APS在制造業(yè)中的定位研究

梁亞敏，朱玉杰

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

目前制造企業(yè)訂單呈現(xiàn)多品種、小批量、交貨期緊迫等特征，這都是由于激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)造成的。同時(shí)，企業(yè)由于缺乏科學(xué)的管理，導(dǎo)致物料短缺或者大量擠壓，甚至出現(xiàn)變呆、變廢、停工停產(chǎn)、加班加點(diǎn)、交貨期延誤等現(xiàn)象。

在制造業(yè)中，根據(jù)已有的設(shè)備、工具和人力等情況，對(duì)現(xiàn)有訂單任務(wù)合理制定生產(chǎn)計(jì)劃是非常重要的一項(xiàng)工作。企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃必須以提高企業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為中心，來(lái)確定生產(chǎn)計(jì)劃的各項(xiàng)指標(biāo)，做到產(chǎn)需結(jié)合，挖掘企業(yè)內(nèi)部潛力，充分利用企業(yè)的人力、物力和財(cái)力，降低各種消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而不斷提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)計(jì)劃質(zhì)量的高低，直接影響企業(yè)能否滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量、交貨期等的要求，進(jìn)而影響到客戶(hù)對(duì)于企業(yè)的滿(mǎn)意度，這些都與企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展息息相關(guān)。因此科學(xué)制定生產(chǎn)、采購(gòu)、銷(xiāo)售計(jì)劃已成為企業(yè)面臨的重大課題［1－2］。

1 APS與ERP簡(jiǎn)介

1.1 ERP系統(tǒng)的弱點(diǎn)

在企業(yè)級(jí)資源調(diào)度層面上，ERP扮演著舉足輕重的角色，但是涉及到車(chē)間級(jí)的資源調(diào)度與計(jì)劃的問(wèn)題，ERP則束手無(wú)策。本文重點(diǎn)關(guān)注ERP在企業(yè)內(nèi)部資源調(diào)度模塊方面的問(wèn)題。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，供應(yīng)鏈管理逐漸興起，成為影響企業(yè)發(fā)展的重要因素，面對(duì)逐漸形成的統(tǒng)一國(guó)際化市場(chǎng)環(huán)境，制造資源計(jì)劃 (MRPⅡ)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)統(tǒng)籌系統(tǒng)地管理資源的要求。為彌補(bǔ)MRPⅡ在資源概念上始終局限于企業(yè)內(nèi)部的缺陷，企業(yè)資源系統(tǒng)(ERP)應(yīng)運(yùn)而生。ERP的基本架構(gòu)和基本邏輯與MRPⅡ并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別，從功能上看，它仍是以制造過(guò)程為中心，核心仍是物料需求計(jì)劃M(mǎn)RP，并體現(xiàn)了制造業(yè)的通用模式［3］。很多企業(yè)實(shí)施ERP計(jì)劃的結(jié)果都不盡如人意或者以失敗而告終，究其原因，除了企業(yè)管理的思想和理念跟不上之外，很大一部分難度都集中在了制造模塊上。目前，物料需求計(jì)劃M(mǎn)RP技術(shù)仍然是ERP軟件中生產(chǎn)計(jì)劃模塊采用的主要技術(shù)。

MRP計(jì)算生產(chǎn)計(jì)劃有如下先天缺陷:①M(fèi)RP算法基于固定提前期的假設(shè);②系統(tǒng)要求固定工藝路線(xiàn);③僅根據(jù)交貨期確定生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先級(jí);④所有任務(wù)的進(jìn)行都以無(wú)線(xiàn)能力假定為前提，計(jì)劃的重復(fù)或者修改非常困難，要花費(fèi)相當(dāng)多的精力和時(shí)間［4］。

當(dāng)前，市場(chǎng)上許多ERP供應(yīng)商承諾能使MRP算法基于有限能力對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行排程，但這往往只是出于事后的考慮。

從20世紀(jì)中葉以后，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)日益?zhèn)€性化的需求，而且市場(chǎng)需求的不確定性使預(yù)測(cè)變得很困難。因此在實(shí)際生產(chǎn)中MRP的弊端就變得越來(lái)越明顯了。MRP的的制造模型同實(shí)際生產(chǎn)中需要的制造模型不吻合，實(shí)際生產(chǎn)模型受到工序、產(chǎn)線(xiàn)有限產(chǎn)能、物料計(jì)劃以及生產(chǎn)過(guò)程中各種突發(fā)情況等條件的約束。而MRP的計(jì)劃模型是在無(wú)線(xiàn)產(chǎn)能和無(wú)限能力的假定之上，設(shè)備、人力和資金充足，物料可無(wú)限供應(yīng)，這顯然是不可能的。實(shí)際生產(chǎn)中，能力資源、物料資源都是有限的。MRP只在計(jì)算物料需求時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，但都基于無(wú)線(xiàn)產(chǎn)能以及無(wú)限物料供給假設(shè)。因此，MRP算法的結(jié)果不可行，也就直接造成了產(chǎn)品庫(kù)存積壓或者交貨期延誤等現(xiàn)象。

1.2 APS的優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，高級(jí)計(jì)劃與排程 (APS)得到了企業(yè)界的廣泛關(guān)注，其在提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的潛能不可小覷。它能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，提供精準(zhǔn)交貨期，大幅度縮減庫(kù)存，及時(shí)同步生產(chǎn)計(jì)劃以及自動(dòng)識(shí)別瓶頸，提高制造資源利用率。這些優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越多的受到企業(yè)的關(guān)注和重視。

APS的理論依據(jù)來(lái)源于約束理論 (Theory of Constraint，TOC)，它系統(tǒng)全面地考慮生產(chǎn)過(guò)程中存在的各種約束，并且能提供直接指導(dǎo)工人執(zhí)行的具體方案和計(jì)劃。APS始終以“優(yōu)化”為理念，最大的優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)計(jì)劃與報(bào)警，依托智能算法及模擬技術(shù)完成生產(chǎn)排程。ERP無(wú)法解決的生產(chǎn)中遇到的這些問(wèn)題需要結(jié)合APS和MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))來(lái)高效、優(yōu)化、精細(xì)化地實(shí)現(xiàn)。

如果把傳統(tǒng)的ERP比喻成“計(jì)劃經(jīng)濟(jì)”，那么，APS的運(yùn)作模式就是“市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)”。APS是工業(yè)企業(yè)物料管理的核心，它能基于有限產(chǎn)能和物料供應(yīng)對(duì)訂單變化靈活調(diào)整，反復(fù)權(quán)衡，不斷優(yōu)化排產(chǎn)計(jì)劃。APS實(shí)現(xiàn)了車(chē)間調(diào)度層次的實(shí)時(shí)計(jì)劃與優(yōu)化，使企業(yè)迅速并成功應(yīng)對(duì)訂單的變化成為可能。

APS主要功能:準(zhǔn)確制定物料、零部件需求計(jì)劃;基于產(chǎn)能約束進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)排程，生成設(shè)備及人員日作業(yè)計(jì)劃;實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控工作中心的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，隨時(shí)做出正確的調(diào)整。APS集成了平衡細(xì)能力需求和物料需求以及制定車(chē)間作業(yè)和任務(wù)的功能，使生產(chǎn)計(jì)劃—物料需求計(jì)劃—能力平衡—車(chē)間執(zhí)行—生產(chǎn)調(diào)度一氣呵成。

APS系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):精準(zhǔn)的需求、精準(zhǔn)的負(fù)荷、準(zhǔn)確的提前期、精確的安全庫(kù)存、準(zhǔn)確的產(chǎn)能、準(zhǔn)確的工時(shí)計(jì)算、及時(shí)精確的完工匯報(bào)以及精確的計(jì)劃訂單下達(dá)。

2 APS在制造業(yè)中的定位

制造業(yè)是對(duì)經(jīng)過(guò)加工的資源進(jìn)行再加工，以改變物料的物理形式的行業(yè)，如機(jī)械零件的加工和裝配業(yè)。制造業(yè)中各類(lèi)企業(yè)數(shù)量多、產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)劃和管理也是最復(fù)雜的，所以其一直是生產(chǎn)與庫(kù)存管理討論的重點(diǎn)。

對(duì)于一般工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)生產(chǎn)計(jì)劃可以劃分為3個(gè)層次:戰(zhàn)略層計(jì)劃、管理層計(jì)劃、作業(yè)層計(jì)劃。戰(zhàn)略層計(jì)劃負(fù)責(zé)制訂企業(yè)總目標(biāo)及獲取所需的資源，不確定性很高，非常概略，目前能夠支持該層次計(jì)劃的信息系統(tǒng)主要是部分決策系統(tǒng)和商務(wù)智能(BI)工具。管理層計(jì)劃面臨的主要任務(wù)是如何有效利用現(xiàn)有資源滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，細(xì)化戰(zhàn)略層計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)資源或物資需求，解決何時(shí)何地需求何種資源問(wèn)題，這一問(wèn)題MRP已經(jīng)解決了。作業(yè)層計(jì)劃主要負(fù)責(zé)最適當(dāng)?shù)呐渲蒙a(chǎn)能力和生產(chǎn)資源，其決策變量主要有生產(chǎn)順序、何處生產(chǎn)、何時(shí)生產(chǎn)以及物料庫(kù)存控制方式，作業(yè)層計(jì)劃主要指導(dǎo)車(chē)間執(zhí)行級(jí)作業(yè)，MRP的方法已經(jīng)不適宜制訂該層次計(jì)劃，必須要用APS來(lái)解決這一問(wèn)題［5］。

APS介于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和ERP之間，接受ERP系統(tǒng)的銷(xiāo)售和生產(chǎn)訂單，進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃制定。它以提高生產(chǎn)效率、縮短交貨期、降低庫(kù)存為目標(biāo)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行計(jì)劃、排程及優(yōu)化。同時(shí)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高處理時(shí)間的效率。APS主要的業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示。

APS系統(tǒng)對(duì)ERP系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上起到了重要的補(bǔ)充作用，同時(shí)它與很多企業(yè)信息系統(tǒng)有著業(yè)務(wù)邏輯規(guī)范、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交換以及主數(shù)據(jù)定義的復(fù)雜關(guān)系。APS業(yè)務(wù)范圍上溯能涉及到整個(gè)供應(yīng)鏈。它關(guān)注生產(chǎn)計(jì)劃如何實(shí)現(xiàn)，有哪些約束和瓶頸。

圖1 高級(jí)計(jì)劃與排程系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程Fig.1 Business process of APS

但通用的APS產(chǎn)品不可能面面俱到地解決制造業(yè)的所有問(wèn)題，而且考慮進(jìn)的問(wèn)題越多，系統(tǒng)參數(shù)就越多，系統(tǒng)友好性就越差，系統(tǒng)的使用難度就越大，大量時(shí)間被浪費(fèi)在計(jì)算環(huán)節(jié)上，最終很難達(dá)到令人滿(mǎn)意的實(shí)施效果。在制造行業(yè)中，不是單單解決了生產(chǎn)排程的問(wèn)題其它問(wèn)題就都迎刃而解，還要解決物料需求、工藝物料清單 (BOM)、產(chǎn)能預(yù)測(cè)、運(yùn)輸計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)管理等一系列問(wèn)題。客戶(hù)一定是希望將這些問(wèn)題都集中到一起來(lái)解決，畢竟多個(gè)系統(tǒng)的集成存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。因此，在未來(lái)APS一定是一個(gè)集多系統(tǒng)的綜合解決方案，也只有這樣才能更好的解決客戶(hù)的實(shí)際問(wèn)題［6］。

APS系統(tǒng)的輸入內(nèi)容有3個(gè)方面:主生產(chǎn)計(jì)劃，主能力計(jì)劃及實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況的輸入和反饋。當(dāng)APS與ERP集成之后，ERP將為APS系統(tǒng)提供設(shè)備主能力計(jì)劃、產(chǎn)品主生產(chǎn)計(jì)劃等基本信息［7］。APS經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的運(yùn)算輸出優(yōu)化的調(diào)度方案，具體表現(xiàn)為個(gè)訂單加工順序，各生產(chǎn)資源運(yùn)行狀態(tài)以及何時(shí)何地加工何工件。APS的結(jié)構(gòu)模塊示意圖如圖2所示。

圖2 APS結(jié)構(gòu)模塊示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure module in APS

APS是一種基于系統(tǒng)約束的供應(yīng)鏈計(jì)劃系統(tǒng)，主要應(yīng)用啟發(fā)算法、線(xiàn)性規(guī)劃和目標(biāo)規(guī)劃模型。通常情況下，APS都與ERP系統(tǒng)或者供應(yīng)鏈管理的其他相關(guān)信息系統(tǒng)集成，而不是作為獨(dú)立軟件［8］。

一個(gè)企業(yè)要實(shí)施APS，至少應(yīng)該累積有2～3a的成功實(shí)施物料需求計(jì)劃 (MRP)或者制造資源計(jì)劃 (MRPⅡ)的經(jīng)驗(yàn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完備性和準(zhǔn)確性對(duì)APS能否成功實(shí)施具有非常重要的決定性作用［9］。APS雖然在改善車(chē)間的生產(chǎn)混亂狀況以及縮短交貨期方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，但它顯然也不是萬(wàn)能的?，F(xiàn)有APS算法和模型與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)狀況并不能做到完全對(duì)應(yīng)。制造業(yè)中的各種物料、零部件以及產(chǎn)成品品種成百上千，甚至上萬(wàn)，即使算法再?gòu)?qiáng)大，也不可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的、理想的計(jì)算。APS系統(tǒng)向車(chē)間計(jì)劃調(diào)度人員提供比較滿(mǎn)意的或者可行的計(jì)劃與排程方案。還需有經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制并正確判斷執(zhí)行輸出結(jié)果才能保證其有效運(yùn)行［10］。

成功實(shí)施APS應(yīng)注意以下兩方面問(wèn)題:

(1)對(duì)于大量定制的新型生產(chǎn)方式，要有與之對(duì)應(yīng)的新型管理方法和技術(shù)手段。如設(shè)備的高柔性;研發(fā)的通用化、模塊化;短交貨期、多技能人員等條件能否達(dá)到等。精益生產(chǎn)思想的運(yùn)用會(huì)大大改善APS的實(shí)施效果。

(2)運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)對(duì)大量訂制的生產(chǎn)方式［11］。

圖3 APS與ERP系統(tǒng)集成計(jì)劃管理流程Fig.3 Management process of integrated Project between APS and ERP

3 結(jié)論與展望

APS的主要優(yōu)勢(shì)集中在對(duì)制造業(yè)計(jì)劃與排產(chǎn)的優(yōu)化上，它的計(jì)算速度快，可并發(fā)考慮供應(yīng)鏈的所有約束，并將優(yōu)化后的計(jì)劃結(jié)果傳達(dá)給上游和下游的合作伙伴，此外APS還具有強(qiáng)大的模擬功能。但是，并不是說(shuō)企業(yè)實(shí)施了APS系統(tǒng)，有關(guān)計(jì)劃與排產(chǎn)的所有問(wèn)題就都能迎刃而解，前面提到，APS現(xiàn)有的計(jì)劃與排程算法并不能與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)完全對(duì)應(yīng)。除此之外，在目前很多APS系統(tǒng)中，計(jì)劃模塊和排產(chǎn)模塊都是分離的，這種分離使從排產(chǎn)到計(jì)劃的反查變得困難。計(jì)劃時(shí)掌握的信息必須足夠并精確。由此可見(jiàn)，APS需要其他系統(tǒng)的支持來(lái)完成自身的功能。在未來(lái)，APS與ERP、MES、SCM等系統(tǒng)的集成應(yīng)用將是一個(gè)大的趨勢(shì)。

據(jù)調(diào)查，APS的成功開(kāi)發(fā)，需要運(yùn)籌學(xué)和數(shù)學(xué)的專(zhuān)門(mén)人才經(jīng)歷5a左右的時(shí)間。近年來(lái)APS在MES的推廣應(yīng)用的帶動(dòng)下開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，與此同時(shí)，APS引擎開(kāi)始與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用如圖3所示，希望國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者能與企業(yè)信息化解決方案提供商一起，開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的 APS產(chǎn)品，幫助企業(yè)優(yōu)化車(chē)間排程，提高生產(chǎn)效率與管理水平。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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