Triển khai MES : Hệ thống điều độ sản xuất APS (Advanced Planning and Scheduling)

Các hệ thống lập kế hoạch và điều độ nâng cao (APS), còn được gọi là các hệ thống hoạch định chuỗi cung ứng (SCP), là các ứng dụng phần mềm hỗ trợ quyết định được các công ty sử dụng để cải thiện hiệu suất chuỗi cung ứng và sản xuất. Hệ thống APS thường được triển khai dưới dạng phần mềm bổ sung cho hệ thống phần mềm giao dịch của công ty bằng cách cung cấp chức năng phân tích và tối ưu hóa nâng cao tập trung vào việc cải thiện quy hoạch chuỗi cung ứng và sản xuất.

Trong khuôn khổ bài viết này chúng tôi chỉ chia sẻ chức năng chính của hệ thống APS cho sản xuất. Các module nâng cao của APS dành cho chuỗi cung ứng bao gồm : Demand Planning, Network Distribution Optimization, Supply Planning,… sẽ được trình bày ở 1 bài viết khác.

Hệ thống APS trong sản xuất là gì

APS (Advanced Planning and Scheduling: Lập kế hoạch và điều độ nâng cao) là một hệ thống quản trị sản xuất tiên tiến có khả năng phân bổ nguyên vật liệu và năng lực sản xuất một cách tối ưu nhằm cân bằng nhu cầu và năng lực thực tế. Đây là một thay đổi mang tính đột phá so với các phần mềm lập kế hoạch truyền thống khác, đặc biệt là MRP (manufacturing resource planning – lập kế hoạch nguồn lực sản xuất), giải pháp tiền thân của ERP.

Hệ thống APS có thể là hệ thống độc lập hoặc một phần của bộ hệ thống (“giải pháp doanh nghiệp”), đặc biệt là trong các tổ chức lớn hơn. Giao diện dữ liệu được yêu cầu để tự động nhận dữ liệu đầu vào và gửi kết quả đến các hệ thống khác.

Các hệ thống APS cung cấp thông tin tốt hơn (và các khuyến nghị) mà các nhà lập kế hoạch và người quản lý có thể đưa ra quyết định của họ. Chúng là những công cụ và kỹ thuật giúp quản lý sự phức tạp. Môi trường chuyển động nhanh với số lượng lớn các mục, đơn đặt hàng, máy móc và con người rất khó lập kế hoạch hiệu quả, cũng như các môi trường có các ràng buộc phức tạp.

Đối với các nhà lập kế hoạch, hệ thống APS nhanh chóng phân tích các tác động của các quyết định thay thế, làm nổi bật các hậu quả và vấn đề, đồng thời tạo ra các kế hoạch và lịch trình tối ưu hoặc gần tối ưu.

Do đó, APS thích hợp cho môi trường sản xuất phức tạp, bao gồm:

• MTO (made-to-order, sản xuất theo yêu cầu), ETO (engineer-to-order, thiết kế theo yêu cầu)
• Sản xuất các sản phẩm kỹ thuật cao, nhiều thành phần
• Sản xuất nhiều dòng sản phẩm tại một nhà máy
• Lịch trình và yêu cầu thường xuyên thay đổi

Sự khác biệt giữa Planning và Scheduling

Điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa phần mềm lập kế hoạch và điều độ. Lập kế hoạch là chia nhỏ một đơn hàng hoạt động thành các hoạt động riêng lẻ và xác định một chuỗi các sự kiện hợp lý sẽ cung cấp một sản phẩm hoàn chỉnh. Một phần của điều này là hiểu và quản lý sự phụ thuộc giữa các sự kiện và tài nguyên đó. Vì vậy, lập kế hoạch có hiệu quả xác định những gì  (WHAT) sẽ được thực hiện và làm khi nào (WHEN) .

Điều độ sản xuất nghĩa là làm thế nào để đạt được (HOW). Điều độ tính theo thời gian và ngày hoàn thành để áp dụng thứ tự thời gian cho kế hoạch, vì vậy nó có thể được hình dung trong một số hình thức thời gian. Nó cũng có nghĩa là các hoạt động được gán cho một tài nguyên, đảm bảo rằng nó sẽ thực sự có sẵn vào ngày và thời gian được yêu cầu. Lập kế hoạch có hiệu quả cung cấp tính cụ thể và mục tiêu cho kế hoạch.

Theo hình trên chúng ta có thể thấy được rằng khung thời gian của Planning và Scheduling không giống nhau, Planning có thể lập kế hoạch theo tuần, tháng, năm, còn điều độ sản xuất thì có thể tính theo ngày hoặc ca hoặc thậm chí là giờ, phút, giây.

Một số chức năng chính của hệ thống APS ( Advanced Planning and Scheduling )

Hệ thống APS sẽ đồng bộ hóa việc sử dụng các trung tâm làm việc, kiểm kê, tài nguyên và cung cấp với các đơn đặt hàng của khách hàng, cho phép :

• Tạo ngày giao hàng chính xác cho khách hàng của bạn tại thời điểm đặt hàng hoặc báo giá.
• Lên kế hoạch vật liệu và công suất đồng thời.
• Gửi tất cả các đơn hàng đã lên kế hoạch đến nguồn cầu.
• Lập kế hoạch một cách kịp thời, loại bỏ sự chậm trễ.
• Lập kế hoạch thứ tự theo thứ tự, loại bỏ các lô không cần thiết.

Sự khác biệt giữa APS và phân hệ Production Planning của ERP

Sự khác biệt trong kế hoạch APS so với kế hoạch ERP truyền thống được thể hiện ở sức mạnh của thuật toán nằm ở những cách tiếp cận mới và khác nhau để lập kế hoạch phù hợp hơn để đáp ứng những thách thức sản xuất hiện nay.

Điều độ đến từng phút : Các hệ thống ERP của quá khứ hoạt động trong các vùng hàng ngày hoặc hàng tuần và thời gian chờ trên các vật liệu được thể hiện trong vài ngày. Miễn là đơn đặt hàng được giao vào ngày dự kiến, nó được coi là giao hàng đúng giờ.

Ngày nay, các hệ thống APS có nhiều chi tiết hơn. Tất cả mọi thứ từ đơn đặt hàng đến lịch trình sản xuất đến đơn đặt hàng được lên kế hoạch đến phút để khuyến khích và hỗ trợ các khái niệm về sản xuất tinh gọn (Lean Manufacturing)

Lập kế hoạch lùi và tiến: ERP truyền thống luôn tiếp cận các kế hoạch từ đơn đặt hàng ngày của khách hàng và hoạt động tính từ ngày đó. Sự thay đổi của thời gian giao dịch gần như chắc chắn dẫn đến một tỷ lệ cao các đơn đặt hàng do quá khứ và các yêu cầu hệ thống không thực tế để cung cấp hàng hóa ngay trong tuần trước, để đáp ứng lịch trình theo kế hoạch.

Các hệ thống APS kết hợp lập lịch trình ngược với lập lịch chuyển tiếp, nhận ra rằng nếu bạn cần bắt đầu ngay hôm nay – khi nào sớm nhất thì sản phẩm sẽ có sẵn để xuất xưởng, nhận ra các hạn chế về năng lực. Những kỹ thuật bổ sung này mang lại lợi ích to lớn cho việc hứa hẹn chính xác.

Góc nhìn toàn cảnh của các đơn đặt hàng: Các hệ thống APS biết đường dẫn quan trọng của từng đơn hàng trong hệ thống. Nếu có một mối quan hệ cố định giữa đơn đặt hàng của khách hàng và quy trình sản xuất hiện tại như trong môi trường “Make to Order”, tiến trình đặt hàng đó có thể được theo dõi liên tục và khách hàng có thể được thông báo khi có vấn đề xảy ra.

Quản lý những ràng buộc thực tế trong sản xuất

Trong khi ERP truyền thống tập trung chính vào việc quản lý tài nguyên, APS tập trung vào quản lý những ràng buộc (constraint). APS có thể mô phỏng một cách chân thật sản lượng của doanh nghiệp bao gồm cả những ‘nút thắt cổ chai’ trong quy trình cung ứng và sản xuất. Kết quả đạt được là một kế hoạch sản xuất khả thi hơn.

Những ràng buộc thường gặp trong thực tế mà một hệ thống APS hiệu quả có thể giải quyết:

• Kỹ năng và thiết bị chuyên dụng: trong quá trình lập kế hoạch, APS sẽ nhận diện được những hạn chế như việc thiếu nhân công sở hữu kỹ năng chuyên sâu cần thiết cho một khâu nhất định hoặc thiếu hụt thiết bị chuyên dụng.
• Tồn kho nguyên liệu thô: APS tính đến số lượng nguyên liệu thực tế sẵn có trong ngày, chứ không phải những gì sẽ được giao trong tương lai.
• Năng lực tổng thể của nhân lực và máy móc: APS tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất thay vì từng công đoạn riêng biệt.
• Trình tự sản xuất: một hệ thống APS hiệu quả sẽ nhận định được trình tự tối ưu nhằm cắt giảm thời gian chuyển đổi (changeover).

Lập kế hoạch sản xuất song song

Với những phương thức lập kế hoạch sản xuất trước đây, từng công đoạn được thực hiện riêng lẻ sau đó mới được tổng hợp. Ví dụ, các bước lập kế hoạch yêu cầu nguyên liệu, ràng buộc và năng suất được tách riêng. Trong nhiều trường hợp, lập kế hoạch ràng buộc bị loại bỏ hoàn toàn. Trái lại, APS có khả năng kết hợp mọi khía cạnh của quy trình thành một giải pháp duy nhất.

Tích hợp thông tin sản xuất theo thời gian thực

Sử dụng APS kết hợp cùng các hệ thống thu thập dữ liệu thời gian thực IIoT hoặc SCADA có thể giúp doanh nghiệp có những cái nhìn tổng quát nhất về thực trạng sản xuất và có thể ra quyết định, điều độ sản xuất kịp thời.

Sơ đồ dưới đây minh họa cho hệ thống khép kín trên.

Tối ưu hóa các lệnh sản xuất Make to Order và Make To Stock

Make-to-order – sản xuất theo đơn đặt hàng là các sản phẩm được sản xuất khi doanh nghiệp nhận đơn đặt hàng của khách hàng. Nếu doanh nghiệp của bạn được thực hiện để đặt hàng, điều đó có nghĩa là khách hàng sẽ phải chờ sản phẩm, tuy nhiên điều này cho phép cá nhân hóa nhiều hơn vì khách hàng có cơ hội tùy chỉnh đơn hàng của họ.  

Make-to-stock là những sản phẩm được sản xuất để tồn kho, dựa trên dự báo bán hàng và kỳ vọng về nhu cầu của khách hàng. Ý tưởng của chiến lược sản xuất truyền thống này   là để phù hợp với sản xuất và hàng tồn kho của doanh nghiệp của bạn với dự báo nhu cầu của khách hàng. 

Lợi thế của hệ thống APS

Có khả năng hứa hẹn : Nhiều hệ thống ERP có khả năng sẵn sàng để hứa hẹn giao hàng, nơi tồn kho không được giám sát có thể được hứa hẹn và phân bổ cho các đơn đặt hàng của khách hàng. Tuy nhiên, nơi không có tồn kho hoặc sản xuất theo kế hoạch, làm thế nào để bạn đưa ra một ngày hứa hẹn thực tế cho khách hàng? Các hệ thống APS có thể kiểm tra toàn bộ kế hoạch cung cấp bao gồm bất kỳ lỗ hổng nào về năng lực và đánh giá thực tế ngày hoàn thành đơn đặt hàng của khách hàng mới được thêm vào hệ thống. Đây là một lợi thế dịch vụ khách hàng rất lớn đối với các công ty cạnh tranh về tính sẵn có của sản phẩm và độ tin cậy của việc giao hàng.

Lập kế hoạch nhiều site đồng thời:  Nhiều tổ chức bao gồm nhiều nhà máy trong tổng chuỗi cung ứng của họ. Thông thường, những thứ này cần được lên kế hoạch cùng nhau, đặc biệt khi sản phẩm được sản xuất một phần trong một nhà máy sau đó được chuyển đến nhà máy khác để hoàn thiện hoặc đóng gói. Các giải pháp APS nhận ra sự phụ thuộc lẫn nhau của việc di chuyển sản phẩm giữa các địa điểm sản xuất bao gồm thời gian chuyển giao và điều chỉnh điều này trong logic lập kế hoạch của họ.

Tối ưu hóa chi phí: Vì một trong những mục tiêu của một giám đốc điều hành là cung cấp dịch vụ khách hàng xuất sắc với chi phí sản xuất tối thiểu, nên việc giới hạn khả năng của nhiều hệ thống ERP là đủ chi phí cho kế hoạch sản xuất hoặc trả lời câu hỏi Có cách nào hiệu quả hơn về chi phí để đạt được kế hoạch không? Luôn luôn có nhiều cách để có thể đạt được một đơn đặt hàng khách hàng nhất định và người ta thường chọn kỹ năng của Planner để chọn cách tốt nhất cho nhà máy. APS hiện đại có thể kết hợp chi phí của tất cả các tuyến đường thay thế để hoàn thành sản xuất. Nhà máy nào? Máy gì? Có nên sử dụng quá giờ? Và cung cấp cho người lập kế hoạch với kế hoạch chi phí thấp nhất. Đôi khi, điều này liên quan đến hàng triệu hoán vị – nhưng điều này gây ra một chút rắc rối cho sức mạnh tính toán có sẵn trong các máy tính để bàn ngày nay.

Lập kế hoạch theo kịch bản: Lập kế hoạch và lập kế hoạch sản xuất không còn là một bài tập tĩnh được thực hiện vào đầu tuần và đóng băng cho đến khi kế hoạch tiếp theo chạy. Đơn đặt hàng mới của khách hàng được thực hiện hàng ngày, dự báo được đánh giá lại như xu hướng mới được phát hiện. Sản phẩm mới hoặc biến thể sản phẩm được tung ra mỗi tuần. Hôm nay, các nhà lập kế hoạch cần cung cấp một dịch vụ đáp ứng cho mọi người trong và ngoài tổ chức và trả lời các câu hỏi bắt đầu từ What-if ( Nếu – thì ).
Tốc độ và tính linh hoạt to lớn của APS hiện đại có thể trả lời những câu hỏi này thường xuyên trong vài phút và cung cấp khả năng đáp ứng để thay đổi nhu cầu kinh doanh ngày nay.

Lợi ích chính của hệ thống APS

Mộ số lợi ích chính của hệ thống APS cho sản xuất :

• Hệ thống APS cho phép phản ứng thời gian thực với những thay đổi của thị trường.
  Cải thiện thông lượng và thời gian giao hàng.
• Mức tồn kho tối ưu.
• Cải thiện chất lượng dịch vụ khách hàng thông qua việc giao hàng nhanh hơn và chất lượng hơn
• Giảm chi phí sản xuất của doanh nghiệp
• Biết được tình trạng và mức độ ưu tiên của từng công trình đặt hàng trên nhà máy
• Biết từng hoạt động trong quy trình sản xuất.
• Biết máy móc hoặc tài nguyên nào được yêu cầu cho mỗi đơn đặt hàng.
• Biết khi nào máy móc hoặc tài nguyên được yêu cầu và khi nào chúng sẽ có sẵn.
• Biết thời gian và sự chậm trễ giữa các hoạt động để có thời gian thực hiện sản xuất thực tế hơn.

Một số giải pháp APS thông dụng

Trong khuôn khổ kiến thức và kinh nghiệm, tác giả xin giới thiệu một số giải pháp APS thông dụng hiện nay trên thị trường:

1. SAP APO (SCM Advanced Planning and Optimization (APO))
2. Oracle Advanced Planning and Scheduling ( Oracle APS )
3. Siemens Simantic IT APS Preactor ( APS Preactor )
4. Dassault Systemes DELMIA Ortems.
5. Asprova APS
6. OM Partners APS