精益看板中与APS中的生产作业计划浅谈

文章来源:APS研究
2022-04-01

前言



按照SCOR模型,制造业供应链运作分为计划、生产、采购、物流,精益生产(狭义的)主要聚焦在生产模块(物流主要是发货物流和逆向物流,狭义精益生产主要围绕生产企业内部),高级计划与调度(APS)系统针对的是计划模块。两者的主要关注点聚焦在不同的模块,都在为提升企业运作效率发挥巨大作用。

  精益生产经过多年推广,虽然达到丰田汽车运作水平的企业不多,但是至少大家耳熟能详,在部分制造企业也发挥了非常大的作用,提升了很多企业现场管理水平。行业内许多精益专家顾问也是孜孜以求地帮助企业去做精益改善。

APS系统是利用大量先进的规划管理技术以及内置各种复杂的算法开展生产计划排产和车间调度,普及程度低,大部分从业人员对此不甚了解。在精益生产的使用者和专家顾问中,也有很多人认为企业推广精益生产后,生产作业计划问题迎刃而解。他们有个很大疑惑即是否还需要APS?

  在讨论时,我的观点非常明确,我本人希望每个制造企业去推广精益生产,我相信精益可以带来巨大价值。但是尺有所长、寸有所短,在计划领域精益生产中的JIT理论和看板拉动方式并不能取代APS的巨大作用,相反两者应该是水乳交融、相得益彰。


一 生产作业计划的编制过程



在精益看板方式下,生产作业计划是这样编制的:


依据客户要货日期,末道工序C在开始生产,消耗的是工序原有物料c,此时(或积攒到一个看板批量时)向前道工序B传递看板,B工序接到看板开始生产c,消耗物料b,传递看板到前道工序A,A工序开始使用工件a生产物料b。由于事先对每个工序的生产周期都是严格设定的,看板的数量以及每张看板代表的数量也经过严格计算,所以工序A生产给B工序补充物料b时,总能在B工序b物料耗尽之前补充到位,也不会过分提前,但是一旦B工序因为意外(质量问题、设备故障、人员等)造成没有及时向后道C补充物料c,则后道缺料停工,前道A因为没有收到看板,也不再生产。这就是JIT。从信息传递的过程来讲,完全是一条链式链接的信息流。

在APS中,生产作业计划是这样编制的


  依据各个订单的客户需求日期,系统根据所有产品的制造BOM中规定的各工序的加工顺序、工序连接逻辑、工序资源及生产周期等,以满足约束条件为必要条件,以全局优化为目标,系统对巨大数量的排产组合方式通过各种优化算法不断迭代,找到最优方案,行成排产计划。可以直接对每一个工序清晰地发布计划,即该工序什么时候开始、什么时候结束、做哪个工单的哪个产品、使用哪套工装、由哪个员工来做?在执行计划的结果出来后,APS系统接受生产实绩,并将实绩作为后期计划调整的一个依据重新运算,编制新一版的生产作业计划。总体来说,APS的信息流是双向的放射状的信息流,软件系统作为一个中央控制中心向各工序发布计划命令,各工序不断向系统汇报各类生产实绩、资源状态变化等,双方互动循环往复。


二 编制生产作业计划的基础与生产顺序



看板拉动方式编制生产作业计划的基础工作是看板方案:

1,看板拉动排产基础是客户需求节拍时间TT、工序节拍时间CT、加工批量、补货周期、物料存储容器大小等设置看板。
2,精益生产为了及时响应客户需求,确保产品一定时间段内加工活动的可重复性,在满足订单交付情况下尽量推行均衡生产,即每天(周期)的一个固定时间内产品的加工顺序和加工量相对固定,剩余一部分时间来生产有变化的订单。(例如规定生产X产品10个再生产Y产品8个再生产Z产品15个,回头再一次循环生产X10个Y8个Z15个)
3,多个订单的顺序,按照交期先后确定末道工序生产顺序,其他工序以看板到达时间先后为顺序。




而APS系统编制生产作业计划的基础工作是:

1, APS排产的基础是制造BOM和资源可利用情况,制造BOM表明了所有生产工序以及工序之间的关系,每个工序使用什么设备(工装)、加工周期、换模时间、工序之间流转时间等。
2, 多个品种生产时,灵活的混合生产方案,X、Y、Z生产批量可以灵活地依据需求和资源利用情况设置混合的顺序和批量,(例如这次生产X产品10个再生产Y产品8个再生产Z产品15个,回头再一次生产时可能X20个Z10个Y15个)
多个订单的顺序,由各种预设评估条件确定先后顺序。预设评估条件包括满足客户交期(不一定交期在前的先生产,只要满足交付就好)、是否与其他合并生产(合并生产追求规模效应)、设备利用率的考量、生产成本的考量、总产出量的考量等等。


三 排产的方向



精益看板的计划方式完全是逆向排产,即后道拉动前道
APS排产有两种分派方式进行灵活组合。正向分派是尽量从最早可以分派的时间从第一个工序开始分派,逆向分派是从最后工序中离交货期尽可能近的日期开始(JIT)向前分派。

1,针对每个订单(工单)可以灵活选择正向排产或者逆向排产;APS将订单分成3大类(急单、正常交付订单、填空订单)。急单要求尽早生产,所以正向排产、优先排产,只要头道工序有能力立即开始生产,也就是尽最大努力尽快生产出来。正常交付订单,则追求JIT,逆向排产;填空订单追求产能利用率,有空余的能力就生产,能力不足时就不生产。这样的逻辑设置非常灵活,既可以达到精益的目标(把所有订单设为正常交付订单就完全一致了),也可以牺牲部分库存周转而提前生产。对那些MTO和MTS混合性的企业,对那些客户需求波动大需要削峰填谷的企业,其灵活性和适用性是不言而喻的。

2,对某个订单(工单)的部分工序正向排产、部分工序逆向排产相结合,例如下图所示,可以上部分正向排产,得出装配工序生产作业计划,依据该装配计划工序5逆向排产下部分工序,确保下部分半成品产出及时又不堆积库存)。





将一个订单完整的工序分段设置排产方向,进一步提升了排产计划的灵活性,也就是将上面所述的优点延展到了半成品和工序中间品层面。


四 两者适用的业务场景

1, 产品族混合生产:精益生产某条生产线,其混合生产的前提是混合类产品基本工序相似(工序基本一致,不同产品在各工序的周转时间的比例相似),称之为同一产品族,但是面对各工序生产工序差异大时就无法有效计划。举个例子,就是轿车生产线可以和SUV混合生产,但是和卡车就不行。APS不受此限制。所以精益生产鼓励更多的小型的本生产线专用的设备,而不赞成大型的多线共用的设备。但是确实很多产业只能选择大型昂贵设备而不得不多产品族共用。

2, 产品的重复生产:看板拉动,基本前提每个产品或工序半成品是较频繁的重复生产,如果重复频率很低,后道工序看板拉动的前道工序产出品就很容易积压甚至呆滞。APS可以完全按需生产,不受是否重复生产的限制。

3, 需求波动:当需求的波动很大时,看板拉动就无法及时应对,需要提前从需求侧给出预测,增加临时看板或减少看板。APS就不受此限制,根据订单和资源的最优化组合尽可能的满足交付,可以提前识别出瓶颈资源供生产环节制定资源提升方案。

4.    紧急插单:紧急插单发生时,APS可以很好地调整各工序作业计划甚至串行改为并行,其他订单也会根据交期重新选择最优加工计划和工艺路线。看板拉动的计划方式也可以快速满足订单交付,但是其他订单的顺序无法通过看板系统来进行优化,需要额外排列最末端工序的交付计划。有些行业或企业紧急插单比例高、次数多,采用看板进行生产作业计划就比较难达到最优的解决方案。


五 对业务的支撑

1, 在进行ATP与CTP时,两者能力不一。看板计划系统可以清晰地告诉客户标准交付周期以及一段周期内的可提供数量,但是连续回答“是否满足紧急订单A?如不满足,最快什么时候?对其他订单影响怎样?、可否不影响B、C、D可以影响E、F、G”时,如果相互影响的订单越多,看板就越力有不逮,而APS能通过快速模拟计算,几分钟内能够回答。

2, 对复杂的跨生产线共用资源的合理化分配,精益生产系统是不鼓励的,因为跨线调度、生产数量忽上忽下很难利用看板合理调度。而APS的特有的逻辑不受此影响。例如A产品某工序可以利用设备E1、E2生产,B产品可以利用设备E2、E3生产,C产品可以利用设备E3、E4生产,各种设备分别有2台、3台、2台、3台;我们希望各工序对设备选用尽量使得各得其所。APS通过what-if的逻辑很快可以分配设备,而精益生产本身不希望是这样的资源状态,一旦是这样的设备状态则很难物尽其用了。

3, 候补资源如何利用?很多企业部分工序生产设备可能有优先和辅助之分,例如一台高速设备高运作成本设备A和一台低速度低成本设备B可以进行同样的加工,真实的业务场景是我的生产任务不急我就选B,急了我就选A。APS完全实现这种管理意图,而看板计划系统就不太适应这些要求了。

在制定中长期运营计划时我们追求供需平衡,其基本理念就是较短期的计划周期内是可供应能力约束需求,较远的周期内是调整资源配置使可供应能力满足需求。

理念很正确,实施很困难。例如在S&OP流程中,最大的难点是销售预测准确率以及准确的供应能力评估。本文不说预测之难,先说供应能力评估之难,难就难在各种不确定性相互组合产生太多的可能性.例如其一是物料、设备模具、技能工、周转场地有共用有专用、如何分配;其二是每个产品族需求数量存在不确定性,可能是Q1可能是Q2;其三是每个产品族内产品型号比例可能不符合预期比例(导致生产作业计划产品族计划BOM失灵);其四是销售预测有前提条件且各有说法,例如销售说如果在某日之前可以交货,则可以获取订单数量Q3,延迟到某日只可获取Q4之类甚至没有。如果有10个产品族100个产品型号,每个产品约有100种物料,各种可能情况一组合,假设之多让供应能力评估基本失去方向了。当我们有了APS以后,我们就可以很快地利用APS模拟各种可能性较大的业务场景,得出资源需求,反过来又模拟调整资源进行ATP/CTP的答复,来回计算模拟,可以很好的支持业务的资源决策和订单获取。在决策之后,又可以很快地编制中长期计划。一旦调整预测,APS就充分发挥计算能力优势,很快进行了调整。而看板计划系统的调整过程就没有这么快捷灵活了。


六 融合与组合



上面讲了APS与看板有很大区别,但是这绝不是说两者相互排斥,恰恰相反,两者正是因此可以相互促进融合组合使用的。

1,数据互用:例如APS的实绩记录,完全可以提供给精益人员适用于稼动率、生产节拍计算等。而看板系统背后的节拍等工艺数据完全可用于APS的制造BOM。

2,计划方式组合之一,整体APS局部看板:一个工厂中即使因为不能完全使用看板,选择部分工序和物料之间使用看板,可以弥补APS在物料补充信号的弱点;部分工序之间采用看板而在APS中只作为一个整体工序考虑,可以大幅度减少计算量提升APS运算效率。

3,计划方式组合之二,整体看板局部APS:对产成品、部分工序使用看板计划方式,而某些工序、某个车间采用APS。例如一个工厂内对机加工、热处理等公用设备多、班车式生产方式的车间采用APS,而产成品装配采用看板。这样的组合,也可以取长补短,达到最合适状态。


总结

看板计划体系来说,就是整个生产线对某种产品形成同样的节拍,全线步调一致(避免了步调不一致带来的过量库存、缺料等),按照预想需求固化了战术队形,全体战斗单位有条不紊的按照预定战术进行协同。当需求变化时,由末道工序感知并传令后道,依次传达。看板计划体系需要一个相对稳定(客户需求相对可预见性高、重复生产、产品族内产品比例相对稳定、各种生产、物料供应稳定),所以对整个供应链环境有较高要求。

APS计划系统好比强大的参谋部,参谋部对各种情况都能快速找出方案并评估优劣势,一旦司令部决策,瞬时下达至各战斗单元,战斗过程中又随时掌控信息,调整作战计划;赢得战役是因为随时的统筹有方。
两种计划方式各有所长,我们一定要依据业务特点,进行正确的选择和组合,让准确的生产计划不再是业务提升的阻碍。


李忠华,武汉微优微科技有限公司总经理,致力于制造业供应链改善以及APSMES推广。上海交通大学工商管理硕士、电子工程学士;25年供应链从业经验,曾经服务于美资、日资、港资、国有、民营上市企业;担任过大型企业总经理助理、供应链总监、流程与IT总监等职;专长于集成供应链建设,尤其是在计划领域;25年多次深度领导与参与导入、实施、应用SAP ORACLE、金蝶等ERP以及 ASPROVA APS MES等供应链相关管理软件。个人微信公众号供应链道场