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产能管理与详细排程

作者:丁肇之  来源:数字化演易  查看:119
导读:企业对客户需求的满足,最终要落实到物料供应和资源保障上。在供应链管理和订单交付中,资源保障的重点是产能(Capacity)管理,以及把产能管理与生产计划、订单排程相结合的详细排程。
如果将物料管理与产能管理进行对比,我们会发现两者有这么几个差异点:

因为存在上述差异,在供应链管理和订单交付中,物料的获取主要体现为某个时间点(交货截止日期)的某个数量(交货数量),而产能的获得主要体现为某个计划时段内的可用时间。

在可用性上,针对物料的可用性管理一般称可承诺量管理(Available to Promise,简称ATP),针对产能的可用性管理则称可承诺交期管理(Capable to Promise,简称CTP)。

根据计划展望期的不同,在长期计划、中期计划和短期计划中,其产能管理的要求和颗粒度不同,所对应的管理方法也不同。

图1 产能管理的类型和特点

如图1所示,长期的产能管理称为资源需求计划或粗产能需求计划(Rough-CutCapacity Planning,简称RCCP),中期的产能管理称为产能需求模拟,短期的产能管理则称为细产能需求计划或产能需求计划(Capacity Requirements Planning,简称CRP)。

在长期的粗产能管理和中期的产能需求模拟中,产能管理的对象是资源组、工作中心区域或工作中心组、生产线或整个工厂,计划时段通常是月度,其产能往往以计划时段内的产出量来代表,比如,5月产量5000件,6月产能5500件,7月产能6000件,等等。

企业借助Excel表格,每一列写上不同的计划时段,再用几行分别写上需求量、库存量、生产量和产能,就可以完成粗产能或产能需求模拟的管理。如果要再复杂点,还可以借助宏(函数)来建立表格中相关框格在数量上的逻辑关系。总体上,这种产能管理方式的原理和操作都比较简单,本章就不再细述。

短期的产能管理,计划时段通常为周、天或班次,有时还要细到小时,而管理的对象为单条生产线、单个工作中心、单个资源或单个设备,其管理内容不仅有相关订单的产能需求计算、产线或设备的可用产能计算,还牵涉到计划订单、生产订单或工单的排序、负载均衡、排程等更为详细和精确的计算,其管理流程要复杂度得多。

图2 细节产能管理的流程示意

如图2所示,以离散型制造为例,短期的细节产能管理流程主要包括五个步骤:产能计划(CapacityPlanning)、订单排序(Order Sequencing)、负载均衡(Load Leveling)、订单排程(Order Scheduling)和产能监控(Capacity Monitoring)。

1.产能计划

在产能计划阶段,需要根据计划订单或生产订单(本章中统一以“订单”来代表)所生产产品的工艺路线、所使用到的工作中心、工作中心的产能等相关主数据或参数的设置,以及工厂日历的设置,等等,来计算订单在指定计划时段内的产能需求,这可以设备或资源的使用时间等形式来表示,具体可参见图3所示。

图3 产能需求和可用产能的计算

为了理解产能计划(CRP)的运算逻辑,我们可以将之与MRP做简单类比:如果MRP是结合订单需求,通过展开(半)成品的BOM来计算下阶物料的毛物料需求的话,CRP就是结合订单需求,通过展开(半)成品的工艺路线来计算相关资源的毛产能需求。

2. 订单排序

为了评估计划时段内设备或资源的产能负荷和产能的可用性,我们需要将订单进行排序。订单排序的方法有先进先出法(FIFO)、均衡法、设置或准备时间最优法、产品轮盘(Product Wheel)或节奏轮盘(Rhythm Wheel)法、DBR(Drum-Buffer-Rope)法,等等。

所谓的FIFO法,是按订单完工的先后顺序进行排序;所谓的均衡法,是参考精益生产中的“均衡化(Heijunka)”原则,将不同产品的订单在计划展望期内均衡分布;所谓产品轮盘法,最初应用于流程行业,指的是将相同产品或相同工艺要求的订单相邻或分组排序;所谓DBR法,是借鉴TOC的原则来进行订单排序。

先进先出法、均衡法、设置或准备时间最优法、产品轮盘法等订单排序方法,笔者将在5.11节——PP/DS in S/4HANA的“型号混合计划(Model Mix Planning)”中做详细的介绍。

3.负荷均衡

订单经过排序以后,相关的订单都将分配到某个设备或资源上,我们就可以将订单的产能需求与设备或资源的可用产能进行比较,从而得出设备或资源的产能利用率。当相同的计划时段内,存在部分设备或资源的负荷较高,甚至超出100%,而部分设备或资源的负荷较低,甚至低于50%,或是所有设备或资源的负荷都超出100%时,我们就要做负荷均衡的调整工作:要么是把订单从负荷高的设备或资源调配到负荷低的设备或资源上,要么是把订单从本计划时段调配到设备或资源利用率不高的其他计划时段,具体可参见图4所示。

图4 负荷均衡的示意

另外,从企业实践的角度看,为了应对生产和供应等环节的异常、不确定和变动性,在做负荷均衡时,务必确保各设备或资源的负荷,尤其是瓶颈设备或资源的负荷不要接近100%。根据不同行业或不同企业的实际情况,各设备或资源的合理负荷可以控制在80%~95%。

4. 订单排程

订单排序完成以后,每一个订单所在的计划时段,以及它将要使用到的设备或资源也就明确了,再结合订单中产品的工艺路线、工艺路线中各工序的工时定额等信息,我们就可以对每一个订单做详细的生产日期和相关时间的安排。比如,订单的开放时间是从哪一天的哪个时间开始,又是到哪一天的哪个时间结束,等等。实际上,在CTP管理中,我们也是根据上述与订单有关的日期和时间来计算产品的可承诺交期。

订单排程中订单供应日期和车间生产日期等的计算可参加图5。

图5 订单供应时间和车间生产时间的计算

5. 产能监控

经过了产能计划、订单排序、负荷均衡和订单排程等步骤后,订单就已经为正式的生产执行做好了准备。如果订单所需的零部件或原材料已经齐套了(,这可以通过订单的物料齐套性检查来判断),计划订单就可以转成生产订单,或是将生产订单下达,以开始备料、领料、工单打印等具体的执行活动。

在生产订单的执行过程中,如果有工序确认,相关设备或资源的产能将释放出一部分,其负荷也将下降;如果过程中出现了设备故障等意外情况,设备或资源的可用产能会减少,其负荷也将升高,有可能需要对相关订单进行重新地排序、负荷均衡和排程。

因此,在产能监控步骤中,产能管理员或产能计划员还需要对产能的可用性进行实时监控;必要时,做出相应的调整。

如上所述,离散型制造中的产能管理或产能需求计划,与前文所讲的物料需求计划类似,其架构设计虽然比较完美,但工艺路线的准确、工序中工时定额的准确、产能需求的计算参数准确、订单或工序完工的准确、及时地确认等前提条件太多,导致其在很多管理基础一般的企业很难得到有效地运行。

6.实践选择

在物料供应方面,为了弥补MRP在实际运行中的缺陷,人们发明了看板和JIT方法;同样,在产能管理方面,为了弥补CRP在实际运行中的缺陷,人们发明了基于节拍的排程、DBR、conWIP等方法。

(1)基于节拍的排程

基于节拍的排程(Takt-Based Scheduling),是精益生产中主流的排程方法,广泛应用于重复式制造或连续式生产线等行业。通过把所有设备或资源连成一条物理相连,或者是通过物流小车而逻辑相连的生产线,所有的设备或资源就有了一个共同的产能或生产节拍(takt),整个生产线的产能就可以单位时间的产出量来代表。以汽车制造业为例,产能定义为60JPH的汽车工厂,每小时可以生产60辆汽车。

在基于节拍的排程中,订单中每一个产品所需的产能是1/节拍。借用上面汽车行业的举例,每一个汽车所需的产能是占用汽车生产线的1分钟。这样一来,产能需求、订单排序、负荷均衡、订单排程等产能管理工作就大为简化。

(2)DBR法

DBR法,源自于TOC理论。根据TOC理论,产品的生产过程中,具体到某一个计划时段,有且只有一个瓶颈工位或瓶颈资源,而物料供应、产能管理等工作的目的是确保瓶颈资源的产出最大,其他资源的产能利用情况则基本可以不用关注。

在离散型制造等行业中,10台设备或资源的产能管理与1台设备或资源的产能管理,其工作量是不可比拟的,前者要比后者复杂很多。借助DBR法,产能管理的工作只聚焦在“D(Drum)”,也就瓶颈资源上,产能管理的内容只是尽可能充分发挥瓶颈资源的产能,但又要确保其负荷不能超过100%,管理的复杂度大大降低。

(3)conWIP法

 conWIP,constant work in progress,即,连续的在制品流法,是工厂物理学所提倡的工厂管理方法,不仅可以用于指导物料的供应,也可用于产能的管理。换句话说,在conWIP法中,产能管理要围绕一个连续的在制品流来展开。

在此,笔者要再一次强调的是,在企业实践中,看板、conWIP法、DBR法等方法的应用,与数字化不仅不存在冲突,而且可以进行很好地结合,比如采用电子看板来取代传统看板,等等。在效果上,通过与数字化相结合,看板、conWIP、DBR法的运行可视化和透明化可以做得更好,更容易得到相关人员的理解和应用。

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