精益看板中與APS中的生產作業計劃淺談

文章來源:APS研究
2022-04-01

前言



按照SCOR模型,制造業供應鏈運作分為計劃、生產、采購、物流,精益生產(狹義的)主要聚焦在生產模塊(物流主要是發貨物流和逆向物流,狹義精益生產主要圍繞生產企業內部),高級計劃與調度(APS)系統針對的是計劃模塊。兩者的主要關注點聚焦在不同的模塊,都在為提升企業運作效率發揮巨大作用。

  精益生產經過多年推廣,雖然達到豐田汽車運作水平的企業不多,但是至少大家耳熟能詳,在部分制造企業也發揮了非常大的作用,提升了很多企業現場管理水平。行業內許多精益專家顧問也是孜孜以求地幫助企業去做精益改善。

APS系統是利用大量先進的規劃管理技術以及內置各種復雜的算法開展生產計劃排產和車間調度,普及程度低,大部分從業人員對此不甚了解。在精益生產的使用者和專家顧問中,也有很多人認為企業推廣精益生產后,生產作業計劃問題迎刃而解。他們有個很大疑惑即是否還需要APS?

  在討論時,我的觀點非常明確,我本人希望每個制造企業去推廣精益生產,我相信精益可以帶來巨大價值。但是尺有所長、寸有所短,在計劃領域精益生產中的JIT理論和看板拉動方式并不能取代APS的巨大作用,相反兩者應該是水乳交融、相得益彰。


一 生產作業計劃的編制過程



在精益看板方式下,生產作業計劃是這樣編制的:


依據客戶要貨日期,末道工序C在開始生產,消耗的是工序原有物料c,此時(或積攢到一個看板批量時)向前道工序B傳遞看板,B工序接到看板開始生產c,消耗物料b,傳遞看板到前道工序A,A工序開始使用工件a生產物料b。由于事先對每個工序的生產周期都是嚴格設定的,看板的數量以及每張看板代表的數量也經過嚴格計算,所以工序A生產給B工序補充物料b時,總能在B工序b物料耗盡之前補充到位,也不會過分提前,但是一旦B工序因為意外(質量問題、設備故障、人員等)造成沒有及時向后道C補充物料c,則后道缺料停工,前道A因為沒有收到看板,也不再生產。這就是JIT。從信息傳遞的過程來講,完全是一條鏈式鏈接的信息流。

在APS中,生產作業計劃是這樣編制的


  依據各個訂單的客戶需求日期,系統根據所有產品的制造BOM中規定的各工序的加工順序、工序連接邏輯、工序資源及生產周期等,以滿足約束條件為必要條件,以全局優化為目標,系統對巨大數量的排產組合方式通過各種優化算法不斷迭代,找到最優方案,行成排產計劃??梢灾苯訉γ恳粋€工序清晰地發布計劃,即該工序什么時候開始、什么時候結束、做哪個工單的哪個產品、使用哪套工裝、由哪個員工來做?在執行計劃的結果出來后,APS系統接受生產實績,并將實績作為后期計劃調整的一個依據重新運算,編制新一版的生產作業計劃??傮w來說,APS的信息流是雙向的放射狀的信息流,軟件系統作為一個中央控制中心向各工序發布計劃命令,各工序不斷向系統匯報各類生產實績、資源狀態變化等,雙方互動循環往復。


二 編制生產作業計劃的基礎與生產順序



看板拉動方式編制生產作業計劃的基礎工作是看板方案:

1,看板拉動排產基礎是客戶需求節拍時間TT、工序節拍時間CT、加工批量、補貨周期、物料存儲容器大小等設置看板。
2,精益生產為了及時響應客戶需求,確保產品一定時間段內加工活動的可重復性,在滿足訂單交付情況下盡量推行均衡生產,即每天(周期)的一個固定時間內產品的加工順序和加工量相對固定,剩余一部分時間來生產有變化的訂單。(例如規定生產X產品10個再生產Y產品8個再生產Z產品15個,回頭再一次循環生產X10個Y8個Z15個)
3,多個訂單的順序,按照交期先后確定末道工序生產順序,其他工序以看板到達時間先后為順序。




而APS系統編制生產作業計劃的基礎工作是:

1, APS排產的基礎是制造BOM和資源可利用情況,制造BOM表明了所有生產工序以及工序之間的關系,每個工序使用什么設備(工裝)、加工周期、換模時間、工序之間流轉時間等。
2, 多個品種生產時,靈活的混合生產方案,X、Y、Z生產批量可以靈活地依據需求和資源利用情況設置混合的順序和批量,(例如這次生產X產品10個再生產Y產品8個再生產Z產品15個,回頭再一次生產時可能X20個Z10個Y15個)
多個訂單的順序,由各種預設評估條件確定先后順序。預設評估條件包括滿足客戶交期(不一定交期在前的先生產,只要滿足交付就好)、是否與其他合并生產(合并生產追求規模效應)、設備利用率的考量、生產成本的考量、總產出量的考量等等。


三 排產的方向



精益看板的計劃方式完全是逆向排產,即后道拉動前道
APS排產有兩種分派方式進行靈活組合。正向分派是盡量從最早可以分派的時間從第一個工序開始分派,逆向分派是從最后工序中離交貨期盡可能近的日期開始(JIT)向前分派。

1,針對每個訂單(工單)可以靈活選擇正向排產或者逆向排產;APS將訂單分成3大類(急單、正常交付訂單、填空訂單)。急單要求盡早生產,所以正向排產、優先排產,只要頭道工序有能力立即開始生產,也就是盡最大努力盡快生產出來。正常交付訂單,則追求JIT,逆向排產;填空訂單追求產能利用率,有空余的能力就生產,能力不足時就不生產。這樣的邏輯設置非常靈活,既可以達到精益的目標(把所有訂單設為正常交付訂單就完全一致了),也可以犧牲部分庫存周轉而提前生產。對那些MTO和MTS混合性的企業,對那些客戶需求波動大需要削峰填谷的企業,其靈活性和適用性是不言而喻的。

2,對某個訂單(工單)的部分工序正向排產、部分工序逆向排產相結合,例如下圖所示,可以上部分正向排產,得出裝配工序生產作業計劃,依據該裝配計劃工序5逆向排產下部分工序,確保下部分半成品產出及時又不堆積庫存)。





將一個訂單完整的工序分段設置排產方向,進一步提升了排產計劃的靈活性,也就是將上面所述的優點延展到了半成品和工序中間品層面。


四 兩者適用的業務場景

1, 產品族混合生產:精益生產某條生產線,其混合生產的前提是混合類產品基本工序相似(工序基本一致,不同產品在各工序的周轉時間的比例相似),稱之為同一產品族,但是面對各工序生產工序差異大時就無法有效計劃。舉個例子,就是轎車生產線可以和SUV混合生產,但是和卡車就不行。APS不受此限制。所以精益生產鼓勵更多的小型的本生產線專用的設備,而不贊成大型的多線共用的設備。但是確實很多產業只能選擇大型昂貴設備而不得不多產品族共用。

2, 產品的重復生產:看板拉動,基本前提每個產品或工序半成品是較頻繁的重復生產,如果重復頻率很低,后道工序看板拉動的前道工序產出品就很容易積壓甚至呆滯。APS可以完全按需生產,不受是否重復生產的限制。

3, 需求波動:當需求的波動很大時,看板拉動就無法及時應對,需要提前從需求側給出預測,增加臨時看板或減少看板。APS就不受此限制,根據訂單和資源的最優化組合盡可能的滿足交付,可以提前識別出瓶頸資源供生產環節制定資源提升方案。

4.    緊急插單:緊急插單發生時,APS可以很好地調整各工序作業計劃甚至串行改為并行,其他訂單也會根據交期重新選擇最優加工計劃和工藝路線??窗謇瓌拥挠媱澐绞揭部梢钥焖贊M足訂單交付,但是其他訂單的順序無法通過看板系統來進行優化,需要額外排列最末端工序的交付計劃。有些行業或企業緊急插單比例高、次數多,采用看板進行生產作業計劃就比較難達到最優的解決方案。


五 對業務的支撐

1, 在進行ATP與CTP時,兩者能力不一??窗逵媱澫到y可以清晰地告訴客戶標準交付周期以及一段周期內的可提供數量,但是連續回答“是否滿足緊急訂單A?如不滿足,最快什么時候?對其他訂單影響怎樣?、可否不影響B、C、D可以影響E、F、G”時,如果相互影響的訂單越多,看板就越力有不逮,而APS能通過快速模擬計算,幾分鐘內能夠回答。

2, 對復雜的跨生產線共用資源的合理化分配,精益生產系統是不鼓勵的,因為跨線調度、生產數量忽上忽下很難利用看板合理調度。而APS的特有的邏輯不受此影響。例如A產品某工序可以利用設備E1、E2生產,B產品可以利用設備E2、E3生產,C產品可以利用設備E3、E4生產,各種設備分別有2臺、3臺、2臺、3臺;我們希望各工序對設備選用盡量使得各得其所。APS通過what-if的邏輯很快可以分配設備,而精益生產本身不希望是這樣的資源狀態,一旦是這樣的設備狀態則很難物盡其用了。

3, 候補資源如何利用?很多企業部分工序生產設備可能有優先和輔助之分,例如一臺高速設備高運作成本設備A和一臺低速度低成本設備B可以進行同樣的加工,真實的業務場景是我的生產任務不急我就選B,急了我就選A。APS完全實現這種管理意圖,而看板計劃系統就不太適應這些要求了。

在制定中長期運營計劃時我們追求供需平衡,其基本理念就是較短期的計劃周期內是可供應能力約束需求,較遠的周期內是調整資源配置使可供應能力滿足需求。

理念很正確,實施很困難。例如在S&OP流程中,最大的難點是銷售預測準確率以及準確的供應能力評估。本文不說預測之難,先說供應能力評估之難,難就難在各種不確定性相互組合產生太多的可能性.例如其一是物料、設備模具、技能工、周轉場地有共用有專用、如何分配;其二是每個產品族需求數量存在不確定性,可能是Q1可能是Q2;其三是每個產品族內產品型號比例可能不符合預期比例(導致生產作業計劃產品族計劃BOM失靈);其四是銷售預測有前提條件且各有說法,例如銷售說如果在某日之前可以交貨,則可以獲取訂單數量Q3,延遲到某日只可獲取Q4之類甚至沒有。如果有10個產品族100個產品型號,每個產品約有100種物料,各種可能情況一組合,假設之多讓供應能力評估基本失去方向了。當我們有了APS以后,我們就可以很快地利用APS模擬各種可能性較大的業務場景,得出資源需求,反過來又模擬調整資源進行ATP/CTP的答復,來回計算模擬,可以很好的支持業務的資源決策和訂單獲取。在決策之后,又可以很快地編制中長期計劃。一旦調整預測,APS就充分發揮計算能力優勢,很快進行了調整。而看板計劃系統的調整過程就沒有這么快捷靈活了。


六 融合與組合



上面講了APS與看板有很大區別,但是這絕不是說兩者相互排斥,恰恰相反,兩者正是因此可以相互促進融合組合使用的。

1,數據互用:例如APS的實績記錄,完全可以提供給精益人員適用于稼動率、生產節拍計算等。而看板系統背后的節拍等工藝數據完全可用于APS的制造BOM。

2,計劃方式組合之一,整體APS局部看板:一個工廠中即使因為不能完全使用看板,選擇部分工序和物料之間使用看板,可以彌補APS在物料補充信號的弱點;部分工序之間采用看板而在APS中只作為一個整體工序考慮,可以大幅度減少計算量提升APS運算效率。

3,計劃方式組合之二,整體看板局部APS:對產成品、部分工序使用看板計劃方式,而某些工序、某個車間采用APS。例如一個工廠內對機加工、熱處理等公用設備多、班車式生產方式的車間采用APS,而產成品裝配采用看板。這樣的組合,也可以取長補短,達到最合適狀態。


總結

看板計劃體系來說,就是整個生產線對某種產品形成同樣的節拍,全線步調一致(避免了步調不一致帶來的過量庫存、缺料等),按照預想需求固化了戰術隊形,全體戰斗單位有條不紊的按照預定戰術進行協同。當需求變化時,由末道工序感知并傳令后道,依次傳達??窗逵媱濗w系需要一個相對穩定(客戶需求相對可預見性高、重復生產、產品族內產品比例相對穩定、各種生產、物料供應穩定),所以對整個供應鏈環境有較高要求。

APS計劃系統好比強大的參謀部,參謀部對各種情況都能快速找出方案并評估優劣勢,一旦司令部決策,瞬時下達至各戰斗單元,戰斗過程中又隨時掌控信息,調整作戰計劃;贏得戰役是因為隨時的統籌有方。
兩種計劃方式各有所長,我們一定要依據業務特點,進行正確的選擇和組合,讓準確的生產計劃不再是業務提升的阻礙。


李忠華,武漢微優微科技有限公司總經理,致力于制造業供應鏈改善以及APS、MES推廣。上海交通大學工商管理碩士、電子工程學士;25年供應鏈從業經驗,曾經服務于美資、日資、港資、國有、民營上市企業;擔任過大型企業總經理助理、供應鏈總監、流程與IT總監等職;專長于集成供應鏈建設,尤其是在計劃領域;25年多次深度領導與參與導入、實施、應用SAP、 ORACLE、金蝶等ERP以及 ASPROVA APS 、MES等供應鏈相關管理軟件。個人微信公眾號供應鏈道場

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