从 Excel 排产到约束排程：门槛在数据、习惯和维护

先说结论

• Excel 排产上手快、改起来灵活、成本低；工序和机台不多、瓶颈集中、一位计划员能把整个车间装在脑子里时，表格排产通常够用。
• 规则一多一交织、急单和缺料频繁打乱计划、排产经验只在一个人身上时，表格开始吃力；约束排程把这些规则逐条写成硬约束和优化目标，交给求解器计算。
• 真正要跨过的是三道门槛：主数据、计划员和车间的习惯、约束模型的持续维护；数据和习惯往往比技术更难。
• 我们建议先选一条产线或一个瓶颈工序段，整理这一段的主数据、把规则写下来、用真实数据并行试跑，再接上报工、定下维护责任。

您工厂的生产计划，可能就是在 Excel 里排出来的：一张表，行是工单，列是日期和机台，计划员凭经验把活填进去，再用颜色标出急单和缺料。这套办法往往一用就是很多年，也确实撑起了车间的日常生产。

所以值得先问清楚几件事：表格排产在什么情况下开始吃力；换成约束排程之后，多出来的是什么；从表格走到约束排程，真正要跨过的是哪几道坎。

本文只讨论这条路本身。排程计算为什么交给约束求解器、大模型在其中做什么，我们在《排程为什么交给确定性求解内核，大模型只在外围工作》里专门讨论过，这里不再展开。

Excel 排产有哪些长处，适用于什么情形？

表格排产有几项实实在在的长处：

• 上手快：计划员、车间主任、老板都会用，不需要培训。
• 改起来灵活：临时加一列备注、换一种颜色标记、插一行急单，几秒钟的事。
• 经验能直接用上：老计划员知道哪台机最近不稳、哪位师傅擅长哪类活，这些判断可以直接体现在填表时的取舍里。
• 成本低：不需要额外的系统、服务器和实施。

在下面这类情形里，表格排产通常够用：工序不多，机台不多，订单品种相对稳定，瓶颈集中在一两道工序上，一位计划员能把整个车间的安排装在脑子里。这时候再上一套排程系统，投入的精力未必换得回相应的收益。

Excel 排产在什么情况下开始吃力？

工厂长大以后，表格排产常在三个地方先感到吃力。

规则写不进表里

表格记录的是排好的结果，排的规则留在计划员的脑子里。规则少的时候问题不大；规则一多、一交织，就很难靠人同时顾全。

以换型为例。学术界把换型时间分成两类：一类与前后顺序无关，另一类取决于前一件活是什么 [1]。举例来说，注塑从浅色换深色和从深色换浅色，清洗时间不一样；同一套模具连续生产，就省掉了换模。换型时间一旦取决于顺序，排活的先后本身就影响产能，表格里很难表达，只能靠计划员凭经验挑一个顺序。

再加上工装跨机台共用（一套模具今天上午在 3 号机，下午要去 5 号机）、物料到货时间不同、工序之间有先后，这些规则要同时成立，一个人在表格上逐格核对，很容易漏掉一处。

计划排完就开始过时

表格上的计划反映的是排的那一刻的情况。急单插进来、来料晚到、设备故障，计划就要改。

学术研究对此有专门的讨论：制造系统是动态的，意外事件会发生，当系统状态使原有计划无法执行时，就需要重新排程来更新它 [2]。难处在于改的范围：在表格上挪动一个工单，它后面的工序、共用同一套工装的其他机台、等着这批子件的装配工序都可能要跟着动。这些连锁影响要靠计划员一格一格往下追，追到哪里算完，很大程度上看经验和当时的精力。

经验只在一个人身上

规则在计划员脑子里，意味着这位计划员请假、调岗或离职时，排产就很难有人接得住。新人接手能拿到的是历史表格，拿不到「为什么这样排」。

这个难题的根源在于排产规则还没有被写下来。只要规则只存在于人的经验里，换什么工具都会遇到同样的交接难题。

约束排程把哪些规则摆到明处？

先说名词。高级计划与排程系统（APS），一篇研究 APS 使用情况的博士论文采用的定义是：用数学算法或逻辑，对有限产能排程、资源计划等问题做优化或仿真的计算机程序 [3]。其中「有限产能」指的是：排程时承认每台机、每个班组的能力有上限，不能无限往里塞活。

约束排程的核心动作，是把原来在计划员脑子里的规则逐条写出来，分成两类：

• 硬约束：必须满足，违反了计划就不能执行。例如一台机同一时刻只能干一件活、料没到齐不能开工。
• 软约束（优化目标）：尽量做好，可以相互权衡。例如尽量不误交期、尽量少换型、尽量早完工。

然后由求解器在满足全部硬约束的排法里，按目标去找尽量好的一种。

以 Google 开源的约束求解工具 OR-Tools 为例，它的排程文档介绍了几种常用的建模方式 [4]。把它们和现场的说法对照起来，大致是这样：

这张表想说明的是：约束排程的每一条规则都要说到能写成数学形式的程度。「这套模具上机前要先预热」「深色料换浅色料要多洗二十分钟」这类话，在表格里是计划员心里有数的事，在约束排程里要变成明确的数字和条件。这一步做完，规则就从一个人的经验，变成了能交接、能复核、能讨论的东西。

门槛一：主数据要准备到什么程度？

求解器会严格按照输入的数据计算。输入不准，它会认真地算出一张「满足约束」但与现场不符的计划。

约束排程通常要用到这些数据：

• 物料清单（BOM）：一件产品由哪些子件和原料组成，用量多少。
• 工艺路线：一件产品要经过哪些工序、按什么顺序、每道工序能上哪些机台。
• 工时定额：每道工序的标准加工时间，以及换型时间。
• 产能日历：每台机、每个班组的班次、周休、节假日和计划停机。
• 工装台账：模具、夹具、钢网有多少套，分别能用在哪些工序和机台上。
• 库存与在途：料在手多少、还有多少在路上、预计哪天到。

这些数据常常分散在几处：一部分在 ERP 里，一部分在表格里，还有一部分在老师傅脑子里。工时定额可能是多年前定的，和现在的实际节拍对不上；工艺路线里可能把几道工序合成了一道。

一项针对三家企业 APS 使用情况的案例研究给出了一个很实用的观察：需要的数据质量取决于怎么用这套系统。如果只把排程结果当作参考，对数据质量的要求没有那么高；如果要给出精确到每道工序开工时刻和先后顺序的详细计划，高质量的数据就是必须的 [3]。这项研究还发现，数据质量受车间报工以及给车间的反馈影响 [3]；收录这项研究的论文在结论中也指出，APS 的实施常常促使企业更加重视数据 [3]。

对工厂来说，这意味着两件事。第一，不必等所有数据都整理齐了才开始，可以先从瓶颈工序和主力产品整理起，先把这一段的数据做准。第二，数据准不准，最终要靠车间报工来校正：报工回不来，工时定额就无从核对，计划会慢慢偏离现场。

门槛二：怎样让计划员和车间愿意按系统排的计划做？

数据准了，系统也排出了计划，还有一道坎：人是否按它来做。

有一项公开的案例研究很能说明问题 [5]。研究的对象是一家能源行业的制造企业，研究者用九个月做了 17 次深度访谈。这家企业多年来一直用 ERP 配合 Excel 做计划，后来引入了 APS 软件。案例记录下来的情况是：员工不太愿意信任 APS 给出的计划，订单优先级常在系统之外被人为调整，系统排出的计划不断被改写；最终，这家企业撤掉了这套 APS 软件 [5]。一位受访者说，难点之一是每个人都要相信这份计划，这样才会真的按计划去做 [5]。

这个案例提醒的是，排程系统的效果要落到车间按计划执行上，而执行的前提是信任。信任通常来自几件事：

• 计划员的经验先被写进规则。计划员如果发现系统完全不知道自己平时在意的那些规则，自然会绕开它。把这些经验一条条问出来、写成约束，是计划员参与进来的最好方式，也是最花时间的一步。
• 车间要有调整的空间。现场总有模型不知道的情况：某台机今天状态不稳，某位师傅请了假。前面提到的研究也发现，车间类型会影响企业多久运行一次排程、给车间留多少自主调整的余地 [3]。允许车间在一定范围内调整、并把调整记录下来，比要求一刀切地执行更容易长久。
• 试跑期间与原来的办法并行对照。用真实数据跑出来的计划，和计划员在表格上排的计划放在一起比：哪里一样，哪里不一样，为什么不一样。差异的原因往往就是还没写进模型的规则。

门槛三：约束模型上线后由谁维护、怎么维护？

约束模型需要随工厂的变化持续维护。新产品上线、换了设备、改了工艺、多开了一个班次、新做了一套模具，模型里对应的规则和数据都要跟着改。

表格排产的维护是隐性的：计划员在填表时自然会把新情况考虑进去。约束排程把规则显式化之后，维护也变成了显式的工作，需要有人负责。如果没人负责，模型会慢慢和现场脱节，排出来的计划越来越不可信，计划员又会回到表格上。

几个值得在上线前就说清楚的问题：

• 谁来维护：工艺变化时由谁负责更新工艺路线、工时和约束规则，是计划员、工艺员，还是信息化人员。
• 改动怎么进系统：常见的变化（新增机台、调整班次、修改换型时间）最好能在配置里改，不必每次都改程序。
• 多久核对一次：工时定额和报工实绩之间的偏差，多久看一次、偏差多大要调整。

怎么判断是否到了该从 Excel 换成约束排程的时候？

下面这些问题，可以对照自己工厂的情况看一看：

• 一张急单插进来，重新排一遍要花多长时间？排完之后，您能否确定没有漏掉某个受影响的工序？
• 客户问交期，给出的日期是算出来的，还是估出来的？
• 计划员请一周假，排产能否照常进行？
• 换型、工装共用、物料齐套这几类规则里，有几类是靠计划员凭记忆在处理？
• 车间实际执行的顺序，与计划表上的顺序差多少？差的原因能说清楚吗？

如果这些问题的答案大多让您比较放心，表格排产在您这里可能仍然是合适的工具，把表格的格式、版本和交接规则理顺，收益可能比换系统更直接。如果有几项让您不太放心，而且问题集中在规则多、扰动多、经验难交接上，就值得认真看一看约束排程。

决定换成约束排程后，从哪一步开始？

如果决定往前走，我们建议按这个顺序：

1. 选一段范围：先选一条产线或一个瓶颈工序段，不求全厂一次到位。
2. 整理这一段的主数据：物料清单、工艺路线、工时定额、产能日历、工装台账，先把这一段做准。
3. 把规则写下来：和计划员一起，把排产时考虑的规则逐条列出，分清哪些是必须满足的，哪些是尽量做到的。
4. 用真实数据并行试跑：用最近几周的真实订单跑，和表格计划对照，逐条弄清差异的原因。
5. 接上报工：车间按计划执行、按实际报工，让数据有校正的来源。
6. 定下维护责任：上线前就约定谁维护、怎么改、多久核对一次。

在我们看来，这几步里第 2、3、6 步最花功夫，也最值得花功夫。它们做扎实了，换哪套系统都更容易用起来；做得不扎实，再好的求解器也排不出车间愿意照着做的计划。

换之前还有一点值得想清楚。经济学家阿格拉沃尔、甘斯和戈德法布在《权力与预测》里说，组织里的规则是互相咬合的，像黏合剂：只把其中一条换成新的决定方式，其余规则会把它的效果抵消掉 [6]。Excel 排产表背后也粘着一串习惯：采购按固定提前期下单，车间按老顺序派工，销售按经验报交期。只把排产这一格换成约束排程，而这些习惯不动，排得再好也会被抵消。所以上面第 2 步整理主数据、第 5 步接上报工，本身就是在把相关的规则一起改掉。

以下是我们的看法

以下内容是我们的观点，供您参考。

第一，从表格走到约束排程，工具的变化是看得见的一部分，更大的变化在于把排产规则从一个人的经验变成写下来、能交接、能讨论的东西。这件事即使不上系统，也值得先做。

第二，三道门槛里，数据和习惯往往比技术更难。我们更愿意把力气花在和计划员一起梳理规则、和车间一起接通报工上，这些工作决定了计划能否真正用起来。

第三，维护要在一开始就算进成本。约束排程的价值要靠持续维护才能保住，这一点在决定上系统时就应当考虑进去。

我们的排程系统 APSer-Aps 在规则维护上是这样做的：机台兼容、一台机同一时刻只干一件活、同一套工装不能同时用在两处，作为基本约束写进模型；物料齐套、换型时长、工作日历、良品率等规则做成可以逐项开关的配置，在页面上改完保存，下一次排产就按新规则计算。

参考来源