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基于订单触发的滚动式生产计划研究
一、引言
随着市场竞争的日益激烈，世界范围内交通基础设施的迅速改善以及IT技术的高速发展推动了制造业的全球化，全球化的背景增加了客户需求的不确定性、产品结构和种类的复杂性等，这些因素直接影响着生产计划的正常制定和执行。因此，快捷准确地根据不同需求的订单来触发制定滚动式生产计划是非常重要的。
目前，根据订单编制生产计划的研究主要集中于以下几个方面：
(1)大批量定制和生产。这种方式可以通过模块化设计及生产，标准化和规范化的车间生产现场来实现，这种方式由于批量大，产品相对稳定，计划的变动比较少,销售订单往往是根据现有库存交货。
(2)订单不确定性来源的研究。不少文献分析了导致订单不确定性的来源及造成的影响，但不同来源订单如何编制生产计划未予阐述。本文主要针对客户订单的信息特点，来触发编制滚动式生产计划，并根据滚动式生产计划的执行情况作为反馈信息，进一步影响下一步滚动计划的生成。
二、滚动式生产计划的必要性
传统的计划编制方法是在前一计划执行后期开始编制下一期计划，按日历时间分段。这种计划往往在执行中，因主客观情况的变化，企业的生产任务中的不确定因素所占的比值会越来越大，使得计划的执行结果与计划本身偏差越来越大，所谓“计划不如变化快”，导致了生产计划各阶段之间失去连贯性，导致了采用这种方式编制计划难度越来越大，为了尽量减少生产计划制订中的不确定因素的影响，在制订生产计划时往往可以采用根据销售订单编制滚动计划。滚动计划是一种动态编制计划的方法。所谓滚动式，就是在制定计划时，按照企业定义的时间段逐段往后滚动，连续编制，包括主生产滚动计划与各层次的生产部门滚动计划。
滚动式计划有以下优点：
1.使计划的严肃性和应变性都得到保证。因当前时间段的计划是根据当前的企业实际编制，可以基本保证完成，体现了计划的严肃性；更后一阶段的计划允许修改变动，体现了应变性。如果不是采用滚动式计划方法，第一阶段实施的结果出现偏差，以后各阶段计划如不及时做出调整，就会流于形式。
2.滚动式计划提高了计划的连续性。无论是总的生产计划还是车间生产各层次的计划，一个时段接着一个时段，前一时段计划执行完，直接过渡到下一时段的计划，时段计划与时段计划间无停顿无跳跃无突变，便于理解，也便于执行。
三、建立订单触发的滚动式生产计划的方法
在企业确定如何建立滚动式生产计划之前，首先应建立一系列支撑生产计划运行的基础数据，包括设备等资源、班组设置、工厂日历、计划时段等，从而确定可以排产的日期和时间，也确定计划排产的时段。根据实际需要，企业可定义按照单周、双周、月等来制定滚动计划，对于计划变动较大的企业而言，可以选择采用周为计划时段单位来制定滚动计划。
企业在正式与客户签订合同后，将相关合同信息传递给生产计划部门，生产计划部门按照合同要求的产品进行任务初步安排，结合部门零部件或常规产品的预测生产任务，形成滚动方式的主生产计划，如下表所示：
物料编号
物料名称
订单号
时段
延期
1
2
3
4
……
N
N+1
N+1
A

0001

1

B

0002
1
2

C

0003

2

D

0004

1

E

0005
2

C

2

G

0006

2

上表中，根据销售订单或合同形成了基于时间段的滚动生产计划，表中也包含了C产品的预测生产（其订单号为空，管理上也可设置特殊的订单号规则），某个时间段的生产内容（产品及数量）都可以得到体现，包括延期完工的产品情况。
上面以滚动计划的方式展示了企业总的生产任务，但这个生产任务是无法实际执行的，车间各工序设备的生产还可能存在无序状态。尤其在多品种、小批量的离散型的生产企业中，生产因素非常复杂，生产过程涉及到人员、设备、材料、工装模具等各个方面的问题，正因为实际生产中存在这些非结构化的因素，导致生产计划的管理者或者说决策者的经验和智慧无法快速准确地完成，这就需要在知识工程和专家系统的基础上，采用结合了APS的ERP软件来完成，通过人机界面来自动完成生产任务在车间各工序、各班组、各设备的滚动式的生产计划的编制，从而达到车间生产计划可执行的目的，以下的描述以企业使用了类似功能的软件系统为前提进行。
实现各车间滚动生产计划的编制需要考虑的因素有：
1）先前排产还是向后排产；
2）工厂日历；
3）班组设置；
4）设备或人员能力及其工作效率；
5）设备等资源占用情况；
6）产品或零部件的加工路线；
7）对应具体产品或零部件的各工序工时定额（加工工时，提前期等）；
8）各设备对具体加工件的加工批量；
9）库存情况及占用情况；
10）采购或外协在途情况；
11）采购或外协或自制件的批量；
12）生产损耗率或成品率；
……
上面列出了用于车间APS排产时要考虑的常用因素，在不同企业实际使用时可以根据企业实际进行选取或增加新的项目,除了上述因素外，要达到采用ERP软件来自动排产还得制定一些开关量，如优先级规则、分派规则、相同工装模具刀具优先使用设备规则、是否使用混合排程方式等等，按照一定的数据模型和算法，从而能实现自动化的运算处理，减少不必要的人工干预，提高准确性并节省时间，经过排程处理，可以得出几个方面的滚动生产计划：
1、各车间产品的加工或出产滚动计划，如下表所示；
物料编号
物料名称
订单号
时段
1
2
3
……
N
N+1
N+2
A

0001
2

B

0002

1

C

0003

3

D

0004

4

E

0005

2

C

2

G

0006

3

上表格式类似于前面的主生产计划，区别在于本表显示的是车间生产产品，可能是半成品也可能是最终的成品，此外本表数据是考虑了生产能力后的可执行的计划。
2、各资源（设备）的滚动负载计划，如下表所示
时段
设备
1
2
3
4
……
N
N+1
N+2
N+3
A
100%
100%
100%
80%

B
100%
100%
70%

C
90%

D
100%
60%
100%
100%

E
100%
100%
85%
100%

F
60%
100%
100%
90%

上表可通过软件系统来实现甘特图的方式查看，同时将时段细化到具体的时刻，这样某具体设备的负载情况将更清晰。
通过上面的描述可以看出，在企业的实际排产时，可以根据订单的实际需要，结合企业的设备、能力情况产生各车间甚至是各工序班组的滚动式生产计划，在实际ERP软件中，还会产生更多的滚动计划，如车间具体班组的滚动生产计划、工序生产滚动计划、设备滚动生产计划、操作工滚动工作计划等等，从而形成生成各层次的滚动生产计划。但我们也要看到，企业的生产情况不会是一成不变的，有相当多的因素会导致原定计划无法顺利执行，比如常见的有：
1）设备故障；
2）人员变动，如请假等；
3）能源方面的因素，如停电、燃油燃气管道维修等；
4）客户订单产品发生数量变化；
5）客户订单产品发生变化；
6）客户订单产品的交货期发生变化；
7）交货地点发生变化；
8）质量或技术要求发生变化；
9）付款条款发生变化；
……
从上面罗列的常见的导致生产变更的因素我们可以看到，一部分是由于企业的生产能力发生了变化，导致生产计划肯定需要调整，这种调整我们在下节进行描述；也有一部分是客户订单发生了改变，这类改变中，部分对生产过程没有影响，如付款条款发生变化，我们将对生产过程产生影响的订单变更分为三类，分别来看客户订单的变更如何触发滚动生产计划的改变：
1.订单产品数量增大或增加了其他产品的订货
这种情况需要根据原来订单是否执行以及执行到的具体阶段来确定如何操作。若订单还未开始执行，则直接在主生产计划上进行调整，从而形成新的滚动生产计划，由于订单未开始执行，接着重新运行MRP及APS排产系统，形成新的物料需求滚动计划及车间作业滚动计划，新产生的车间作业计划在当前阶段可以不受影响，在后面的阶段将按照新的当前任务来执行。
2.订单数量的减少或取消其中某个产品的订货
这种情况的处理办法和上一种一样，首先需分析其是否开始执行，若未执行，则可以直接调整主生产计划，从而接着调整物料需求计划及各层次的滚动生产计划。若已经开始执行，需要根据执行所处的阶段及企业本身的需要来决定，其对应物料需求计划采购计划部分已经下达采购订单，可与供应商沟通是否能取消或调整采购订单，从而改变或不改变整个材料采购的数量，不能达成更改协议的，多余到货的部分只能作为库存；正在生产的半成品，根据半成品本身的性质，有的可以中途停工，有的可继续生产完成当作半成品的备货；对于成品部分，可参考半成品的处理，对未领料部分可不继续生产，对已经开始成品生产但无法中断的，只能生产完工后当作成品备货。
针对订单数量减少或取消部分产品订货处理的复杂性，为减少人工干预，可在设置物料属性时，设置好不同物料的订单变更处理方式，从而达到出现这种变更时能有相当程度的自动处理，减少人为错误，计划人员只需要根据需要做少量调整。
3.产品交货期的变化
交货期可能发生两种变化：一种是交货期延后，对于这种情况企业可调整主生产滚动计划，并触发后面的物料需求滚动计划及各层次的生产滚动计划，由于对近阶段的实际生产影响很小或没有，相对而言容易处理；另一种是交货期提前，这种情况下在生产执行层需要重新运算，有可能的结果是导致某些优先级别更低一些的订单无法按时交货，此时可以通过调整资源能力或部分成品或半成品外购或外协来达到按时交货的目的。调整资源能力有多种方法，如延长设备工作时间、投入新的设备、加班、招临时工等。能力改变或自制数量发生改变后，重新运算APS，生成新的各层次的滚动生产计划。
四、车间执行对滚动生产计划的影响
车间执行层对滚动生产计划的影响，主要体现在两个方面：一方面是各车间生产能力的变化；另一方面是计划执行结果没有达到预定的目标，导致了计划需要修订。以下对这两个方面进行描述并探讨解决方法。
1.车间现场生产能力的变化
车间现场生产能力的变化一部分是一定时间期限内可预测的，这类如国家安排的假期，企业设备的维修保养，员工的部分事假（如婚假、产假），这类能力变化可以将其将要发生的改变录入到对应的系统功能中，这样在一定期限内能预知其能力的改变，从而直接影响到执行层的滚动生产计划；对于无法预测的能力改变，如设备故障、临时请假，部分数据可采用自动化的接口设备来进行数据采集，另一部分数据只能通过数据录入的方式，通过这些数据的及时改变，来触发现场执行层的滚动生产计划的及时改变，达到计划层管理人员及时了解，从而及时决策的目的。
2.质量导致计划执行未达预期目标
计划执行未达到预期目标除了上述生产能力的改变这一因素外，最重要的原因与生产质量有关，包括了返工、返修或废品超过计划废品率，此外生产效率的改变也会影响到执行的结果。在车间现场，一方面要严格控制各工序的生产质量，从预防着手，通过质量数据分析来保证设备的工作效率，提高员工的操作技术水平。另一方面，要对生产现状及时了解，车间各工序要及时反馈生产实际情况，从而让计划层及时做出调整，更新滚动生产计划。以下重点描述车间执行层数据反馈的方式方法：
1）手工录入ERP系统来反馈车间计划执行情况
手工方式反馈车间计划执行情况，一般是通过手工在ERP系统录入生产结果，包括完工时间，合格数量，返工返修及废品数量等信息。这种方式优点是投入少，容易实施。缺点也很明显：数据不容易实现即时更新；数据准确性难以保证；工作效率也不高等。
2）采用条码方式或RFID等设备反馈车间计划执行情况
采用条码方式进行车间计划执行情况，完工情况的反馈，根据反馈的内容不同，可分为几种不同的方式，比如:按照物料编码做条码；按照单据号与物料编号做条码；按照单据号与工序做条码；使用特殊编号实现一个具体的物料唯一的条码。无论采用哪种方式，前提都要从效率提高，准确性提高来考虑。但总的而言，由于不需要手工的录入操作，及时性和准确性都较手工方式有很大提高。
RFID电子标签等其他无线上位终端来进行数据上位处理时，其思路与条码方式区别不大，但操作对一线工人而言稍显繁琐或复杂，其优点是数据能得到及时反馈。
3）通过其他自动化设备反馈车间计划执行情况
采用条码或RFID等无线设备在进行数据反馈、完工情况汇报时，仍需要现场工作人员手工操作。不同的现场环境将会导致采集设备容易损坏，信号干扰之类的问题。更可靠有效的数据反馈方式是有生产设备的自动计数，通过信号之间的转换或直接传输将数据采集到ERP系统中，异常情况可以马上触发滚动生产计划的改变，这样及时性和准确性都能得到保证。
五、结论
1.复杂多变的市场环境和客户需求，研究订单触发的滚动式生产计划生成技术具有一定的实际价值。
2.通过研究订单的产生、订单的变更、企业生产能力的改变以及计划执行结果的差异，采用继承了APS的ERP软件进行处理，保证了滚动式生产计划的有效产生和执行。
3、生产滚动计划是生产管理信息系统的核心技术之一,采用了基于订单触发的滚动式生产计划ERP系统后，将对生产企业的生产计划及执行控制起到重要作用。