连续生产计划与生产控制策略

PPS系统的操作行为一般都是与上文定义的目标相符的、融入生产过程的规则，以及与现有产能和现有订单相关的数据管理。规则其实是一个过程，在该过程中受控变量被连续检测，并与一个所谓的参考变量做比较，再以比较结果为基础让受控变量向参考变量靠近（见表2.2）。

表2.2 依照DIN19226对控制和规范进行比较

来源：参见Mikus，1998，第13页。

这个规范过程包含了控制操作，是一个封闭的过程。也就是说。该过程并不以生产订单的制订为终止，而是还包含对订单完成过程的监控，并且根据监控结果的反馈来对计划进行调整。这样的一个PPS过程必须要求做到产品跟踪。只有这样，PPS系统才能够对将材料变成产品这一全过程在时间和空间上进行管控，使其和企业经济目标相吻合（尤其是和销售、采购目标相符）。

为了对PPS行为进行总体介绍，我们将为大家描述连续计划。这一连续计划将总的目标任务拆分为多项小任务，每项小任务都有各自不同的过程和目标，我们可以在时间和管理上分步骤地来逐一完成各项小任务。通过这种拆分方法，我们实现了一个相互关联的、细小化的任务完成模式，并最终通过综合分任务的完成情况来了解整个任务的完成过程。对于这一连续计划的所有阶段，我们通常采用整体生产中的确定性模式，只在个别时候采用带有时间差的反馈模式。在不具备工业4.0的技术条件下，PPS各参数之间的关系被连续地得以确定，而这些连续的PPS阶段遵循的优化标准往往并不一致。在上述拆分式任务模式中，分任务目标也很可能并不与整体目标相符（参见第2.1.1小节）。我们将在下文中对分任务目标进行介绍。

接下来简单介绍协同任务以及生产计划和生产控制所采取的操作，这里我们用到了以20世纪60年代末传播开来的物料需求计划（MRP）为基础的亚琛PPS模型以及从20世纪70年代中期开始引入的制造资源计划（MRPII）。它统一了PPS系统中的各个概念和方法，不过还未明确包括MRPII系统中的商业计划（结果/销售计划和分类计划），即基于价值的最优化。

亚琛PPS模型将PPS分为四种视图，即任务模型、过程模型、功能模型和数据参照模型。其中的任务模型指明了PPS的任务，这些任务都以详尽的文献研究为基础，同时包含了多个重要理念。因此，任务模型被看作是用于检测PPS任务和MES的概念性纲要，同时由于生产过程的抽象性，任务模型被视为普遍适用，因而可被用于所有协同对象。

遵循亚琛PPS模型，我们对主要任务概念的描述以及对分任务和主任务的划分并未按照最初的定义，或者说进行了细小的改动，为的是在对PPS要求进行阐述时能有更清晰的观点（参见第3章）。在亚琛PPS模型中主要考虑的是采购种类和生产规划之类的二级需求测算，而并非生产需求计划。与生产计划中的旨在拆分的分任务不同，连续计划中的两个分任务具有一定的一致性（参见第2.1.3小节），这种偏离拆分理念的做法是为了实现更清晰的分类。基于同样原因，我们在连续计划中考查了批量规模和生产需求，而并未考查生产控制。最后，为了与PPS协同中的总任务在概念上有明确区分，我们在这里将任务协同称作“订单规范”。

亚琛PPS模型中的基本结构和构架（见图2.3）也从而得以保留。我们对连续计划中的主任务模型进行了如下定义：

• 将长期生产项目计划作为第一协同层面，计划时间区间为3～12个月，计划频率为1～12个月。

• 将中期生产项目计划作为第二协同层面，计划时间区间为1～6个月，计划频率为1～4周。

• 将短期生产项目计划作为第三协同层面，计划时间区间为1～4周，计划频率为1～5天。

• 订单规范被视为生产项目规划、生产需求计划和生产控制之间的衔接任务。

•所有任务都涉及的数据管理也同样被视为衔接任务。

图2.3 生产计划与生产控制的计划层面与亚琛PPS模型（稍有改动的）之间的概念比较

来源：Kummer，1992，第108页；Wiendahl等人，1987，第264页；Hackstein，1989，第246页；Glaser等人，1992，第2页及下页；Domschke等人，1997，第8页及之后数页；Scheer，1997，第384页；Günther等人，1997，第131页及下页；Mannmeusel，1997，第36页。

在连续生产项目和生产需求计划中，产品跟踪不会对计划产生任何直接影响。

它实际上是一种类似于规范技术的控制。相反，生产控制则往往包含类似产品跟踪的反馈作用，因此被称为“生产调控”更为恰当。(www.xing528.com)

生产项目规划的目标在于，为既定生产流程确定待生产产品的净初级需求，即种类、数量和交货日期。作为基础的总初级需求，即待预备的产品数量，除了包括待生产的产品外，还包括仓库中存放的产品。生产中的总初级需求可以通过对市场和销路进行预测来得到，并结合生产能力和现有库存加以考量。在以订单为导向的生产中，往往以现有订单为出发点来判断是否递交报价，以及何时递交报价或者接受订单。在测算出初级需求之后，我们可以进行二级需求测算，即计划为满足初级需求要提供的物料。

不同于亚琛PPS模型，这里的生产程序规划除了初级需求计划之外，还要确定二级需求（也称为数量计划或物料处置或需求计划）和采购类型分配，以便更结构化地来介绍分散方法（参见第2.1.3小节）。二级需求包括与生产阶段相关的、以零件清单为基础的总需求的确定，以及对总需求和现有库存的审核，结果是得出相应的材料和中间产品的净需求。在这里需要借助正向移动以及订单数量确定出各生产阶段的最晚完成日期和粗略日期。但是这些数据也只能在生产需求计划中被确定出来。在生产程序计划中，采购类型分配包括从供应商采购和自行生产。

由于高度聚集，生产程序计划通常依照最小化原则来追求尽可能高的企业经济效率。不过要依据这样的最小化原则，必须满足数量不受限的产品能以固定价格得以出售，并且不考虑生产过程相关的后勤消耗，也就是说存在一个一维的、以价格为中心进行竞争的买方市场。

不同于上述生产程序计划依照企业经济原则来实行最优化，下文要介绍的生产需求计划和生产需求控制通常追求以数量或时间为单位的PPS目标，如守时性和生产力消耗等。

生产需求的任务在于，通过汇总材料和生产力，计划完成既定目标所需要的资源。分任务包括：生产批量计划（尤其是当生产程序计划没有完成这一步骤时），制订流程时限，确定生产力需求，协同生产力。这些过程可能跟随MES的不同而有所变化。

进行批量大小计划是为了汇总相同或相似的产品订单，这些订单拥有相同的机器流程顺序，并且每台机器进行的加工方式也相同。

从生产流程起先制订，是在不考虑现有生产力约束的情况下来确定生产起始日期。在接下来的生产力需求确定和生产力协同过程中才会考虑生产力的约束。

为了能够实现与生产流程计划相连的生产需求计划，必须在流程计划中宽松地去制订期限，这样才能在完成流程计划时不损害既定的计划时限。

在连续性计划中我们无法考虑生产流程计划目标和生产需求计划目标之间的关系，前者通常遵循最小化原则，后者通常不以价值衡量，而用时间和数量来表示。因此，例如在对生产流程进行计划时，必须考虑安装费用以及非必要成本。由于安装时间和非必要时间与流程有关，所以只有在制订了交货期和生产力计划后，才能知晓安装成本和非必要成本。而分任务又以批量规模计划为基础，只有在了解生产流程的前提下才能确定批量规模。

我们在这里把企业自行生产和向供应商购买的计划都看作属于生产控制，尽管在亚琛PPS模型中并没有这样规定。在单个企业里，对外采购计划和控制往往不由生产环节负责，而由采购环节负责。不过在生产网络中，我们通过“自行生产”和“向外购买”这样的表述对责任领域进行了明确划分。

“在自行生产计划和向外购买计划中，计划内容都在既定时限范围内得以具体化，并控制自行生产和向外购买的实施。自行生产计划的时限范围是有可能的最早和最晚的生产起始日期之间的差异。”

生产需求中的时限范围可被分任务中的优化过程所利用，即最佳交付日期的确定、资源最佳计划、流程计划、可利用度检测、订单放行、订单监测以及资源监测，这些过程的目标通常是由一定的优先规则决定的。这些规则有可能优先考虑安装时间、运行时间或者交付守时性等。

相对于生产需求计划，自行生产计划和自行生产控制有着不同的优先着眼点。这是连续性计划的负面结果的加强因素，如所谓的运行时间并发症（规划环），这种症状表现为运行时间以螺旋方式不断上升。这种不稳定的计划运行时间会长于单纯的加工和运输时间，并因此导致生产控制中过早的订单放行，随之而来的后果便是大量的产品堆积在机器面前或者是工作准备阶段，从而使每一个订单都必须在机器前等待较长的时间才能按照一定的优先顺序进入机器得以生产。这种较长的等待时间会导致更长的实际运行时间。在此情况下，订单也需要越来越早地被发送，才能够保证最后的交付时间不被耽误。与此同时，堆积在工位前的产品也越发得多。随着堆积产品的增多，实际运行时间也变得更长。这又会导致计划运行时间增长，以便保证更有效的实际运行时间，运行时间并发症的螺旋体也由此达到新的高度。

在生产流程计划中得以确定的二级需求会进入对外采购计划和控制中，即对物料（也包含部件组和成品）的订购。这一任务变得日益重要，因为在生产企业中已经开始越来越倾向于更小的纵向生产范围。基于此，合作以及生产网络的产生也变得日益必要。传统的向外采购计划包括计算订购量、获取报价、选择供应商、生成订单以及监测订单完成情况。这些传统的向外采购计划中的PPS流程现在已经渐渐被相互合作的企业放入生产流程计划或者生产需求计划中。

订单调节的横断面任务对订单进程涉及的所有领域和不同的计划层面进行协同。订单进程中以过程为导向的计划以及有辨别功能的订单监测所遵循的目标是对干扰因素进行调节。采取的做法是，摆脱计划层面，帮助重新迈向既定目标。

为了能够实现企业目标，必须要连续监测各个计划层面的生产计划和控制的目标是否协同统一。通过MES体系得到的数据也必须经过筛选和评估，并从而拟定合理化建议。这一任务也同样包含在订单调节中。在亚琛PPS模型中，上述“PPS控制”的任务被称为独立的主要任务。因为订单也是PPS控制结果实行过程中的中心，所以我们在这里把这一任务定义为订单协同的一个分任务。因为它可以在干扰发生后起到反馈作用，所以满足工业4.0所要求的协同结构。

数据管理也同样是一种横截面任务，并且

“在生产计划和生产控制的任务模型中扮演基石的作用。上述所有任务领域要想完成任务，都需要PPS系统提供的数据。”

这一数据库包括初始数据和变量数据。初始数据指的是零件表、工作计划、生产工具、客户信息以及供应商信息，变量数据指的是库存信息和订单信息。与亚琛PPS模型不同，这里把库存信息划分到数据管理中，因为这里仅涉及数据类型分类。