高級計劃與排程在制造企業(yè)中的應(yīng)用

1、高級計劃與排程在制造企業(yè)中的應(yīng)用摘 要：本文對高級計劃排程(APS)的原理、起源及與供應(yīng)鏈管理的關(guān)系作了 簡要概述，初步了解APS的相關(guān)理論知識及方法，并討論了 APS在制造業(yè)中的應(yīng) 用，以海爾公司為應(yīng)用案例，對APS在實現(xiàn)精益制造方面進行了探討，應(yīng)用結(jié)果 表明，APS系統(tǒng)有助于實現(xiàn)企業(yè)精益制造，提高生產(chǎn)的效率，是制造業(yè)計劃工作 的重點。關(guān)鍵詞：高級計劃排程精益制造約束理論供應(yīng)鏈管理APS的相關(guān)理論基礎(chǔ)APS的起源與定義APS的理論基礎(chǔ)起源于美國80年代Eli Goldratt提出的約束理論(Theory of Constraint， TOC)和最優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)(Optimized Produc

2、tion Technology， OPT)，該理論包括了九條生產(chǎn)作業(yè)計劃制定原則和五條約束理論?；谶@一理 論基礎(chǔ)，APS系統(tǒng)可以在綜合考慮設(shè)備、人員、工具、原材料以及其它一切影響 工廠作業(yè)計劃能力的約束條件的基礎(chǔ)上，對整個制造過程編制詳細的作業(yè)計劃。APS 即 Advanced Planning and Scheduling，中文為“高級計劃與排程”。 對于APS，目前國際上還沒有明確的定義。它是一種基于供應(yīng)鏈管理和約束理論 的先進計劃與排產(chǎn)工具，包含了大量的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)，其優(yōu)勢在于 實時基于約束的重計劃與報警功能。在計劃與排程的過程中，APS將企業(yè)內(nèi)外的 資源與能力約束都囊括在

3、考慮范圍之內(nèi)，用復(fù)雜的智能化運算法則，做常駐內(nèi)存 的計算，從成千上萬、甚至百萬個可行計劃方案中選出一套最優(yōu)方案來指導(dǎo)企業(yè) 的生產(chǎn)、采購、庫存等，幫助企業(yè)對生產(chǎn)中的資源利用進行計劃、執(zhí)行、分析、 優(yōu)化和決策。生產(chǎn)制造型企業(yè)般可以分為兩大類：流程制造業(yè)和離散制造業(yè)。在流程制遣 業(yè)中，APS主要是解決順序優(yōu)化的問題，APS也最早在此類企業(yè)應(yīng)用。離散制造 企業(yè)主要從事單件，小批量生產(chǎn)、產(chǎn)品的工藝過程經(jīng)常變更，如航空業(yè)一般都屬 干離散制造業(yè)。因此，在離散制造業(yè)中，APS主要是解決多工序，多資源的優(yōu)化 調(diào)度問題。APS 與 ERPERP系統(tǒng)實際作中，在計算機幫助下按產(chǎn)品物料清單(Bill of Mater

4、ials，BOM) 和工藝流程逐級推演，生成在一般平穩(wěn)生產(chǎn)條件下可以應(yīng)用的生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)計 劃編制仍然采用MRP和MPS計算物料的需求，這種計劃模式存在許多固有的缺 陷：（1）模型建立在無限能力的假定之上；（2）要求提前期已知，且是固定值；要求工藝路線固定；生產(chǎn)的優(yōu)先次序只能 根據(jù)交付周期或日期安排；（3）計劃編制所需時間過長，而且對計劃的調(diào)整工作十分困難；傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)的這種計劃模型只是限于生產(chǎn)和采購領(lǐng)域，ERP只是運作層面 的連續(xù)計劃系統(tǒng)，大多數(shù)情況下沒有考慮到目標函數(shù)的存在。隨著市場競爭逐步 加劇，傳統(tǒng)制造企業(yè)ERP的計劃模型越來越不能適應(yīng)企業(yè)適應(yīng)市場變化的需求， 尋找一種替代ERP的計

5、劃模型勢在必行。APS技術(shù)的出現(xiàn)恰恰迎合了這一趨勢， 提供了替代ERP計劃模型的一種選擇。APS的核心和技術(shù)特征APS的發(fā)展是建立在約束理論、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、工業(yè)工程、生產(chǎn)運作 管理、人工智能、決策支持系統(tǒng)、物流管理、管理科學(xué)和其他多種管理研究成果 基礎(chǔ)上的。其核心是久經(jīng)磨練的數(shù)學(xué)算法或解決方案。但APS所采用的并不是單 一的技術(shù)，而是應(yīng)用多種具體算法，如線性規(guī)劃（linear programs，LP）、整 數(shù)混合規(guī)劃（mixed-integer programming）、啟發(fā)式方法（heuristics）、約 束理論（TOC）、模擬（simulation）等，實際應(yīng)用中要根據(jù)所需解決問題

6、的類 型決定算法類型。APS從ERP系統(tǒng)下載數(shù)據(jù)到專用服務(wù)器上做常駐內(nèi)存的處理， 實現(xiàn)計劃的反復(fù)運算或?qū)蛇x方案進行評估，直至得到可行和較優(yōu)的計劃或進度 表。由于這些系統(tǒng)通常不存在數(shù)據(jù)庫查詢和存取的問題，APS的反復(fù)運算可以很 快完成。這樣就形成了 APS的3項技術(shù)特征：（1）基于約束理論；（2）采用多種數(shù)學(xué)解析的優(yōu)化算法；（3）采用脫離主服務(wù)器常駐內(nèi)存運行的計算機技術(shù)。APS在制造業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域目前，APS主要應(yīng)用于制造業(yè)中，許多企業(yè)成功的關(guān)鍵因素都在于APS的正 確合理應(yīng)用。以海爾為首的家電行業(yè)采用APS系統(tǒng)實現(xiàn)精益制造，提高企業(yè)生產(chǎn) 效率和準確性，對其生產(chǎn)計劃排程進行精密細化。APS的作

7、用主要表現(xiàn)在三個方面：一是按實際有限能力自動排出生產(chǎn)計劃； 二是及時提供快速準確的客戶訂單確認和交貨；三是保證企業(yè)同步進行制造。2.1生產(chǎn)計劃運作流程生產(chǎn)計劃在企業(yè)應(yīng)用的流程為，生產(chǎn)計劃員通過ERP系統(tǒng)完成對各品種的MPS 與MRP運算之后，需要通過APS的數(shù)據(jù)交換接口，將生產(chǎn)任務(wù)導(dǎo)入到APS中，與 總調(diào)度、廠調(diào)度、車間管理員、工段長、工人進行交互，完成的生產(chǎn)計劃的編制 與記錄。APS從接受客戶訂單到完成訂單出貨整個過程可以劃分為三個階段：1）訂單選擇與協(xié)調(diào)：按照主生產(chǎn)計劃的編排，并根據(jù)訂單交貨日期和其重 要程度，從眾多的訂單中選擇出在下一時段安排生產(chǎn)的部分。（2）生產(chǎn)進度計劃排程：依據(jù)產(chǎn)品工

8、藝路線，確定計劃期內(nèi)選擇的每一個 訂單在所需資源上的加工開始時間和結(jié)束時間，即給出了在所有制造資源上訂單 的加工順序。（3）現(xiàn)場重排程：在實際生產(chǎn)中，經(jīng)常因出現(xiàn)緊急插單、訂單取消、物料 短缺、設(shè)備故障等意外狀況，造成執(zhí)行結(jié)果與原生產(chǎn)計劃的偏差。對于現(xiàn)場出現(xiàn) 的一般問題，需要在現(xiàn)場快速調(diào)整加工任務(wù)，進行現(xiàn)場重排程，以確保生產(chǎn)進度 計劃準確執(zhí)行。2.2 APS在制造企業(yè)的實現(xiàn)APS系統(tǒng)從ERP系統(tǒng)讀取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)特點，對訂單進行排 產(chǎn)計算，得到最優(yōu)詳細生產(chǎn)作業(yè)計劃。APS系統(tǒng)在制造企業(yè)中實現(xiàn)的功能包括：設(shè)備能力計劃制造企業(yè)的生產(chǎn)過程中，每一道工序通常都會有多個設(shè)備可以進行處理。詳

9、 細計劃系統(tǒng)將實現(xiàn)在多臺設(shè)備上平衡負載的功能，如圖3所示。對于一些大的訂 單或者比較緊急的訂單，也可能需要若干臺設(shè)備在同一時間同時處理一個工序， 以加快生產(chǎn)速度。物料需求計劃生產(chǎn)過程的展開與物料的流轉(zhuǎn)是密不可分的，其中包括原材料的投料，半成 品與成品的交庫等。物料需求計劃的目的是在考慮物料庫存有限性的前提下，合 理的安排各個工序的啟動時間，保證在該工序啟動時，其所需的各種原材料或零 部件的不會短缺。另外，也可以在所有工序的啟動時間確定后，反過來統(tǒng)計對各 種原材料或零部件的需求量。工具需求計劃制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中，某些工序需要用到一些附加的輔助器具，如模具和 夾具等。由于這些工具的數(shù)量也是有限的

10、，并且還有可能由于某些原因不能投入 使用，因此，在編制生產(chǎn)計劃時，可能需要考慮這些工具的有限性，保證工序開 始時有可用的工具。人員安排計劃制造企業(yè)的整個生產(chǎn)執(zhí)行過程中，有不同工種的操作人員。某些員工具備多 種生產(chǎn)技能，而且即使在同一個工種內(nèi)部，人員與產(chǎn)品之間也存在著優(yōu)先級關(guān)系。APS可以滿足制造企業(yè)如下要求：（1）各主管計劃員將計劃任務(wù)分解為工序級班組計劃（設(shè)置關(guān)重件），形成直 觀可視、可調(diào)整的圖表（如甘特圖）。（2）將工序級班組計劃匯總為月度班組計劃，并形成可進行調(diào)整的班組能力分 析圖表。（3）調(diào)度人員對于臨時計劃外調(diào)度任務(wù)，及時納入班組作業(yè)計劃并根據(jù)變化后 的班組能力圖表分析生產(chǎn)任務(wù)，調(diào)整

11、平衡班組月計劃產(chǎn)量或品種。APS的實施效果APS采用先進的管理思想，實現(xiàn)企業(yè)的精益制造，給企業(yè)帶來巨大的效益其 實施效果如下：提高了企業(yè)的生產(chǎn)計劃管理精度；提高了企業(yè)快速交貨的能力；提高了企業(yè)的裝配和用戶服務(wù)水平。APS在海爾公司中的應(yīng)用上世紀90年代后期，APS出現(xiàn)了。APS就是高級計劃與排程。它要滿足資源 約束，均衡生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)資源，要在不同的生產(chǎn)瓶頸階段給出最優(yōu)的生產(chǎn) 排程計劃，要實現(xiàn)快速排程并對需求變化做出快速反應(yīng)。海爾集團導(dǎo)入APS時，我們發(fā)現(xiàn)，它的工廠雖然使用了國外著名的ERP系統(tǒng)， 但是，由于ERP在精細化生產(chǎn)管理上的眾多不足，從而導(dǎo)致工廠的生產(chǎn)管理基本 靠手工，特別是生產(chǎn)

12、計劃與現(xiàn)場管理，幾乎全都是憑經(jīng)驗、靠手工用Excel完成， 根本無法實現(xiàn)海爾的特色管理，如日清、日工單、按工單核算等。海爾集團ERP 系統(tǒng)的實施現(xiàn)狀不可避免地產(chǎn)生出一系列的不良后果，主要表現(xiàn)在:靠手工計劃， 數(shù)據(jù)都是靠個人經(jīng)驗預(yù)估，沒有采用更準確、客觀的標準實測數(shù)據(jù)；訂單交期無 法有效答復(fù)；訂單漏排、少排、多排的現(xiàn)象時有發(fā)生；多個分廠、部門由多個人 各自獨立做計劃，工序間不能很好銜接，導(dǎo)致生產(chǎn)周期拉長，或時有延誤交期； 機器產(chǎn)能無法有效利用，常常提前完工，或是落后完工，導(dǎo)致機臺產(chǎn)線空閑，或 是超負荷運轉(zhuǎn)；工人人力浪費：正常工作時間內(nèi)工作量不足，無事可做，而遇到 緊急情況又要來加班應(yīng)急；生產(chǎn)不良

13、的分析很不及時；只統(tǒng)計到了工單的物料成 本，很難統(tǒng)計實際的機臺產(chǎn)線的使用成本、人力的使用成本，導(dǎo)致生產(chǎn)成本核算 無法精確；一系列的生產(chǎn)、績效、財務(wù)報表都是靠眾多的Excel復(fù)制粘貼做出， 浪費了太多的人力；一系列的考核無法落到實處。為了解決這些實實在在的問題，從根本上提升生產(chǎn)效率，海爾集團于2008年9 月份開始著手分析規(guī)劃，并成立了專門的項目組。海爾仔細分析評估了目前業(yè)界 領(lǐng)先的APS+MES解決方案，并遠赴外地考察各提供商的實際客戶案例，最后選定 安達發(fā)公司為惟一提供商。海爾集團的APS+MES項目于12月初正式啟動。項目初期，海爾集團選工裝 所為試點。工裝所含多個分廠，涉及注塑、噴涂、印

14、刷、組裝等多行業(yè)，主要生 產(chǎn)海爾洗衣機、空調(diào)、冰箱、電視等所需的塑膠類零部件。海爾集團設(shè)定該項目 的主要功能目標為：精細化排程。同步考慮注塑、噴涂、印刷、組裝多種行業(yè)類型，并要針對性的優(yōu)化排程；排程要同步考慮型號產(chǎn)品、優(yōu)先機臺、優(yōu)先模具、一模多出、一模多產(chǎn)品、 顏色、物料供應(yīng)、連續(xù)生產(chǎn)、確保交期、減少換產(chǎn)等眾多相互制約或矛盾的因素；給出機臺、產(chǎn)線、上料工、模具工、操作工的詳細生產(chǎn)計劃，排程結(jié)果精 確到機臺、產(chǎn)線、分鐘、數(shù)量；一次性排程準確率不得低于80%。訂單產(chǎn)能預(yù)測。根據(jù)可能的訂單，計算機臺、產(chǎn)線、模具是否夠，還差多少； 根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，計算還有多少產(chǎn)能空余，還能接多少單。生產(chǎn)現(xiàn)場及時監(jiān)控。及

15、時得知每個工單、機臺產(chǎn)線的生產(chǎn)進度、品質(zhì)狀況。按單核算。核算每張工單的用料成本，機臺、產(chǎn)線成本，人工成本。其他一系列管理報表。歷經(jīng)近3個月，海爾APS+MES項目如期完成。預(yù)定的目標功能幾乎全部實現(xiàn)， 期間還新增加了很多原本未列入規(guī)劃的功能。一次性排程準確率將近95%。4結(jié)論通過對APS相關(guān)理論及方法的研究，并以海爾企業(yè)應(yīng)用APS為案例進行分析， 可以看出實現(xiàn)APS可以從兩個方面來解決：第一，需要實際的生產(chǎn)管理方法和技術(shù)來適應(yīng)小批量、多批次的生產(chǎn)方式。 如你的生產(chǎn)設(shè)備是否柔性，你的研發(fā)是否考慮通用和模塊化或能否適應(yīng)ATO （訂 單裝配）的方式。你的交期能否更短，你的人員能否多技能等?？梢岳镁嫔?產(chǎn)的思想和技術(shù)來達到既要快速反應(yīng)客戶的需求，又要低成本、高質(zhì)量地生產(chǎn)客 戶所需產(chǎn)品的目標。第二，通過信息技術(shù)的應(yīng)用來駕馭小批量、多批次的生產(chǎn)方式。如管理和控 制真正的需求，如何預(yù)測更準確并及時監(jiān)控分析，如何利用訂單的靈活配置CTO 快速構(gòu)建BOM和工藝，如何利用APS快速地模擬計算訂單或插單的交期并快速地 優(yōu)化排產(chǎn)。如何利用緩沖管理來