优先级与有限产能

    ‘优先级’是小吉星PRM软件中的重要概念,也是很多企业生产管理的要点。这个概念本质上来源于‘企业生产能力是有限的’这个基本认识。如果假设企业拥有无限产能,那么所有的生产要求都能一定得到满足,就不必区分生产计划的重要程度和先后顺序。只有当有限的生产能力要满足多个互相冲突的生产要求的时候,才会把这些要求区分出轻重缓急,重要的先占用生产资源和生产能力,次要的后占用资源和能力,这样才能让有限的生产资源更好发挥作用。所以‘优先级’天生与‘有限产能’相联系,是‘有限产能’的一个标志性概念。如果生产管理软件是以‘无限产能’为基础,就不会有‘优先级’这个概念。

大多数企业从销售部门接到订单开始,‘优先级’就成为管理的关键。由于订单交货期的不同、数量不同、价格不同、甚至客户本身的重要程度不同等等,订单会产生出重要、较重要、不重要、次要的先后顺序。除销售以外的其他部门如采购、生产管理部、甚至财务部门都会从不同角度对优先级提出要求。比如采购会从物料供应能力的角度提出优先级,生产管理部门会从生产效率、设备负荷出发提出优先级,财务部门会从成本角度提出生产顺序的要求。没有优先级的生产管理是不可想象的。所以‘优先级’虽然只是一个简单的数值,但是其浓缩了企业不同部门、从不同管理角度出发的多方面生产管理要求,承载了重要的企业管理内容。管理好优先级成为一个重要的管理题目,PRM为此提供了很多有益的功能和概念帮助企业做好优先级管理的工作。

比如PRM首先提出的‘最低优先级’概念就是对优先级管理的一个重要升级。当企业接到一个订单,优先级与截止时间很容易成为一对‘相关联’的概念。如果截止时间提前了,优先级必须相应提高,反之截止时间推迟了优先级则可以降低。一个即能够满足截止时间,又尽可能不影响其他计划的优先级是‘最佳’优先级。计算‘最佳’优先级成为PRM帮助企业提高生产管理的一个强大功能。其他的如PRM的试运算功能、优先级调整、订单的建立和审批等功能都可以帮助企业完善对优先级的管理。

但是,建立了优先级概念,又有了很多的相关功能,在企业生产管理中是否就可以解决所有问题?答案是否定的。我们说企业的优先级管理非常重要,甚至各部门会为了‘优先级’而发生争执,但是也存在着这样一些企业,他们认为优先级是不重要或者不需要的。根本原因在于‘优先级’这个概念本身存在天然的局限性:它实际要求用户给出一个人为的生产次序,而这个次序往往是企业很难甚至根本拿不出来的东西。比如当企业一次接到10张从各个角度看都是‘相同的’订单。销售、采购、生产主管等部门都对这些订单都没有特殊要求,因此提不出谁先谁后的顺序。但是这些订单又不可能同时生产,必须要有一个先后次序,而且,这个先后次序很大程度上决定了生产效率的高低,生产周期的长短。因此,生产次序也就是‘优先级’的重要性丝毫没有降低。在目前的企业管理中,这个重要的工作——排定生产次序的权力实际上下放给车间来承担,车间面对的是一个怎样的挑战?

由于订单本身和企业各部门放弃了对生产计划提出先后顺序的要求,这就给了车间排产以很大自由,生产管理者可以尽情按照自己的想法和要求或者习惯来完成生产。因此,很多企业的工段长、班组长、车间主任等中层生产管理者此时此刻成为重要角色。因为只有他们才有丰富的经验,可以给出相对‘合理’的生产安排,更好的完成这些订单。但是问题也出在这里,人的安排到底是不是好的?是不是科学合理的?能不能更好?企业对这样的问题恐怕是没有答案的。高层管理者只能相信某人的安排是好的,因为他经验丰富。那么,能否不依靠人力,用一个理论或者工具帮助人排出最合理的优先级或者生产顺序?

我们深入研究人工的‘合理安排’,并扣除掉其中一些现场因素、人为因素,我们会发现此时‘整体优化’成为关键,也就是追求很多计划混在一起的整体时间最优和综合效率最高,而不是在一个大背景下的单独计划内部的效率最高。如果单从优先级的角度看,‘计划优先级’或者‘订单优先级’已经失去意义,每道工序都要有自己的合理的优先级才能真正解决问题。很常见的情况:一个计划的前几道工序可能很重要,由于它占用了一个关键的设备,后面几个工序都在等待这个设备,因此让它抢先占用设备和资源,可以保证之后的工序尽早开工。此后的工序就成为次要的,要把资源让给其他计划。

让每个计划的每道工序都有自己的合理优先位置,而不是整个计划前后所有工序用统一的优先级,这样的安排导致整体生产的资源利用率更高,时间会更短。不难想象,这样的生产安排虽然好,但是非常复杂,而且灵活易变,简单的一个生产顺序的调整就会产生很大的整体改变,所以对这样的排产要求极高,在传统生产管理中人的经验和能力成为关键。对应很多企业的现实是:一个好的车间主任或者段长会导致更高的生产效率,差一点的会相差很大。

那么PRM是否能够帮助企业做好此类整体优化的排产?减轻企业对人的依赖?事实证明是可以的。分析一下小吉星早在2004年提出的运动会模型,我们可以看到,运动会里每一项比赛实际上都相当于一张订单,有先预赛后决赛的要求,有占用场地和传播设备的要求。但同时,运动会没有对任何比赛提出先后顺序的特殊要求,只要求整个运动运尽早完成,排产的唯一追求就是最短时间。PRM计算给出优化的比赛顺序,在最短时间内完成全部比赛。这实际上就是没有人为优先级的整体优化排产。或者说,给每道工序一个合理的优先级就是排产的最终目标。(下图是经过分析以后PRM给出运动模型的两个最优解,以及一个相差5分钟的次优解)

PRM解运动会模型这样的经典功能对企业生产管理的影响深远,但是多数企业并没有真正理解其中的意义。很多企业都认为加入优先级概念后排产会更复杂,无优先级更简单一些,实际情况正好相反,无优先级排产恰恰要给每道工序一个优先级,而且以完成整体时间优化为目标,其复杂程度远远大于有优先级排产。同理,如果运动会的举办者想给出一些‘复杂’的要求,比如800米比赛必须在400米之前完成、100米决赛必须最后进行、先标枪再铁饼,这样表面上的‘复杂’要求反而会简化PRM的运算,计算机能更快得出结论。人越是给出复杂的要求计算机就会感觉越简单。最复杂的状况反而是人没有提出任何要求,把所有可控的因素都交给计算机做时间优化,这类似于理论数学计算。好在企业生产管理中更倾向于提出更多的要求,这样可以让计算机更快完成计算也更接近企业的实际情况,而不需要花很长时间做数学理论计算。

类似运动会模型的问题都属于NP问题,其数学内含非常复杂,对千差万别的生产问题计算机不一定每次都能得出最优解。但是企业生产管理并非数学理论研究,只要实现适当的优化,满足企业日常要求即可,没有必要为找到几分钟的‘最优’去花费过多的时间和精力。PRM的一个特点是可以充分利用企业给出的时间宽限,更快计算出满意的结果。对企业用户最大的好处就是无论多么复杂的问题,只要时间足够宽限,计算机就会足够快速地给出一个答案,这个答案可能不是最优,但是超过人工经验排产是没有问题的。假如运动会的组织者认为时间长达3个多小时的运动会可以放宽15分钟的限制,PRM计算出一个满足这样宽松条件的次优解只需要零点几秒。事实证明求这个次优解已经超过人力所及的范围。可见PRM是专门针对企业生产的实际需求而开发,让理论和技术更加实用化。PRM用户还可以选择全自动或者半自动计算此类问题,半自动的解法可以让用户逐步深入到解题的过程中,得到多种不同解法,以及对比哪些资源比较关键等重要信息。

那么,解运动会模型的这个功能是否就可以满足企业生产的实际生产管理要求?答案仍然是否定的,而且相差很远!因为运动会的特点是只能有一条跑道,一个投掷场,一套电视转播,占用这些‘单独资源’的工序之间绝对不能冲突。大多数企业的实际生产过程并非如此,而更像小吉星提出的另一个模型问题:饭局模型。在这个模型中,资源是可以增加的。当厨师只有一个蒸锅,一个炒锅,一个炸锅,一个配菜员的情况下,题目与运动会模型基本相同。但是当增加一个蒸锅,增加一个炒锅,或者增加一个配菜员的情况下,两个炒菜可以同时开始也可以有时间交叉,但是不能有三个在一起交叉,如何优化排程就变成另外一个更加复杂的问题。企业实际生产与之对应的情况是:A工序有2个相同的设备都可以完成,B工序有5个相同的设备都可以完成,C工序需要总共5个钳工中的2个同时工作,D工序需要总共6个车工中的3个同时工作,ABCD之间有复杂的逻辑关系互相连接在一起、多个计划之间互相穿插影响,此时如何合理安排10张包含ABCD工序订单的生产?在这里,企业的产能是有限的,但‘有限’并非简单的‘冲突’与‘不冲突’,‘占用’与‘不占用’,而是要对‘有限产能’做精确的定量分析,‘有限’到底是多么的‘有限’?是1.5还是3.6?企业必须在一种复杂的资源能力的精确分析状态下做排产。资源与工序会有并行和交叉,能力和负荷会有积累和分配,计划要合理更要优化。生产排产不再是简单的计算冲突、顺序或者理论开工时间那么简单,而更接近于复杂繁琐而又现实的车间实际状况,更接近于很多车间主任和班组长们每天冥思苦想的生产管理问题,也更接近于真正的‘有限产能’。与这样的需求相对应,PRM提供了计算复杂资源能力条件下的优化排产功能,这个功能真正保证了PRM是在完善的‘有限产能’理论下完成的生产排程。

下图是饭局模型条件中增加一个炸锅以后的最优解,以资源甘特图方式显示,注意系统充分利用两个炸锅在多处并行,但是避免三个炸锅在一起并行,如果三个并行就等于资源冲突或者超越有限产能的限制了。解此问题还意味着PRM可以回答另一个至关重要的问题:在当前生产状态下,增加什么资源是最有效的?比如,此时如果增加炒锅或者炸锅以后,蒸锅将成为关键资源,但是如果不增加炸锅或炒锅只增加蒸锅是没有任何效果的。这样的结论深藏于解排产题目的背后,不用软件做深入的分析就无法得到。而此类分析和结论对企业生产管理的重要性和关键性是不言而喻的。

下图是把两个饭局放在一起的模型,注意其优化后的总时间短于两个饭局模型的最短时间之和,已接近于一般企业一个车间一天到几天内的全部关键工序的排产量。

把双饭局模型中的所有资源放在一起,如下图所示,可见资源被充分利用的详细情况。其中配菜、炸锅、蒸锅在复杂的生产中保持完全满负荷工作,没有任何间隔时间,而炒锅只有很少的间隔时间。形象展示了PRM对多订单整体优化所实现的效果。

综上所述,通过对‘优先级’这个简单概念的深入分析,我们了解了很多相关的生产管理概念和方法,也对PRM的‘有限能力排产’功能有更深的理解。那么,PRM目前提供的这种基于精确产能分析的优化排产方式是否已经达到足够的完善呢?当然不是。如果深入研究目前这种排产方式的不足,就会发现‘工序’与‘工艺流程’概念的局限性,需要对‘排程’、‘工序’、‘生产工艺’从理念上升级到更高一层。在未来更高的生产管理层次上,‘工序’不再是一个严格占用资源和时间的独立的固定不变的生产单位,而是一个动态变化着的过程。工序与工序之间的逻辑关系也不再是简单的‘结束-开始’‘开始-开始’等4种,而是一道工序的动态过程直接关联和影响另一道工序的动态过程,这需要更复杂的动态定义法。‘排产’不再是得到一套精确的时间数值,而是得到一个包含N个时间节点的动态的生产过程。类似的情况可以用‘饺子馆模型’来描述。更高层次的‘生产工艺路线’也不再是一个固定不变的生产过程,而是需要事先定义多种可能的变化趋势,生产计划不再是单线展开,而是多种可能的情况同时展开,让企业直接研究每个生产计划每种可能的发展方向和未来趋势,提前做好多种预案。类似情况可以用小吉星2004年提出的‘超级战争模型’来描述。总之,技术的发展是没有止境的,企业生产管理也在不断升级,把纯粹的技术实用化到企业中则需要长期脚踏实地的技术储备和实践经验积累,东方小吉星正在不断为此付出努力,目标是让‘APS先进生产排程’的理念和方法以最简单易行的方式融入到更多企业的生产管理中去。

 

 

 

 

 

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