0 引言

    生產(chǎn)排程(Production Scheduling)問題，又稱生產(chǎn)作業(yè)計劃或生產(chǎn)調(diào)度，是指生產(chǎn)部門為完成銷售部門下達的訂單，根據(jù)確定的生產(chǎn)計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，并決定何時開始，由哪部設(shè)備加工，并完成哪件工作，并設(shè)法達到預(yù)定的如交貨期要求和提高設(shè)備利用率的目標(biāo)。當(dāng)前國際國內(nèi)市場瞬息萬變，企業(yè)要想在激烈的市場競爭中立于不敗之地，就要對客戶和市場的要求做出快速響應(yīng)，按照市場的要求把低成本、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組織安排生產(chǎn)的，該生產(chǎn)方式對企業(yè)生產(chǎn)排程的能力具有較高要求。雖然目前我國很多企業(yè)都已經(jīng)采用企業(yè)資源計劃(EntERPrise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)進行生產(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)計劃模型的計算不是十分準(zhǔn)確，而且也不能及時反映車間的實際情況和訂單變化，ERP系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)變化的需求。這一點對于MTO型企業(yè)尤其明顯。高級計劃與排程(Advanced Planning&Scheduling，APS)技術(shù)的出現(xiàn)，使得克服傳統(tǒng)ERP計劃模型缺點成為可能。

1 傳統(tǒng)ERP缺陷與APS的興起

    1．1 ERP計劃模型的缺陷

    ERP系統(tǒng)實際操作中，會在計算機幫助下按產(chǎn)品BOM(Bill of Materials)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(Material RequirementsPlanning)和MPS(Master Production Scheduling)計算物料的需求，并通過發(fā)布補充定單等手段進行調(diào)整。

    這種從上世紀(jì)60年代一直沿用下來的計劃模型，存在許多固有的缺陷：模型建立在無限能力的假定之上；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；計劃編制所需時間過長，而且對計劃的調(diào)整工作十分困難；缺乏對企業(yè)運營的決策支持能力。傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)的計劃模型只是限于生產(chǎn)和采購領(lǐng)域，在大多數(shù)情況下不會考慮到目標(biāo)函數(shù)的存在，更不要說優(yōu)化的問題，它只是一個運作層面的連續(xù)計劃系統(tǒng)。

    隨著社會的不斷發(fā)展，市場競爭逐步加劇，傳統(tǒng)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的計劃模型勢在必行。高級計劃與排程(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。

    1．2 APS產(chǎn)生基礎(chǔ)及其特點

    APS是20世紀(jì)后50年發(fā)展起來的革命性管理技術(shù)，它的發(fā)展是建立在線性規(guī)劃、計算機科學(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最顯著的特點是層次性計劃體系，也是其強大功能的最突出體現(xiàn)。供應(yīng)鏈最優(yōu)計劃涉及不同的時間跨度(長期、中期、短期)、不同的業(yè)務(wù)流程(采購、制造、分銷等)以及各個供應(yīng)鏈成員企業(yè)，并且由于需求的不確定性，一次優(yōu)化所有的計劃是不可能的。APS用層次計劃的思想把總的計劃任務(wù)分解成許多局部計劃模塊，然后分配給不同的計劃層，每一計劃層都涵蓋整個供應(yīng)鏈，但層與層之間的任務(wù)不同。層次越低，計劃涵蓋的局部受到的限制越多，計劃時間跨度越短，計劃也越詳細。同時，各計劃模塊被水平和垂直信息流連接在一起，上層計劃模塊的結(jié)果為下層計劃設(shè)定了約束，而下層計劃也將相關(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劃，并接受上層綜合計劃的協(xié)調(diào)。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，APS系統(tǒng)實際上可以取代ERP系統(tǒng)原有的主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、能力計劃等功能模塊，并為企業(yè)整體運營提供決策支持。這樣，經(jīng)過“剪裁”的ERP系統(tǒng)成為APS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，為APS計算提供各種數(shù)據(jù)，如訂單數(shù)據(jù)、庫存數(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)計理念完全不同，在進行集成時，必須對兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行仔細的調(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)計劃為起點，綜合考慮企業(yè)整體目標(biāo)和約束條件，目的是生成詳細的生產(chǎn)進度計劃，同時將這個計劃反饋給企業(yè)上層生產(chǎn)計劃系統(tǒng)。可以將從接受客戶訂單后到完成訂單出貨整個過程劃分為三個階段：

圖2 面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)排程示意圖

圖3 銷售運營計劃示意圖

    (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。同時，與主生產(chǎn)計劃協(xié)調(diào)，調(diào)整相關(guān)訂單的計劃交貨期。

    (2)生產(chǎn)進度計劃排程：此階段生產(chǎn)排程依據(jù)產(chǎn)品工藝路線，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或工作中心上訂單的加工順序。生產(chǎn)進度計劃一般會通過直觀的甘特圖形式給出。

    (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(zhǔn)確執(zhí)行。當(dāng)偏差過大時，則需要重新編制生產(chǎn)進度計劃直至修改主生產(chǎn)計劃。

    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，對于面向訂單生產(chǎn)的APS系統(tǒng)，有三個關(guān)鍵點具有關(guān)鍵作用：

   ①訂單預(yù)測沖減

    銷售訂單首先沖減當(dāng)前區(qū)間的預(yù)測，如果該訂單數(shù)量大于當(dāng)前區(qū)間預(yù)測，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，則前向沖減其他月份的預(yù)測；

    根據(jù)訂單沖減后的結(jié)果，生成主計劃；

    ②銷售運營計劃

    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)上進而與供應(yīng)商交互、確定物料約束；

    在同時考慮產(chǎn)能和物料約束的情況下，生成可執(zhí)行的制造計劃、關(guān)鍵物料采購計劃和分配計劃，進而進行銷售運營計劃。

   ③工作重心詳細排程

    假設(shè)每一工作中心具有無限產(chǎn)能，按照面向無限產(chǎn)能的方法進行排產(chǎn)，確定物料的采購計劃和送達時間；

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

    根據(jù)前兩個步驟得出的物料計劃和加工計劃，對企業(yè)的整個生產(chǎn)進行協(xié)調(diào)；

    在計劃執(zhí)行一段時間之后，根據(jù)反饋信息和新的訂單信息，重新進行排產(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MTO型企業(yè)的各項生產(chǎn)能力指標(biāo)進行檢查，從而為企業(yè)的銷售等行為提供強有力的支持。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行供貨能力的檢查，提供比較準(zhǔn)確的供貨時間，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)、庫存數(shù)據(jù)、工藝路線、BOM等數(shù)據(jù)，利用APS的先進優(yōu)化算法，可以初步解決面向訂單生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)計劃和調(diào)度優(yōu)化問題。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)計劃職能方面只是承擔(dān)一個數(shù)據(jù)存儲的作用，它里面存儲著產(chǎn)品的BOM表，庫存情況，訂單情況等各種生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而APS則承擔(dān)著計算生產(chǎn)計劃的任務(wù)，計算出結(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)客戶則可以通過企業(yè)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)及時查詢自己訂單的實時情況。

    實際中，我們應(yīng)用CORBA架構(gòu)實現(xiàn)APS和MES系統(tǒng)的集成，整個體系結(jié)構(gòu)由信息資源層、訪問接口層、請求服務(wù)代理層、對象通信服務(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。“公共對象請求代理結(jié)構(gòu)”(Common 0bjectRequest Broker Architecture，CORBA)由對象管理組織(Object Management Group，OMG)提出。CORBA構(gòu)建了一種讓對象與本地或網(wǎng)上的其他對象透明請求服務(wù)與接收信息的機制，以O(shè)RB為核心，達成分布異構(gòu)環(huán)境中多個對象系統(tǒng)之間的無縫連接。此外，CORBA還提供獨立于編程語言的接口定義語言(Interface Definition Language，IDL)來描述對象和操作，從而使遠程分布應(yīng)用可以通過ORB請求這些對象上的操作服務(wù)。具體實現(xiàn)時，首先確定應(yīng)用對象及相關(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，最終實現(xiàn)APS與ERP系統(tǒng)的集成。

4 結(jié)束語

    在競爭日益激烈的市場中，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)對市場，進行企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)計劃和排程的重要技術(shù)工具。對于面向訂單生產(chǎn)的企業(yè)，APS對訂單的強大處理和實施功能就更加重要。

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，進而實現(xiàn)快速響應(yīng)市場需求的目的。這對于新技術(shù)條件下，我國企業(yè)的信息化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

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