智能制造典型場(chǎng)景是智能工廠的基本組成單元，為指導(dǎo)企業(yè)掌握工信部《智能工廠梯度培育行動(dòng)》涉及的40個(gè)智能制造典型場(chǎng)景的核心思想，現(xiàn)對(duì)每個(gè)典型場(chǎng)景進(jìn)行解讀。智能制造典型場(chǎng)景參考指引（2024年版）原文，計(jì)劃調(diào)度-生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化：面向銷售訂單預(yù)測(cè)、生產(chǎn)計(jì)劃制定等業(yè)務(wù)活動(dòng)，針對(duì)訂單需求預(yù)測(cè)難、交付周期長(zhǎng)等問題，構(gòu)建生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，打通采購(gòu)、生產(chǎn)和倉(cāng)儲(chǔ)物流等管控系統(tǒng)，應(yīng)用多目標(biāo)多約束求解、產(chǎn)能動(dòng)態(tài)規(guī)劃等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整，縮短訂單交付周期。

生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化典型場(chǎng)景解讀：

一、概念定義

1.生產(chǎn)計(jì)劃管理

生產(chǎn)計(jì)劃是關(guān)于企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體方面的計(jì)劃，是企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)完成的產(chǎn)品品種、質(zhì)量、產(chǎn)量和產(chǎn)值等生產(chǎn)任務(wù)的計(jì)劃和對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度的安排。計(jì)劃是一切工作的開始，良好的計(jì)劃是成功的一半，直接影響生產(chǎn)系統(tǒng)的準(zhǔn)時(shí)交付率、在制品水平、生產(chǎn)效率的等關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)。生產(chǎn)計(jì)劃管理流程框架如下圖所示，生產(chǎn)計(jì)劃一般包含中長(zhǎng)期需求預(yù)測(cè)計(jì)劃（如生產(chǎn)大綱），中長(zhǎng)期產(chǎn)品計(jì)劃（如主生產(chǎn)計(jì)劃），中長(zhǎng)期物料需求計(jì)劃，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃（如零部件生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，裝配試驗(yàn)作業(yè)計(jì)劃，工序作業(yè)計(jì)劃，生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃）以及產(chǎn)能發(fā)展計(jì)劃、外協(xié)計(jì)劃等。

2.生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化

       是通過數(shù)學(xué)模型、算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在滿足資源、時(shí)間、成本等約束條件下，制定最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃的過程。其核心目標(biāo)是提高生產(chǎn)效率、降低成本、縮短交貨周期，并實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。

      1）在離散型制造業(yè)，生產(chǎn)計(jì)劃一般包括主生產(chǎn)計(jì)劃、詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，不同類型的生產(chǎn)計(jì)劃約束條件存在較大差異。

主生產(chǎn)計(jì)劃。基于生產(chǎn)大綱制定，計(jì)劃期一般為季度、月度，考慮實(shí)際生產(chǎn)能力，確定的每一具體型號(hào)產(chǎn)品在每一具體時(shí)間段（如每月或每周）內(nèi)生產(chǎn)數(shù)量的計(jì)劃。主生產(chǎn)計(jì)劃是物料計(jì)劃、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的主要依據(jù)，約束條件一般包括：零件生產(chǎn)周期、庫(kù)存、在制品、BOM、經(jīng)濟(jì)批量等，主生產(chǎn)計(jì)劃一般是通過ERP系統(tǒng)編制基于約束條件的有限能力主生產(chǎn)計(jì)劃。

詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。指導(dǎo)具體生產(chǎn)作業(yè)執(zhí)行的計(jì)劃，是把企業(yè)年度、季度、月度的生產(chǎn)任務(wù)具體分配到計(jì)劃執(zhí)行單位，直至工作地和個(gè)人，并規(guī)定完成日期的指令性計(jì)劃。詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃是執(zhí)行計(jì)劃，約束條件一般包括節(jié)拍/產(chǎn)能/工序作業(yè)時(shí)間、工藝路線、物料、設(shè)備換型時(shí)間、人員、在制品等，詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一般是基于APS軟件開展多約束條件智能排產(chǎn)。

2）在流程型行業(yè)，主生產(chǎn)計(jì)劃和詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一般約束條件一致，僅是計(jì)劃周期不一致，主生產(chǎn)計(jì)劃一般為月度、季度計(jì)劃，詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一般為周、日計(jì)劃，約束條件為原料與產(chǎn)品約束、裝置加工能力約束、能源與環(huán)保約束、供應(yīng)鏈與物流約束等（化工行業(yè)）。

      誤區(qū)1：外部因素導(dǎo)致計(jì)劃完成率低。企業(yè)永遠(yuǎn)消除不了市場(chǎng)訂單和需求計(jì)劃以及設(shè)計(jì)及工藝更改等問題帶來的變化，只能說盡可能減少。生產(chǎn)計(jì)劃管理的核心是統(tǒng)籌協(xié)同、提高客戶響應(yīng)能力，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，單說生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化是沒有意義的，必須梳理構(gòu)建包括生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)保障、生產(chǎn)控制在內(nèi)的端到端流程（訂單到交付OTD），并通過管理機(jī)制以及數(shù)字化、智能化技術(shù)融合構(gòu)建能夠應(yīng)對(duì)市場(chǎng)快速變化的能力，包括：

     1）通過銷售預(yù)測(cè)模型（數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用）應(yīng)用提升銷售預(yù)測(cè)能力，盡可能提升銷售、生產(chǎn)、物流計(jì)劃準(zhǔn)確度，前提條件是生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定，生產(chǎn)部門應(yīng)提供給市場(chǎng)部門產(chǎn)品生產(chǎn)周期，生產(chǎn)能力等數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，供市場(chǎng)部門決策盡可能減少緊急訂單數(shù)量。

    2）通過構(gòu)建適合行業(yè)的精益生產(chǎn)組織方式，提高生產(chǎn)系統(tǒng)柔性，并盡可能縮短OTD(訂單到交付)周期（建設(shè)智能化生產(chǎn)線/車間不是縮短生產(chǎn)周期的唯一途徑），例如：我原來所在企業(yè)通過建設(shè)精益生產(chǎn)組織方式將產(chǎn)品生產(chǎn)周期由26天縮短為5天，那么很多原來的緊急訂單就變成正常訂單，而且現(xiàn)場(chǎng)在制品庫(kù)存也顯著降低，因此，企業(yè)要拼命縮短生產(chǎn)周期。

     3）借助可視化運(yùn)營(yíng)看板建立異常預(yù)警機(jī)制，提高各職能部門協(xié)同能力以及供應(yīng)鏈決策及時(shí)性。怎么能讓各職能部門圍繞現(xiàn)場(chǎng)快速解決問題是提高準(zhǔn)時(shí)交付率的關(guān)鍵因素，也是個(gè)管理問題。

     誤區(qū)2：建設(shè)智能化生產(chǎn)線/車間就能提高準(zhǔn)時(shí)交付率。設(shè)備能力和生產(chǎn)制造能力是兩個(gè)概念，很多企業(yè)建了智能化車間/生產(chǎn)線，但生產(chǎn)制造能力、合格率、交付率沒有達(dá)到目標(biāo)值就是沒有理解設(shè)備能力和生產(chǎn)制造能力。生產(chǎn)制造能力是設(shè)備能力、人員能力、物料管理能力等人機(jī)料法環(huán)等資源要素的綜合反映，本人曾經(jīng)建設(shè)過自動(dòng)化程度很高的裝配線，但因?yàn)榱慵|(zhì)量、物料等原因?qū)е乱淮窝b配合格率只有50%左右，導(dǎo)致自動(dòng)線無法運(yùn)行，通過1年半的質(zhì)量提升活動(dòng)將合格率提升到85%后自動(dòng)線才真正運(yùn)轉(zhuǎn)起來，相信很多企業(yè)都有同感。

只有構(gòu)建穩(wěn)定的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，才能在此基礎(chǔ)上集成各信息化系統(tǒng)構(gòu)建全流程貫通、透明化、快速響應(yīng)的主計(jì)劃體系，統(tǒng)籌開展系統(tǒng)協(xié)調(diào)，并借用數(shù)學(xué)模型、算法和數(shù)據(jù)分析技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃。

三、關(guān)鍵技術(shù)

   生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化典型場(chǎng)景涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析（IoT & 大數(shù)據(jù)）、產(chǎn)能動(dòng)態(tài)規(guī)劃、多目標(biāo)多約束求解、遺傳算法（GA）與模擬退火（SA）及數(shù)字孿生等技術(shù)。

1. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析（IoT & 大數(shù)據(jù)）

      通過傳感器和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏和資源調(diào)度。

2. 產(chǎn)能動(dòng)態(tài)規(guī)劃

      根據(jù)實(shí)時(shí)需求波動(dòng)（如緊急插單）、設(shè)備狀態(tài)（如故障停機(jī)）或供應(yīng)鏈變化（如原材料延遲），動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)資源分配和排程計(jì)劃的技術(shù)。該技術(shù)一般用于需求波動(dòng)頻繁的行業(yè)（如快消品），重要作用是實(shí)現(xiàn)計(jì)劃實(shí)時(shí)響應(yīng)，又保證產(chǎn)能利用率的穩(wěn)定。即：通過滾動(dòng)窗口算法更新排程，減少計(jì)劃僵化（例如每小時(shí)調(diào)整一次排產(chǎn)）；并在淡旺季切換時(shí)，通過共享產(chǎn)能或臨時(shí)外包開展資源彈性調(diào)配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能平滑過渡。

3. 多目標(biāo)多約束求解

       通過數(shù)學(xué)建模將生產(chǎn)問題轉(zhuǎn)化為目標(biāo)函數(shù)和約束條件的優(yōu)化問題，即：在存在多個(gè)沖突目標(biāo)（如成本最低、交貨最快、碳排放最少）和復(fù)雜約束（如設(shè)備產(chǎn)能、庫(kù)存上限、工藝順序）的情況下，尋找最優(yōu)折衷解的數(shù)學(xué)方法。該技術(shù)一般用于多訂單優(yōu)先級(jí)沖突，通過多目標(biāo)優(yōu)化以減少緊急訂單違約罰款。例如：在降低成本和縮短交貨期之間找到帕累托最優(yōu)解，以平衡沖突目標(biāo)。

4. 遺傳算法（GA）與模擬退火（SA）

      該算法適用于多目標(biāo)、高維、非線性的生產(chǎn)排程問題，是啟發(fā)式算法，模擬生物進(jìn)化或物理退火過程，解決復(fù)雜組合優(yōu)化問題。例如：某半導(dǎo)體廠利用遺傳算法平衡多品種訂單的優(yōu)先級(jí)，準(zhǔn)時(shí)交付率從75%提升至95%。

四、典型案例

案例1：離散型制造業(yè)計(jì)劃調(diào)度-生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化

      為解決公司內(nèi)各級(jí)計(jì)劃體系協(xié)同性不高、計(jì)劃耦合性較弱，導(dǎo)致的送貨不及時(shí)、因物料供貨異常導(dǎo)致的停產(chǎn)等問題。基于公司計(jì)劃體系，以ERP 中MRP 運(yùn)算為核心，打造以敏捷制造、精益生產(chǎn)為導(dǎo)向，供應(yīng)鏈統(tǒng)籌調(diào)度的數(shù)字化管理平臺(tái)，通過項(xiàng)目計(jì)劃驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃聯(lián)動(dòng)送貨計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)基于采購(gòu)提前期、安全庫(kù)存和生產(chǎn)需求的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化。

     流程型制造業(yè)：

      在石化行業(yè)中，PIMS（Process Industry Modeling System，計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)）是用于生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的核心工具，通過對(duì)生產(chǎn)全流程的建模與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化、成本最小化等目標(biāo)。數(shù)學(xué)規(guī)劃算法(3級(jí)）:（線性規(guī)劃（LP）、混合整數(shù)規(guī)劃（MILP）、非線性規(guī)劃（NLP）；智能算法：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)（4級(jí)）—（多目標(biāo)優(yōu)化（如同時(shí)優(yōu)化成本、能耗、碳排放）。AI技術(shù)（5級(jí)）—遺傳算法（GA）、粒子群優(yōu)化（PSO）、機(jī)器學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)）。

案例2：生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化-基于PIMS 系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化

      某石化企業(yè)為解決如何在復(fù)雜的產(chǎn)品市場(chǎng)、原料市場(chǎng)情況下，制定效益最好的計(jì)劃，創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益。建成PIMS（計(jì)劃優(yōu)化）系統(tǒng)，搭建涵蓋已建和新建裝置的線性規(guī)劃模型，對(duì)既有生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型提升，提升企業(yè)模型測(cè)算精度，通過線性規(guī)劃（LP)、混合整數(shù)規(guī)劃（MIP）技術(shù)，以效益最大化為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行年季月及專項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化，提高生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的科學(xué)性，并基于提升后的模型開展原油加工優(yōu)化、生產(chǎn)加工方案優(yōu)化、物料流向優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)原油采購(gòu)優(yōu)化、油品調(diào)合優(yōu)化等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的整體效益最大化。