同事们，我向您介绍“经典管理方法”系列中的第一篇文章。 专为Habr准备的所有将包含在此系列中的文章都是在不同时间撰写的，但到目前为止并没有失去意义。
谢尔盖·彼得金（Sergey Peterkin），里特斯特普（Reitstep）。MRP不起作用...有什么替代方法？
同步规划与优化
引言
俄罗斯的ERP（企业资源计划）类信息系统供应商的长期努力终于取得了成功：相当一部分国内企业的领导者对他们需要这样的系统充满信心，因为它们能够（如所述）真正解决生产计划和生产方面的问题。供应。 领先的俄罗斯开发商逐一宣布了其系统中符合MRP-II“标准”（制造资源计划-生产资源计划）的计划和生产管理功能的可用性。 引入了ERP系统并试图在其帮助下进行生产管理的企业甚至开始出现在各个行业中。 但是，由于某些原因，在他们的帮助下进行计划比以前更加困难。 怎么了 经验丰富的顾问指出，原因是“ ...错误的生产文化，不正确的规格和工艺流程，不断的设计变更，对库存水平的非操作性跟踪...”，还有，哦，恐怖，“ ...没有汇总的战略和/或计划大师” 。
所有这些都是真的，但是有很多人想知道：西方的所有管理方法（尤其是30年之久）是否都与它们一样好？ 计划一个50-100人的西方企业的工作是一回事，在稳定的环境中长期成功地工作，在俄罗斯的条件下“旋转”，管理一个站着的工业巨人，或者一个年轻的发展中的工厂，这是另一回事，其中许多人会羡慕对变化的需求的反应速度西方竞争对手。 也许在俄罗斯工业企业中许多未成功实施ERP系统的根源在于试图使用一种不完善的算法进行规划，该算法仅在“万事俱备”时才有效？
如今，很少有人会对计算需求和计划的算法的详细描述感到惊讶或感兴趣。 尽管如此，作者还是自由地再次简要地描述了MRP规划算法，并分析了为什么它在我们的许多实际企业中在实际应用中没有效果。 而且，这不仅是拒绝所有人都知道的，而且特别是由作者提出的。 本文提出了另一种没有MRP II传统缺陷的计划算法。 该方法可以应用于任何具有离散生产或连续生产的企业，这些企业可以简化为离散生产。
MRP-II的资源计划。 怎么了
让我们简要回顾一下根据MRP-II算法计算需求的原理。
初始数据：
- 生产计划/预测/客户订单。
- 制成品的规格和操作流程，
- 仓库和存放地点的库存水平，
- 供应商和生产的预期收入，消费者的预期出货量，
- 有工作时间表的工作地点。
规划中根据有关需求预测或生产计划的信息，确定产品规格，材料，组件和中间组件的
总需求 。
如果存在有关进行中的工作，材料和组件的库存，运输中的材料，生产和购买零件的
净需求的信息，则可以通过计划方法返回数量和时间，而不考虑实际的生产负荷。
如果存在指示运营复杂性和生产率的技术路线，并且考虑到有关设备运行时间表和执行的生产任务的信息，则将计算生产
负荷，并在出现过载的情况下进行重新计划。
如果发生任何异常，例如由于自动计划程序，生产/购买的开始日期是过去的）手动重新安排系统为其生成异常消息的那些职位。
该算法看起来非常全面和合乎逻辑。 从理论上讲，这是正确的。 如果我们以实际产品（手电筒，铁锹，桌子，自行车，计算机等）的生产示例来加以区分，那么毫无疑问：它很适合我们。 但请稍等！ 为了生产手电筒或铁锹，请从主机上组装计算机，然后可以使用Excel表自动计算需求。 这样的企业不需要复杂的自动化计划系统。 另一方面，MRP需求计算功能倾向于使用俄罗斯企业生产相当复杂的产品。
而且在这种情况下，实际上，MRP-II计算无法以任何方式帮助他们。 怎么了 因为...
1. MRP“对今天一无所知 。
” 开始日期的计算始终从计划需求的日期开始进行。 如果满足计划需求的时间（从“今天”到发货日期的时间）小于计划产品的总提前期，则系统会根据过去的计划安排开始工作。
是的，在这种情况下，系统将生成
有关exception的消息 。 但是，实际上，它们可能太多，以至于对分配给计划的实时数据的“分析”可能远远不够。 考虑一下平均约有500人的俄罗斯工业企业。 假设平均每天要接数十个客户订单，并且生产“比自行车更复杂”的产品，即 具有由数十行组成的规范。 几乎所有行业的大多数俄罗斯工业企业都满足了这些条件。 对于他来说，偏离理想状态的原因是，每次MRP运行后的异常数量将在数百条记录中。 使用MRP-II计划算法的系统的“满意”用户对此非常熟悉。 最重要的
是 ：该
计划不切实际 。
2.没有实际资源利用的MRP计划 。 重新计划时，会使用标准的固定提前期，即 总非生产时间。 该算法没有考虑到任何工作区域在此时可能很忙的事实。 但是，有一条出路：启动CRP（
容量需求计划 ）功能，最有可能使用它来“扩展”瓶颈。 通常，在这种情况下，系统计划的所有零件的生产条件也会更改。 即 启动CRP功能后，您必须重新启动MRP，这将再次形成生产计划，而无需考虑今天和有限的资源。 等等-围成一圈...
从理论上讲，这种在计划形成中的一致近似是完全可行的。 但是，通常，在俄罗斯企业的实践中，当我们解决数十种或更多产品的计划问题时，这些产品通常具有五个以上的嵌套级别，并且由于这种计划而包含数十万至数十万个单元，零件，组件，这仍然是不现实的计划。 更不用说以下事实：在计算容量利用率（CRP）时，无法考虑替代路径来进行自动规划，并且具有最终计算能力的计算本身（CRP或MRP计算）将持续一小时以上。 当然，计算速度取决于软件和计算能力。 但是根据实际经验，作者可以得出结论，对于一个拥有3万种产品（对于我们的机械制造商而言不是很多），零部件，零件，材料和组件的数据库的中型机械制造企业，制造产品具有5-7级嵌套，MRP和CRP的计算平均每个大约需要4个小时。
3.在较低级别的任何组件出现问题的情况下，
MRP无法解决更改特定头产品
的生产时间的问题，因为 对需求的根源一无所知。 该缺点是计算算法本身固有的。 MRP逐层计算所有数据库产品的需求（参见图1）。 因此，在大多数情况下，不可能正确地确定需求的来源。
因此，对于MRP，所有订单均为“灰色”（请参见下文）。 即 如果在几个产品中包含的组件的生产中出现问题，则无法确定例如应通知哪个客户推迟订单。
结合上图，考虑一个例子。 根据客户订单的运输计划，计划购买组件。 当根据MRP算法进行计划时，结果表明，即使考虑到安全库存，也需要在5天前购买几批必要的组件。 由于MRP算法计算出的需求是个性化的，因此无法确定必须更改收到的订单的日期。
有什么选择？
替代方案以相对较新的形式存在，并已被许多ERP供应商采用，它们曾经完全分开放置在APS和MES系统中使用的调度算法（APS-高级计划和调度系统-
同步计划和优化 -STR，MES-制造执行系统） 。 现在，与三十多年前的MRP-II算法的开发相比，APS算法被认为是工业企业管理实践中的突破。 “ ...由于计算机技术的发展，APS在很大程度上必须承担责任，它不仅为工业企业的永恒问题提供了最快，而且也是最佳答案：
- 我们可以生产什么？
- 我们什么时候可以发货
- 我们如何更好地利用现有资源满足需求...“
但这都是广告。 可以这么说，几乎所有在信息系统领域运营的公司的代表。 但是，很少有人能够合理地解释APS算法如何解决规划问题以及如何使用它。 最常见的是，当出售带有魔术按钮的“黑匣子”时。 但是，根据作者的深刻信念，由于不了解该系统的算法，因此不能用于解决现代俄罗斯企业的计划问题。
并且，在继续介绍STR算法之前，我们注意到APS不是：
- 只有通过“快速而细致的计划”，
- MRP-II的快速版本，
- 规划优化器或MRP-II / ERP系统实施的第二阶段，
- 仅用于完美数据的调度算法，
- 仅适用于高级企业和从事订单工作的企业的方法论，
- APICS标准。
APS资源计划。 如何运作
当前，有几种商业上可用的APS算法：网络模型，数学建模的仿真模型（使用神经网络建模，使用线性编程等），优化网络等。 有关这些算法的优缺点和应用限制的更多详细信息，请参见作者的书“ Just In Time for Russia”。 下面，总的来说，提出了一种使用最广泛使用的优化网络算法来计算计划的算法。
初始数据：
- 生产计划/预测/客户订单。
- 制成品的规格和操作流程，
- 仓库和存放地点的库存水平，
- 供应商和生产的预期收入，消费者的预期出货量，
- 资源和资源组。
APS算法使用的是真正的企业模型，该模型与MRP根本不同，即 不是抽象的，严格定义的，具有相同机器的工作中心（部分），通常这些工作中心必须与工作部分相对应，并且不能“散布”到多个车间或整个企业中，而是工厂的真实资源，即 人员，机床或一组设备，区域，工具和设备等。 （图3）。 在MRP II的框架内，对在多个工作地点同时执行工作的一组工人的充分描述导致以下事实：对于ERP系统中的工作中心，确定的工人数量为1.5； 3.17人等
与经典MRP不同，APS算法（网络优化模型）的资源可以具有其他定性属性，例如工人的资格或职级，设备或工具的特性，例如“旧”，“新”，“旧”设备。例如由实际精度组或处理速度确定。 同样，可以为每种资源定义每个工作计划，并且可以将资源合并为资源组，这
与 MRP模型的
工作地点（工作中心）近似。 此外，可以将资源合并为一个具有真实名称的资源组（“第二类车工”，“第六类车工”-参见上文。在没有针对企业人员的GOST评级的排放网格的情况下，企业自己拥有，这确实存在于每个企业中，例如工作经验。
新企业模型中流程定义的示例如下。
产品A：
- 操作050“精密金属加工”； 必需的资源组： 精密加工和 第六类车床 ，必要的资源： 第六类工人，一号机 。
- 操作055“正常的金属加工”； 必需的资源组： 正常加工，第二类 车床 ，必要资源： 第二类 工人或第三类 工人或第六类工人，机器编号1。 或2号机器 。
使用这种资源定义，无需确定替代路线，只需确定可能的资源组，就可以在计划期间对资源的各个组成部分进行排序。 同时，将检查它们在时间上的同时可用性，例如白天或晚上轮班
规划中
使用APS算法为客户订单形成生产或运输计划的过程如下。
步骤1.计算物料需求。 确定最早的开始日期，采购日期和装运日期/成品发布日期该计算是根据MRP算法执行的，但有两个明显的不同。
1.该计算不是针对相同嵌套级别的所有数据库产品的所有对象，而是针对每个“主”产品的所有组件，可以通过生产计划，客户订单或需求预测来确定在特定日期的需求。 即 首先，获取第一个产品（根据特定的选择规则），并“从上到下，从未来到过去”进行计算，然后计算第二个，依此类推。 直到不计算所有产品的材料要求（见图4）。 展望未来，我们注意到，由于此原因，可以计算每个特定客户订单或生产任务的预期完成日期。
2.如果开始生产/购买某些零件/材料的日期是过去的日期（
今天系统“运行”
到此 -见图5），则更改计划方法。 从
今天开始的工作日期开始按顺序提取元素，并使用从
今天开始的计划方法确定新的生产完成日期或供应商的交货日期。
步骤2.确定开始/结束日期时要考虑到现有资源的负载。
“推”，即 自下而上的计划，从过去开始。1.在确定了生产/购买链中第一个材料/零件的开始生产日期之后，从最早的生产/购买日期开始使用规划方法，依次从第一个开始，确定开始和结束日期和时间，并考虑到有限从给定的资源组中加载资源。 如果在给定的时间范围内，该资源的可用功率不足（所有工人/设备单位都已装载，或工具不可用）：
1）根据系统中指定的规则，从为此操作定义的资源组中，选择可用资源，为其重新定义操作，
2）如果没有这样的资源，则将这部分的所有操作顺序转移到第一个空闲资源的最近的空闲临时“窗口”中。 因此，确定用于生产给定组件或最终产品的每个操作的开始/结束日期（图6）。
2.根据权利要求1所述的动作。 从最低开始，按级别对所有部分执行。 因此，根据产品技术链确定下一个生产的开始日期（以最晚的结束日期为准）。
3.从产品的底部到顶部在产品的整个结构中执行第1-2段中的操作，直到确定最终产品的就绪日期为止。
步骤3.减少总生产时间。
“拉动”，即 从现在到过去的自上而下的计划。到上述最终完成工作之日，考虑到资源负荷，即“拉”有关产品的所有零件/材料的生产/采购日期。对于较低级别的零件/材料，开始/结束日期重新定义为以后（通常情况下）。
完成一个物料的计划周期后，将对生产数据库中的下一个物料执行相同的计划。同时，仅在有多余产品（考虑最小批次的生产）时才消耗对第一个产品预留的物料的需求，并且在考虑资源负荷的时间进行计算时，新计算的计划负荷会“叠加”在先前计算所创建的负荷上。接下来，对下一个产品等进行计划。根据算法的软件实现方式，可以对一种产品（针对特定的生产任务或针对客户的订单）以及数据库中的所有产品执行计算，而通常是将负载归零并保留所保留的物料。在“单一”计划模式（企业处理订单所必需）中，每个订单都是自上而下计算的，将其需求强加于先前计划的订单。在常规重新计划模式下，对于所有计划范围，所有先前计划的需求都将重置（除了投入生产的任务），然后选择一系列计划对象（计划，生产任务，补充安全库存的需求，需求预测，客户订单等）。此外，根据上述算法，依次计划选择的产品。通过这样的计划，可以更改先前计划但尚未投入生产的任务的完成日期（“向前推进”）。但是，总体计划是真实的。最佳化该方法的第二部分是生产优化。考虑到所有瓶颈，针对计划和/或已经启动的生产任务执行生产优化。而且，在大多数系统中，有可能对生产运营管理过程施加许多限制。不幸的是，最常见的优化算法的描述超出了本文的范围。我们仅注意最常见的一些，例如：根据用于启动生产的最佳集合的计算来组合生产批次，草拟生产任务的顺序，根据优化设备准备的计算（例如，在涂上不同颜色的产品时，任务的顺序将是：从浅色调到更多色调）黑暗以减少中间清洁操作）等结论
这并不是说APS算法是完美地计划企业中所有事物的魔术按钮，具有APS规划算法的企业信息系统只是有效规划工业企业的必要条件，而并非充分条件。但是，在公司系统中使用陈旧且无效的计划算法可能会大大限制公司的成功机会。如果您选择的ERP系统还应解决生产计划问题，则选择可以在您的企业完全解决此问题的系统，该系统具有用于实际计划的内置算法。由于通常无法独自实施这样的系统，因此有必要谨慎选择承担外部顾问角色的公司。作为选择标准之一，应使用员工在现代计划方法领域的能力水平，从文章可以看出，其中应包括APS。然而，为了解决一个真正的俄罗斯大型企业的生产计划问题，不一定总要花很多钱，也要花很长时间来实现带有或不带有APS模块的整个ERP系统。通常可以在企业中相对快速地仅实现APS功能+与现有库存系统和CAD-PDM系统的接口。这些通常是非常快速（不超过六个月）且有效的项目。但这只有在供应商公司知道要做什么和如何做并且还具有必要的工具（即具有使用APS算法构建的计划功能的ERP系统。但是，如何做到这一点对于另一篇文章来说是至关重要的。...然后会有更多成功的项目和有效运作的俄罗斯企业！MRP II的另一种替代方法是使用精确准时技术来管理我们的设施。考虑该标准需要单独发布。彼得金公司附录“ 关于MRP计划算法的更多详细信息 ”第一步。根据产品成分数据（规格）计算材料的净需求量在此阶段，考虑到可用的或进行中的工作，对材料，组件和零件的需求量进行计算。
第二步。根据产品成分数据计算物料的净需求量随时间推移计算净需求量。在此阶段，计算所需数量时要考虑所有收据和物料费用。如果在此步骤中系统检测到物料水平降低到一定水平以下，则确定需要购买或生产以满足需求的数量。
也可以考虑批次规则（最小订单，批次重复性，订单频率）来计算净需求。第三步。确定采购和制造条款。在此阶段，对于计划部门（供应部门），系统会确定开始执行实施计算出的净需求的操作的时间。MRP算法以实现最终需求的日期作为开始，并“追溯”制造产品或购买材料的过程，从而确定具有较低级别的组件（零件）的生产操作的开始日期，直至确定为供应商形成订单的日期。
可以使用以下方案来说明该计算算法：
请注意，在规划时，它使用了无限制加载的原理，即在进行计算时，忽略了其他资源的有限生产能力。