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：

层次	名称	周期	对象	回答的问题
1. 经营计划	Business Plan	3~5 年	企业整体	要不要建新厂、上什么产品线
2. 生产规划	Production Plan	6~18 个月	产品族	明年总产能够不够
3. 主生产计划 MPS	Master Production Schedule	数周~数月	最终产品	每个月做多少台的什么产品
4. 物料需求计划 MRP	Material Requirements Planning	天~周	零部件/原材料	什么时候需要什么料、要多少
5. 车间排程 PAC	Production Activity Control	小时~天	工序/设备	哪台设备先做哪个工单

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：

区间	名称	特点	变更规则
冻结区	Frozen Zone	已投料、已排产	原则上不允许变更，需高层审批
半冻结区	Slushy Zone	物料已订购	允许有限变更，需评估影响
开放区	Liquid Zone	只有预测	可自由调整

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：

周次	1	2	3	4
期初库存	50
需求预测	30	30	30	30
客户订单	28	25	20	12
MPS 计划产出	0	60	0	60
预计可用库存 PAB	22	52	22	52
ATP	—	27	—	48

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：

规则	逻辑	适用
按需定量（LFL, Lot For Lot）	需要多少订多少	贵重件、JIT 环境、需求间断
固定批量（FOQ）	每次订固定数量	有最小起订量、包装限制
固定周期（POQ）	覆盖 N 期的需求	均衡订购成本
经济批量（EOQ）	按 EOQ 公式	需求稳定（见供应链篇）
最小-最大	补到最大值	常见 ERP 默认
倍数批量	按整箱/整托的整数倍	包装限制

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

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
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
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
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）：

调整工单顺序（在冻结区外）
加班 / 增加班次
委外加工
提前或延后部分工单（需与客户协商）
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

问题	MRP	APS
产能够不够	假设无限	有限产能排程
顺序怎么排	只给日期	优化排序（换型最少、交期最优）
变更怎么响应	全量重排（MRP 重算，耗时）	快速重排 / 增量排程

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）

目标	说明
最小化总延迟	Σ max(0, 完工时间 - 交期)
最小化最大延迟	min max(延迟)，EDD 规则的理论最优目标
最小化流程时间	平均在制时间最短，SPT 规则最优
最小化换型次数	相同产品/颜色/规格连续排
最大化设备利用率	瓶颈设备稼动率
最小化在制品	减少积压

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）

规则	算法	优化目标	缺点
FIFO	先到先服务	公平	不管交期
EDD	交期最早优先	最小化最大延误	可能牺牲效率
SPT	加工时间最短优先	最小化平均流程时间	长任务被无限推迟（饥饿）
LPT	加工时间最长优先	负载均衡	平均流程时间长
CR	临界比 = 剩余时间 / 剩余工作量	动态平衡	需实时计算
LWKR	剩余工作量最少优先	减少在制品
MOPNR	剩余工序数最少优先	快速清尾

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

指标	公式	意义
准时交付率 OTD	按时交付订单数 / 总订单数	计划与执行的综合结果
计划达成率	实际完成 / 计划完成	车间执行能力
制造周期 Lead Time	从投料到完工的时间	竞争力核心指标
在制品 WIP	车间内未完成量	资金占用与流速
库存周转天数	见供应链篇	资金效率
产能利用率	实际产出 / 设计产能	瓶颈管理
计划稳定性	计划变更次数 / 总计划数	反映预测与变更管理质量
紧急插单率	插单工单数 / 总工单数	越高说明计划可信度越低

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

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
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
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
学一点 APS 或排程算法：Google OR-Tools 的 Job Shop Scheduling 示例很适合上手
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》。

工业工程