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a p s 在纺织企业计划编制中的研究与应用 摘要 生产管理系统是制造业中最为复杂的系统之一，计划与排程是其 重点与难点。由于生产的复杂性与不确定性，当前企业的生产计划编 制方法虽多但效果不尽人意，纺织企业亦然。本文以纺织行业为背景， 以生产计划编制为研究对象，以计划编制的优化为主要内容，结合多 种数学及信息技术方法，对建立一个能有效提高企业生产计划编制水 平的a p s ( 高级计划与排程) 系统应用进行了研究。 本文首先从生产计划的研究发展历史出发，分析了当前计划编制 的研究现状与纺织行业的应用现状，指出本文研究的意义。其次，结 合供应链计划思想，为生产计划中的需求计划、主生产计划编制提供 更加准确的编制方法，并就现有方法与新方法的效果进行了对比分 析，在此基础上完善了可承诺供应( a t p ) 流程。最后，结合纺织企 业当前的生产信息系统特点，依据所改进的计划编制方法，设计了一 个a p s 软件框架，并给出了框架的应用示例。 在需求计划编制中本文采用卡尔曼滤波器作为预测模型，消除了 以往销售量与实际需求的概念混淆，与纺织企业其它常用的时间序列 分析方法相比，可得到更为准确的预测结果。同时，为了消减处于供 应链上游的纺织企业所受牛鞭效应的影响，进一步讨论了供应链中基 于信息共享的卡尔曼滤波器需求预测模型。 在主生产计划编制中，从平衡供应链物资流的思想出发，采用可 灵活模拟纺织企业各种生产情景的多目标规划模型。为了获得更好的 编制效果，需要更准确的设置模型中资源约束数据。文中详细讨论了 模型中各种约束资源信息的分类、来源与获取方法。另外，基于可靠 ； 性原理，采用仿真方法，对各种设备、生产线的实际生产能力进行了 分析，并给出了纺织企业生产能力仿真示例。 结合以上需求计划与主生产计划的编制方法，本文进一步详细阐 述了供应链环境下的a t p 流程，弥补了m r p 中a t p 流程的不足，从 而使得需求计划、主生产计划和a t p 三者之间形成一个循环互动、相 辅相成的完整的计划编制过程，完善了纺织企业的计划编制体系。 最后，本文采用了面向对象的思想，依据当前通用框架设计原则， 设计的a p s 软件框架，详细描述了框架设计中的数据定义、算法定义、 代理定义以及数据集成与交换，并在框架中实现了前文所述的计划编 制方法，同样，给出了需求预测方法在该框架中的应用示例。 本文的主要贡献在于，针对纺织企业特点，阐明了其生产计划编 制一个完整的过程，提供了更为准确的计划编制改进方法，将其纳入 一个a p s 软件框架中，为纺织企业进一步完善、扩展与实施a p s 系 统提供了应用参考，基于此a p s 软件框架的系统可以辅助计划编制人 员快速制定更加合理、准确的生产计划。 关键字：a p s 软件框架，需求计划，主生产计划，a t p ，纺织企业 a s t u d ya n da p p l i c a t i o no f a p sp l a n n i n g i nt e x t i l ee n t e r p d s e s a b s t ra c t p r o d u c t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m i so n eo ft h em o s t c o m p l e x i i l f o m a t i o ns y s t e m s mm a n u f a c t u r e ，t h ek e yp o i n to fw h i c hi sp l a n n i n g a n ds c h e d u l i n g d u et ot h ec o m p l e x i t ya n du n c e r t a i n t yi np r o d u c t i o n p r o c e s s ，m o s to ft h ep l a n n i n ga p p r o a c h e s a r eh a r d l ya b l et or e a c ha s a t i s f a c t o r yg o a l t h i st h e s i sw i l lf o c u so nm e t h o d so f p l a n n i n g 嬲w e l la s o p t i m i z a t i o n , a n dt h e ne s t a b l i s ha ne f f e c t i v ea d v a n c e dp l a n n i n ga n d s c h e d u l i n g ( a p s ) s y s t e mf r a m e w o r ki nt e x t i l ei n d u s t r y , a r m e dw i t ht h e p r e v a l e n ti n f o r m a t i o nt e c h n i q u e sa n d v a r i o u sa l g o r i t h m s t h es i g n i f i c a n c eo ft h i st h e s i si ss t a t e di nt h ef i r s ts e c t i o n , s t a n d i n gi n t h ep e r s p e c t i v eo ft h ee v o l u t i o no fp r o d u c t i o np l a n n i n gm e t h o d s ，a n d c u r r e n tr e s e a r c hu p o na p p l i c a t i o n si nt e x t i l ei n d u s t r yi si n v e s t i g a t e d a f t e r a n a l y z i n gt h em o s tc o m p r e h e n s i v em e t h o d se m p l o y e d i nt h ed e m a n d p l a n n i n ga n dm a s t e rp l a n n i n g ，e f f e c t i v em e a s u r e sa r ei n t r o d u c e di nt h e s e c o n ds e c t i o n , w h i c ha r et oe n s u r eam o r ea c c u r a t ep l a n a l s ot h e p e r f o r m a n c eo fb o t ht h ei n n o v a t i v ea n dt h eo r i g i n a li m p l e m e n t a t i o n si s d e m o n s t r a t e da n dc o m p a r e di n t h i ss e c t i o n t h ee s s e n c eo fp l a n n j n g m e t h o di si n t e g r a t e da saw h o l e ，w h e np e o p l ef i n i s hi m p r o v i n gt h ep r o c e s s o fa t ei nt h el a s ts e c t i o n , a na p s 丘孤n e 、o r kw h i c hc o n t a i n st h ei d e a s p r e s e n t e dh e r e i n b e f o r e ，i sc o n s t r u c t e da n d i l l u s t r a t e d i no r d e rt oe l i m i n a t et h ec o n f u s i o nb e t w e e nq u a n t i t yo fd e m a n da n d t h a to fs a l e s ，t h ei n t r o d u c t i e no faf o r e c a s t i n gm o d e l ，s a y , k a l r n a nf i l t e r m o d e l ，w i l lb e n e f i tt o 豇l h a n c , et h ev e r a c i t yo fp r e d i c t i o n h o w e v e r , m o s t t e x t i l ec o m p a n i e sl o c a t ei nt h eu p s t r e a mo f s u p p l yc h a i n s ，i n c l i n i n gt ob e i m p a c t e dt r e m e n d o u s l yb yt h ef a m o u sb u l l w h i pe f f e c t n ep u r p o s eo f w e a k e n i n gt h eb u l l w h i pe f f e c tc o n s t i t u t e st h ed r i v e ro fb u i l d i n gak a l m a n f i l t e rf o r e c a s t i n gm o d e li nt h es u p p l yc h a i ne n v i r o n m e n t , b yb e i n gl e n t i n f o r m a t i o ns h a r i n gt h r o u g ht h ec h a i n s i n c em u l t i p l e o b j e c t i v e sp r o g r a m m i n g i sa b l et os i m u l a t et h e c h a n g e f u l s i t u a t i o n si nt h e p r o d u c t i o np r o c e s sb ys e t t l i n g d i f f e r e n t f u l f i l l m e n t si ni t s t a r g e tf u n c t i o n , i ti sp r o p e rf o rm a s t e rp r o d u c t i o n p l a n n i n gt o b a l a n c em a t e r i a lf l o wt h r o u g hs u p p l yc h a i n ab e t t e r a t t a i n m e n to ft h em o d e ln e c e s s i t a m sam o r ea c c u r a t es e t t i n go fr e s o u r c e c o n s t r a i n td a t ai nt h em o d e l n et h e s i sd i s c u s s e ss p e c i f i c a l l yt h e c l a s s i f i c a t i o n s ，s o u r c e s a n do b t a i n m e n to fd i f f e r e n t i a t e dr e s o u r c e c o n s t r a i n t i n f o r m a t i o n a d d i t i o n a l l y ，t h e e s t i m a t i o no fp r o d u c t i v i t y , i n c l u d i n go fe q u i p m e n ta n dp r o d u c tl i n e ，i sd e p e n d e n t o nr e l i a b i l i t yt h e o r y a n ds i m u l a t i o n ；t h u st h ec o r r e s p o n d i n gs t e p so f t h ep r o d u c t i v i t ye s t i m a t i o n o fat e x t i l ec o m p a n ya r ed e l i v e r e d f u r t h e r m o r e ，d e p e n d i n go nt h en e wi d e a so fd e m a n dp l a n n i n ga n d m a $ t e rp r o d u c t i o np l a n n i n g ，t h i st h e s i sd e s c r i b e st h er e f o r m a t i v ea t p p r o c e s su n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t s i n c et h e a m e l i o r a t i v ea t pp r o c e s sc o n n e c t sw i t hn o to n l yd e m a n dp l a n n i n gb u t a l s om a s t e rp r o d u c t i o np l a n n i n g ，t h et h r e ep l a n n i n gp r o c e s s e sr r ea b l et o i n t e r a c tw i t he a c ho t h e ra n db e c o m eac i r c u l a t o r ys y s t e m t h u s ，ac o l e p l a n n i n gs y s t e mo f p r o d u c t i o nm a n a g e m e n te m e r g e s c o n s e q u e n t l y , 0 1 1t h eg r o u n d i n go f “o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i sa n d d e s i g n a sw e l la st h eb a s a lp r i n c i p l e so ff r a m e w o r kd e s i g n ，t h i st h e s i s e s t a b l i s h e saf r a m e w o r ko fa p st om e e tt h ei d e a so fp l a n n i n gd i s c u s s e d a b o v e t m sf r a m e w o r kd e s c r i b e st h ed e f i n i t i o no fd a t a , a l g o r i t h m , a g e n t , i v i n t e g r a t i o na n de x c h a n g ei nd e t a i l s i m i l a r l y , as i m p l i f i e de x a m p l eo f d e m a n df o r e c a s ti nat e x t i l ef i r mi sg i v e nt oe m b o d yt h eu t i l i z a t i o no f t h i s 觚n e w o r k t h er e s e a r c hh e r e b yi st oc o n t r i b u t em a i n l yt ot h ei m p r o v e m e n ta n d i n t e g r a t i o no ft h et h r e ep l a n n i n gp r o c e s s e sa n dt h ee s t a b l i s h m e n to fa n a p s 曲m e w 0 】她w h i c he n a b l et h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n tm o r ee f f e c t i v e b e s i d e s ，t h ef r a m e w o r kw i l lh e l pc o m p a n i e ss e tu pan e wa p ss y s t e ma n d e x t e n dt h ee x i s t e n ts y s t e ma sar e f e r e n c e a sar e s u l t , t h es y s t e m s ，w h i c h a r eb a s e do nt h i s ：6 彻e w o i k c a na s s i s tt h ed e c i s i o nm a k e r st oo r g a n i z e m o r er e a s o n a b l e ，f l e x i b l ea n da p p r o p r i a t ep l a n s x i em i n ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y ：p r o f e s s o rs o n gf u g e n k e yw o r d s ：a p sf r a m e w o r k ，d e m a n dp l a n n i n g ，l v l a s t e l p r o d u c t i o n p l a n n i n g ，a t p , t e x t i l ee n t e r p r i s e 图1 - 1 a p s 总体结构 图表目录 图3 1a p s 计划编制模块关系图。1 7 图3 - 2 需求计划的制定过程2 0 图3 3 客户层次关系2 2 图3 _ 4 产品层次关系 图3 5 稳定需求下的预测效果比较2 6 图3 - 6 历史数据预测效果比较2 8 图3 7 制造型企业典型决策过程【4 2 】2 9 图3 8 设备故障的浴盆曲线 4 5 1 3 9 图3 - 9 设备仿真对象结构图 图3 1 0 设备仿真对象状态图4 l 图3 n 生产线仿真对象图4 4 图3 1 2a t p 实施流程图4 7 图4 - 1a p s 软件架构图4 9 图4 2 供应链中a p s 架构5 l 图4 3a p s 与e r p 集成框架5 4 图4 - 4p s l x 参考资源对象派生结构图5 5 图4 5p s l x 参考订单对象派生结构图5 5 图4 - 6p s l x 参考领域模型5 6 图4 7 维度类型定义5 6 图4 - 8 客户对象数据定义5 7 图4 - 9 需求计划对象数据定义5 7 图4 1 0 能力类型数据定义5 8 图4 1 1 资源对象数据定义5 9 图4 1 2 设备类型数据定义6 0 图4 1 3 算法定义 图4 - 1 4 卡尔曼滤波器算法定义6 2 v i i i 图4 1 5a p s 框架调用6 3 图4 1 6a p s 数据集成与交换 图4 1 7x m ls c h e m a 之间的映射6 6 图4 1 8d a t a b a s e 与x m ls c h e m a 之间的映射6 6 图4 1 9 销售订单数据x m l 文件片段6 7 图4 2 0 销售订单数据按区域聚合后的x m l 文件片段6 8 图4 - 2 1 需求计划讧l 文件片段6 9 表3 - 1 某棉纺厂纱线近1 5 期销售数据 表3 2 主生产计划表格基本样式3 1 表3 3 计划期设置示例( 一) 3 2 表3 - 4 计划期设置示例( - - ) 。3 3 表3 5 织机设备故障情况4 2 表3 - 6 织机设备可靠性仿真结果4 2 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名：彳k 新乏 日期：歹卯g 年f 月f 0 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文 保密口，在年解密后适用本版权书 本学位论文属于 不保密口 学位论文作者签名： 现旅 1 日瓤如i 年f 月f d 日 指导教师签名：笼扔易 日期：少彳年月伊日 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 1 1 1 计划编制的重要性及相关系统 近年来，随着产业结构不断的变化，面对越来越激励的竞争环境，各行各业 的生产制造活动都逐渐向着专业分工、跨区域运作、以及内部系统整合等几大趋 势发展。企业在追求规模经济的同时也必须面对来自多方面的竞争压力，努力提 高自身的管理运作水平，以及提升和稳定顾客服务水平。因此企业除了要加强内 部生产管理与控制外，亦须与供应链中的上下游企业相互合作、分工、协调，达 到最佳的生产与运作效率，实现供应链上的生产优化，从而达到共同的目标：获 取更大的利益。这也是供应链管理的基本思想之一。 企业的资源获取、转换和分配是通过计划与控制来完成的。编制满足需求数 量和交付期的计划，监督和控制该计划的实现，使企业在满足需求的前提下，资 源分配最合理且消耗最少，从而以最经济的生产方式生产所需产品。计划与控制 成为现代制造企业的核心业务。 在供应链计划架构中，企业的计划编制已不再仅仅是个别企业的行为，而应 该与其上下游企业联合进行。其内容涵盖了信息的共享、资源的分配、生产计划 的安排、企业问的合作与协调等各种方面。上世纪中期发展起来的m r p m r p i i 系统，为解决企业内部生产安排提供了较完善的解决方案，但其并不完全适用于 供应链环境下的计划制定。现在企业所大力推行的e r p 系统，整合了部分供应链 管理思想，然而其生产管理模块依然沿用m r p m r p i i 模块，因而仍受m r p 模块 自身功能所限，对供应链环境下的计划制定没有很大的改进。为了将企业内部资 源与外部资源更有效的结合并作出整体上的规划，自上世纪9 0 年代逐步发展起 a p s ( a d v a n c e ds c h e d u l i n ga n dp l a n n i n gs y s t e m ，高级计划与排程系统) 。a p s 第一章引言 越来越受到学者与企业的重视，已成为供应链管理模式下的新兴的最有活力的计 划模式之一。a p s 具备了同步、及时、全面性等特点，并采用了一些较为先进的 管理计划技术，借助有效的改进算法对供需平衡与生产排程进行优化处理，弥补 以往计划制定方法的一些缺点，强化以m r p 计划为主的企业资源计划系统，进 而整合为更加有效的生产计划与排程系统，满足现今企业的需求n 】 a p s 的最终目的在于通过运用先进的计算机技术以及多种数学方法、仿真方 法，从而满足生产型企业的各种各样的计划与排程的需求，令企业在变化多端的 市场中获取最大的利润。圆 1 1 2 纺织行业信息系统应用状况 我国纺织行业的计算机应用起步较早，从1 9 7 9 年起就开始了微机配棉，是我 国最早开展计算机应用的行业之一。虽然“九五”期问由于受到全行业总体亏损的 影响，企业信息化的势头有所减缓，但随着2 0 0 0 年起全行业整体扭亏，纺织行 业在“十五”期间迎来一个新的高潮。尽管受市场大环境影响，棉纺、化纤行业效 益有所下滑，但由于加入w t o 的推动，企业上信息系统的积极性依然很大。据 2 0 0 0 年调查，大中型纺织企业中8 0 以上应用了各种单项管理软件，约3 0 建设 了不同规模的信息系统。1 3 】 据纺织协会电子办的调查，自2 0 0 0 年起准备开始或正在实施m i s e r p 的企 业有1 0 0 多家，完成或基本完成的有近2 0 家。其中较好的有黑龙江龙涤、山西 三维、厦门翔鹭、连云港钟山、保定天鹅、河北天纶、山东华纺、杉杉集团、无 锡一棉、深圳捷德、新乡自鹭等企业。删 介入纺织行业e r p 系统开发与实施的厂商已有三四十家，但目前尚未在行业 形成中有影响的、有广泛用户群的主导产品，最主要的原因是缺乏适合纺织企业 生产经营特点的产品。成功应用的系统中，财务软件、进销存管理软件居多，作 为e r p 重要部分的生产管理，仍然是最薄弱的环节，或者空缺，或者只有简单的 计划和统计功能，或者定制开发，难以推广到其他企业，即使国外软件也存在这 一问题。【3 1 要适合纺织行业的应用，e r p 的生产管理模块应该考虑行业特点。开发者都 认为生产管理是e r p 中复杂和困难的部分，需要在基本原理和核心模块的基础 2 第一章引言 上，抓住各种生产过程、生产类型的特点和要求，合理设计，精心实施，不断完 善。现今已有部分e r p 厂商开始为纺织行业定制专门的e r p 系统。随着纺织企 业e r p 系统的日渐广泛的推行，为日后a p s 的实施打下坚实的基础。f 4 l 1 2 研究动因 耳前的纺织企业的一个重要问题就是生产管理水平还跟不上。生产管理包含 很多方面内容，其中计划的编制能力是生产管理中的基本。尽管a p s 于九十年代 在国外被提出，已成为国外生产管理研究与产品的重点，但a p s 在国内还只是一 个近两三年才新兴的研究及实施课题，关于这方面的书籍、文献等都十分缺乏， 至于能商业化应用的系统更是少之又少。通过合理引入a p s 的理念与方法，能有 效改进e r p 计划制定这一薄弱环节，通过加强企业的计划制定能力，弥补原有功 能的不足，从而提升纺织企业的生产管理水平，使其降低运营成本，在激烈的市 场竞争中获得更大的竞争优势。 在对多个纺织企业的调研中发现，其仓库中都堆积着为数众多的原材料或者 产品，究其原因，是由于他们的需求计划制定采用的方法不足以有效的对市场需 求做出准确预测，且纺织企业通常处于供应链的上游，由于受牛鞭效应的影响。 其安全库存量在现有计划编制能力下不得不保持一个较高的水平。原材料与产品 的大量库存，必然导致成本的上升，带来诸多负面影响，因此迫切需要找寻到更 加切实有效的方法提高企业的需求计划编制水平。 在纺织企业中主生产计划的编制中，当前国内e r p 系统中生产计划编制模块 功能较薄弱，虽然众多学者针对各种类型的生产计划编制方法作了许多研究，但 受企业自身条件所限或系统功能所限，选择适合企业情况的计划方法较困难。另 一方面，选择好编制方法及模型后，通常忽视了或者没有一个良好的方法收集到 生产系统各方面的准确信息，从而计划模型数据不准确，导致所编制的计划并不 能真正发挥其应有作用，因此现在大多数纺织企业依然采用的是人工计划的方式 进行编制，其中不乏一些知名大厂。正由于生产情况变化多端，必须获取准确的 企业信息，选取有效的计划编制方法及模型，并提供模型数据收集的有效方法， 如此对纺织企业提高生产管理水平将有着重要意义。 强大的a p s 的软件架构是成功实施a p s 的重要因素，现阶段由于商业保密等 3 第一章引言 原因，缺乏相关a p s 软件架构的研究资料，因此分析设计一个一个灵活、强壮、 高效的a p s 软件架构，从而保障a p s 系统功能得以高效实现，且保障a p s 与现 有系统如e r p ，以及企业间a p s 与a p s 间进行联合计划编制等，对于企业提高 计划编制水平有着重大意义。 1 3 研究范围 a p s 的功能结构如下图所示： 图1 - 1a p s 总体结构 如图所示，从上往下看，a p s 是一个层次性的供应链计划，按计划时期长短 可分为长期、中期与短期计划三大层次；从左往右看，供应链可以分为采购、生 产、配送及销售四个阶段，对应这四个阶段，a p s 有着不同的计划制定模块，如： 需求计划、主生产计划、分销及运输计划、需求实施与可承诺供货( a v a i l a b l et o p r o m i s e ，简写成a t p ) 、生产排程及库存管理等各种计划模块。1 2 1 从此图可以看出，a p s 是一个涵盖了供应链管理各个阶段的层次性计划与排 程系统。但是，与e r p 等系统相比较而言，a p s 实际上只是一个软件包，它虽然 涵盖了众多的计划模块，但并没有日常管理模块，a p s 将e r p 等各种生产系统中 各种计划模块提取并整合，采用最新的计算机技术与数学工具，使用e r p 等生产 系统的数据，更加有效快捷的制定企业内部生产计划以及供应链计划。 本文将在纺织企业的背景下，对a p s 的计划模块与应用方法进行研究，研究 4 第一章引言 范围如下： 首先是a p s 计划模块的研究。从上图的分析可见，a p s 包含众多计划模块， 因此本文选取其中三个最重要的计划模块进行研究：需求计划模块，主生产计划 模块和a t p 模块。 其次是a p s 的应用研究。a p s 是一个软件系统，因此，本文将讨论a p s 的 计算机架构、模型以及实现方法。 1 4 研究目标 由于国内对a p s 系统研究的文献非常少，成型的a p s 为数极少，为了使本研 究更具有实际价值，本文从a p s 计划模块编制方法的改进与a p s 计算机架构搭 建两方面相结合进行研究，使企业即能依照a p s 的思想，采用更佳的计划模型以 解决传统生产计划编制的一些缺点与问题，同时又能够为纺织企业定制或实施 a p s 系统、与e r p 等生产系统的集成等提供参考与建议。从而提高纺织企业生产 计划的制定水平。 本论文期望通过研究达到以下目的： 通过对需求模型，主生产计划模型以及a t p 模型的研究，结合供应链管理， 给出更令人满意的模型方法以及仿真方法，并同时给出a p s 框架中的应用 实例，为企业实际进行计划的编制或实施a p s 提供参考。 通过对a p s 软件功能及其与e r p 等生产系统的关系的研究，给出a p s 的 一个通用架构模型，并给出实现该架构的一个应用框架及实现原则与方法。 为了更好的支持该框架，使得a p s 具有高扩展性和易用性，本文通过相关 国际标准的研究，给出a p s 中的数据模型、算法表示模型、代理模型等定 义，为数据交换及计划应用打下良好的基础。 t 5 文章结构 本文的结构如下：第二章在相关文献研究分析的基础上，对生产计划的发展 做了简要回顾，并对a p s 总体架构、其所包含的需求计划、主生产计划和a t p 模块的当前研究现状作了分析与总结，指出需求模块、主生产计划模块中需要改 进之处，以及构造a p s 软件框架的必要性。第三章以纺织企业为背景，结合供应 第一章引言 链的特点，详细叙述了需求计划、主生产计划和a t p 模块的改进，并给出了相应 的改进模型。对需求计划制定给出了适用于企业内部以及供应链上需求计划的卡 尔曼滤波器模型，并分析了其效果；对主生产计划的制定，采用了目标规划方法， 并根据目标规划模型中的约束要求，详述了资源与能力约束的数据来源及分析方 法和生产能力的预估方法；对a t p 给出了改进的指导流程。第四章在第三章的研 究基础上，结合当前纺织企业的信息系统现状，给出了a p s 软件框架的设计细节， 并用实例展示该框架的使用方法。第五章是对全文的总结与进一步研究的展望。 6 第二章文献研究 第二章文献研究 2 1 生产计划的发展史及各自缺陷 1 9 1 3 年，为了合理地控制库存，e w h a r r i s 提出了经济订货e o q 公式。 三十年代初期提出了库存订货点理论：企业控制物料的需求通常采用控制库存物 品数量的方法，为需求的物料设置一个最大库存量和安全库存量，由于物料的供 应需要一定的时间，因此订货必须有一定的时间提前量。该方法有以下限制：对 物料的消耗以及供应都要求稳定，且需求也是独立的。唧 1 9 3 9 年前苏联学者康托洛维奇出版了生产组织与计划中的数学方法，对 列宁格勒胶合板厂的计划任务建立了一个线性规划的模型，为数学与管理科学的 结合作了开创性工作。之后，线性规划逐渐成为生产计划编制中的一个重要方法。 嘲 由于订货点法受众多条件的限制，不能反应物料的实际需求。2 0 世纪6 0 年 代，i b m 公司的约瑟夫奥利弗博士提出了把对物料的需求分为独立需求与相关 需求的概念。基于此理论，人们认识到“在需要的时候提供需要的数量”的重要 性，并发展形成了物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ，简称m r p ) ， 它主要用于订货管理和库存控制。1 5 1 m r p 的基本任务是：( 1 ) 从最终产品的生产计划( 独立需求) 导出相关物料( 原材 料、零部件等) 的需求量和需求时间( 相关需求) ；( 2 ) 根据物料的需求时间和生产( 订 货) 周期来确定其开始生产( 订货) 的时间。m r p 的基本内容是编制零件的生产计划 和采购计划。然而，要正确编制零件计划，首先必须落实产品的出产进度计划， 即主生产计划( m a s t e rp r o d u c t i o ns c h e d u l e ，m p s ) ，这是m r p 展开的依据。m r p 还需要知道产品的零件结构，即物料清单( b i l lo f m a t e r i a l ，b o m ) ，才能把主生产 计划展开成零件计划；同时必须知道库存数量才能准确计算出零件采购数量。i _ 1 m r p 能根据有关数据计算出相关物料需求的准确时间与数量，但它还不够完 7 第二章文献研究 善，其主要缺陷是没有考虑到生产企业现有的生产能力和采购的有关条件的约 束。因此，计算出来的物料需求的日期有可能因设备和工时的不足而没有能力生 产，或者因原料的不足而无法生产。同时，它也缺乏根据计划实施情况的反馈信 息对计划进行调整的功能。m r p 系统的正常运行，需要有一个现实可行的主生产 计划。它除了要反映市场需求和合同订单以外，还必须满足企业的生产能力约束 条件。因此，除了要编制资源需求计划外，还要制定能力需求计划( c r p ) ，同各 个工作中心的能力进行平衡。只有在采取了措施做到能力与资源均满足负荷需求 时，才能开始执行计划。而要保证实现计划就要控制计划，执行m r p 时要用派 工单来控制加工的优先级，用采购单来控制采购的优先级。这样，基本m r p 系 统进一步发展，把能力需求计划和执行及控制计划的功能也包括进来，形成一个 环形回路，称为闭环m r p 。1 7 1 到了8 0 年代，开发人员开始把生产、财务、销售，工程技术、采购等各个子 系统集成为一个一体化的系统，称为制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p l a n n i n g ，简称m r p i i ) 。它在m r p 系统的基础上，增加了对企业生产中心、加 工工时、生产能力等方面的管理，以实现计算机进行生产作业计划的排程功能， 同时也将财务的功能囊括进来。这种管理系统已能动态的监测到产、供、销的全 部过程。1 7 1 至于e r p ，则基于“供应链”的管理思想，更关注于企业所有资源的合理配置。 但其生产管理部分仍沿用m r p i i 的体系。1 5 1 7 0 年代末，在资源比较匮乏的日本发展出了j i t 看板拉式系统，j i t 的核心思 想是消除生产过程中的任何形式的浪费。j i t 中所指的浪费包括：过量生产、部 件与操作者的移动和等待时间、低劣的制造过程、存储和残次品。其主要构成包 括：基于看板的生产控制、全面质量管理、全体雇员参与决策、供应商的协作关 系。l 刀 在以色列，g o l d r a t t 博士潜心研究企业的关键资源的能力效率后，产生了t o c 约束理论以提高瓶颈的效率来整体提高企业效率。它是一种在能力管理和现场作 业管理方面的哲理，把重点放在瓶颈工序上，保证瓶颈工序不发生停工待料提 高瓶颈工作中心的利用率，从而得到最大的有效产出。嘲 在一些项目管理时间较长的制造环境下如造船项目，美国海军设计出p e r t 计划评审技术c p m 关键路径法。i l l 8 第二章文献研究 针对m r p m r p i i 采用无限能力约束，无法有效解决影响企业效率的基本问题 能力约束，有限能力计划f c s 逐渐浮出水面，其利用t o c 的原理，全面进 行多重生产约束的优化计划。 8 0 年代后期，随着在销售渠道研究、协调与合作、在生产与分销网络中库存 的分配与控制、生产计划层次等方面的研究给予扩大和完善，逐渐形成了供应链 管理的理论和实践。供应链组织联盟间的计划、进度安排和供应链计划的执行与 控制日益成为企业提高竞争力的关键【9 】。s c m 的实现支柱是集成与协同，a p s 是协同的核心，能够统一和协调企业问的长、中、近期的计划。翻 9 0 年代中后期，a p s 是一种在资源约束前提下的优化技术，既可用于单个企 业内部的短期的计划与排产，又可用于在已知条件下的长期预测和在企业间进行 计划，成为改进和优化企业供应链管理的有力工具。a p s 采纳了f c s 方法，但它 不仅仅考虑了生产能力约束，还将物料的约束，需求的约束，供应商资源约束， 运输资源的约束，分销资源的约束，财务资金的约束等等各种因素考虑在内，快 速的进行生产计划编排与优化。i l l a p s 已成为当前研究的热点以及计划发展的主要趋势。 2 2a l a s 研究现况 图1 1 给出了a p s 的系统结构，从总体上看a p s 属于层次生产计划。层次生 产计划于上世纪中期提出并被广泛的采用。典型的层次生产计划方法根据计划范 围的跨度和所作计划的重要性，通常可分为三个不同的计划层次1 1 0 ： 长期计划：这一层次的决策也称为战略决策，他制定了未来企业，供应链开 发所必要的框架，通常涉及供应链的设计和结构、产品发展方向，生产发 展规模，技术发展水平，新生产设备的建造等，对今后几年有长期影响 中期计划：这一层次的决策也称为战术决策，在战略决策的范围内，中期 计划决定常规运作的框架，特别是决定了供应链中流程和资源的总数量和 时间，其计划范围为6 2 4 个月，考虑了需求的季节性变化。确定在现有资 源条件下所从事的生产经营活动应该达到的目标，如产量、品种、产值和 利润 短期计划：这一层次的决策也称为运作决策，最低计划层应当把所有活动 9 第二章文献研究 明确为可供立刻执行和控制的详细指令，因此短期计划模型要求高度的详 细和准确。短期计划范围在几天到3 个月之间，受到来自上层有关结构和 数量范围决策的限制。 从模块角度看，a p s 包括需求计划、主生产计划、需求实施计划、运输计划、 生产排程、库存管理等各种供应链计划模块。对应各个模块的计划编制方法学者 们提出了许多相应的解决方案，本章3 、4 小节重点分析了需求计划、主生产计 划和能力计划的研究现状。 a p s 实际上是一个计划排程软件包，它的目的在于高效的帮助制造企业通过 各种规则及约束，自动、快速的生成现在与将来的各种计划。由其生成的生产计 划应能对延迟定单进行控制。a p s 能够管理控制企业的生产能力及其它各种约束 条件，如资源工时，物料，加工顺序和自定义约束条件等。最重要的是a p s 应能 快速响应意外的结果，通过对生产过程中各因素，包括班次、工时、工具、材料 的可用性、可知，未可知的设备维护、当前能力负荷等进行综合考虑，提供应对计 划。l l l l e r p 系统和a p s 系统在各自的应用领域发挥着不同的作用，两者又各具有自 己的优势和缺点，特别是在目前企业的环境变化的情况下，采用两者有机结合的 集成方案将提高企业对环境变化反应的敏锐度，增强企业的竞争力。0 2 1 由于e r p 在财务管理、采购管理以及销售管理等方面已经表现出了良好的管 理效益和管理规