（产业经济学专业论文）制造业APS模型发展研究.pdf

对外经济贸易大学硕士论文 摘要 本文的研究目的在于对比较通用的离散型制造业的生产流程进行分析，然后构造 一个a p s ( a d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g ，即高级排产计划) 模型，并实现其 中的排产模块，生成具体的排产计划。 本论文的研究意义在于实践和理论意义。从实践方面看，a p s 的应用有利于提高 e r p 的实施成功率。从理论方面看，a p s 解决了m r p 在系统设计方面的一些先天缺陷， 如将提前期固定、固定的工艺路线、无限能力的生产、计划难以修改等。 本论文首先对a p s ( 高级捧产计划) 基础理论进行研究，介绍了生产计划中提前 期、批量等主要计划捧产因素，以及这些因素之间的重要关系，介绍了计划的发展演 变过程。然后，本文介绍了排产的基本过程，排产涉及到的主要因素。然后提出在供 应链环境中生产计划排产体系本文重点是在约束理论和线性规划理论的基础上建立 了在没有外协情况下和有外协情况下的离散型制造业a p s 数学模型，并且以北京某个 离散型制造业工厂生产的一种电柜为例，首先对没有外包情况的数学模型进行了 e x c e l 建模，实现了以天为最短时段的排产，然后在此模型基础上通过调整生产截止 日期对有外包情况用e x c e l 和宏进行了建模。为了按照公司保密要求，我对工艺和组 件数据进行抽象处理，然后用e x c e l 进行排产实现。 本论文的创新点在于列出无外包情况和有外包情况的线性规划数学模型，并用 e x c e l 验证了这两种情况下的a p s 排产数学模型，并将实际调研后处理过的生产订单 输入其中进行了应用。 关键词：排产计划a p s 排产模型 对外经济贸易人学硕士论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ya n a l y z ef r o mt h ep r o d u c i l l gp r o c e s so f t h es e p a r a t em a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yt h a ti sg e n e r a lu s e d ，t h e ns e tu paa p sm o d l e ，a n db 矗n gf o r w a r dt h ep l a n n i n ga n d s c h e d u l i n gs y s t e m , a n dg i v et h es p e c i f i cp l a n t h e p a p e rh a s a c t u a la n dt h e o r yv a l u e f r o mt h ea c t u a la s p e c t , t h eu s eo f t h ea d v a n c e d p l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gc a nh e l pt h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ee n t e r p r i s e 冒e s o u f c eo f p l a n n i n g s y s t e m f r o mt h et h e o r ya s p e c t ，a d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gs y s t e mc a na v o i ds o m e d e f e c to f t h em r p $ s u c ha st h ef i x e dl e a d - t i m e ，t h ef i x e dw o r k i n gm e t h o d ，i n f i n i t ep r o d u c e c a p a b i l i t y , h a r dt om e n dt h ep r o d u c ep l a n n i n g t h i sp a p e rf i r s t l yp r o p o s e dt h eb a c k g r o u n da n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h ea d v a n c e d p l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g , a n dt h e ni tg a v et h es u m m a r ya b o mt h eo r i g i n t h ed e v e l o p m e n t c o n d i t i o na n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h ea d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n ga n da l s o c o m p a r e di t w i t he r ea n dt h e ns e tu pam a t h e m a t i c a lm o d e lp r o d u c i n gw i t h o u t o u t - s o u r c e sa n da l s os e tu pam o d e lp r o d u c i n gw i t l lo u t - s o u r c e s t a k eam a n u f a c t u r i n gc o r p o r a t i o nf o re x a m p l ew h i c hp r o d u c e dal 【i n do fc a b d e s c r i b e dp r e s e n tw o r kc e n t e ra n dt h eb i l l so fm a t e r i a l s a n df o u n do u tt h ep r o b l e mi nt h e p l a n n i n ga n dt h em a n u f a c t u r i n gb o t t l e n e c k b r i n gf o r w a r dt h e s o l u t i o no fp r o d u c t i o n p r o c e s s i nt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yw i t h o u to u t - s o u r c e s b a s e do nt h i se x a m p l e ， c o n s t r u c t e dt h e g e n e r a l m o d e lo fa d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gi ns e p a r a t e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y t h e n ，o nt h eb a s eo ft h es o l u t i o no fp r o d u c t i o np r o c e s si n t h e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yw i t h o u to u t - s o u r c e s ，ia l s os e tu pt h em o d l eo fp r o d u c t i o np r o c e s s i nt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yw i t ho u t - s o u r c e sw i t he x c e l t h ei n n o v a t i o no ft h ep a p e ri sb r i n gf o r e w a r dt h el pm a t hm o d l eo fa d v a n c e d p l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gf o rb o t ht h ec o n d i t i o n s o fw i t ho u t s o u r c e sa n dw i t h o u t o u t - s o u r c e sw i t he x c e l ，a n dt h e nu s et h ed e a l e dd a t af r o mt h er e a lp r a c t i c ep r o v e dt h e m o d l e k e yw o r d s ：a d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g , m a n u f a c t u r i n gp l a n n i n g , p l a n n i n g m o d e l 2 对外经济贸易大学硕士论文 第一章绪论 本章主要提出了a p s 研究的背景及意义和对本论文所研究的内容、方法以 及成果做了一个概述。 1 i a p s 研究背景及意义 随着全球一体化经济发展和市场环境变化，越来越多的企业采用了e r p 软 件对企业的生产、销售、财务、人力资源、供应链等进行集成管理。但是，很 多企业实施e r p 之后的应用效果不能尽如人意。那么，究竟是什么妨碍了e r p 实施的成功率? 本文主要从企业生产计划这一角度对这个问题进行了回答。 1 1 1 问题的提出 面临瞬息万变的商业环境和激烈的价格竞争，以及客户要求提高服务质量 以及越来越广泛地产品选择，怎样才能在不影响客户服务质量的前提下缩短供 应周期，最大限度实现客户满意度，这是每个制造企业需要考虑的一个问题。 大多数e r p 软件能够让用户了解其工厂的现行运行状况，但对用于生产部 件之资源( 如设备、工具和人力等) 方面的实际能力未予以考虑，因此，无论 资源是否超负荷使用，都采用相同的备货时间来计算投产时间。这样的排产产 生的不良结果有： 资源超负荷运行； 在制品增加； 订单执行超过预期时间； 交货延迟； 提前定购生产原材料导致库存成本增加等。 而且，由于使用批量订单计划模拟，当前采用的c r m ( 客户关系管理系统) 和m r p 模块需要耗费多个小时才能输出运算结果，也就是说，采用静态工具来 解决动态问题，这肯定会带来很大的误差。 作为工厂的总经理或厂长，他们可能会遇到这样的问题：能否通过分配有 限材料和能力，以满足客户交付日期和优先订单的要求? 能否确定最佳的生产 顺序以减少设置和更换? 能否通过降低生产负荷或合理分配生产以平衡工厂能 力? 能否使供应商交货与工厂调度相同步? 作为销售人员，他们可能面临这个 问题：能否在顺利完成已有订单计划的前提下对新订单的交付日期进行承诺? 制造商必须具备计划、优化和调度的能力，以便应用最合适的技术解决其 与众不同计划和调度问题。上述问题的解决就需要高级计划排产( a p s ) 系统。 a p s ，来源于全球著名i t 公司i l o g 的a p s 高级排产优化引擎1 ，就连s a p 、 对外经济贸易大学硕士论文 o r a c l e 等e r p 中的物料需求计划与生产计划算法都来源于i l o g 有人翻译成 a d v a n c e dp l a n n i n gs y s t e m ( 高级计划系统) ，也有人翻译成a d v a n c e dp l a n n i n g a n d s c h e d u l i n g ( 高级排产计划) 。在本文中，统一将a p s 理解为高级排产计划。 高级计划排产是按照各种规则及约束对生产订单、生产设备以及人工进行详细 的、可视的计划。 1 1 2 本论文的意义 首先，从实际意义来说，a p s 的应用有利于提高e r p 实施的成功率。 目前，越来越多的企业选用e r p 这一先进的管理信息系统以提升企业的核 心竞争力。但是，e r p 实施后，是否能达到期望值却值得商榷。 现代的制造企业中，计划部门都处于关键地位。计划部门直接负责协调企 业的各种业务活动，如制造、库存、采购、销售以及供应链上的其它资源。计 划部门按照一定的规则如订单计划等，协调这些行政独立的部门，形成企业的 增值链，从而为企业创造效益。计划部门的运营情况直接决定着企业是否能够 以最低的成本、最短的时间、最优的质量向客户提供满意的服务。 但是相关研究2 表明2 0 0 4 年中国制造企业应用最多的仍然是e r p 系统中与财 务与物流相关的模块，其次为生产与成本相关的模块管理，使用较少的是车间 管理与决策支持等系统。而在制造企业中应用了生产与成本系统的主要管理基 础较好的大、中型企业。在e r p 的深化应用方面，如车间作业管理、及时生产、 决策支持系统等，在本世纪才刚刚得以推广，所以在我国制造企业中应用程度 不高。 实施动机决定了实施的模块，所以，与e r p 的核心m r p 、m r p i i 相关的生产 控制模块的实施比例只有6 6 3 ，排在第五位。同时，在已实施的模块中有5 5 的答卷者认为最难实施的模块是生产控制模块。 美国a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 研究中心经调查认为，那些 已经采用a p s 模式的企业产生的投资收益率约为3 0 0 4 ，并称a p s 是日益复杂的 商务环境下具有革命性进步的企业计划工具。 所以，企业在应用e r p 的基础上引进a p s ，能够使企业的效率进一步提高， 充分满足客户的需求，增强企业的核心竞争力。通过现代的技术手段将这些过 程自动化并对其进行有效地管理以提高企业运作效率，降低成本，增强规范和 标准化，提供更加充分、准确、及时地信息用于准确的决策，便是高级计划排 产学要解决的问题。 z m 0 4 2 0 0 5 年中国制造业e r p 产业技术研究报告，w e - w o r k s n e t o a 3 饶艳超， 国内企业e r p 系统实施应用现状调查分析 ，经济界，2 0 0 4 2 ，第3 6 页 a m r r a r c hs t a f f e n t e t p d s c a p p l i c a t i o n s o u t l o o k f o r 2 0 0 3 ：t h e p e r f o n m n c e - d r i v e n e n t e r p r i s e a m r r e n 目r e hr e p 矾p 5 e b o l h t t p ：w w w 酬ms l a t e2 0 0 3 - o l - 3 l 2 对外经济贸易丈学硕士论文 其次，从理论意义上来说，a p s 解决了e r p 核心系统m r p 在系统设计方面的 先天缺陷5 。 e r p 的核心m r p 的系统设计上用静态方法解决动态问题的不合理性也导致了 e r p 实施没有取得预期效果的原因。m r p 在系统设计上存在着五个先天缺陷： ( 1 ) m r p 算法假定提前期是已知的固定值；( 2 ) 系统要求固定的工艺路线；( 3 ) 仅仅根据交付周期或日期来安排生产的优先次序；( 4 ) 所有工作都是在假定无 限能力的前提下进行的；( 5 ) 计划难以修改。这就限制了企业制订准确而又切 合实际的生产计划。这也正是很多e r p 系统实施效果不尽人意的重要原因之一。 a p s 的出现解决了e r p 的核心即m r p 的计划缺乏弹性的问题。a p s 能够针 对所给定的生产状况( 主生产计划、能力数据、工艺路线等) ，采用诸如线性规 划、整数混合规划、推理、约束理论、模拟等方法，在有限的生产能力下得出最 合理的排产计划，并允许人机的交互，包括选择各种排序规则( 如最小成本或最 大顾客满意度) 和对生产车间的能力的安排可以做出多种选择( 如柔性的倒班 安排等) 在商业软件中，利用a p s 得出的排产计划可以指明计划周期内的每 批物料在特定加工设备的加工次序，并可以通过直观的甘特图形式给出。将a p s 和m r p 集成起来就可以实现m r p 做出具体排产计划。 所以，a p s 在理论上是m r p 的发展和补充。 1 2 本文的研究内容 本文所研究的内容主要是离散型制造业的工作中心信息，对其进行分析， 将订单与设备的约束能力进行最佳配置，得到生产排产清单。离散型制造业是 指物料离散地按照一定工艺顺序运动，在运动中不断改变形态和性能，最后形 成产品的生产制造业，如汽车制造行业。离散型生产又被称为加工装配式生产。 工艺流程、工作中心以及物料清单要针对具体行业进行分析。对生产进行 排产，首先要了解a p s 排产的规则。a p s 调度工具采用时间顺序或工单顺序计 算计划调度。根据交付日期和订单紧急程度，调度模拟计算运行可采用向前、 向后或双向排产方式。现在有些a p s 工具允许平行加载方式，即当有资源( 设 备、人力等) 有产能可以使用时，等待处理的工单就加入计划排序。a p s 有五 种( 产能约束) 调度规则计算： ( 1 ) 在制品最小化向前； ( 2 ) 在制品最小化向后； ( 3 ) 优先顺序( 根据客户定单属性、设备设置时间等) ； ( 4 ) 动态瓶颈； 5 谢沁华，孙先锦，m r p 系统的设计缺陷改进研究) ，工业工程) ，2 0 0 4 年3 月，第七卷第2 期，第 2 l 页 3 对外经济贸易丈学硕士论文 ( 5 ) 用户定制规则； 以上调度规则将在第四章中详细解释，本文将应用在制品最小化向前调度 算法，并在第四章和第五章中用数学模型分析a p s 订单生产计划排序模型。 排产使用四种类型的规则确定负荷在车间中的处理方法。( 1 ) 作业下达规 则：首先下达最高优先级；( 2 ) 排序规则：为资源定义规则，默认的排序规则 “先进先出”( f i f o ) ；( 3 ) 是资源组选择规则：从顺序中选择( 首先选择列在 资源组记录首位的资源) 。( 4 ) 选择规则：事先不定义规则。工作中心的选择规 则有如下四种：f c f s ( 先到先受服务) 、s p t ( 最短的操作时间) 、e d d ( 最早到 期) 、l p t ( 最长的操作时间) 1 3 本文的研究方法 本文采取数学模型分析与构造和比较分析法。讨论算法时可根据完成时间、 顾客等待时间等参数来比较讨论。 1 4 本文的研究成果 本论文主要有以下研究成果：用数学模型分析离散型制造业在没有外包和 有外包情况下用e x c e l 建立的a p s 生产计划排产模型。 4 对外经济贸易大学硕士论文 第二章生产计划与排产发展 本章主要主要介绍了生产计划的关键要素，生产排产涉及到的主要因素和 困难，重点介绍了生产排产系统的发展过程。 2 1 生产计划体系 生产计划体系过程中，企业在需求计划阶段根据需求预测和经营目标来制 定长期的综合计划，然后在订单确定阶段充分了解市场状况与客户的需求品种 和数量，并通过供应链计划管理由主生产计划支持确定的订单，预测并制定短 期的物料需求计划。在上述主生产计划和物料需求计划过程中企业同时进行租 能力和细能力平衡，以确保生产能力与生产任务的匹配。 2 1 1 生产计期的主要形态 生产计划体系可以对生产计划与排产按照从高到低的层次进行如图2 1 的 分层。这种分层只是为学术研究的方便，实际上不同行业中企业生产计划的重 点是不同的，其存在的计划形态可能只是以上所提的生产计划体系的子集，或 者可能存在以上未包含的计划形态。如未特别说明，本文所提的生产计划主要 指主生产计划( m p s ) 、物料需求计划( m r p ) ，生产排产主要指详细计划、排 序和分派( 以详细计划为重点1 ，本文主要是对高级排产计划( a p s ) 进行研究。 事实上，随着高级排产计划的出现，计划和排产逐渐融合成一个模块，计划和 排产之间的分届也已经越来越模糊。但是为了突出高级排产计划的排产特点和 它的优势，我们这里还是分开介绍了计划( 2 1 节) 与排产( 2 2 节) 。 图2 1 生产计划分层 资料来源：项目管理，j a c kr m e r e d i t h 1 9 9 2 ( 1 ) 主生产计划 主生产计划( m a i np r o d u c t i o ns c h e d u l e ，m p s ) 是根据总体计划，针对某一生 对外经济贸易大学硕士论文 产方式，在某一计划时段内，进行特定产品组合、数量、生产日期以及生产设 备的安排。f o r g a r t y ，b l a c k s t o n e 和h o f m a n n 提出主排产计划是需求的表达，包 括预测。接受客户订单、主生产计划、预计可用量以及可允许订购数量等。 a p i c s ( a m e r i c a np r o d u c t i o na n di n v e n t o r yc o n t r o ls o c i e t y ) 字典定义，主生产计划 是需求、销售预测、累计订单、预计可用量及可允许订购数量等的集合。 g i e s b e r t s 提出主生产计划( m p s ) 包含了下列的分类计划：1 ) 预测与订单； 2 ) 生产与资源规划；3 ) 详细生产计划。主生产计划( m p s ) 是m r p 系统的重 要输入数据和驱动来源，是原物料、零件、子配件和配件，仓储和运输等计划 的源头主生产计划在制造规划和控制活动中提供重要依据。 ( 2 ) 物料需求计划( 枷r p ) 物料需求计划( m i 心) 需要分解m p s 中的最终产品或项目，确定产品各级 零部件制造或采购的数量、时间以及完成时间，并利用物料清单、库存数据和 主生产计划计算物料需求。物料需求计划产生并下达补充物料清单的建议，而 且由于它是按照时间段进行划分的，当到货日期与需求日期不同步时，m r p 会 建议重排未结清单。最初m r p 只被看成一种比库存订货点更好的库存管理方 法，现在则被普遍认为是一种计划技术，即建立和维护订单的有效到货日期的 方法，是闭环m r p 的基础。 ( 3 ) 高级排产计划( a p s ) ，供应链环境中企业生产排产计划体系。 2 1 2 生产计划的关键要素 本节主要研究生产计划中的批量问题、提前期问题等关键要素，以及这些 关键要素之问存在的联系。 2 1 2 1 批量 批量问题( l o ts i z 曲一直是运筹学、工业工程领域的研究热点之一，在a p s 应用过程中批量问题也是主要困难所在，至今仍未找到很好的解决方案，如果 能够把批量问题解决，那么e r p 和a p s 都将有历史性的飞越。批量问题主要 目标是多品种、成批生产中在生产费用、调整费用和贮存费用之间谋求均衡， 使得三种费用之和最小。 ( 1 ) 批量问题的描述及分类 1 ) 与批量有关的生产准备费用和库存费用 生产准备费用包括开工费用和更换品种的调整费用。开工费用指每次设备 由停机到下次开动所发生的损失或费用：更换品种的调整费用指因品种更换所 发生的设备调整、工装调整的损失或费用。 库存费用主要包括在制品占用存储面积的折旧费、占用费，在制品的管理 费用、人工费用和在制品占用流动资金的利息等。在有些批量模型中，总费用 还包括生产设备闲置的损失费用和由于生产负荷超过生产能力而引起的员工加 6 对外绎济贸易大学硕士论文 班费和机器折旧等。在大部分批量模型中，生产能力只作为一个约束条件考虑， 而在目标函数中不予考虑。 2 ) 批量模型的基本要素 主要包括：计划期长度和时间类型假设、对间段假设、需求类型、产品结构 和能力限制。按计划期长度划分，计划期间可分为无限计划期和有限计划期。 整个计划期被划分为间隔相同的时间段。时间段的大小是由管理者根据实际需 要来选择，可以以周为单位，也可以以天为单位，甚至以班为单位。 假定需求有两种：恒定连续的和动态间断性的。按产品结构划分，批量问题 可划分为单一阶段批量问题和多阶段批量问题。根据不同的产品结构特点，多 阶段的产品结构可分为四种类型：并列结构、装配结构、分解结构、一般结构。 由于研究条件和能力限制，本文章设计的模型为单一阶段批量问题。 在生产过程中，对生产能力的需求包括两部分：产品的加工过程对生产能力 的需求，以及生产准备过程对生产能力的需求。本文e x c o l 创建的模型中考虑 了产品加工过程对生产能力的需求，并在第四章中对电柜生产工作中心进行了 优化。 3 ) 批量分类 批量问题一般可以按产品结构的阶段数和加工中心有无能力限制，分为没 有能力约束的单一阶段批量问题( s l u r ) 、有能力约束的单一阶段批量问题 ( s l c r ) 、没有能力约束的多阶段批量问题( m l u r ) 以及有能力约束的多阶段批 量问题( m l c r ) 四种类型。 ( 2 ) m r p i i 环境中常用确定批量的方法 m r p i i 中确定批量的方法主要有以下几种：固定批量法、经济批量法、按需 确定批量法、根据固定时区的需求确定批量法、时区批量法、最小单位费用法 以及最小总费用法等。其中固定批量法和经济批量法是面向需求率的，特别是 经济批量法，以需求连续、需求率稳定为基本前提。这两种方法都是首先确定 一个固定的批量，每次都按这个批量订货。其余方法则是所谓间断批量确定方 法。这些方法的批量是变动的，它们根据一个或几个后续计划时区内的净需求 量来确定批量，使订货批量与净需求量相等，因此不会产生剩余库存，也就不 会出现库存物料在前一个计划时区内用不完，而剩余物料又不足以满足下一个 计划时区的需求的情况。以下分别讨论这些确定批量的方法： 固定批量法( f i x e d o r d e r q u a n t i t y ) ：主要适用于订货费用比较大的部分物 料。对这些物料，根据净需求量的大小变化而不断发出订货是不划算的。订货 的数量可以根据经验来决定。 经济订货批量法( e c o n o m i co r d e rq u a n t i t y , e o q ) ：假定需求均匀发生从而平 均库存量是订货批量的一半。确定的经济批量使这个计划期内的所有批量的订 7 对外经济贸易大学硕士论文 货费用与保管费用之和最小。在现实应用中，这种方法比较常用于一定时期、 一定地区内销售量波动比较小并且未来预计销售量波动比较小的行业产品中， 比如食盐、面粉、面包等。 按需确定批量法( l o tf o rl o t ) ：根据各时区的净需求量来决定订货量。每当 净需求量改变时，相应的订货批量也随之动态地调整。采用这种方法可以降低 物料存储费用，因而常用于价值较高和需求极不连续的外购件及制造件。 按固定时区需求量确定批量法( f i x e dp e r i o dr e q u i r e m e n t s ) ：首先确定每批订 货所要覆盖的时区数，然后由所覆盖的几个时区内的需求量来确定批量。时间 间隔是常数，而批量是变数，这和固定订货批量法正好相反。 时区订货批量法( p e r i o do r d e rq u a n t i t y , p o q ) ：为适应间断性需求环境而在 e o q 的基础上修改而得这种方法首先根据各时区已知的挣需求量数据，用标 准的e o q 方法算出每年的订货次数，然后用一年的总时区数除以订货次数，即 得到订货的时间间隔，而每次订货覆盖此间隔内的所有需求。 最小单位费用( l e a s tu n i tc o s t , l u c ) ：实际上是一种试探法，首先计算相 邻几个时区的批量所对应的“单位费用”( 即单位费用加上单位保管费用) ，其 中单位费用最小的那个批量将作为订货批量。 最小总费用法( l e a s t t o t a l c o s t ，l t c ) ：计划期内的订货费用越接近于保管 费用，则这个计划期内的所有批量的订货费用与保管费用之和越小。为了达到 总费用最小的目的，l t c 的具体做法就是选取尽可能使单位订货费用与单位保 管费用相接近的订货批量。 2 1 2 2 提前期 物料需求计划是以需求为导向的，以交货期或完工日期为基准倒排计划， 推算出工作的开始日期或订单下达日期：这个期间的时间跨度称之为“生产提 前期( l e a dt i m e ) ”。意思是提前多长时间开始行动，有倒计时的意思。 在m r p 系统中，提前期有3 个层次。把签订客户订单到把商品交到客户手 里的时间称之为“总提前期( t o t a ll e a dt i m e ) ”，需要对全流程进行控制，也就 是前面说的“计划期”6 。把从采购开始到完成产品装配和测试称之为“累计提 前期( c u m u l a t i v el e a dt i m e ) ”，就是完成采购和加工作业的总时间( 采购提前期 和加工提前期7 ) ，是设定计划时界的依据。把累计提前期中的生产加工周期部 分称之为“加工提前期( m a n u f a c t u r i n gl e a dt i m e ) ”，是分解加工作业时间的基 准。 ( 1 ) 提前期的分类 陈启申e r p 一从内部集成起步第4 5 页 陈启申e r p 一从内部集成起步第4 5 页 对外经济贸易大学硕士论文 对加工装配阶段来讲，提前期可分为五类时间8 ，如图2 2 所示： 1 ) 排队时间( q u e u et i m e ) 。指一批零件在工作中心前等待机器加工的时间。 在加工件种类很多、各自的加工周期又有很大差别时，排队时间往往很难避免。 一般地，对于大批生产，各工作中心的加工周期比较接近时排队时间可以少些。 此外加工批量大小也会影响排队时间。 2 ) 准备时间( s e t u pt i m e ) 。指熟悉图纸及技术条件，准备工具及模具调整 的时间。为了使每个零件占用的准备时间少些，往往希望有一定的加工批量， 比如换一次工具至少连续生产一个班次。实际中可以通过成组加工，改进工装 设计，改善工作地组织，采取并行准备( 即在一批工件尚未完成前，就开始准备 下批工件的工装1 等措施来减少准备时问。由于本文中只针对一种电柜生产，所 以每个工作中心的准备时间只有一种 3 ) 加工时间( r u nt i m e ) 。指工作中心加工或装配的时间，同工作中心的效 率、工装设计、人员技术等级有关。它是一种可变提前期，即“每批零件加工 时间= 零件数量单个零件加工时问”。 4 ) 等待时间( w a i tt i m e ) 。指加工完成后等待运往下道工序或存储库位的时 间。等待往往是由于搬运设旋调派不当或下道工序能力不足造成的，也同传送 批量有关。 5 ) 传送时间( m o v et i m e ) 。指工序之间或工序至库位之间的运输时间。若 为外协工序则包括的内容更广。传送时间同车间布置、搬运工具的能力效率有 关。 。陈启申 e r e - - 从内部集成起步第4 6 页 9 对外经济贸易大学硕上论文 定出自交货坑工目起饲推生产用期 图2 2 生产提前期构成的形象描述 资料来源：e r p 一从内部集成起步，陈启申，第4 6 页 上述五类时间之和形成了加工件的生产周期，即从下达任务开始到加工完 成为止的时问。众所周知，单个零件的准备时间与加工时间之和，往往仅占生 产周期的5 1 0 ，而9 0 以上的时间消耗在排队、等待和传送上。就管理而 言，应把重点放在压缩这9 0 的无效时问上，如改善车间布置和物流，改进计 划减少库存积压，合理确定节拍和批量等。 在运用提前期概念时，应当注意它不是一个固定不变的数值。由于批量或 能力的变化，或由于作业进度安排上的问题，提前期往往也会变化。 ( 2 ) 生产提前期的估计 i o 对外经济贸易丈学硕士论文 在生产系统中，生产提前期如同批量、安全库存量等指标一样，是系统的 预设值，它是通过经验公式和历史数据的方法来估计的。由于在实际生产中没 有一种规范的方法来处理与生产提前期有关的信息，使得在实际运行中出现提 前期不断膨胀的后果。造成生产提前期往往相当长，而且会随车间负荷状况不 断变化，产品的实际加工时间仅占整个生产周期的大约5 1 0 。这给生产提前 期的确定带来很大的困难。 k i n g s m a n 和t a t s i o p o u l o s 讨论过在生产计划和控制系统中确定生产提前期 计划值的两种方法： 第一种方法，把生产提前期作为一个独立的不可控的变量。这就需要建立 一个计划系统，针对现实的提前期状况不断调整原计划值。这种方法把生产提 前期作为预测问题看待，它强调尽量减少不确定性因素对预测值的干扰。但是， 这种方法往往带来生产提前期膨胀的问题，即所谓的“提前期综合症”。 第二种方法，强调通过控制和管理使平均生产提前期符合一预定时间指标 实际的提前期仍然被计算，但它不是用来更新原计划值，而是用来确定采取哪 些措施使得客观的提前期接近计划值。这种方法的关键是制定切实可行的能力 计划，并建立实际提前期逼近合理计划值的控制方式。这种方法要求在市场订 货和能力计划阶段考虑生产提前期问题，是通过车间投料的计划来控制实际生 产提前期。 针对计划提前期的估计，众多学者和专家提出了不同的方法，其中p e r t 作为一种网络计划与控制方法，也可用于生产提前期的估计。p e r t 认为活动 时间是随机的，并服从一定的概率分布，可以通过对项目进程中关键路线的时 间估计从而对项目周期进行有效控制。它可以描述随机的、有向图的最长路线 的网络模型。由于这些特点，p e r t 特别适合于订货生产企业制造项目的提前 期估计。使用p e r t 技术估计提前期，首先是建立产品生产的p e r t 活动网络。 事实上，产品结构与p e r t 活动网络之间具有一一对应的关系。完成项目所必 须的活动可以与产品的物料单对应：前后活动之间的联系可以与加工装配产品 的子项父项物料间的联系相对应等。 由于p e r t 的活动时间随机特征，因此我们可假定产品的各父子项目的生 产周期服从p 分布，b 分布具有简单的形式和广泛的适应性，可由三个参数确 定活动时间的最小值、最大值以及最可能值。用它描述产品的生产周期很合适， 比如，最小时间估计意味着包含加工时间，假定没有排队与机器故障等现象： 最大时间估计表示生产车间具有很高的负荷，工作具有较低的优先级的情况： 而最可能的时间估值对应于计划生产提前期，表示车间具有平均负荷、工作具 有中间优先级的情况。 p e r t 根据各单个活动时间的随机估值，计算整个项目周期的估值。整个 对外经济贸易大学硕士论文 项目周期的估值依赖于关键路线上各活动时间估值。用它来描述产品的物料结 构，那么产品的生产提前时间依赖于物料单中关键项目的提前时间，它对应于 生产设备的加工能力。可以认为，正是这些设备的加工能力决定了特定制造产 品的生产提前期。p e r t 方法将产品的生产提前期与生产产品的设备加工能力 联系起来了。用p e r t 方法进行提前期的估计，可以使提前期的确定更加切合 实际和具有把握性。 ( 3 ) 缩短提前期的方法 生产提前期( l e a dt i m e ) 的确定是生产计划安排的关键因素。在m p s ，m r p 以及生产作业计划制订过程中，主要根据订货信息和产品结构信息，依交货期 按产品结构向前倒排，这样产品各制程的提前期与加工作业的时间排程对应起 来。 在m r p e r p 中，主生产计划所制订的优化批量最终落实到生产作业计划 时，必须进行批量调整。生产提前期只是一个经验数据，如果不与实际生产以 及批量、生产排序相联系，那么所制订的计划可能无法与生产能力相匹配。生 产能力是相对于生产计划的安排来说的，任何加工中心的能力都是有限的，关 键是如何合理的进行生产排产，使企业的生产作业流程较为顺利进行。 在企业实际生产中，由于多种影响因素存在，如产品细节更改、加工路线 和加工时间等不断变化，使各加工中心的工作日程安排十分困难，在有限的制 造资源和交货优先权之间产生了严重冲突。同时，机器损坏、人员缺勤、供应 商原材料交货延迟等更加重了问题的严重性。企业为了不影响最终交货期，只 能采取不断加长提前期方法，造成提前期不断膨胀，生产周期不断延长，在制 品库存增加，生产成本增加，客户需求响应时问增长。 生产提前期直接影响着产品的交货速度与客户满意度。如何正确分析和估 计生产提前期以及缩短生产提前期，成为研究生产计划制订和优化的重要一环。 从以上生产提前期的时间构成和影响因素分析可以看出，缩短生产提前期 可以从如批量、排序规则、加工时间、装设时间以及提高计划组织和管理水平 等角度入手。 在实际生产中，由于设备等方面的因素，加工时间和装设时间很难进行调 整。同时，在批量方面，制订合适的批量是缩短提前期的重要途径。k a m l a r k a r 等人研究了批量对生产周期的影响，结论是批量与生产周期成“u ”型的关系： 大的批量和小的批量都可能造成很长的生产周期，当采用大批量时，由于工件 的排队延迟，造成了长的生产周期：当采用小批量时，由于过多的机器装设也造 成工件的排队现象，从而造成长的生产周期。 m o i l y 提出了批量分离的概念，表明在生产过程中通过批量分离的方法可 取得库存成本减少的效益，这种效益不增加装设成本。j a c o b s 和b r a g g 通过一 1 2 对外经济贸易大学硕论文 个模拟模型探讨了作业车间的批量分离与生产周期的关系，结果表明批量分离 方法与不采用该方法两种环境下，前者可大大减少生产周期。 徐学军利用j a c o b s 等人的成果，分析了在不同的装设时间下，分割成两个 批的数量的大小对缩短提前期的影响，提出了最优批量分离的方法。 2 2 排产计划 本节主要研究生产的基本概念和基本过程，以及生产排产的基本过程和主 要困难。 2 2 1 生产排产的基本概念和基本过程 ( 1 ) 生产排产的基本概念 生产排产，又称生产调度或作业计划。从资源约束角度看，生产排产是一 个生产过程决策的过程，生产制造部门为了完成销售订单任务和销售计划，根 据确定的生产计划和订单交货期约束，按照产品加工工艺路线，将有限的资源 做最优分配，决定从何时开始生产，用哪台机器和流水线加工生产，完成哪些 工作，最终设法顺利实现客户预期交货要求，实现提高顾客满意度，增加企业 的竞争优势等目标。其中有限资源主要包括：机器和设备( 包括叉车、运输车 辆等搬运设备) 、生产流水线、作业员、库存面积、存储容器或空间等。 从客户订单角度来看，排产是指对要实现某个订单的工作，决定其何时开 始执行及其所需的时间，用哪台机器，并按其加工工艺顺序，做有限资源的合 理分配。因此生产排产可视为以下因素的函数：加工工艺过程、交货期、每一工 序在不同设备上的操作及装配时间、机器设备或作业人员或工具的可用性、搬 运系统的速度与能力以及制造系统的动态特性与随机性。 生产排产和排序不是同义语，生产排产的范畴要远远大于排序范畴，排序 只是确定工件在机器上的加工顺序，而生产排产不仅包括确定工件的加工顺序， 而且还包括确定机器加工的开始时间和完成时问等。 ( 2 ) 生产排产的基本过程 从接到客户订单开始到完成订单出货整个过程看，生产排产根据生产管理 需求，可划分为选择协调订单、生产排产计划与实现计划并调整重排产三个过 程。 1 ) 选择协调订单 按照主生产计划编排，根据订单交货日期和优先权重、设备利用率，从众 多的订单中选择在下一时段要安排生产的订单。同时还要根据主生产计划，与 客户协调推迟或提前部分订单的计划交货期。 2 ) 生产排产计划 生产排产的主要目的是为车间生成一个详细的短期生产进度计划。生产排 产计划依据产品工艺路线确定计划期内选择的每一个订单在所需资源上的加工 对外经济贸易大学硕 ：论文 开始时间和结束时问，即给出了在所有制造资源或工作中心上订单的加工顺序。 生产排产计划可以通过甘特图形式给出。 3 ) 实现计划并调整重排产 经过生产排产计划制定的生产进度计划是生产现场作为车间人员执行加 工任务的依据，然而在实际生产中，经常会出现紧急插单或者订单取消，以及 物料短缺、设各故障等客观情况，造成生产计划实际执行与进度计划差异较大。 对于出现的重大偏差问题，需要重新编制生产排程计划甚至修改主生产计划。 而对于现场出现的一般问题，需要在现场快速调整加工任务，进行重排产，以 确保生产进度计划准确的执行，最大程度满足客户需求。 2 2 2 生产捧产涉及到的主要因素和困难 ( 1 ) 捧产涉及到的主要因素 生产排产阶段将生产能力决策、主生产计划、物料需求计划转化为工作捧 产、员工及物料的准备等。在这个阶段，生产排产要考虑物料的可用性、详细 的能力信息、换装时间最小以及目前工厂的订单优化级的顺序来满足客户预定 交货期的要求。生产排产综合考虑企业整体目标和约束优化，并对企业生产计 划提供反馈以确定工厂内部的需求日期与数量。整个生产计划系统通过协同计 划、电子数据交换( e d d 、订单状态查询系统工具等与供应商、分销商以及客户 进行生产上的协同。 ( 2 ) 排产问题中主要面临的困难 在理论研究和实际生产中，生产排产问题面临的主要困难有：1 ) 生产排产 问题本身属于n p 问题9 ，寻求最优解比较困难；2 ) 多订单导致交货期不均衡。 在多品种小批量生产方式下，订单数量多，交货期不均衡，这就使订单选择、 增大生产批量、均衡生产存在很大难度；3 ) 客户需求多变，这就要求计划和排产 快速反应，并实时更改确定的排产。因为设备故障、物料短缺、优先订单增加 或取消等情况，经常需要插入紧急订单、删除或更改己完成排产的订单，从而 进行生产重排。 本文中，为了顺利建立模型，所以选用单品种批量生产方式的北京某企业 电柜生产部门做为原型，虽然订单数量多，交货期不均衡，但是由于品种单一 所以把n p 问题变成了可以用多项式表达的问题。 ( 3 ) 排产问题的解决算法 由于排产问题本身的复杂性，计算最优排产所需要的时间会随着问题约束 因素的增加而数倍增加。解决排产问题的方法主要有线性规划( l p ) 、遗传基 因算法、蚁群算法、启发式、仿真等。 9n p 问题：非多项式问题。 1 4 对外经济贸易大学硕士论文 2 3 生产计划和