下面我們將追根溯源，從基礎說起詳解APS，希望今天的文章對大家有助：

一個工廠運作過程，可以標識為：供應商----工廠【原材料----在制品----產成品】----客戶，其本質是物料的流動，并具有以下特征：

1、物料流動的守恒性，一段時間內，其流入、流出的物料守恒

2、物流的信息流驅動型，所有的物料流動都來自于客戶的需求，僅僅是需求方式不同而已：MTS、ATO、MTO、ETO

3、物流的相依性，工廠的物料流動都是基于產出的BOM、工藝路線的規(guī)定路徑流動，可以優(yōu)化（IE的核心任務之一），但是不能違背。

4、物流的流動性，物料的流動需要有序組織、有序流動才有效率，TPS、TOC均是解決流動性問題。物流的產出取決于瓶頸的速度和產出，瓶頸的產出才是系統(tǒng)（工廠）的產出。

5、物流的變動性，物料流動受到外部（供應商、客戶）、內部（政策、產能（人、機、料、法、環(huán)等異常））的影響。9001、16949等標準體系、六西格瑪及眾多的質量分析和控制手段，均是為了確保變動性，以促進流動。

所以，工廠管理的核心問題是建立、組織和促進物料流動的過程，所有的管理動作、管理資源均需要按照此原則執(zhí)行！

本人認為，工廠信息系統(tǒng)作為服務于制造系統(tǒng)工具，其巨大的價值體現在四個方面：

1、記錄，根據管理和顆粒度的要求，信息系統(tǒng)可以記錄人、機、料、法、環(huán)等各類數據，并可以加上時間戳，進行各種顆粒度的全過程的記錄。

2、關聯，根據相依性的原理，人、機、料、法、環(huán)并加上時間戳的數據，可以根據BOM、工藝路線、訂單號、時間戳等各類標識進行互相關聯，確保數據的相依性并與實物、實物的流動一一對應。

3、能見度，有了所記錄的數據、而且是經過標識、關聯的數據，自然可以依據訂單的進度、成本的維度、質量的要求進行可視化呈現，并按照基層（作業(yè)層）、中層（管理層）、高層（經營層）的需求呈現，以更加準備、方便和實時地處理異常。

4、輔助決策，能見度（可視化）是輔助決策的一種，最最簡單的一種。真正的輔助決策，是依據確定（預測、預設）的客戶需求（銷售訂單、預測訂單、庫存需求），確定生產工單的投放并實現客戶需求滿足前置條件下的有效產出最大、作業(yè)效率最高和成本費用最低。

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工廠的物流流動過程是：供應商----工廠【原材料----在制品----產成品】----客戶。根據這個物料流動過程，我們可以定義生產運作過程是三個環(huán)節(jié)：

1、【賣】，市場和銷售，是獲取客戶訂單的過程

MTO場景下，銷售訂單是確定的，是由客戶下達的。

MTS場景下，或基于庫存消耗的TOCR模式，或是基于預測的S&OP（銷售和運作計劃）模式，是有工廠內部發(fā)起的需求。

2、【做】，加工、組裝、總裝和包裝過程，是在現有庫存狀態(tài)下的生產和制造。

生產過程是一個工廠的主體，是價值創(chuàng)造過程。生產過程中，生產計劃和排程是核心：

1）生產計劃

2）生產排程

3、【買】，采購和供應商管理，是基于銷售訂單的外購原材料、零部件的采購，也就是備料過程。

對外采購什么、采購多少、什么時候到貨，這個也是計劃一部分：物料計劃的一部分，屬于供應鏈的一個基本環(huán)節(jié)，也是供應鏈的關鍵環(huán)節(jié)。

4、【賣】--【做】--【買】，稱之為【做買賣】的標準順序應該是：【買】--【買】--【做】，其中【賣】是獨立需求，【買】是相關需求（外購件），是【做】既是自制件的相關需求，也是生產制造過程需要關鍵過程。

【做】的過程的核心環(huán)節(jié)是“投料”的控制：何時投料，才可以做到客戶的交期保障（準交期、端交期、不缺貨），同時實現工廠自身的效率最大化。

既然生產過程是“做買賣”的過程，即首先是實現銷售【賣】，然后依據銷售【賣】的需求，確定【買】和【做】。

一般在信息系統(tǒng)中【買】和【做】由ERP（企業(yè)資源計劃）中的MRP（物料需求計劃）中實現。當然，ERP的MRP運算，僅僅可以產生車間級的工單，而不是工序級的工單。同時也產生了采購訂單和委外訂單。

ERP的MRP產生的采購訂單、委外訂單實現了內部車間級的工單與供應商之間的需求關系，并直接與銷售訂單關聯（通過BOM分解），構建起了完整的獨立需求（銷售）與相關需求（車間級工單、采購訂單、委外訂單）的系統(tǒng)，同時還構建了廠內的車間級工單、采購訂單、委外訂單之間的關聯關系，實現了內外部需求的統(tǒng)一（所以說，ERP是信息系統(tǒng)的基礎平臺）。

【賣】必須要通過【買】和【做】來實現，最終必須體現在【做】，而【做】需要實現兩個目標：

第一，客戶角度：客戶服務的最優(yōu)化

服務最優(yōu)化，可以通過兩個不同的業(yè)務模式描述：

A、MTO（訂單式）業(yè)務場景，可以通過準交率和交貨周期的達成率來描述。準交率越高、交貨周期越多，表示客戶服務水平越高。

B、MTS（備庫式）業(yè)務場景，可以通過缺貨率和補貨周期的達成率來描述。缺貨率月底、補貨舟曲越短，表示客戶服務水平越高。

第二，工廠角度：資源效率最優(yōu)化

資源效率的最優(yōu)化，可以通過流動資產效率和固定資產效率兩個維度來描述：

A、固定資產效率，可以通過固定資產有效產出率來描述。固定資產有效產出率=有效產出/固定資產（可以是凈資產，也可以是總資產）。有效產出=銷售額-BOM成本。

B、流動資產效率，最簡單的表達方式就是庫存周轉率。庫存周轉率可以用一個簡易的公司獲得：庫存周轉率=當月出運額/當月總庫存（采購單價計算，原材料+在制品+產成品）。

對比第一、第二兩個指標，我們會馬上發(fā)現，這是一個非常典型的沖突：

沖突1：高生產效率與高庫存周轉率之間的矛盾。高的生產效率需要大批量、連續(xù)不斷低生產，需要高的庫存保障。而高庫存周轉率需要小的加工批量和轉移批量，需要快速切換品種，自然效率會受到影響。

沖突2：高準交率和短交期之間的沖突。高的準交率自然需要有足夠的緩沖時間來保障，但是短的交貨周期意味著響應客戶時間變短，管理的難度加大。

沖突3：高準交率與高效率的矛盾。高的準交率意味著，一切以客戶的需求（交期）為考量點，必須犧牲作業(yè)效率來及時響應客戶的需求。但是，高效率又不能及時響應客戶的需求，需要對客戶需求進行集批來提高效率。

沖突4：短交期與高庫存周轉率的沖突。短的交期，自然需要用高的庫存來做緩沖，而低的庫存狀態(tài)下，實現短交期則緩沖變小，難度極大。

沖突解決的利器 -- APS高級計劃和排程

以MTO（訂單式）業(yè)務場景為例，要做到以下生產的運行狀態(tài)：

1）準交率高

2）交貨周期

3）有效產出最高

4）庫存周轉率高

以傳統(tǒng)的模式：ERP或MRP的車間級工單（顆粒度）、Excel進行車間級工單非優(yōu)化方式來控制生產過程（投放）很難滿足的，所有必須要用APS高級計劃和排程軟件進行工序級工單、全工廠統(tǒng)一、基于DBR的實時、優(yōu)化投放才可以解決。

（一）評估依據

根據以上論述，只有按照工序級工單、全廠統(tǒng)一、DBR（鼓-緩沖-繩）進行計劃和排程，才可以做到：準交率高、交貨期端、作業(yè)效率高、庫存周轉率低。

1、工序級工單

眾所周知，車間級的工單（ERP稱之為“生產任務單”、“生產訂單”、“工單”）是一個成品分解的結果，是一個比較粗的概念。也是ERP可以管轄到的顆粒度。

2、全廠統(tǒng)一

一般一個工廠至少可以分為以下顆粒度：工廠--車間--班組--機臺（產線、個人），一個獨立的作業(yè)單元，往往是一個機臺、個人或產線，只有到了作業(yè)的最小單元，系統(tǒng)的優(yōu)化程度才可以高。

3、DBR

DBR是約束理論（TOC）的獨有概念，是瓶頸管理的方法：D-鼓（指瓶頸），B-緩沖（瓶頸需要一定的緩沖來保護生產過程），R-繩（根據緩沖的消耗狀態(tài)拉動投料，確保緩沖可以保持瓶頸的連續(xù)生產）。

同時，TOC認為，工廠是一個完整的系統(tǒng)，是基于物料流動的系統(tǒng)，遵循里特定律【WIP（在制品）=TH（產出率）*CT（生產周期）】，且產出率取決于瓶頸產出率。

（二）評審關鍵項

【1】基礎理論和發(fā)展歷史

APS起源于TOC理論發(fā)明者高德拉特博士的OPT，則意味著如果開發(fā)者或APS的創(chuàng)始人沒有TOC理論功底，自然其APS不稱之為APS了。

精益生產深入到生產的各個環(huán)節(jié)，JIT的概念自然需要植入到APS中，工序工單的JIT投放自然是必須有的。

排程理論的是基礎。TOC和JIT一樣，比較少的考慮了排程的問題，都是屬于粗的車間級的工單控制方式，而因為工藝屬性的不同（可以把工序分為批次加工、單件加工兩個大類。批次加工（印染、熱處理等）是批量越大越好，而且往往換?；驌Q型時間很長，單件加工），所以需要專門的理論和建模來解決。美國的學者在1967年就出版發(fā)行了排程理論，是世界上最早提出、也是最成熟的排程理論。

APS的建模，需要足夠多的實例磨煉，意味著時間是一個非常重要的維度，只有長時間的積累、深厚的理論做支撐，APS才可以成熟。

結論1：應用什么樣的理論，并是否有足夠長的時間積累，是判斷是否是一個好APS的依據之一

【2】建模

工廠是物料流動的系統(tǒng)，受到相依性的限制、流動性的制約和變動性的影響。而相依性是需要采用數學建模的方式來描述工廠的實際過程。

用數學方式描述工廠的運行過程，有兩種方式：

其一，定制建模方式

針對一個工廠的實例，進行一對一的建模?；蛘?，建立一個初步的模型，然后依據具體的、單個的工廠實例進行修正，并經過多次迭代，以逼近工廠的實際模型。該種方式有點看不見，但是缺點非常明顯：周期長、建模精度低。需要耗費大量的實施人天來實現，而且必須經過多次迭代來逼近工廠的實際運行狀態(tài)。

其二，產品過程模型來建模

工廠的物料流動既然是受限于相依性，則產品必然遵循BOM結構和工藝路線，那么只要將每個產品（成品）的工藝流線描述清晰，并在每個工序上標識資源（主資源、輔助資源等），并把資源的產能（產量）、工作日歷、工作時間標識清晰、并確定好每一個工序（每一個）的物料輸入和輸出關系，這樣就可以構建了一個包含物料（起始物料、中間產出、最終成品）、資源（主資源和輔助資源）、工序及工序產能（產出率、工作日歷和工作時間）并與訂單（動態(tài)數據）相關聯的數據群，并按照客戶滿意程度、工廠效率要求進行工序工單投放時間的計算，以確定達到最優(yōu)解。

自然，建立這個模型的難度在于：

數據量多，物料、庫存、工序、工序與資源對應關系、資源對應關系、工序與物料關系等等，五花八門、亂七八糟，沒有科學的建模背景知識，根本就不要想搞定。

數據關聯關系復雜：不僅量多，而且互相之間的關聯關系非常復雜，就是一個轉移批量、重疊生產兩個參數的關聯關系，就足夠的麻煩。

結論2：產品過程模型的APS建模方式的，才是成熟的建模方式，可以保障實施周期短、實施風險小

【3】約束條件

工廠的生產運行一定受到約束的。一個好的APS至少要受到三個方面的約束：

其一，產能資源的約束

ERP的MRP是基于提前期的無限產能計算，所以在實際的運行中只能參考而不能精確。而工廠實際的運行過程，必然會受到有限產能的限制，尤其是瓶頸資源的產能限制。所以，只有基于瓶頸資源的產能的生產計劃和排程，才是科學的?；谄款i資源的排程，在瓶頸前為倒排（JIT），而瓶頸后為順排（推動，先進先出），確保自制件的順利流動。

其二，物料的約束

工廠的生產運行必然受到物料的約束。在物料約束中，首先需要考慮的是外購或委外件的約束，意味著，APS排程時，需要考慮在庫量、在途量（在途量需要考慮數量、時間兩個維度）。在考慮外購和委外的同時，還需要考慮在制品量（數量、時間、轉移批量、重疊加工、產能約束等）的開工和完成等不同因素，確保最終產品的產出滿足客戶服務需求和工廠運行的效率要求。

其三，工藝路線和加工路徑的約束

在具體的生產環(huán)境中，不僅僅是一個工藝路線，可能會有一條或多條工藝路線，其加工路線更是無數。尤其是，在印染、熱處理、鍛壓、沖壓、線材加工等工藝環(huán)節(jié)中，需要將加工批量與設備的加工量進行匹配、不同的訂單負荷與設備產能匹配，以確保工序成本總和的最優(yōu)化，

結論3：只有同步考慮“產能”、“物料”、“工藝路線”三者約束條件的APS，才是完整的APS

【4】優(yōu)化規(guī)則

按照以上討論，生產運作過程的目標是：準交率高、交貨周期短、資源效率高、庫存周轉率高。要達成上述的目標，需要進行工序工單投放的優(yōu)化，如何優(yōu)化是關鍵問題了。

其一，優(yōu)化的基礎條件 

根據以上討論，工廠中有物料、工序、資源三種最基本的因素，要資源效率高，自然是要依據物料和工序與資源的對應關系來做優(yōu)化。

結論4：如果可以根據“物料分組”、“工序屬性”與資源的產出關系來做優(yōu)化的，肯定是一個好的APS產品

其二，優(yōu)化項目的科學性

工廠的優(yōu)化總目標是4項：準交率高、交貨期端、作業(yè)效率高、庫存周轉率低。細分這些項目，其大類有三個：

第一，是交貨期

第二，產出和產量

第三，是成本和費用

細分優(yōu)化欄目是一個高級的專業(yè)技術，不是一個非專業(yè)人員可以搞定的，或許很多人員連這些專業(yè)名詞都不清楚。

結論5：優(yōu)化目標項明確的APS是好APS

其三，配置型 Vs 定制型優(yōu)化

大家知曉，一個工具只有長時間的使用，才可以圍繞這個工具的特征，進行持續(xù)的改善和提高，而且工廠的持續(xù)改善沒有止境（根據工廠物理學的描述，絕大部分的工廠都在非常差的狀態(tài)下運行，遠遠沒有達成最優(yōu)狀態(tài)運行），所以持續(xù)改善是關鍵。配置型優(yōu)化，是工廠可以基于本身的業(yè)務特征、產品組合、資源的狀態(tài)進行即時的調整，并進行KPI對比，以逐步達到最優(yōu)的狀態(tài)。

定制型的優(yōu)化正好相反，確定初始的優(yōu)化狀態(tài)后，不能依據工廠運行狀態(tài)的變化而持續(xù)優(yōu)化，需要APS供應商上門服務，即時性和持續(xù)改善均比較差。

結論6：配置型優(yōu)化可以實現即時優(yōu)化和KPI比較，實現持續(xù)優(yōu)化

【5】計劃和排程功能

其一，工序工單釋放規(guī)則

離散型制造業(yè)的計劃策略，基本是“追逐式”策略，是或基于銷售訂單的交貨日期（MTO場景）、或基于庫存的目標水平（MTS場景）。其工單的投放方式有三種：

基于物料可得性的順排，即有物料就開始投料生產。

基于交貨日期需求的倒排，即需要投料的時候才生產。

基于瓶頸的前推后拉模式（DBR），在瓶頸前倒排，確保瓶頸產出率，瓶頸后順排，確保物料順暢流動。

三種方式中，DBR的排產（計劃和排程）是最優(yōu)的，不浪費瓶頸的產能，也不積壓庫存，確保了生產效率和庫存周轉率的平衡。

但是，在很多場景下，瓶頸的浮動的而非固定，這樣就造成了實際生產的困難。所以一個優(yōu)秀的APS軟件，在固定瓶頸場景采用DBR方式，在浮動瓶頸場景用JIT（倒排、有限產能、自動平衡產出）方式實現效率和庫存的優(yōu)化。

結論7：只有具備順排、倒排、瓶頸排程的APS軟件，才是成熟軟件

其二，便捷的排程處理

標準的一個排產過程如下：

→①建立工廠實例模型

→②導入動態(tài)數據

→③生產一組假定（設置排產條件）

→④生成初步排程

→⑤手工調和優(yōu)化

→⑥生產現狀確定和排程確定

→⑦發(fā)布和執(zhí)行，直到下一次排產觸發(fā)。

一般而言：

①、②是系統(tǒng)完成的③、④、⑤是需要動態(tài)調整的，⑥是在系統(tǒng)輔助下人工判定、⑦是系統(tǒng)完成（APS與MES對接，發(fā)布至MES即可）。

所以，③、④、⑤、⑥項的處理，成為判斷一個APS的重要依據。

便捷的排程處理，可以考慮三點：

第一，緩沖設置

可以便捷地設置緩沖位置、緩沖大小的是好的APS，需要考慮因素如下：

庫存緩沖：是否可以根據工序位置、工序的投入和產出設置庫存緩沖（安全庫存和最高庫存）？

資源緩沖：是否可以根據資源位置、資源的狀態(tài)設置緩沖（工廠整體和單個資源設置緩沖及緩沖大?。?？

結論8：可以方便設置庫存緩沖、時間緩沖的APS，是好的APS

第二，工序工單處理

是否可以工序工單資源的錨定和時間的鎖定？，是否可以并批和拆批（尤其是依據資源的加工量自動拆分匹配）？是否可以資源甘特圖的拖拽？

結論9：只有實現工單錨定/鎖定、并實現拖拽的APS，是真的APS

第三，資源處理

配置型的APS必然適應多種工廠的實際場景：流程性、離散型和半流程/離散型場景，而在流程性、半流程/離散性場景中的“罐”的處理是一個十分典型的。

APS的資源處理中，還需要處理“有限產能”、“無限產能”。工廠內部的資源往往是有限產能的，而且有限產能的資源，還往往有“主資源”、“輔助資源”組成，而且輔助資源往往不僅僅是一種，而是多種。比如注塑場景，有的場景主資源是注塑機，更多的時候是注塑模具和注塑工。在大型機械設備制造場景，可能總裝的工位、總裝鉗工是主資源，是重要的約束資源。

工廠中往往會有委外的場景，尤其是涉及到電鍍、電泳等表面處理的，更是需要委外來解決的。而委外的場景，一般是通過設置無限產能+委外前置周期的方式來模擬。