生产计划与排程：从 MRP 到 APS 的完整逻辑

生产计划是制造业的中枢神经。计划排得好，车间不用天天催料、加班；排不好，交期跳票、库存爆仓、全员救火。这篇把从销售预测到车间派工的整个计划体系讲清楚。

一、计划体系的五个层次

制造业的计划是一个分层体系，从上到下：

每层的核心输出是下一层的输入，自上而下分解，自下而上反馈。

二、MPS 主生产计划

什么是 MPS

MPS 是"要生产的最终产品"的计划，是需求与供应之间的枢纽。

MPS 输入：
  需求 = max(销售预测, 客户订单)  ← 取较大值（消耗预测的逻辑）
  库存 / 在途 / 已承诺量（ATP）
  
MPS 输出：
  每个时段（周/日）的计划产出量（MPS 量）
  可承诺量 ATP（Available to Promise）

时栅（Time Fence）制度

MPS 里最重要的管理概念：

为什么要设时栅？ 因为计划的频繁变更会导致：

• 采购紧急变更、加急费
• 车间换产增加、效率下降
• 供应商信任度下降
• "计划不如变化快"的恶性循环

时栅长度取决于累计提前期：冻结区 ≥ 总装提前期，半冻结区 ≥ 采购 + 加工提前期。

ATP 可承诺量：销售最关心的数字

ATP 回答："我现在还能接多少订单？"

第 1 期 ATP = 期初库存 + 本期 MPS - 到下次 MPS 之前的已承诺订单量
后续期 ATP = 本期 MPS - 到下次 MPS 之前的已承诺订单量

算例：

计算过程：

• 第 1 周：库存 50，订单 28 → PAB = 50 - max(30, 28) = 50 - 30 = 20（若按保守取预测）

  不同教材对 PAB 取预测还是订单有差异，实务中常取"预测与订单的较大值"，并单独算 ATP。这里按常见做法演示 ATP：

  第 1 周 ATP = 50（期初库存）- 28（第 1 周订单，直到下一期 MPS 之前）= 22

• 第 2 周：MPS = 60，第 2~3 周订单 = 25 + 20 = 45 → ATP = 60 - 45 = 15

• 第 3 周：无 MPS → ATP = 0

• 第 4 周：MPS = 60，第 4 周订单 = 12 → ATP = 60 - 12 = 48

销售拿着这张表就能回答客户"什么时候能交货、能接多少"。

三、MRP 物料需求计划

MRP 的三步逻辑

输入：
  1. MPS（要生产多少最终产品、什么时候要）
  2. BOM（物料清单：一个产品由哪些零件构成、各用几个）
  3. 库存状态（现有库存、已订购在途、已分配、安全库存、提前期）

处理（三步倒推）：
  ① 净需求计算   Net Requirement = 毛需求 - 可用库存 - 在途量 + 安全库存
  ② 批量确定     Planned Order Receipt = 按批量规则对净需求取整
  ③ 时间倒推     Planned Order Release = 收货时间 - 提前期
  
输出：
  计划订单下达（下单时间与数量）
  计划订单收货（到货时间与数量）
  例外信息（提前、延后、取消的建议）

BOM 展开：一个算例

产品 X 的 BOM（产品结构树）：

X（1 个）
├── A（2 个）
│   └── C（3 个）
└── B（1 个）
    └── C（2 个）

若 MPS 要求第 10 周产出 X 100 个：

毛需求：
  A = 100 × 2 = 200 个
  B = 100 × 1 = 100 个
  C = A 的 C（200 × 3 = 600）+ B 的 C（100 × 2 = 200）= 800 个

时间倒推（假设提前期：X 装配 1 周，A 加工 2 周，B 加工 1 周，C 采购 3 周）：
  X 下达：第 9 周
  A 需求第 9 周 → 下达第 7 周
  B 需求第 9 周 → 下达第 8 周
  C 需求第 7 周（给 A）→ 下达第 4 周

这就是 MRP 的核心：按 BOM 展开，按提前期倒推，按层级逐层分解。

批量规则（Lot Sizing）

MRP 确定净需求后，要按批量规则取整：

注意：LFL 库存最低但订购/换产次数最多；固定批量相反。选择要权衡持有成本与订购/换产成本。

MRP 的固有缺陷

1. 无限产能假设：MRP 假定产能无限，排出来的计划在瓶颈工序上根本做不完
   • 补救：MRP 之后做 CRP（能力需求计划），校验各工作中心负荷，超载则调整
2. 固定提前期假设：实际提前期随批量和排队长度变化，固定值造成计划失真
   • 后果：批量越大，实际提前期越长，MRP 却认为不变 → 交期越排越不准
3. 没有优先级：MRP 只给"计划下达日期"，到车间里谁先做谁后做靠人判断
4. 层层放大：MPS 的一点波动，经 BOM 展开到零部件层面会被放大

这些缺陷正是 APS 出现的理由。

四、CRP 能力需求计划

MRP 之后必须做能力校验：

工作中心负荷 = Σ (各工单的工序数量 × 单件工时 + 准备时间)
可用能力 = 工作中心数 × 每班工时 × 班次 × 天数 × 效率 × 利用率
负荷率 = 负荷 / 可用能力 × 100%

判断标准：

• 负荷率 85%~100%：正常
• 负荷率 > 100%：超载，需加班、外协、提前生产或调整计划
• 负荷率 < 70%：产能闲置，可承接更多订单

超载时的处理顺序（优先选代价小的）：

1. 调整工单顺序（在冻结区外）
2. 加班 / 增加班次
3. 委外加工
4. 提前或延后部分工单（需与客户协商）
5. 增加设备/人力（长期对策）

五、APS 高级计划排程

APS 解决的三个问题

APS 的约束类型

• 产能约束：设备/工作中心的可用工时
• 工装与模具约束：某模具只有 2 套，同时只能开 2 个工单
• 物料约束：料未到不能开工
• 人员与技能约束：某工序只有持证的 3 个人能做
• 顺序约束：工艺路线规定的工序先后
• 换型约束：从产品 A 换到 B 需要 X 分钟（顺序相关换型时间）
• 日历约束：班次、节假日、计划保养

排程优化目标（常需加权）

实务中这些目标互相冲突：追求设备利用率会导致在制品上升；追求交期会导致换型次数增加。必须在 APS 里设定权重，并让业务方确认优先级。

常见派工规则（Dispatching Rules）

实务建议：

• 交期压力大的环境：用 CR 或 EDD
• 追求流速：用 SPT
• 复杂环境：用组合规则，如"CR < 1 的按 EDD 优先，其余按 SPT"
• 最终用仿真验证哪个规则在自己的场景下最优

六、车间执行与反馈（PAC）

计划下达后进入执行层，关键机制：

1. 工单管理

• 工单下达：确认物料齐套、工装到位、程序/图纸就绪
• 报工：实时或按班次汇报完工数量、废品数、实动工时
• 工单关闭：成本归集与差异分析

2. 调度看板与异常响应

• 安灯 / 异常呼叫：缺料、设备故障、质量问题立即上报
• 每日生产例会：看昨天达成率、今天计划、异常项
• 插单处理流程：明确谁能批准插单、插单的代价如何评估

3. 齐套性检查（缺料管理）

MRP 说"料会到"，但实际经常不齐套。齐套检查（Shortage Check） 是车间排产前的必做动作：

工单可开工 = 所有组件可用量 ≥ 需求量

缺料的处理：

• 优先保瓶颈工序的料（非瓶颈缺料影响小）
• 分批齐套：部分数量先开工
• 替代料：经批准使用可替代品
• 紧急采购/调拨

七、计划绩效指标

关键洞察：这些指标之间存在张力。同时追求 100% OTD + 最低 WIP + 最高利用率是不可能的。管理层必须明确当前阶段的优先级。

八、S&OP 销售与运营计划

S&OP（Sales and Operations Planning）是连接销售与生产的月度协同流程：

第 1 步：需求评审（Demand Review）
        销售、市场提供预测与促销计划，评估预测准确性
        
第 2 步：供应评审（Supply Review）
        生产、采购评估产能与物料能否满足，提出约束
        
第 3 步：预备会议（Pre-S&OP）
        找出需求与供应的缺口，提出方案（加班、外包、调价、延迟）
        
第 4 步：高管会议（Executive S&OP）
        决策：接受缺口 / 追加资源 / 调整需求

S&OP 的价值不在会议本身，而在于"把矛盾提前暴露，让管理层在问题发生前做决策"。

九、计划人员的三类常见困境

困境 1：预测永远不准

应对：

• 承认预测必然有误差，用安全库存 + 柔性产能对冲
• 跟踪预测准确度（MAPE / BIAS），把它作为考核指标
• 缩短提前期比提高预测准确度更有效（提前期越短，需要预测的窗口越小）
• 区分"可预测品"与"难预测品"，采用不同策略

困境 2：销售乱承诺交期

应对：

• 用 ATP 给销售明确的"可承诺量"，超出需审批
• 交期承诺基于 CTP（Capable to Promise）——考虑产能的可承诺量，而不只是库存
• 建立交期承诺的责任机制

困境 3：车间不按计划执行

应对：

• 先查计划本身可不可执行（产能校验过吗？物料齐套吗？）
• 计划要细化到可执行的粒度（具体到设备、班次、顺序）
• 建立异常反馈机制，计划员要能看到实时状态
• 考核从"产量"改为"计划达成率 + OTD"

十、给 IE 学生的建议

1. 搞懂 BOM 与工艺路线：这是计划系统的数据基础，也是 IE 常负责维护的内容
2. 会用 Excel 做一次完整的 MRP 展开：手写一遍毛需求→净需求→批量→时间倒推，比背概念强十倍
3. 了解一个 ERP 的 PP/MM 模块：学校若有 SAP/用友/金蝶的实验环境，一定要去摸
4. 学一点 APS 或排程算法：Google OR-Tools 的 Job Shop Scheduling 示例很适合上手
5. 实习选择：计划/PMC 岗位能最快建立对企业运作全局的理解，但也最"救火"，要做好心理准备

小结

• 计划五层：经营计划 → 生产规划 → MPS → MRP → 车间排程，自上而下分解、自下而上反馈。
• MPS 的核心是时栅制度（冻结/半冻结/开放）与 ATP 可承诺量。
• MRP 三步：净需求 → 批量 → 时间倒推；按 BOM 逐层展开。
• MRP 的三大缺陷：无限产能、固定提前期、无优先级——这正是 APS 存在的理由。
• 派工规则要按目标选：交期用 EDD/CR，流速用 SPT，组合规则 + 仿真验证最实用。
• 计划指标之间互相冲突，管理层必须明确当前优先级，并辅以 S&OP 流程提前暴露矛盾。

配套阅读：《供应链与库存管理》《运筹学在工业工程里的落地》《智能制造与数字化转型》。

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