MES生产调度任务模型

2022-11-04
理论和实践的统一这一原则一样可以指导我们的制造活动，计划和调度都是一个组织良好的制造企业不可替代的部分。计划（理论）是对调度（实践经验）的高度概括，使之上升为理论，并用来指导实践，而调度（实践经验）是检验计划（理论）的唯一标准。计划是基础和方向，而调度则是对计划的细节补充和对生产过程的控制。


Part 01

生产计划与生产调度基本概念

计划和调度往往看起来有很大的相似性。然而，这两个概念也有一些区别。计划的英文是Planning而调度是Scheduling。计划和调度的主要区别是，计划决定了需要做什么和做多少，而调度则定义了谁、何时和在哪进行操作。

生产计划是对整个制造过程的策略，制作一张由产品所需的所有过程组成的地图。生产调度组织了整个生产过程的独立部分，并根据实时工作流程进行调整。
计划是创建一个主生产进度计划（MPS-Master Production Schedule），说明需要哪些材料和资源来满足客户订单和市场预测的需求。这一步对于确保企业有足够的材料和资源能力来按时生产至关重要。

调度是创建了一个生产作业计划（OS-Operation Schedule），分配资源的使用时间以完成生产计划。在生产中，调度员制定工人、设备和材料的时间表。它反映了一个项目的“时间”，通过分配适当的资源，让生产计划在一段时间内完成。

一个与资源和材料调度过程一致的生产计划，才能帮助企业对变化做出快速反应。计划和调度过程之间的任何差异或分歧都会造成效率低下，从而使企业付出高昂的代价。分歧越大，成本就越高。


Part 02

主生产进度计划

计划涉及整个制造过程的高层次，计划的对象是产品，其目标是平衡资源和需求。计划是确定一个项目需要生产多少的过程。计划并不关心是否有可能生产某个数量。它只回答一个问题：根据实际的客户需求和预测的客户需求，需要生产多少产品。这个过程的结果是一个计划，通常被称为主生产进度计划。主生产进度计划只确定了 "什么 "和 "多少"，在一个时间段内需要生产多少。主生产进度计划的时间范围是3个月以上。

主生产进度计划的负责人是工厂主计划员，可以预测需求和供应之间的关系，控制什么时候需要增加或减少生产。我们仍然以本系列讲座中的红酒瓶塞（如图1）为例，主计划员制定主生产计划需要考虑的要素：

  • 加工瓶塞的原料（材料清单或BOM）

  • 你已经有的原料或零件（手头的库存）

  • 生产将花费多少钱（资源成本）

  • 需要多少原料，什么时候需要（频率和批量）

  • 生产一个批次瓶塞需要多长时间（制造周期）


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图1：红酒瓶塞示例

主生产进度计划是依据销售订单和销售预测的时间、制造提前期和原材料采购提前期、库存等来计算，按无限产能计划生产订单的最早开始时间和最晚结束时间。


Part 03

生产作业计划

红酒瓶塞有多个加工零件组成，主生产进度计划要拆解到零件生产计划，才能下达到车间。对于车间来说，需要更详细的生产作业计划，因为车间通常是以工序为单元组织生产。生产作业计划是调度工作的产出，调度的对象是设备，通常由车间调度员负责，要逐周、逐日、甚至逐小时地进行排产。其目的是在日历中的某个时间安排每一项操作，分配资源和工人，并计划所有的详细步骤。

生产作业计划不是一个预测，但它需要看到未来，并让适当的资源在他们需要的时候出现在他们需要的地方。它是主生产进度计划和实际生产之间的桥梁，它有助于及时地分配必要的资源。

车间调度员需要确定：

  • 哪些生产订单应该先安排生产

  • 应该安排到哪台机器上生产

  • 哪台机器将在每个班次、每天和每周运行

  • 每个班次、每天和每周由谁来操作每台机器

  • 必要的原料和零件数量是多少，何时必须到达


生产调度安排对于精益生产或及时生产尤其重要，它是基于灵活的适应和巧妙的时间“见缝插针”安排生产计划，以充分利用材料和人力资源。


Part 04

MES生产调度的任务模型

MES任务“生产调度”支持从“工单管理”中收到的作业队列，根据生产目标（时间和数量），必须考虑到资源和材料的可用性等限制和生产过程的各种中断，产生一个作业时间表，即生产作业计划。MES“生产调度”的任务模型如图2所示。

“生产调度”一方面是前瞻性分析，基于当前产能安排生产任务。另一个方面是对突发事件作出反应的需要，这种实时能力是MES的核心特征。它形成一个控制回路，允许对生产计划进行持续修改和对生产过程干预。

这份计划可能包含冲突，需要反复评估和解决。计划中的冲突由系统自动程序或调度员干预来解决。生产过程中的意外事件（如设备故障停机，前工序因为不良率过高延迟结束等）会导致进一步的冲突，必须按照同样的方法找到解决方案。

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图2：MES生产调度任务模型

生产目标是更高层次的生产控制数据，如遵守最后期限、制造周期、利用率和在制品数量等。

生产调度最初基础是一个作业队列，取决于制造业的类型和规模。例如，离散制造业的作业队列经常是由许多不同大小的订单组成的，需要以最符合时间安排的方式和最优化的顺序分配给多台机器。连续生产的作业队列可能只由一个或几个机器的几个订单组成，在某些情况下，可以以定期订单的形式出现。无论哪种类型的生产，这些订单可以被分解为工序作业。通常情况下，多工序工单、单工序工单和装配工单的工序设置、加工和运输时间是有区别的，需要在工艺建模时建立工序的时间模型。

生产调度考虑执行生产任务所需的设备：设备应该在特定时段需要时可用，并且应该安排维护，使其处于良好的工作状态。如果设备在不同的部门之间共享，或用于生产不同的产品系列，调度员应该进行沟通，以确保没有重叠或竞争资源的情况。

生产调度协调制造过程的物流，使工作如期完成，同时尽可能地减少资源的浪费。为了有效地安排生产，需要确保所有需要加工的材料在开始生产前可用。如果缺少工序所需的材料，将会导致生产作业中断。

生产调度必须有效地安排人员，使生产能够顺利进行。在这个过程中的每个阶段都应该有足够的工作人员，他们必须经过培训后具备必要的技能，熟练地完成需要完成的工作。

排产是生产调度的重要环节，目的是：

① 制定一个可行的生产作业计划
● 解决与能力有关的冲突
● 对计划中的交货期进行长期监控，确保遵守最后期限

② 生产优化
● 在资源方面优化订单顺序，减少设置时间
● 减少周期时间，提高产量
● 减少在制品库存
● 提高资源的使用和利用率

生产调度的结果是一个时间表，提供给生产人员或其他MES任务，包括设备作业队列、物料配送时间表、运输订单等。

经过排产后得到的作业队列往往产生冲突，即排产结果确认的时间与要求时间产生冲突。显然，这是资源能力和材料供应方面的瓶颈。因此，已经创建的日程表通常被冲突所困扰。MES任务“生产调度”必须指出这些冲突，并制定可能的解决方案。然而，在任何时候，生产经理都应该有可能通过决定来发布有冲突的计划。


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