APS在工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃實施及其成功要件

趙繼榮 曾汶龍

（1.博世電動工具（中國）有限公司，浙江 杭州 310052；2.天寶電子（惠州）有限公司，廣東 惠州 516005）

一、引言

隨著市場供需模式的改變，需求在互聯(lián)網(wǎng)時代逐漸變得碎片化和脆弱化。如何利用數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)協(xié)同，提高交付的敏捷性和可靠性，變成了企業(yè)競爭力提升的必然選擇。然而，在產(chǎn)品大規(guī)模定制化需求時代，企業(yè)如何對人力資源、機器和產(chǎn)能資源、物料供應(yīng)、工藝進行高效調(diào)度、防呆糾偏，一直是一個難題。過去，企業(yè)以ERP手動計劃排程，在生產(chǎn)工單管理上做生產(chǎn)計劃建議，欠缺對資源調(diào)度的全鏈動態(tài)管理。在只依靠ERP下，很多企業(yè)都出現(xiàn)了工單齊套訊息不清晰，人工追欠料，過度依賴人員素質(zhì)，計劃和物流、信息流傳遞的效率低、延時和不準確的狀況。以至于無法滿足客戶交付需求的風險、資源浪費的風險和潛在呆滯庫存的風險日漸提高，直接影響了企業(yè)的競爭力。圍繞實現(xiàn)數(shù)智化營運的戰(zhàn)略目標，企業(yè)在現(xiàn)有ERP的基礎(chǔ)上連接APS（Advanced Planning and Scheduling，高階生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)系統(tǒng)），以助于縮短訂單生產(chǎn)周期、提高工作效率、降低庫存成本，這已然成為行業(yè)內(nèi)的一個趨勢。在德國提出工業(yè)4.0概念之后，國內(nèi)APS的發(fā)展可謂百花齊放，但大多數(shù)對APS的研究仍處于起步階段。雖然APS的愿景十分美好，但歷年APS實施案例成功驗收的比例不高。目前行業(yè)整體成功率仍低于30%，真正在財務(wù)上能為客戶帶來合理收益的案例比例，可能不高于20%。本文基于國內(nèi)某一知名企業(yè)有效實施APS的應(yīng)用實踐，為其他工業(yè)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，如何成功規(guī)劃實施APS，提供一套科學合理的規(guī)劃方法，為企業(yè)實現(xiàn)智能制造提供有益的模板。

二、APS基本原理

APS是在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的自動生產(chǎn)計劃排程系統(tǒng)。它的目的在于幫助企業(yè)串聯(lián)銷售需求和工單安排，提高生產(chǎn)和運營的效率，提升資源利用和協(xié)助降本。APS系統(tǒng)包括需求計劃、生產(chǎn)排程、資源分配和監(jiān)督調(diào)整四部分[1]：一是根據(jù)市場需求和預(yù)測，制定產(chǎn)品的需求計劃，以確定生產(chǎn)的產(chǎn)品種類、數(shù)量和交貨日期。二是在生產(chǎn)排程建模中，需要根據(jù)需求計劃，按約束條件進行生產(chǎn)排程，以確定每個產(chǎn)品生產(chǎn)的開始時間和結(jié)束時間，并確保生產(chǎn)和交貨時間的準確性。三是根據(jù)排程進行4M1E資源分配，包括人力資源、機器和產(chǎn)能資源、物料供應(yīng)、工藝等，以確保資源的充分利用和效益最大化。四是監(jiān)控和調(diào)整。根據(jù)實際情況，進行生產(chǎn)排程的動態(tài)監(jiān)控和修正，及時處理生產(chǎn)中的問題，保證生產(chǎn)進度和產(chǎn)品質(zhì)量的達成。總體而言，APS是基于需求計劃和資源分配，通過優(yōu)化生產(chǎn)排程來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而實現(xiàn)企業(yè)的整體經(jīng)濟效益。

三、APS規(guī)劃實施

APS的規(guī)劃實施在很多企業(yè)看來只是一個資訊軟件項目。正是因為這種誤解，導(dǎo)致項目的實施條件不足，而引起實施成功驗收的比率偏低。工廠交付以主生產(chǎn)計劃為中心，而APS正是整個計劃體系的核心靈魂和指揮系統(tǒng)。由于APS與其他職能板塊牽扯互動甚多，所以APS的規(guī)劃實施其實是一個由上至下的供應(yīng)鏈體系和流程規(guī)劃改善過程，也是先精益后自動化的過程。實施APS與實施ERP有點類似，其關(guān)鍵瓶頸在于企業(yè)文化與流程改革的沖突，而非軟件本身。

（一）供應(yīng)鏈智能制造體系規(guī)劃

以本文企業(yè)為例，整個企業(yè)從上至下第一步，是規(guī)劃企業(yè)整體的智能制造藍圖。包括產(chǎn)品全生命周期的管理、產(chǎn)品全面質(zhì)量管理、供需全鏈的協(xié)同管理以及其他連接項目。（見圖1）

圖1 智能制造簡易藍圖

在全鏈協(xié)同下，第二步是規(guī)劃供應(yīng)鏈智能制造體系（Supply Chain Intelligent Manufacturing System Planning）。在實施APS前需要做頂層規(guī)劃，即前方連結(jié)CRM和 ERP，后方連結(jié)SRM。利用智能制造技術(shù)和信息技術(shù)，實現(xiàn)供應(yīng)鏈中各個環(huán)節(jié)的協(xié)同、智能、高效運作，動態(tài)擇取現(xiàn)場數(shù)據(jù)以保證持續(xù)糾偏。在供應(yīng)鏈體系外和其他智能制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通、互動，高效協(xié)作，管理企業(yè)資源。

本文企業(yè)體系規(guī)劃的目標十分清晰，主要關(guān)注于提高供應(yīng)鏈系統(tǒng)的準確性、敏捷性以及高效和低成本。在相關(guān)體系和流程建設(shè)中，本文企業(yè)至少用了一年時間來做規(guī)劃和各業(yè)務(wù)流程的梳理，把基礎(chǔ)框架定好以承接APS不同環(huán)節(jié)中的需求和特點。

（二）APS業(yè)務(wù)流程規(guī)劃

在頂層的企業(yè)智能制造藍圖和全鏈體系規(guī)劃完成后，如前文所提倡的先精益后自動化的概念，本文企業(yè)針對公司內(nèi)部情況，梳理了 APS的業(yè)務(wù)流程。下面讓我們以該企業(yè)的工廠A為例，來梳理其實施APS的業(yè)務(wù)流程：

1.APS底層數(shù)據(jù)的采集和整理。在前期，因歷史原因收集相關(guān)底層數(shù)據(jù)相當困難。數(shù)據(jù)缺口較大，工藝數(shù)據(jù)比較粗獷，而且各組數(shù)據(jù)之間還缺乏連結(jié)性，例如，產(chǎn)品和產(chǎn)線沒有關(guān)聯(lián)，個別產(chǎn)品在設(shè)備上的產(chǎn)能數(shù)據(jù)缺失；人力資源和產(chǎn)線沒有關(guān)聯(lián)，人力資源數(shù)據(jù)缺失并和實際排產(chǎn)的能力數(shù)據(jù)差異較大。

在APS系統(tǒng)搭建過程中，需要收集和整理與生產(chǎn)計劃和排產(chǎn)相關(guān)的底層數(shù)據(jù)，包括需求數(shù)據(jù)（銷售訂單號、銷售訂單數(shù)量、要求交付日期）、訂單與工單的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)（包括規(guī)格、產(chǎn)品標準化）、制造工程數(shù)據(jù)（包括標準工時、工藝路線）、設(shè)備數(shù)據(jù)（包括最大產(chǎn)能、設(shè)備狀態(tài)）、產(chǎn)品與產(chǎn)線的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、人力資源數(shù)據(jù)等。

2.業(yè)務(wù)流程梳理。APS底層數(shù)據(jù)搭建整理后，就需要對計劃部門的實際業(yè)務(wù)流程，即從銷售訂單錄入開始，到物料需求計劃、生產(chǎn)能力計劃和生產(chǎn)執(zhí)行反饋的所有業(yè)務(wù)過程，做相關(guān)的流程梳理。并且對比APS系統(tǒng)建議的標準流程和實際操作流程的差異，厘定APS相關(guān)業(yè)務(wù)流程及其對應(yīng)的約束條件。

實際在梳理業(yè)務(wù)流程時，往往會出現(xiàn)管理層的期望和執(zhí)行者的期望相違背的情況。管理層期望用人少、智能化，并且約束條件更多；而執(zhí)行層面則期望APS簡單易用，靈活性更高；也會有部分操作人員希望不改變，繼續(xù)保持人工排產(chǎn)的現(xiàn)狀。本文企業(yè)的工廠A在APS業(yè)務(wù)流程的梳理中，就花了很長時間用于處理期望的沖突和平衡相關(guān)的要求。

案例企業(yè)的APS簡易業(yè)務(wù)流程，如圖2所示。它主要包括五個方面：一是需求和供應(yīng)計劃：根據(jù)客戶需求、訂單和市場趨勢，制定相關(guān)主生產(chǎn)計劃，包括接受訂單、確認訂單、訂單排期等。二是長期產(chǎn)能計劃：包括物料計劃和生產(chǎn)能力計劃。根據(jù)主生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品物料清單（Bill of Materials），可以關(guān)聯(lián)觸發(fā)形成ERP中的物料計劃（包括原材料采購、庫存管理、物料配送等）。然后，再根據(jù)主生產(chǎn)計劃和設(shè)備能力，可以制定包括人力資源調(diào)度、設(shè)備調(diào)度、維護保養(yǎng)、設(shè)備改造等在內(nèi)的生產(chǎn)能力計劃。三是生產(chǎn)計劃和執(zhí)行：根據(jù)主生產(chǎn)計劃、物料計劃和生產(chǎn)能力計劃，執(zhí)行生產(chǎn)。包括生產(chǎn)任務(wù)分配、生產(chǎn)進度跟蹤、生產(chǎn)過程控制等。四是動態(tài)作業(yè)調(diào)度：根據(jù)生產(chǎn)執(zhí)行情況，設(shè)備狀態(tài)和現(xiàn)場異常升級管理，進行生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度，包括設(shè)備調(diào)度、作業(yè)分配、作業(yè)優(yōu)化等。五是生產(chǎn)報告分析：對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行分析，制定決策方案，包括生產(chǎn)計劃的調(diào)整以及糾偏預(yù)防、持續(xù)改善。

圖2 APS簡易業(yè)務(wù)流程

（三）規(guī)劃APS軟件的功能板塊

下面以本文案例企業(yè)的工廠A上線為例，來談?wù)凙PS軟件的功能架構(gòu)和內(nèi)容規(guī)劃。該工廠的APS共分為七大板塊：一是資源管理板塊，這里的資源管理包含生產(chǎn)組織管理、線體工序配置、人員信息管理、考勤班次管理、工廠工作日歷、設(shè)備管理、模具管理、設(shè)備排班設(shè)置、排班明細表等等，以確保生產(chǎn)相關(guān)資源數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)定可以在APS內(nèi)得到有效管理。二是排程建模板塊，它包括產(chǎn)品檔案管理、平臺產(chǎn)品配置、產(chǎn)品專線配置等。通過產(chǎn)品的工藝路線設(shè)置、標準產(chǎn)能定額、模具關(guān)聯(lián)配置、產(chǎn)能缺失分析、排產(chǎn)前置期及到貨提前期設(shè)置、安全庫存設(shè)置（如需要）、齊套算法配置、預(yù)警規(guī)則設(shè)置等，可以確保相關(guān)排產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置有效。通過不同參數(shù)和不同業(yè)務(wù)約束條件，可以服務(wù)排產(chǎn)引擎完成模擬排產(chǎn)，協(xié)助排產(chǎn)決策。三是算法應(yīng)用管理板塊，算法應(yīng)用主要按遺傳基因算法模型和啟發(fā)式算法模型，基于約束理論的有限產(chǎn)能算法和多個約束規(guī)則，進行計劃序列運算，以確保排產(chǎn)能按多約束規(guī)則有序匹配。四是計劃管理板塊，它為相關(guān)不同計劃和需求，提供約束條件的數(shù)據(jù)來源。五是生產(chǎn)排程板塊，主要負責相關(guān)動態(tài)排產(chǎn)的執(zhí)行和配套資訊的分析。六是物料拉動管理，以全鏈連結(jié)拉動進料，當然這里會牽涉采購策略和相關(guān)交易規(guī)則，需要另外處理。七是分析&預(yù)警管理，它連接流程中的糾偏預(yù)防，形成PDCA的閉環(huán)管理。

（四）APS項目實施計劃

上述步驟完成后，就輪到了規(guī)劃的實施和執(zhí)行。以案例企業(yè)的一條離散型產(chǎn)品生產(chǎn)線為例：一是確定項目實施的目標和范圍：需要明確APS實施的目標產(chǎn)線、型號和范圍，選擇需要的APS板塊和功能，明確對應(yīng)功能板塊的連接接口。二是收集和整理數(shù)據(jù)：從業(yè)務(wù)流程規(guī)劃已整理的數(shù)據(jù)中，收集與生產(chǎn)計劃與排程相關(guān)的實時數(shù)據(jù)，作數(shù)據(jù)庫接口連接。三是APS系統(tǒng)后臺設(shè)計：根據(jù)業(yè)務(wù)流程，進行系統(tǒng)后臺設(shè)計，包括定義數(shù)據(jù)模型、參數(shù)修正、約束條件修正、確定算法和模擬模型等。四是APS系統(tǒng)的安裝與調(diào)試：根據(jù)設(shè)計方案，安裝軟件，配置和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)置權(quán)限等。五是數(shù)據(jù)測試驗證和調(diào)整：系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，需要對數(shù)據(jù)進行驗證，以確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性，并進行用戶測試（UAT）和系統(tǒng)壓力測試，輸出OPL調(diào)整并優(yōu)化。六是培訓和推廣：給用戶做APS系統(tǒng)培訓，并制作相關(guān)APS使用手冊，使用戶盡快熟悉系統(tǒng)的操作及使用方法。同時進行APS推廣活動，提高APS的使用率和應(yīng)用效果。七是監(jiān)控和維護：定期監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時處理系統(tǒng)異常，進行系統(tǒng)維護和升級，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

四、APS上線的成功要件

1.APS 的土壤。智能制造體系、企業(yè)文化規(guī)劃及數(shù)據(jù)成熟度，是APS成功的關(guān)鍵基礎(chǔ)。智能制造體系是APS的核心，它包括IoT、各智能制造板塊、大數(shù)據(jù)分析、MoM（制造運營管理系統(tǒng)）決策平臺等。先進的智能制造體系中，各板塊邊界和連接清晰。同時，APS系統(tǒng)需要對大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，以便發(fā)現(xiàn)潛在問題，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。通過運用數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等技術(shù)，APS可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能優(yōu)化。

2.APS 的種子。APS的選型和建模。包括相關(guān)軟件、模型選擇與現(xiàn)實業(yè)務(wù)流程的匹配，是APS成功發(fā)展的關(guān)鍵。成功的APS需要整合各種生產(chǎn)設(shè)備、信息系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)端到端的自動化控制。這就要求在APS的選型、系統(tǒng)建模階段，考慮各個部分的互操作性，以便在實施過程中能夠充分發(fā)揮各個組件的優(yōu)勢。并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需求的變化，APS需要持續(xù)改進以保持競爭力。這包括編碼技術(shù)研發(fā)、管理方法改進、人才培養(yǎng)等多個方面。特別是在業(yè)務(wù)流程匹配上，由于市場需求和生產(chǎn)條件的不斷變化，成功的APS需要具備靈活的生產(chǎn)調(diào)度能力，以實現(xiàn)快速響應(yīng)和生產(chǎn)優(yōu)化。這包括實時監(jiān)控生產(chǎn)過程、動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計劃、優(yōu)化資源配置等。

3.APS的養(yǎng)分。既懂現(xiàn)場執(zhí)行又懂業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)設(shè)置邏輯的人才，以及管理層對內(nèi)部阻力的支持，是成功的催化劑。盡管自動化技術(shù)在APS中發(fā)揮著重要作用，但人仍然是不可或缺的一環(huán)。成功的APS需要實現(xiàn)人機協(xié)同，即使得人類能夠與自動化系統(tǒng)高效地協(xié)作，共同完成生產(chǎn)任務(wù)。同樣管理層的支持不可或缺，包括在資源上以及在流程上的支持。

五、結(jié)語

本文對APS 在工業(yè)企業(yè)的實施規(guī)劃和成功要件進行了實例驗證，對相關(guān)關(guān)鍵步驟建立了清晰明了的指引，并對實例風險進行了深入探討。并根據(jù)應(yīng)用驗證得出相關(guān)結(jié)論，提出APS實施的成功要件，期望能夠引導(dǎo)我國企業(yè)提高行業(yè)APS導(dǎo)入成功率。