1.4.2　生产计划与控制

生产计划与控制（production planning and control，PPC）功能是生产系统的重要组成部分。生产计划与控制是对生产系统中的资源和活动进行管理，确保在正确的时间向生产车间（工位）提供所需数量的物料，实现物料在生产线上的不间断流动。生产计划的功能是按照客户订单中规定的产品数量、交货期等要求，并结合企业现有资源（机器、物料、人员等），制订出企业资源最优利用计划，或称为配置方案，其目标是以最经济的方式开展生产并按时完工。一旦生产计划制订完成，那么整个生产加工活动就按照计划执行。可见生产计划是对生产活动的一种预安排或规划，是对人力、物料、机器和制造工艺等生产要求的预先确定。然而计划往往跟不上变化，生产计划制订的时候很难将所有变化因素都考虑进去，诸如原材料缺货、设备故障、政策影响、工人流失、订单取消或紧急加单、生产系统各部门之间协调不顺畅等，这些因素都会导致生产计划与实际生产存在偏差。因此，当实际生产与生产计划有较大偏差时就需要生产控制功能进行纠偏调整，确保实际生产进度按计划完成。生产控制主要通过应用一系列的现场改进措施、生产控制技术来达成，以确保达成规定的生产目标。因此，生产计划和控制在生产实践中不可分割，常被视作一个完整系统。生产计划和控制可以被定义为实现既定生产目标而对企业资源进行的管理和协调。生产计划与控制可以被看成是生产系统最重要的指挥系统，因此有时候一些研究人员所提及的生产系统概念实际上指的就是生产计划与控制系统。

生产计划与生产控制的主要区别在于：

（1）生产计划是一种预生产活动，当生产活动开始时生产控制就发挥作用。

（2）生产计划涉及有关标准、物料及其规格、机器及其加工能力的数据收集、维护和分析，而生产控制则涉及诸如产出数据、生产率、废品率等信息的反馈和报告。

（3）生产计划有助于预见问题，并在问题出现时制定补救措施，而生产控制则涉及在出现差错时采取纠正措施，使实际表现与计划表现相匹配。

（4）生产计划在于预先安排各项活动及内容，而生产控制在于调整各项活动及内容。

（5）生产计划考虑的是满足规定的时间和质量前提下，将最低限度的资源用于生产活动；而生产控制则跟踪生产活动，并查看是否一切都按计划安排（排程）执行。

生产计划与控制包括8个步骤：

·步骤1：计划

作为生产的第一步，计划步骤列出完成生产所需的物料、人力、制造技术、资源和其他初始细节。如果有来自其他业务部门的具体要求，也应在此步骤予以明确。这有助于从一开始就加强生产管理，避免资源滥用或制造调度中的沟通不畅。

·步骤2：工艺路线（径）规划

工艺路线规划决定了产品从原材料到成品的加工路线。路径规划规定了最有效的作业加工顺序，并确定了每个作业（工序）所用到的机器（或工位），整个作业都经过精心的计划和设计。一旦确定了整个作业顺序，就可以使用工作测量技术记录作业的标准时间。可以通过标识机器是否可用或生产中是否存在其他瓶颈来确保生产过程的连续性。

·步骤3：调度

调度是对活动或作业等生产要素的时间安排。调度应有助于活动或作业等生产要素按优先顺序安排，包括理想情况下每个作业的开始时间和结束时间。企业使用不同时间跨度的调度规则来进一步安排生产过程，如主生产计划（MPS）、作业计划或日计划安排。

·步骤4：负荷控制

在生产环节，负荷控制是指根据工人和所使用机器的能力调整工作负荷的一种任务分配手段，其目的是减少瓶颈影响，以实现生产负荷平衡。当生产调度安排和工艺规划被执行的时候，每个路径（工位）上的生产负荷状态以及作业（或任务）的开始和结束状态都将被监测，以便及时获得生产资源支持和作业活动管控。

·步骤5：作业指派

在生产环节，指派也称为派工。该步骤将执行前面所制订的各项计划安排。详细的生产指令（工单）被发送到生产车间（线），它规定了执行什么作业、如何执行、何时执行以及在何处执行（指派给谁）。生产指令的发布有两种类型，一种是由特定的中心指挥部门发布，另一种由去中心化的所有相关的业务单位发布。

·步骤6：跟进

旨在评估整个实际生产过程的有效性。跟进的主要目标是将初始计划与生产的实际结果进行比较。该阶段可以发现流程中的低效率或瓶颈，这些瓶颈可能会阻碍生产线的连续运转。

·步骤7：检查

为了确保管理层制订的所有计划和控制策略能够被完全遵守和执行，需要进行生产检查和生产过程效率评价。检查可以是定期或不定期的，这有助于加强企业的声誉，确保企业产品质量或服务质量。

·步骤8：纠正

在实施上述步骤中若发现了需要改进的问题，就可以在此步骤进行纠正。纠正使企业能够进一步提高生产效率。

生产计划与控制系统可以划分为三阶段：初步计划阶段、计划阶段和控制阶段。上述步骤1可以看成是初步计划阶段，步骤2和步骤3属于计划阶段，步骤4至步骤8可以归入控制阶段。

总体来说，生产系统要达到预期生产目标和转换过程的高效，离不开生产计划与控制系统的支持。生产计划与控制系统实际上是一种防止生产系统盲目产出的控制协调机制，生产过程发生偏差可以根据生产系统性能指标及时调整投入、转换及产出相关活动。广义的拉式生产系统就是一种生产计划与控制系统。车间层级的拉式生产计划与控制系统的主要功能包括订单释放（投放）计划、生产指令传递、产能协调以及产量控制。

由于大批量式生产、流程型生产和单件小批量生产所对应的生产系统是不同的，因而生产计划与控制侧重点是有差异的。

（1）对于单件小批量生产系统而言，其生产计划与控制侧重于：

·原材料要在获得订单后开始购买；

·专用设备（工具）要么自制，要么定购；

·根据图纸和需求明细决定加工方式，安排机器并估计完成作业的时间；

·制订调度表来标记每个活动的开始和结束，日调度由生产主管自主决定；

·通过生产主管现场会议开展生产进度跟进。

（2）对于大批量生产系统而言，其生产计划与控制侧重于：

·补货系统必不可少；

·制订详细的工艺路径表（流程表）；

·制订详细的负荷控制和调度方案；

·进度跟进至关重要，需要收集有关工作进度的详细数据。

（3）流程型生产又称为连续性生产（continuous production）。对于流程型生产系统而言，原材料是均匀的，工艺过程是连续的，多见于化工制品和食品行业。因而，其生产计划与控制侧重于：

·工艺过程是连续进行的，不能中断；

·生产过程中的协作与协调少，因此生产管理相对简单一些，但对于设备和控制系统的可靠性要求高；

·只有成品环节存在调度；

·生产进度跟进关注最终产量。

按时间跨度划分，生产计划与控制中的决策问题可分为长期、中期和短期决策问题。长期决策的问题时间跨度为1～5年，也称为长期战略，如：长期经营规划。中期决策问题的时间跨度为1周到1年（不含），一般按月计，也称为中期战术，如：综合生产计划（年度生产计划大纲）、主生产计划、生产作业计划（作业排程）、采购决策。短期决策问题的时间跨度为1小时到1周（不含），一般按天计，也称为短期控制，如：物料流动控制、人员指派、生产流程控制。

传统的生产计划与控制方法是一种基于物料需求计划（material re-quirement planning，MRP）的推式生产方法。MRP可分为开环MRP和闭环MRP。开环MRP由主生产计划、产品结构文件、库存状态信息三个主要部分构成。主生产计划确定最终产品的出产时间和产出数量；产品结构文件也称物料清单或BOM表（bill of material），反映了组成最终产品所需的零件、部件、物料之间的从属逻辑关系、层次关系和相关需求数量关系；库存状态信息记录着所有产品、零部件、在制品、原材料的库存状态等信息。开环MRP将市场需求预测量、销售订单和其他需求信息用于编制主生产计划，然后依据产品结构和库存状态信息确定物料需求计划，最后根据物料需求计划确定生产作业计划和采购计划。开环MRP的默认假设是生产能力充足，即生产资源（如：设备和人员）能够支持所编制的主生产计划实现，供货能力和运输能力也能够保证采购计划的实现。显然，开环MRP的这个默认假设是比较理想化的，没有考虑生产计划与生产能力不匹配的问题。因此，人们在开环MRP的基础上增加了生产能力需求计划（capacity requirements planning，CRP），以弥补生产计划与生产能力的不匹配问题（也称为能力平衡问题），即通过能力的反馈来调整生产计划，从而形成了一个闭环，即所谓的闭环MRP概念。然而，闭环MRP仍然存在着不足。由于MRP采用固定提前期作为决策参数，而固定提前期的确定不取决于生产系统负荷的变化情况，这就导致闭环MRP的能力需求计划在决策过程中无法对生产系统超负荷情况做出调整，本质上依然是以无限产能为假设前提。换言之，在需求、能力和负荷三者之间的协同控制中，闭环MRP只能做到需求与能力协同，其默认（前提假设）的是能力足够应对负荷变动。显然，这对于高变动MTO环境下的单件小批量生产而言是不切实际的，从固定提前期这一点来看，可以说是基于MRP的推式生产方式普遍存在的问题。

为了增强需求、能力和负荷三者之间的协同控制能力，Wight提到一种根据负荷变化来控制提前期的方法，即监控车间负荷水平，当负荷超过给定的阈值就表明车间能力不足，需要降低释放到车间的工件速率；当负荷低于给定的阈值就表明车间能力充足，可以提高释放到车间的工件速率；主生产计划需要按照工件释放的速率增加和减少做相应调整。由利特尔定律可知，生产系统速率（TH）和车间负荷量（WIP）的改变会对提前期长短带来影响，这是一种完全不同于固定提前期的决策思想，它能够将需求、能力和负荷三者之间的决策活动协同起来。

一种被称为WLC（work load control）的概念被视为面向MTO的生产计划与控制的重要解决方案，它被认为在控制在制品数、缩短提前期、降低生产和库存成本，以及确定可靠交货期方面具有优势。WLC概念可概括为一种通过在订单池中实施订单释放计划来实现订单负荷，依据车间能力（即负荷上限）大小决定订单是否进入车间的生产决策机制。这里的订单池是一种形象的比喻，又称为订单积压列表。它是指企业已经接受了客户的订单，但这些订单还没有真正进入到车间被加工，依然处于生产计划阶段。订单池的作用十分重要，对于产品定制化程度高，加工时间和数量差异大的高变动生产环境，它可以缓冲抵达的订单流波动，降低在制品成本，增加车间透明度。订单池与合适的订单释放策略有效结合可以极大地缓解车间负荷控制压力。

简言之，WLC概念将生产计划和车间控制紧密结合起来。WLC被看作计划和车间之间的接口。WLC概念有三个控制环节：订单输入、订单释放和优先级调度。目前，关于WLC概念的研究大体有四类，第一类将其作为生产订单的审查（车间能力评估）与释放（order review and release，ORR）决策方法；第二类是将其看成一种基于输入/输出控制（input/output control，I/OC）负荷控制方法；第三类是将其视为一种面向负荷的制造控制系统（load oriented manufacturing control，LOMC）；最后一类是面向基于订单释放规则实现负荷控制的方法与综合PPC系统集成的研究，简称ORR-WLC方法。