在現代制造業(yè)中，高效的排程是生產效率和質量的關鍵。在過去，排程工作通常是由人工完成的，難以適應現代復雜的生產需求。為了解決這個問題，許多企業(yè)開始采用先進計劃和排程（APS）軟件，以提高生產效率和質量。APS是一種基于計算機技術的排程工具，它可以對生產過程進行精確的規(guī)劃和優(yōu)化，從而實現更高效的排程和生產。

APS功能不僅可以優(yōu)化排程，還可以提高生產效率和降低成本。它能夠為企業(yè)提供全面的排程解決方案，從而幫助企業(yè)更好地預測生產需求、優(yōu)化生產計劃、降低庫存成本、提高交貨準確性和減少生產時間。與傳統(tǒng)的排程方法相比，APS能夠更快速、更準確地完成排程工作，并可以根據實際情況進行實時調整和優(yōu)化。

1.始于偶然

Nebula MOM產品套件在APS領域的實踐，始于全自動工廠類項目對自研APS功能的強烈需求。

基于對MES系統(tǒng)基礎模型的分析與對APS核心功能的理解，研發(fā)團隊將APS的實現分解為大致3個步驟：數據輸入、引擎計算、結果可視化。數據輸入主要負責將系統(tǒng)中與排程計算相關的內容，整理成后續(xù)計算需要的輸入內容，隨后由引擎進行數學計算并返回關鍵值，MES系統(tǒng)根據關鍵值，將排程后結果整理成圖形化結果。

2.從初生到成熟

根據研發(fā)團隊的設想，我們分別從數據輸入、引擎計算、結果可視化三個角度，看看Nebula MOM產品在APS領域是如何成長的。

2.1數據輸入

在最初的版本中，根據對MES系統(tǒng)的長期經驗與項目要求，數據輸入主要由以下關鍵要素構成：

• 工單上的最早開始時間、最晚結束時間，分別用于正向排程計算和逆向排程計算

• 工序上，單工序生產需要的處理時間

• 工藝上的工序生產順序

• 工序上的工具規(guī)格（項目定制，要求同模具連續(xù)生產，盡量少換模）

• 工作中心上的排程屬性：處理時間、準備時間、換模提前期（項目定制）

• 工作中心能力（工作中心同時加工的能力）

• 主產品規(guī)格約束（項目定制，同顏色連續(xù)生產，指定設備生產，盡量少換粉）

• 烘烤參數約束（爐資源排程）

在后續(xù)的新版本迭代過程中，這些關鍵要素被不斷細分和細化。在當前的Nebula MOM產品套件中，數據輸入的關鍵要素包括：

• 工單上的最早開始時間、最晚結束時間，分別用于正向排程計算和逆向排程計算

• 工單的優(yōu)先級

• 工單的排程方式（正排還是倒排）

• 工單的工單約束配置（如工單B生產部件B需要使用工單A生產的零件A時需要設置）

• 工序的工序約束配置

• 工序委外設置

• 工序上，單工序生產需要的處理時間

• 工序上的替代資源設置（資源不能使用時就可以由另外配置的資源替代）

• 工作中心上的排產屬性：

1) 資源種類設置（單純資源、復合資源、爐資源、隧道爐標識）

2) 標準排隊時間、安裝時間、準備時間、處理時間、拆卸時間、移動時間

3) 時長表達式（在處理、安裝、拆卸時長不固定的場景下，可以分別設置）

4) 工作中心偏差方式（指前一個工作完成/開始后多長時間（數量、百分比），后工作可以完成/開始）

5) 效率、處理批量、使用量

6) 強制加工控制（工序不中斷、工序不跨天、固定節(jié)拍點生產）

• 資源能力（工作中心能力、設備能力、人員能力、工具工裝能力，無限資源量，瓶頸資源，逾期時加班設置）

• 日歷約束（全局日歷、資源能力日歷）

2.2引擎計算

在初版引擎中，我們采用統(tǒng)籌計算的模式對輸入數據進行處理。

在此種計算模式下，雖然可以通過權重來控制優(yōu)化目標的偏重，然該模式無法讓多個目標同時達到它們本身能夠達到的最優(yōu)結果（即由于多個優(yōu)化條件相互沖突，導致結果上誰也不傾向）。

例如，既想讓分組結果最優(yōu)，又想讓設備使用盡量均衡，同時還想讓瓶頸資源的利用率最優(yōu)，這三種優(yōu)化是必然會造成相互影響的；。

在當前的Nebula MOM產品套件中，為了解決上述的“三角”難題，我們先是引入優(yōu)先級的概念，在統(tǒng)籌計算時，按用戶關注程度（優(yōu)先級），將優(yōu)化目標的按順序進行多次計算。同時，為了更好的解決此類沖突，我們也提供了一個分步計算模型，按照優(yōu)先級分布計算，以滿足多種優(yōu)化的目標。兩種計算模型的邏輯分別簡述如下：

統(tǒng)籌計算：這是一種默認使用和最常用的方式。計算方式是將所有選擇的策略邏輯一起進行計算，求出滿足所有約束的具有最優(yōu)的優(yōu)化目標的結果。目前這種優(yōu)化計算方式在其內部會計算多次。首次計算時，倒排優(yōu)化的單會進行正排優(yōu)化，目的是為了測算所有任務都正排情況下是否會超期，從而為在后續(xù)的計算中選擇倒排優(yōu)化計算的邏輯。此次計算完成后，若有爐資源進行排程時，將會對爐資源的任務在首次排程的結果基礎上進行組爐的計算。(目前組爐的計算考慮計劃，工作依賴，最小組爐數)組爐計算完成后就會進行最后一次的運算求解，達到正排的最優(yōu)，倒排的最優(yōu)，組爐的并行和各個策略結果的最優(yōu)。

分步計算：將所選擇的策略以配置的步驟順序進行計算，逐步滿足當前步驟的約束或者當前步驟優(yōu)化的最小值。目前的分步計算邏輯的求解都是可行解（可執(zhí)行的計劃），所以為了保證結果的可執(zhí)行性、正確性。將正排程和任務依賴和工單依賴這三類影響結果正確性的策略會放在首次計算，而不管其配置的步驟順序如何。每一步的求解首先都會在上一步求解結果的最優(yōu)條件下進行，除非無法找到滿足條件的解，此時就會打破上一步求解結果來進行求解，以找到滿足當前步驟以及之前所有步驟的最優(yōu)解。以此類推一步一步的進行求解。

2.3結果可視化

初始版本中，我們提供三種類型的可視化界面，便于用戶對排程結果使用視覺進行直觀評估，三種界面分別是：

• 工單甘特圖：縱軸是生產工單、橫軸是時間，展示了各個生產工單的排程情況

• 資源甘特圖：縱軸是生產資源、橫軸是時間，展示每個生產資源（工位）的排程情況

• 資源負荷圖：縱軸是生產資源，展示每個生產資源的在不同時間段內的資源負荷情況

初版可視化界面中，各個圖形化界面僅能進行簡單的交互，如：在工單甘特圖上直接打開工單、打開工單所屬工作，資源甘特圖顯示各個資源生產工序之間的生產順序等等，但未顯示更多豐富的信息，也不能在甘特圖上進行直接拖動，以便操作人員以更加直覺的方式調整生產計劃，這造成了工作流上的割裂。

在當前的Nebula MOM產品套件中，為了讓排程后的確認與操作，更加符合人類直覺，我們對工單甘特圖與資源甘特圖做了一系列優(yōu)化，尤其是能更加直觀顯示排程傾向的資源甘特圖，新增加的特性和優(yōu)化，簡單說來有以下幾點：

• 工單甘特圖

1) 顯示工單最晚交付時間：在界面上以紅色對勾突出顯示工單最晚交付時間，以便查看工單是否已逾期。

2) 顯示工單的生產進度：在甘特圖內部，以進度條方式顯示工單的完成情況。

3)顯示工單的實際開始時間、結束時間：在甘特圖下，標識工單的實際開始時間，實際結束時間。

• 資源甘特圖

1) 調整處理時間：在不打開工作的情況下快速調整工作計劃處理時間。

2) 調整計劃資源：在不打開工作的情況下快速調整工作分配的資源。

3)調整日歷/資源能力：快速調整調整日歷/資源信息。

4) 任務拖動時的聯動計算：當拖動某個任務時，它所對應的有依賴關系的任務會跟著進行移動；以保證任務之間依賴關系在拖動過程中不會被打破。

                    5) 切換資源時任務的時間計算：任務切換資源時，若時間段已經有資源占用了，之前版本是會禁止切換，此版本進行了優(yōu)化：會進行計算該任務可以插入的最早然后進行插入。

6)超期任務的突出顯示：當任務的結束時間超過它的最晚結束時間或者所屬的計劃的最晚結束時間時，之前版本未對超期任務進行明顯的顯示，此版本會有突出顯示讓人一目了然。

7)  資源甘特圖支持按任務的編號名稱進行快速定位：之前版本未支持通過任務的編號進行過濾而快速定位，此版本可在左上角通過任務的編號過濾或者計劃的編號過濾出一整個計劃的任務，方便過濾顯示和快速定位。

8) 支持在資源甘特圖上直接添加計劃：此版本可支持直接選擇資源進行相關計劃的添加，不需要再次返回排程池列表進行添加，簡化操作，提升用戶體驗。

3.未來計劃

隨著越來越多的客戶使用，現有的功能肯定無法滿足各種行業(yè)中各種客戶的需求。為了滿足客戶需求、提升客戶滿意度和用戶體驗，我們制定了一些發(fā)展計劃。

首先，在排產工作臺操作方面，我們將進行改進，以進一步提高用戶體驗。我們將使排產前的一些準備操作（例如基礎數據的調整準備）更加友好快捷，更好地切換和融合任務池和結果展示界面，，將排產的數據校驗操作和結果更友好地展示，更好地展示排產過程和結果。

其次，為了幫助客戶解決實際排程重點問題，讓排程結果有更大的分析和實用價值，我們將提供更多、更豐富的計算模型和策略庫，在流轉、資源、負載均衡方面做更多優(yōu)化，以深入支持各類特殊行業(yè)排產相關需求。我們還將提供排產結果的分析、排產調整后的分析等功能，以提升排產所帶來的價值。

4.結語

本文僅使用簡單直白的方式，描述了Nebula MOM產品在APS領域的一些功能。目前，我們已在多個項目上成功上線APS產品，如上海置信、北京某所、四川某所的排程項目，之后也會有更多項目實踐，同時會發(fā)布更多實用的、值得期待的功能。

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