1、5-1,生產(chǎn)計(jì)劃與管理,總體計(jì)劃,總體計(jì)畫在PPC中的功能 總體計(jì)畫的問題 供給與需求的管理 總體計(jì)畫的策略 總體計(jì)畫的規(guī)劃技術(shù) 總體計(jì)畫與主排程的關(guān)係 總體計(jì)畫在多廠生產(chǎn)配銷網(wǎng)路中的角色 總體計(jì)畫和銷售與作業(yè)計(jì)畫(S&OP)的關(guān)係,5-3,總體計(jì)畫在PPC中的功能 1/2,總體計(jì)畫的主要目標(biāo)是在給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)確認(rèn)下列的作業(yè)決策：,每單位時(shí)間完成的單位數(shù)(如每週或每個(gè)月),配合生產(chǎn)所需要的人員數(shù),計(jì)畫的加班生產(chǎn)量,生產(chǎn)速率 (Production Rate),人力 (Workforce),加班 (Overtime),5-4,總體計(jì)畫在PPC中的功能 2/2,在規(guī)劃期間內(nèi)所需要的外包產(chǎn)能,在本

2、期未能滿足的需求延至未來某個(gè)期間補(bǔ)足的數(shù)量,規(guī)劃期間每一時(shí)期末的存貨量,規(guī)劃期間因配合生產(chǎn)而每期所需要的物料數(shù)量,外包 (Subcontracting),待補(bǔ)(預(yù)收)訂單 (Backlog),物料 (Materials),每期庫存量(Inventory on hand),生產(chǎn)所需要的機(jī)器產(chǎn)能數(shù),機(jī)器產(chǎn)能小時(shí) (Machine Capacity Level),5-5,總體計(jì)畫的問題 1/3,總體計(jì)畫的目標(biāo)是在最大化利潤的前提下滿足需求。 總體計(jì)畫問題可以定義如下：在給定規(guī)劃時(shí)間長度內(nèi)的每一期間之未來需求資訊，決定每一期間的生產(chǎn)水準(zhǔn)、存貨水準(zhǔn)以及產(chǎn)能水準(zhǔn)(自製或外包)，以使得在規(guī)劃時(shí)間長度內(nèi)公司的

3、利潤達(dá)到最大。,5-6,總體計(jì)畫的問題 2/3,進(jìn)行總體計(jì)畫時(shí)必須先訂定規(guī)劃時(shí)間長度(planning horizon)，總體計(jì)畫通常介於三個(gè)月至一年，此外，也必須指出在規(guī)劃時(shí)間長度內(nèi)每個(gè)期間的時(shí)間區(qū)間長度(duration)單位，例如週、月或季。,5-7,總體計(jì)畫的問題 3/3,一個(gè)總體計(jì)畫進(jìn)行時(shí)需要下列資訊： 在整個(gè)規(guī)劃時(shí)間長度內(nèi)(包含T個(gè)期間)的每個(gè)期間 t 對應(yīng)的需求預(yù)測 Ft 。 生產(chǎn)成本，例如： 每單位產(chǎn)品所需要的人力或機(jī)器小時(shí)。 存貨持有成本($/unit/period)。 缺貨或預(yù)收(待補(bǔ))訂單的成本($/unit/period)。 物料成本($/unit)。 規(guī)劃的限制，例如

4、：,人力成本，有正常時(shí)間成本($/hour) 和加班時(shí)間成本($/hour)。 外包生產(chǎn)成本($/unit或$/hour)。 改變產(chǎn)能的成本，例如聘用解僱勞 工成本($/每人)和增加或減少機(jī)器產(chǎn) 能的成本($/machine)。,加班減班的限制。 聘用解僱的限制。 可用資源的限制(包括人力小 時(shí)、機(jī)器小時(shí)、物料等)。 缺貨或預(yù)收訂單水準(zhǔn)的限制。,5-8,供給與需求的管理 1/2,總體計(jì)畫是在利潤最大化或成本最小化的目標(biāo)下，考量相關(guān)的限制條件，規(guī)劃供給與需求平衡的問題。,5-9,供給與需求的管理 2/2,利用產(chǎn)能、存貨、外包和預(yù)收訂單等方式,從供給面,利用短期的價(jià)格折扣和促銷改變需求型態(tài),從需求

5、面,有些產(chǎn)品在各期間會(huì)有顯著的需求差異，例如季節(jié)性的因素。這種在各期間需求型態(tài)的改變會(huì)引起供應(yīng)鏈上的一些問題。 例如在需求旺季時(shí)高度缺貨而在需求淡季時(shí)過多存貨。面對這種可預(yù)測性的變異性(predictable variability)需求時(shí)，總體計(jì)畫可以從下列兩方面來處理：,5-10,克服需求變動(dòng)的方法,5-11,總體計(jì)畫的策略,有關(guān)總體計(jì)畫可以採用的策略有下列三種：,追隨策略(Chase Strategy),平準(zhǔn)策略(Level Strategy),混合策略(Mixed strategy),5-12,總體計(jì)畫的規(guī)劃技術(shù),總體計(jì)畫的目標(biāo)是在滿足需求的前提下，將利潤最大化，但是必須面對許多限制，

6、如物料供給、產(chǎn)能限制或人力水準(zhǔn)等。 因此需要有效的數(shù)學(xué)規(guī)劃工具來處理此類問題，例如試算表法、線性規(guī)劃、運(yùn)輸模型、模擬法等。,5-13,試算表法(spreadsheet)範(fàn)例5.1,一金牌啤酒工廠之每個(gè)月正常生產(chǎn)產(chǎn)能為2,200桶，年初存貨尚有1,000桶，其年度需求及各項(xiàng)成品如表5.1試算表所示。在未來的12個(gè)月內(nèi)金牌啤酒公司要如何進(jìn)行其總體生產(chǎn)計(jì)畫以面對市場變動(dòng)的需求呢？ 假設(shè)金牌啤酒公司不允許有欠貨後再補(bǔ)(backorder)的情形。如果每個(gè)月均以其正常產(chǎn)能生產(chǎn)，則我們可以得到表5.1的結(jié)果。期末存貨的量是以下列公式來計(jì)算：,期末存貨期初存貨生產(chǎn)需求,5-14,表 5.1 金牌啤酒公司平準(zhǔn)

7、化總體計(jì)畫之試算式(不允許缺貨),5-15,平準(zhǔn)化生產(chǎn)策略,5-16,表 5.2 金牌啤酒公司平準(zhǔn)化總體計(jì)畫之試算式(允許缺貨),5-17,表 5.3 追隨需求策略,5-18,表 5.4 替代的總體計(jì)畫評估試算表,5-19,線性規(guī)劃技術(shù)範(fàn)例5.2,線性規(guī)劃法 新雷博公司是一家園藝工具製造廠商，市場對於園藝工具的需求是有季節(jié)性的，因?yàn)榇禾鞎r(shí)人們會(huì)在花園裡栽種植物。 因此新雷博公司在作總體計(jì)畫時(shí)必須考量到季節(jié)性的需求型態(tài)，而管理者決定利用一些方式來處理，包含：在需求旺季或淡季時(shí)可增減員工、部分外包、在需求淡季時(shí)生產(chǎn)庫存，並可有先預(yù)收訂單再後補(bǔ)貨的方式。,5-20,範(fàn)例5.2,新雷博公司預(yù)測未來六個(gè)

8、月市場對於園藝工具的需求如表5.5。,表 5.5 未來六個(gè)月園藝工具的需求預(yù)測,5-21,範(fàn)例5.2,新雷博公司以每個(gè)產(chǎn)品40元賣給零售商，假設(shè)在一月初園藝工具的存貨為1,000個(gè)。 且最初公司的員工人數(shù)為80人，公司目前每個(gè)月為20個(gè)工作天，每位員工每天的基本工時(shí)是8小時(shí)，其餘為加班時(shí)間，而基於勞工法規(guī)規(guī)定，每個(gè)月每位員工的加班時(shí)間不得超過10小時(shí)。,5-22,範(fàn)例5.2,總體計(jì)畫主要決定公司的人力規(guī)模、員工的工作時(shí)數(shù)(加班情況)、外包量等，也就是機(jī)器產(chǎn)能並不會(huì)限制生產(chǎn)的作業(yè)。規(guī)劃時(shí)考慮的相關(guān)成本如表5.6。,表 5.6 NRI Company 的相關(guān)成本,5-23,範(fàn)例5.2,目前新雷博公

9、司對於外包數(shù)量、存貨或缺貨數(shù)量並沒有限制，缺貨可以由接下來的月份進(jìn)行生產(chǎn)補(bǔ)貨。每月的存貨在月底計(jì)算。 公司的主管是在新雷博公司於6月底至少有500單位的庫存下，決定最佳的總體計(jì)畫(也就是說在6月底沒有缺貨且至少有500單位的庫存)。 最佳的總體計(jì)畫是指在6個(gè)月的規(guī)劃期間內(nèi)，能滿足所有的需求亦即有高水準(zhǔn)的客戶服務(wù)，求取總成本最小的方案。,5-24,範(fàn)例5.2,決策變數(shù)(Decision Variables) Wt=t月份的人力規(guī)模，t=1,6 Ht=在t月份初時(shí)的僱用員工數(shù)，t=1,6 Lt=在t月份初時(shí)的解聘員工數(shù)，t=1,6 Pt=在t月份之生產(chǎn)單位數(shù)，t=1,6 It=在t月份底的缺貨量，

10、t=1,6 St=在t月份底的缺貨量，t=1,6 Ct=在t月份的外包數(shù)量，t=1,6 Ot=在t月份的加班時(shí)間，t=1,6,5-25,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 1/6,員工的正常時(shí)間工時(shí)薪資是每月$640($4每小時(shí)*8小時(shí)每天*20天每月)。 因?yàn)閃t是在期間t的員工人數(shù)，所以在規(guī)劃期間內(nèi)的正常時(shí)間工時(shí)成本表示如下：,正常時(shí)間工時(shí)成本,5-26,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 2/6,加班成本每小時(shí)是$6，並且Ot代表期間t的加班時(shí)數(shù)，所以在規(guī)劃間內(nèi)的加班成本可以表示如下：,加班成本,5-27,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 3/

11、6,聘用一位員工的成本是$300，而解僱一位員工的成本是$500。 Ht和Lt分別代表在期間 t 的聘用和解僱人數(shù)，因此規(guī)劃期間內(nèi)的聘用和解僱成本如下：,聘用和解僱成本,5-28,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 4/6,每單位存貨每月持有成本是$2，而缺貨成本是每單位每月$5。 It和St分別代表在期間 t 的存貨和缺貨單位數(shù)，因此在規(guī)劃內(nèi)的存貨持有成本和缺貨成本如下：,存貨持有成本和缺貨成本,5-29,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 5/6,每單位的物料成本是$10，而每單位的外包成本是$30。 Pt代表在期間 t 製造的產(chǎn)品數(shù)量，而Ct代表在期間 t 的

12、外包數(shù)量，因此在規(guī)劃期間內(nèi)的物料成本和外包成本可表示如下：,物料成本和外包成本,5-30,目標(biāo)函數(shù)(Objective Function) 6/6,上述所有成本的加總，表示如下：,總體計(jì)畫在規(guī)劃期間內(nèi)的總成本,NRI Company 公司的總體計(jì)畫目標(biāo)是讓上述的總成本最小化。 而在目標(biāo)函數(shù)裡的決策變數(shù)並不是任意值，它受到許多限制，建構(gòu)總體計(jì)畫的下一步是清楚地定義決策變數(shù)相關(guān)的限制條件。,5-31,限制條件(Constraints) 1/5,在期間 t 的人力規(guī)模Wt與期間 t-1 的人力規(guī)模Wt-1、期間 t 的聘用人數(shù)Ht和期間 t 的解僱人數(shù)Lt之間關(guān)係可以表示如下：,人力規(guī)模、聘用和解僱

13、員工的限制,Wt=Wt-1+HtLtfor t=1,6(5.2),5-32,限制條件(Constraints) 2/5,在每一期間，製造數(shù)量不可以超過可用產(chǎn)能，這類的限制條件限制了公司內(nèi)部可用產(chǎn)能生產(chǎn)的總生產(chǎn)量(可用產(chǎn)能基於可用的人員工作時(shí)數(shù)，包含正常工作時(shí)間和加班時(shí)間來決定)。 這項(xiàng)限制條件不包含外包生產(chǎn)，只限制了工廠內(nèi)部的生產(chǎn)。每位員工每個(gè)月正常工作時(shí)間的產(chǎn)出為40單位(因?yàn)槊繂挝划a(chǎn)品需要時(shí)間為4小時(shí)，160小時(shí)每月4小時(shí))，以及每4小時(shí)加班時(shí)間產(chǎn)生一單位產(chǎn)品的情況下，產(chǎn)能限制的表示如下： (5.3),產(chǎn)能限制,5-33,限制條件(Constraints) 3/5,這項(xiàng)限制是跟每期間期末的

14、庫存量平衡有關(guān)。期間t的淨(jìng)需求是預(yù)測需求Dt和前期的缺貨量St-1加總而得。 這個(gè)需求總量經(jīng)由目前生產(chǎn) (廠內(nèi)生產(chǎn)量Pt和外包數(shù)量Ct)、前期存貨量It-1或是本期缺貨量St來滿足。上述的關(guān)係式可以表示如下(這裡範(fàn)例的存貨起始值I0=1,000；而規(guī)劃期間結(jié)束時(shí)的存貨量必須至少為500單位，即I6500；另外，一開始並沒有缺貨量即S0=0)：,存貨平衡式,It-1+Pt+Ct=Dt+St-1+It-Stfor t=1,6 (5.4),5-34,限制條件(Constraints) 4/5,這項(xiàng)限制是指必須滿足每個(gè)月員工的加班時(shí)間不得超過10小時(shí)?？墒褂玫募影嗫傂r(shí)數(shù)之限制表示如下： (5.5),

15、加班限制,5-35,限制條件(Constraints) 5/5,每一個(gè)變數(shù)都必須大於或等於零，且在第六期間末必須沒有缺貨存在 (滿足未來六個(gè)月的預(yù)測需求)，亦即S6=0。,其它限制,5-36,表 5.7 NRI Company 公司的總體計(jì)畫,5-37,運(yùn)輸模型法 1/2,Bowman利用作業(yè)研究的運(yùn)輸問題(transportation problem)模式來處理一簡化的總體計(jì)畫問題。 Pijk=資源i在週期j被用來生產(chǎn)以滿足週期k的需求量。 Cijk=資源i在週期j被用來產(chǎn)並存放至週期k的邊際生產(chǎn)成本。 Bij=資源i在週期j的可用產(chǎn)能。 Dk=週期k的產(chǎn)品預(yù)測需求。 m=製造資源個(gè)數(shù)。 c

16、R=正常班生產(chǎn)每單位的成本。 co=加班時(shí)段生產(chǎn)每單位的成本。 cI=存貨持有一個(gè)週期的每單位成本。 T=計(jì)畫期間的週期數(shù)。 Z=所有週期製造及存貨持有的總成本。,5-38,運(yùn)輸模型法 2/2,這個(gè)問題僅考慮生產(chǎn)成本因素，可以下列模型來表示： subject to,(5.6),(5.7),(5.8),(5.9),5-39,範(fàn)例5.3 運(yùn)輸模型法,有一家化學(xué)工廠生產(chǎn)兩種不同的化學(xué)產(chǎn)品，這兩種產(chǎn)品使用同一個(gè)設(shè)備來製造，故在同一時(shí)間只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品。 當(dāng)產(chǎn)能不能滿足需求時(shí)，這座工廠會(huì)加班的方式來增加產(chǎn)能。未來四個(gè)月的需求預(yù)測如表5.8所示：,表 5.8 未來四個(gè)月需求預(yù)測表,5-40,期初的存貨水準(zhǔn)

17、分別是：產(chǎn)品A有36單位，產(chǎn)品B有220單位。而生產(chǎn)每一單位的產(chǎn)品A需要1個(gè)機(jī)器小時(shí)，產(chǎn)品B需要0.4個(gè)機(jī)器小時(shí)。其他相關(guān)的成本資料如下： 正常時(shí)間每小時(shí)作業(yè)成本，CR=$10/機(jī)器小時(shí) 加班時(shí)最每小時(shí)作業(yè)成本，C0=$15/機(jī)器小時(shí) 存貨持有成本，CI=$4/機(jī)器小時(shí)/月 假設(shè)該化學(xué)工廠正常時(shí)間為每月160機(jī)器小時(shí)的產(chǎn)能和加班時(shí)間每月40機(jī)器小時(shí)的產(chǎn)能。試求使總製造成本和存貨持有成本為最小化的總體生產(chǎn)計(jì)畫。,5-41,在這個(gè)問題中，由於期初有存貨，所以我們可以使用這些存貨來供應(yīng)前幾期的需求。故我們要先計(jì)算淨(jìng)需求(net demand)，就是預(yù)測需求減去期初存貨。這個(gè)計(jì)算結(jié)果列在下表5.9。,

18、5-42,表中的毛需求(gross demand)就是預(yù)測需求，而淨(jìng)需求就是每種產(chǎn)品的毛需求減去其期初存貨。由於有兩種產(chǎn)品，所以必需將它們整合在一起。在整合過程中所用的單位是生產(chǎn)每單位產(chǎn)品所需要的機(jī)器小時(shí)數(shù)。整合需求列在下表的最後一欄。,5-43,表 5.9 毛需求、淨(jìng)需求及整合需求,5-44,P111,P112,5-45,這個(gè)問題的運(yùn)輸模型以線性計(jì)畫表如下： MinZ =CRP111+(cR+cI)P112+(cR+2cI)P113+(cR+3cI)P114 +cOP211+(cO+cI)P212+(cO+2cI)P213+(cO+3cI)P214+ Subject to P111+P112

19、+P113+P114160 P211+P212+P213+P214 40 P322+P323+P324 160 P111+P21164 P112+P212+P322+P422158 ,5-46,在生產(chǎn)計(jì)畫期末預(yù)留80個(gè)機(jī)器小時(shí)產(chǎn)能，是由管理者依需求所決定的。將前述的運(yùn)輸模型以線性規(guī)劃的方法來解可以得到下表5.11的結(jié)果：,5-47,表 5.11 供給與需求平衡計(jì)畫,5-48,由前面方法所決定的總體生產(chǎn)計(jì)畫可以幫助生管工程師來安排每一個(gè)週期所需要的勞動(dòng)力水準(zhǔn)(work-force level)，以決定是否要加班來滿足需求。 對於這四個(gè)月的計(jì)畫期間之總體生產(chǎn)計(jì)畫整理如表5.12所示。而此問題將可進(jìn)

20、一步運(yùn)用下面簡便的列表法求解。,5-49,表 5.12 總體生產(chǎn)計(jì)畫,5-50,列表法,總體生產(chǎn)計(jì)畫在以運(yùn)輸模型建構(gòu)之後，除了應(yīng)用線性規(guī)劃的方法來求解，還有另一種方法也可以應(yīng)用來解這類型的運(yùn)輸模型，那就是列表法。,5-51,範(fàn)例5.4 - 列表法,一清華油漆公司的製造經(jīng)理想要根據(jù)表5.13所列的產(chǎn)能限制，在期初擁有存貨250千加侖，且預(yù)計(jì)在第四季期末時(shí)擁有300千加侖的庫存下，針對如表5.14所示未來四季預(yù)估的需求，來決定最適的總體計(jì)畫。,5-52,表 5.13 產(chǎn)能限制(以千加侖為單位),表 5.13 產(chǎn)能限制(以千加侖為單位),表 5.14 每季需求(以千加侖為單位),5-53,(根據(jù)表5

21、.13)工廠每季加班的最大產(chǎn)能的上限為當(dāng)季正常班產(chǎn)能的20%。 又每季允許以外包來生產(chǎn)大於需求的產(chǎn)品，以避免在未來發(fā)生缺貨的情形，但外包商每一季所能提供的最大產(chǎn)能為每季200千加侖。其他各項(xiàng)相關(guān)成本如下所示：,5-54,5-55,總體計(jì)畫與主排程的關(guān)係,總體計(jì)畫(Aggregate Production Planning)是規(guī)劃中期的生產(chǎn)規(guī)劃，從整體性、產(chǎn)品族的觀點(diǎn)出發(fā)，而到了短期的主生產(chǎn)排程，則通常以個(gè)別最終產(chǎn)品來規(guī)劃。 所以必須將總體計(jì)畫中的產(chǎn)品族依時(shí)間和數(shù)量予以分解(disaggregate)。,5-56,總體計(jì)畫的分解(disaggregate),假設(shè)一家公司生產(chǎn)三種產(chǎn)品，下表是未來六

22、個(gè)月的總體生產(chǎn)計(jì)畫。,表 5.16 未來六個(gè)月的總體生產(chǎn)計(jì)畫,表 5.17 一月份以週為單位的總體計(jì)畫(產(chǎn)品族),5-57,表 5.18 一月份A,B,C 三種產(chǎn)品的需求預(yù)測和主生產(chǎn)排程,5-58,表 5.19 一月份A,B,C 三種產(chǎn)品每週的存貨水準(zhǔn),5-59,總體計(jì)畫在多廠生產(chǎn)配銷網(wǎng)路中的角色 1/3,過去，總體計(jì)畫只著重在企業(yè)內(nèi)部的規(guī)劃。 然而總體計(jì)畫是供應(yīng)鏈管理整體規(guī)劃優(yōu)劣的一個(gè)重要源頭，它需要供應(yīng)鏈上的許多相關(guān)資訊，且規(guī)劃結(jié)果對於整體供應(yīng)鏈有顯著的影響。,5-60,總體計(jì)畫在多廠生產(chǎn)配銷網(wǎng)路中的角色 2/3,例如由供應(yīng)鏈下游不同成員所共同協(xié)同預(yù)測出來的未來需求資訊，就是總體計(jì)畫很重要的輸入資訊；此外，在進(jìn)行總體計(jì)畫時(shí)也需要考量企業(yè)外部其他供應(yīng)鏈成員的許多限制，若是缺少了這些供應(yīng)鏈上的資訊，則總體計(jì)畫所規(guī)劃出來的決策可能無法有效運(yùn)作。 總體計(jì)畫的範(fàn)圍不僅僅是公司內(nèi)部的規(guī)劃，也考量到整體供應(yīng)鏈上下游間的供給與需求平衡問題。,5-61,總體計(jì)畫在多廠生產(chǎn)配銷網(wǎng)路中的角色 3/3,若擴(kuò)展範(fàn)圍來看，理想上供應(yīng)鏈的每一階段都應(yīng)