高级计划与排程在制造企业中的应用

1、高级计划与排程在制造企业中的应用摘 要：本文对高级计划排程(APS)的原理、起源及与供应链管理的关系作了 简要概述，初步了解APS的相关理论知识及方法，并讨论了 APS在制造业中的应 用，以海尔公司为应用案例，对APS在实现精益制造方面进行了探讨，应用结果 表明，APS系统有助于实现企业精益制造，提高生产的效率，是制造业计划工作 的重点。关键词：高级计划排程精益制造约束理论供应链管理APS的相关理论基础APS的起源与定义APS的理论基础起源于美国80年代Eli Goldratt提出的约束理论(Theory of Constraint， TOC)和最优化生产技术(Optimized Produc

2、tion Technology， OPT)，该理论包括了九条生产作业计划制定原则和五条约束理论。基于这一理 论基础，APS系统可以在综合考虑设备、人员、工具、原材料以及其它一切影响 工厂作业计划能力的约束条件的基础上，对整个制造过程编制详细的作业计划。APS 即 Advanced Planning and Scheduling，中文为“高级计划与排程”。 对于APS，目前国际上还没有明确的定义。它是一种基于供应链管理和约束理论 的先进计划与排产工具，包含了大量的数学模型、优化及模拟技术，其优势在于 实时基于约束的重计划与报警功能。在计划与排程的过程中，APS将企业内外的 资源与能力约束都囊括在

3、考虑范围之内，用复杂的智能化运算法则，做常驻内存 的计算，从成千上万、甚至百万个可行计划方案中选出一套最优方案来指导企业 的生产、采购、库存等，帮助企业对生产中的资源利用进行计划、执行、分析、 优化和决策。生产制造型企业般可以分为两大类：流程制造业和离散制造业。在流程制遣 业中，APS主要是解决顺序优化的问题，APS也最早在此类企业应用。离散制造 企业主要从事单件，小批量生产、产品的工艺过程经常变更，如航空业一般都属 干离散制造业。因此，在离散制造业中，APS主要是解决多工序，多资源的优化 调度问题。APS 与 ERPERP系统实际作中，在计算机帮助下按产品物料清单(Bill of Mater

4、ials，BOM) 和工艺流程逐级推演，生成在一般平稳生产条件下可以应用的生产计划。生产计 划编制仍然采用MRP和MPS计算物料的需求，这种计划模式存在许多固有的缺 陷：（1）模型建立在无限能力的假定之上；（2）要求提前期已知，且是固定值；要求工艺路线固定；生产的优先次序只能 根据交付周期或日期安排；（3）计划编制所需时间过长，而且对计划的调整工作十分困难；传统ERP系统的这种计划模型只是限于生产和采购领域，ERP只是运作层面 的连续计划系统，大多数情况下没有考虑到目标函数的存在。随着市场竞争逐步 加剧，传统制造企业ERP的计划模型越来越不能适应企业适应市场变化的需求， 寻找一种替代ERP的计

5、划模型势在必行。APS技术的出现恰恰迎合了这一趋势， 提供了替代ERP计划模型的一种选择。APS的核心和技术特征APS的发展是建立在约束理论、运筹学、计算机科学、工业工程、生产运作 管理、人工智能、决策支持系统、物流管理、管理科学和其他多种管理研究成果 基础上的。其核心是久经磨练的数学算法或解决方案。但APS所采用的并不是单 一的技术，而是应用多种具体算法，如线性规划（linear programs，LP）、整 数混合规划（mixed-integer programming）、启发式方法（heuristics）、约 束理论（TOC）、模拟（simulation）等，实际应用中要根据所需解决问题

6、的类 型决定算法类型。APS从ERP系统下载数据到专用服务器上做常驻内存的处理， 实现计划的反复运算或对可选方案进行评估，直至得到可行和较优的计划或进度 表。由于这些系统通常不存在数据库查询和存取的问题，APS的反复运算可以很 快完成。这样就形成了 APS的3项技术特征：（1）基于约束理论；（2）采用多种数学解析的优化算法；（3）采用脱离主服务器常驻内存运行的计算机技术。APS在制造业中的应用领域目前，APS主要应用于制造业中，许多企业成功的关键因素都在于APS的正 确合理应用。以海尔为首的家电行业采用APS系统实现精益制造，提高企业生产 效率和准确性，对其生产计划排程进行精密细化。APS的作

7、用主要表现在三个方面：一是按实际有限能力自动排出生产计划； 二是及时提供快速准确的客户订单确认和交货；三是保证企业同步进行制造。2.1生产计划运作流程生产计划在企业应用的流程为，生产计划员通过ERP系统完成对各品种的MPS 与MRP运算之后，需要通过APS的数据交换接口，将生产任务导入到APS中，与 总调度、厂调度、车间管理员、工段长、工人进行交互，完成的生产计划的编制 与记录。APS从接受客户订单到完成订单出货整个过程可以划分为三个阶段：1）订单选择与协调：按照主生产计划的编排，并根据订单交货日期和其重 要程度，从众多的订单中选择出在下一时段安排生产的部分。（2）生产进度计划排程：依据产品工

8、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开始时间和结束时间，即给出了在所有制造资源上订单 的加工顺序。（3）现场重排程：在实际生产中，经常因出现紧急插单、订单取消、物料 短缺、设备故障等意外状况，造成执行结果与原生产计划的偏差。对于现场出现 的一般问题，需要在现场快速调整加工任务，进行现场重排程，以确保生产进度 计划准确执行。2.2 APS在制造企业的实现APS系统从ERP系统读取基础数据，在此基础上，结合企业特点，对订单进行排 产计算，得到最优详细生产作业计划。APS系统在制造企业中实现的功能包括：设备能力计划制造企业的生产过程中，每一道工序通常都会有多个设备可以进行处理。详

9、 细计划系统将实现在多台设备上平衡负载的功能，如图3所示。对于一些大的订 单或者比较紧急的订单，也可能需要若干台设备在同一时间同时处理一个工序， 以加快生产速度。物料需求计划生产过程的展开与物料的流转是密不可分的，其中包括原材料的投料，半成 品与成品的交库等。物料需求计划的目的是在考虑物料库存有限性的前提下，合 理的安排各个工序的启动时间，保证在该工序启动时，其所需的各种原材料或零 部件的不会短缺。另外，也可以在所有工序的启动时间确定后，反过来统计对各 种原材料或零部件的需求量。工具需求计划制造企业在生产过程中，某些工序需要用到一些附加的辅助器具，如模具和 夹具等。由于这些工具的数量也是有限的

10、，并且还有可能由于某些原因不能投入 使用，因此，在编制生产计划时，可能需要考虑这些工具的有限性，保证工序开 始时有可用的工具。人员安排计划制造企业的整个生产执行过程中，有不同工种的操作人员。某些员工具备多 种生产技能，而且即使在同一个工种内部，人员与产品之间也存在着优先级关系。APS可以满足制造企业如下要求：（1）各主管计划员将计划任务分解为工序级班组计划（设置关重件），形成直 观可视、可调整的图表（如甘特图）。（2）将工序级班组计划汇总为月度班组计划，并形成可进行调整的班组能力分 析图表。（3）调度人员对于临时计划外调度任务，及时纳入班组作业计划并根据变化后 的班组能力图表分析生产任务，调整

11、平衡班组月计划产量或品种。APS的实施效果APS采用先进的管理思想，实现企业的精益制造，给企业带来巨大的效益其 实施效果如下：提高了企业的生产计划管理精度；提高了企业快速交货的能力；提高了企业的装配和用户服务水平。APS在海尔公司中的应用上世纪90年代后期，APS出现了。APS就是高级计划与排程。它要满足资源 约束，均衡生产过程中各种生产资源，要在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产 排程计划，要实现快速排程并对需求变化做出快速反应。海尔集团导入APS时，我们发现，它的工厂虽然使用了国外著名的ERP系统， 但是，由于ERP在精细化生产管理上的众多不足，从而导致工厂的生产管理基本 靠手工，特别是生产

12、计划与现场管理，几乎全都是凭经验、靠手工用Excel完成， 根本无法实现海尔的特色管理，如日清、日工单、按工单核算等。海尔集团ERP 系统的实施现状不可避免地产生出一系列的不良后果，主要表现在:靠手工计划， 数据都是靠个人经验预估，没有采用更准确、客观的标准实测数据；订单交期无 法有效答复；订单漏排、少排、多排的现象时有发生；多个分厂、部门由多个人 各自独立做计划，工序间不能很好衔接，导致生产周期拉长，或时有延误交期； 机器产能无法有效利用，常常提前完工，或是落后完工，导致机台产线空闲，或 是超负荷运转；工人人力浪费：正常工作时间内工作量不足，无事可做，而遇到 紧急情况又要来加班应急；生产不良

13、的分析很不及时；只统计到了工单的物料成 本，很难统计实际的机台产线的使用成本、人力的使用成本，导致生产成本核算 无法精确；一系列的生产、绩效、财务报表都是靠众多的Excel复制粘贴做出， 浪费了太多的人力；一系列的考核无法落到实处。为了解决这些实实在在的问题，从根本上提升生产效率，海尔集团于2008年9 月份开始着手分析规划，并成立了专门的项目组。海尔仔细分析评估了目前业界 领先的APS+MES解决方案，并远赴外地考察各提供商的实际客户案例，最后选定 安达发公司为惟一提供商。海尔集团的APS+MES项目于12月初正式启动。项目初期，海尔集团选工装 所为试点。工装所含多个分厂，涉及注塑、喷涂、印

14、刷、组装等多行业，主要生 产海尔洗衣机、空调、冰箱、电视等所需的塑胶类零部件。海尔集团设定该项目 的主要功能目标为：精细化排程。同步考虑注塑、喷涂、印刷、组装多种行业类型，并要针对性的优化排程；排程要同步考虑型号产品、优先机台、优先模具、一模多出、一模多产品、 颜色、物料供应、连续生产、确保交期、减少换产等众多相互制约或矛盾的因素；给出机台、产线、上料工、模具工、操作工的详细生产计划，排程结果精 确到机台、产线、分钟、数量；一次性排程准确率不得低于80%。订单产能预测。根据可能的订单，计算机台、产线、模具是否够，还差多少； 根据现有设备，计算还有多少产能空余，还能接多少单。生产现场及时监控。及

15、时得知每个工单、机台产线的生产进度、品质状况。按单核算。核算每张工单的用料成本，机台、产线成本，人工成本。其他一系列管理报表。历经近3个月，海尔APS+MES项目如期完成。预定的目标功能几乎全部实现， 期间还新增加了很多原本未列入规划的功能。一次性排程准确率将近95%。4结论通过对APS相关理论及方法的研究，并以海尔企业应用APS为案例进行分析， 可以看出实现APS可以从两个方面来解决：第一，需要实际的生产管理方法和技术来适应小批量、多批次的生产方式。 如你的生产设备是否柔性，你的研发是否考虑通用和模块化或能否适应ATO （订 单装配）的方式。你的交期能否更短，你的人员能否多技能等。可以利用精益生 产的思想和技术来达到既要快速反应客户的需求，又要低成本、高质量地生产客 户所需产品的目标。第二，通过信息技术的应用来驾驭小批量、多批次的生产方式。如管理和控 制真正的需求，如何预测更准确并及时监控分析，如何利用订单的灵活配置CTO 快速构建BOM和工艺，如何利用APS快速地模拟计算订单或插单的交期并快速地 优化排产。如何利用缓冲管理来