0 引言

    生產(chǎn)排程(Production Scheduling)問(wèn)題，又稱生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃或生產(chǎn)調(diào)度，是指生產(chǎn)部門為完成銷售部門下達(dá)的訂單，根據(jù)確定的生產(chǎn)計(jì)劃和訂單交貨期安排，按照產(chǎn)品的加工工藝路線，將有限資源安排給不同的工作，并決定何時(shí)開始，由哪部設(shè)備加工，并完成哪件工作，并設(shè)法達(dá)到預(yù)定的如交貨期要求和提高設(shè)備利用率的目標(biāo)。當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就要對(duì)客戶和市場(chǎng)的要求做出快速響應(yīng)，按照市場(chǎng)的要求把低成本、高質(zhì)量、短交貨期的產(chǎn)品交付到客戶手中。

    面向訂單生產(chǎn)(Make to Order，MTO)方式，就是按照客戶訂單以及銷售合同來(lái)組織安排生產(chǎn)的，該生產(chǎn)方式對(duì)企業(yè)生產(chǎn)排程的能力具有較高要求。雖然目前我國(guó)很多企業(yè)都已經(jīng)采用企業(yè)資源計(jì)劃(EntERPrise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理，并且也取得了很好的成效，但是，由于傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃模型的計(jì)算不是十分準(zhǔn)確，而且也不能及時(shí)反映車間的實(shí)際情況和訂單變化，ERP系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)變化的需求。這一點(diǎn)對(duì)于MTO型企業(yè)尤其明顯。高級(jí)計(jì)劃與排程(Advanced Planning&Scheduling，APS)技術(shù)的出現(xiàn)，使得克服傳統(tǒng)ERP計(jì)劃模型缺點(diǎn)成為可能。

1 傳統(tǒng)ERP缺陷與APS的興起

    1．1 ERP計(jì)劃模型的缺陷

    ERP系統(tǒng)實(shí)際操作中，會(huì)在計(jì)算機(jī)幫助下按產(chǎn)品BOM(Bill of Materials)和工藝流程逐級(jí)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(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃編制仍然采用MRP(Material RequirementsPlanning)和MPS(Master Production Scheduling)計(jì)算物料的需求，并通過(guò)發(fā)布補(bǔ)充定單等手段進(jìn)行調(diào)整。

    這種從上世紀(jì)60年代一直沿用下來(lái)的計(jì)劃模型，存在許多固有的缺陷：模型建立在無(wú)限能力的假定之上；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；計(jì)劃編制所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且對(duì)計(jì)劃的調(diào)整工作十分困難；缺乏對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的決策支持能力。傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)的計(jì)劃模型只是限于生產(chǎn)和采購(gòu)領(lǐng)域，在大多數(shù)情況下不會(huì)考慮到目標(biāo)函數(shù)的存在，更不要說(shuō)優(yōu)化的問(wèn)題，它只是一個(gè)運(yùn)作層面的連續(xù)計(jì)劃系統(tǒng)。

    隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐步加劇，傳統(tǒng)ERP的計(jì)劃模型越來(lái)越不能適應(yīng)企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)變化的需求，尋找一種替代ERP的計(jì)劃模型勢(shì)在必行。高級(jí)計(jì)劃與排程(APS)技術(shù)的出現(xiàn)恰恰迎合了這一趨勢(shì)，提供了替代ERP計(jì)劃模型的一種選擇。

    1．2 APS產(chǎn)生基礎(chǔ)及其特點(diǎn)

    APS是20世紀(jì)后50年發(fā)展起來(lái)的革命性管理技術(shù)，它的發(fā)展是建立在線性規(guī)劃、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、決策支持系統(tǒng)、工業(yè)工程、物流管理、管理科學(xué)、約束理論、操作研究和其他管理研究成果基礎(chǔ)上的，其核心是約束優(yōu)化理論。

    APS最顯著的特點(diǎn)是層次性計(jì)劃體系，也是其強(qiáng)大功能的最突出體現(xiàn)。供應(yīng)鏈最優(yōu)計(jì)劃涉及不同的時(shí)間跨度(長(zhǎng)期、中期、短期)、不同的業(yè)務(wù)流程(采購(gòu)、制造、分銷等)以及各個(gè)供應(yīng)鏈成員企業(yè)，并且由于需求的不確定性，一次優(yōu)化所有的計(jì)劃是不可能的。APS用層次計(jì)劃的思想把總的計(jì)劃任務(wù)分解成許多局部計(jì)劃模塊，然后分配給不同的計(jì)劃層，每一計(jì)劃層都涵蓋整個(gè)供應(yīng)鏈，但層與層之間的任務(wù)不同。層次越低，計(jì)劃涵蓋的局部受到的限制越多，計(jì)劃時(shí)間跨度越短，計(jì)劃也越詳細(xì)。同時(shí)，各計(jì)劃模塊被水平和垂直信息流連接在一起，上層計(jì)劃模塊的結(jié)果為下層計(jì)劃設(shè)定了約束，而下層計(jì)劃也將相關(guān)性能數(shù)據(jù)(如成本、提前期、使用率等)反饋給上一層次的計(jì)劃，并接受上層綜合計(jì)劃的協(xié)調(diào)。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，APS系統(tǒng)實(shí)際上可以取代ERP系統(tǒng)原有的主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、能力計(jì)劃等功能模塊，并為企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)提供決策支持。這樣，經(jīng)過(guò)“剪裁”的ERP系統(tǒng)成為APS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，為APS計(jì)算提供各種數(shù)據(jù)，如訂單數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、工藝路線、BOM等；而APS則將按照規(guī)則處理完畢后的計(jì)算結(jié)果返回給ERP系統(tǒng)，由其負(fù)責(zé)執(zhí)行。(如圖1所示)應(yīng)當(dāng)注意的是，由于ERP、APS兩種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念完全不同，在進(jìn)行集成時(shí)，必須對(duì)兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)整，以免產(chǎn)生“排異反應(yīng)”。

圖1 APS與ERP的數(shù)據(jù)交互不意圖

2 面向訂單生產(chǎn)APS系統(tǒng)的關(guān)鍵流程分析

    2．1 面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)排程分析

    面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)排程以生產(chǎn)計(jì)劃為起點(diǎn)，綜合考慮企業(yè)整體目標(biāo)和約束條件，目的是生成詳細(xì)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃，同時(shí)將這個(gè)計(jì)劃反饋給企業(yè)上層生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)。可以將從接受客戶訂單后到完成訂單出貨整個(gè)過(guò)程劃分為三個(gè)階段：

圖2 面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)排程示意圖

圖3 銷售運(yùn)營(yíng)計(jì)劃示意圖

    (1)訂單選擇與協(xié)調(diào)：按照主生產(chǎn)計(jì)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(shí)段安排生產(chǎn)的部分。同時(shí)，與主生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)，調(diào)整相關(guān)訂單的計(jì)劃交貨期。

    (2)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃排程：此階段生產(chǎn)排程依據(jù)產(chǎn)品工藝路線，確定計(jì)劃期內(nèi)選擇的每一個(gè)訂單在所需資源上的加工開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，即給出了在所有制造資源或工作中心上訂單的加工順序。生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃一般會(huì)通過(guò)直觀的甘特圖形式給出。

    (3)現(xiàn)場(chǎng)重排程：在實(shí)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(jì)劃的偏差。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一般問(wèn)題，需要在現(xiàn)場(chǎng)快速調(diào)整加工任務(wù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重排程，以確保生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃準(zhǔn)確執(zhí)行。當(dāng)偏差過(guò)大時(shí)，則需要重新編制生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃直至修改主生產(chǎn)計(jì)劃。

    2．2 面向訂單生產(chǎn)APS系統(tǒng)的關(guān)鍵流程分析

    根據(jù)2．1的分析，對(duì)于面向訂單生產(chǎn)的APS系統(tǒng)，有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)具有關(guān)鍵作用：

   ①訂單預(yù)測(cè)沖減

    銷售訂單首先沖減當(dāng)前區(qū)間的預(yù)測(cè)，如果該訂單數(shù)量大于當(dāng)前區(qū)間預(yù)測(cè)，在當(dāng)月之內(nèi)先后向沖減，然后再前向沖減；如果該訂單數(shù)量大于當(dāng)月預(yù)測(cè)，則前向沖減其他月份的預(yù)測(cè)；

    根據(jù)訂單沖減后的結(jié)果，生成主計(jì)劃；

    ②銷售運(yùn)營(yíng)計(jì)劃

    在考慮產(chǎn)能約束而不考慮物料約束的前提下，生成物料需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)而與供應(yīng)商交互、確定物料約束；

    在同時(shí)考慮產(chǎn)能和物料約束的情況下，生成可執(zhí)行的制造計(jì)劃、關(guān)鍵物料采購(gòu)計(jì)劃和分配計(jì)劃，進(jìn)而進(jìn)行銷售運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。

   ③工作重心詳細(xì)排程

    假設(shè)每一工作中心具有無(wú)限產(chǎn)能，按照面向無(wú)限產(chǎn)能的方法進(jìn)行排產(chǎn)，確定物料的采購(gòu)計(jì)劃和送達(dá)時(shí)間；

    在解決了物料問(wèn)題之后，針對(duì)各工作中心的產(chǎn)能負(fù)荷，利用面向有限產(chǎn)能的相應(yīng)規(guī)則來(lái)平衡工作中心的加工任務(wù)，確定各工作中心的加工計(jì)劃；

    根據(jù)前兩個(gè)步驟得出的物料計(jì)劃和加工計(jì)劃，對(duì)企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)；

    在計(jì)劃執(zhí)行一段時(shí)間之后，根據(jù)反饋信息和新的訂單信息，重新進(jìn)行排產(chǎn)操作。

    2．3 面向訂單生產(chǎn)APS系統(tǒng)的生產(chǎn)能力檢查

    由于APS系統(tǒng)可以集成應(yīng)用企業(yè)的所有信息，因此，它可以對(duì)MTO型企業(yè)的各項(xiàng)生產(chǎn)能力指標(biāo)進(jìn)行檢查，從而為企業(yè)的銷售等行為提供強(qiáng)有力的支持。其中最典型的是：可供貨能力、可承諾能力、等等。如圖5所示。

圖4工作中心詳細(xì)排程示意圖

圖5 供貨能力與可承諾能力檢查

    在簽訂供貨合同前進(jìn)行供貨能力的檢查，提供比較準(zhǔn)確的供貨時(shí)間，指導(dǎo)合同的簽訂；

    合同簽訂后為客戶做出發(fā)貨和到貨時(shí)間承諾提供決策支持；

    在供貨能力不足的情況下，為合同分批提供決策支持。

3 APS系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)排程中的應(yīng)用方法研究

    通過(guò)前面的闡述可以發(fā)現(xiàn)，以企業(yè)的ERP系統(tǒng)作為信息基礎(chǔ)，采用APS和ERP系統(tǒng)集成的方法，由ERP提供訂單數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、工藝路線、BOM等數(shù)據(jù)，利用APS的先進(jìn)優(yōu)化算法，可以初步解決面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題。APS和ERP的集成系統(tǒng)框架如圖6所示。

圖6 APS與ERP系統(tǒng)集成的體系架構(gòu)

    ERP在生產(chǎn)計(jì)劃職能方面只是承擔(dān)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的作用，它里面存儲(chǔ)著產(chǎn)品的BOM表，庫(kù)存情況，訂單情況等各種生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而APS則承擔(dān)著計(jì)算生產(chǎn)計(jì)劃的任務(wù)，計(jì)算出結(jié)果后將數(shù)據(jù)反饋給ERP系統(tǒng)，ERP接到反饋后釋放加工資源，生產(chǎn)作業(yè)人員通過(guò)查看ERP了解所需要完成的加工任務(wù)。而企業(yè)客戶則可以通過(guò)企業(yè)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)及時(shí)查詢自己訂單的實(shí)時(shí)情況。

    實(shí)際中，我們應(yīng)用CORBA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)APS和MES系統(tǒng)的集成，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)由信息資源層、訪問(wèn)接口層、請(qǐng)求服務(wù)代理層、對(duì)象通信服務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層五部分組成。其集成的層次體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。“公共對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)”(Common 0bjectRequest Broker Architecture，CORBA)由對(duì)象管理組織(Object Management Group，OMG)提出。CORBA構(gòu)建了一種讓對(duì)象與本地或網(wǎng)上的其他對(duì)象透明請(qǐng)求服務(wù)與接收信息的機(jī)制，以O(shè)RB為核心，達(dá)成分布異構(gòu)環(huán)境中多個(gè)對(duì)象系統(tǒng)之間的無(wú)縫連接。此外，CORBA還提供獨(dú)立于編程語(yǔ)言的接口定義語(yǔ)言(Interface Definition Language，IDL)來(lái)描述對(duì)象和操作，從而使遠(yuǎn)程分布應(yīng)用可以通過(guò)ORB請(qǐng)求這些對(duì)象上的操作服務(wù)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先確定應(yīng)用對(duì)象及相關(guān)功能代理的主要內(nèi)容；然后根據(jù)具體的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其封裝，從中抽取需要的服務(wù)，形成了一系列功能代理，最終實(shí)現(xiàn)APS與ERP系統(tǒng)的集成。

4 結(jié)束語(yǔ)

    在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)中，為快速適應(yīng)內(nèi)、外部環(huán)境的快速變化，APS已經(jīng)逐漸成為制造企業(yè)快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)，進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)計(jì)劃和排程的重要技術(shù)工具。對(duì)于面向訂單生產(chǎn)的企業(yè)，APS對(duì)訂單的強(qiáng)大處理和實(shí)施功能就更加重要。

圖7 基于CORBA技術(shù)的系統(tǒng)集成示意

    實(shí)踐證明，在MTO型企業(yè)中，以ERP的企業(yè)制造資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將APS與ERP集成，來(lái)優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)排程和調(diào)度算法，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的目的。這對(duì)于新技術(shù)條件下，我國(guó)企業(yè)的信息化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

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本文標(biāo)題：面向訂單生產(chǎn)APS的關(guān)鍵流程分析及其應(yīng)用方法研究

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