APS高计划与排程原理

作者：admin;更新时间：05-29 13:36

APSS协会首席专家顾问 蔡颖

一、分析制造工厂多品种小批量按单生产难题

    1. 多品种小批量生产的特点

    多品种小批量生产主要特征为：

    多品种并行、资源共享、定单结果和生产周期的不确定性、物料需求变化多变，导致采购延迟严重。

    多品种小批量的按单生产，生产环境的流程是：

    1）接单评审，如果插单，可能有个模拟过程。

    2）对非标的零件进行设计，采购，生产。

    3）对一些提前期长零件的预测计划的按单冲消，有约束的物料计划和约束的能力的预排程。

    4）对定单池的里所有定单进行规则优化排程，以达到服务最大化（交货期优先）

    5）跟踪与执行交付，监控可以采用可视化定单甘特图。

    2. 多品种小批量评估分析

    主要解决目标：

    1）缩短交期、及时交货

    2）准确灵活的生产计划与排程

    3）降低物料短缺与改善物料不准确

    分析七个核心可赢利流程：

    1）需求与订单处理流程

    2）工程管理流程

    3）生产计划与生产控制流程

    4）采购计划与采购控制流程

    5）仓储与物流管理流程

    6）精益生产现状

    7）多品种小批量按单生产模式组织结构适应性

    3. 制造工厂多品种小批量按单生产主要问题：

    需求与销售处理主要问题：如何更好的管理预测？如何得到合理的交期？如何提高交货绩效？如何全局的跟踪订单的状态？

    工程管理主要问题：如何更好、更准的配置客户化的BOM？如何更快的转化E-BOM到ERP的生产BOM？如何跟有效的控制ECN？如何在工序中调用工艺文件与图纸？

    生产计划与控制主要问题：如何保证交货期”和“资源瓶颈”及“物料短缺”之间的冲突？如何资源瓶颈与物料瓶颈优化排程？如何插单与订单变更的处理？

    采购计划与控制主要问题：如何避免物料延迟、缺料？如何供应商的管理？如何避免物料时间与数量不准？如何采用JIT/JIS配送计划？

    库存管理主要问题：如何避免ERP系统的库存业务与实物不统一？如何使物料配套并预警？如何分析组合物料的ABC和FMR分析？如何改善库存周转率？

    精益生产主要问题：交货期的价值流分析与改善、标准化、可视化、设备布局与库存的布局优化。

    4. 快速响应运作组织模式

    建立“快速响应”项目小组，融合ERP、APS、精益、6西格码、供应链管理思想和工具，来缩短交货期，快速响应客户需求。

二、APS高级计划排程原理

    1. 工厂主要存在的问题：

    1）交期不准、订单延迟；

    2）计划不准、产能不够、物料短缺；

    3）浪费严重，效率低；

    4）库存不准、积压严重，失控；

    5）无法精细成本核算。

    2. APS主要解决方案概述

    1）需求预测与S&OP

    2）合理的CTP

    3）高级约束计划

    4）详细约束车间排程(与计划相互关联)

    5）多种可视化甘特图(人机交互，定义颜色查询提前或延期)

    6）快速重排

    7）使用基于规则或优化算法来计划排程

    8）反复模拟what if

    3. 经营中的挑战

    今天，在众多领域的制造业者所共同面临的挑战和困难是一二十年前所无法想象的，技术的发展瞬息万变，全球化的竞争四处涌现，客户的需求也上升到几乎不容许你出错甚至苛刻的水平。要想在这样的环境中取得成功，所以制造企业面临的新挑战是：

    1）按需生产：具有高效敏捷的计划与排程，能够接受客户最后时刻的修改和客户订单的变化

    2）快速精益制造：实现精益企业的流动和6西格码技术的质量控制；

    3）柔性企业：实现运作过程的柔性，管理结构的柔性，企业战略的柔性。

    制造企业的主要目标：质量高可靠性、交货周期缩短、准时交货率、降低库存(周转天数)、降低成本、柔性即灵活性

 

图1 企业管理系统ERP系统的历史和今天

    4. MRP的困境

    MRP具有十大缺陷：

    1）BOM的模型缺陷

    BOM（Bill of Material）只是说明了产品与物料的逻辑与数量构成，没有反映工序、设备、资源的使用物料的量和地点位置。

    2）预设生产提前期的缺陷。生产提前期或提前期偏置不可能预先假设的。应为影响提前期的因素很多，如批量多少、投入的设备与资源多少、是否平行移动或工序重叠比例、同时混合生产的品种等。所以生产提前期应该是预计划排程的结果。

    3）MPS/MRP是基于无限约束的计划。它是假设资源（机器、人员、物料）无限的计划排程，是不可行的计划排程，通过CRP能力需求计划分析手工调整，计划与执行的落差太大，不能匹配生产车间现场的资源产能与产线节拍。

    4）MPS/MRP/RCCP/CRP计划层次之间是顺序的手工闭环。需求计划需要RRP检查能力；MPS需要RCCP来检查能力；MRP需要CRP检查能力，只能正向关联，一旦车间设备等资源能力出现问题，不能反向关联，只能手工来调整MPS，这就是所谓的闭环MRP（Close loop MRP），根本不是自动闭环，难以适应多品种小批量的变化。

    5）不能动态的、滚动的计划排程车间实际执行时，一旦没有按照生产订单的开工或完工日期完成，不能根据实际开工或完工日期来进行自动的滚动计划排程。ERP的生产任务一旦下达，日期只能手工修改。

    6）资源不能可视化的监控和调度管理人员不能使用甘特图交互运作，调整的效果显示不直观和实时，必须重新运行计划（批处理）才能反映出来。

    7）不能处理优先级等工厂规则的插单排程，不能模拟分析工厂不可避免的插单、设备故障、缺料等意外的情况，不能提供类似what-if的情景分析与模拟等事前计划、模拟、及比较分析等功能，帮助计划人员做出正确的决策。

    8）没有基于规则优化（如交货期、最短加工时间），不支持算法优化。没有生产订单下达规则，如解决哪个订单先下达，如按交货期，优先级，生产订单合并与分割等。没有加工顺序规则如当资源不够用时，生产订单和负荷在排队，解决排队的顺序，如最短加工时间，最小工序数等。没有优化选择规则：当资源需要动态选择加工时，也就是对顺序规则从新选择时，如最小准备时间规则等。没有现场调度资源组成员分配规则：如当须选择多个资源，替代资源时，如最小资源利用率资源。不能支持优化算法的多目标计划：如在满足交货期的前提下，延迟订单最小化、资源负荷利用最大化、成品、在制品、原料库存最小化、成本最小化的优化的计划排程。

    9）不能计算CTP合理的交期（考虑物料、能力、模具、人员等）接到销售订单，应该根据物料需求展开与工单排程，再回溯配对订单的方式，推算出更准确的订单交期，支持业务即时回覆订单CTP (Capable to promise/produce)的可用量承诺交期与生产能力承诺交期，提高交货准确度与客户满意度。

    10）计划排程均不准确，何来有效的、准确的库存计划控制。如供货计划JIT/JIS到工位，物料配送计划、控制再制品。

    5. 为什么生产计划排程如此之难？

    计划排程常出现的问题有：多品种少批量的生产，混合排产难度大；无法如期交货，太多“救火式”加班；订单需要太多的跟催；生产优先顺序频繁改变，原定计划无法执行；库存不断增加，却常常缺关键物料；生产周期太长，提前期无限膨胀；生产部门往往成为市场表现不佳的替罪羊……

    1）相互冲突的生产计划排程的目标－满足客户交货期与生产成本之间的矛盾－产能最大化与浪费最小化之间的矛盾－库存成本最小化与客户需求的矛盾－批量采购与库存最小化之间的矛盾

    2）复杂多约束的生产现场：复杂的工艺路径对各种设备的特殊需求各不相同；有限的生产设备，物料，库存，人员的约束；小批量多品种的生产模式；精益生产的多品种混排模式；

    3）动态变动的生产环境：临时订单改变，紧急插单的需求；产品流程变化，新产品研制流程的不确定性：机器设备故障检修，员工生病请假等。

    6. 什么是APS？

    APS: Advanced Planning and Scheduling 高级计划与排程

    APS: Advanced Planning System 高级计划系统

    APS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。

    APS会同时检查能力约束，原料约束，需求约束，运输约束，资金约束，这就保证了供应链计划在任何时候都有效。并具有模拟能力。不论是长期的或短期的计划具有优化，对比，可执行性。

    基于内存计算模式，快速反应：APS系统最初运用是在一个企业的范围内进行计划的运算和优化，但它也被扩展到供应链的计划上，这包括供应商、分销商和出货点的需求。不同的软件供应商选用不同的优化算法搭建自己的高级计划系统软件，需要根据解决不同的问题来决定采用哪种算法引擎。

    排程分为无限与有限：无限负荷需求只是证明能力的存在。它允许超出可用能力。有限排程只在可用能力内计划。

    1）基于能力约束：有限产能

    工厂的实际产能是有限的：

    （1）工人人数有限；

    （2）每个工人的劳动能力有限；

    （3）机器数有限；

    （4）每台机器每天的运转时间有限；

    （5）生产作业的场地有限、库房的容纳能力有限；

    APS用日程表真实模拟生产资源的可用性安排：比如工人的上下班时段；机器的运转、中断和停工时段等等。这也反映了实际生产中的有限产能约束。

    2）基于物料约束：物料库存有限、工厂的物料存货是有限的、供应商在一定时间内的供货能力是有限的、工厂自身的采购实力也是有限的（线边量、现有量、在订量、采购提前期），因此可供生产的原料并不是取之不尽的，工厂的生产必然受到有限存货的约束。

 

图2 APS计划引擎

    一般APS软件都由5个主要的模块组成：需求计划、分销计划、生产计划和排程、运输计划、企业或供应链分析。

 

图3 APS主要模块

    7. APS的历史与发展

    1）计算机出现之前的APS：甘特图；线性规划

    2）1950-1960初，计算机已出现：线性规划优化

    3）1960中期-1970初计算机应用程序的进步：复杂优化，人机交互

    4）1980年-APS软件的出现：约束理论，图形用户界面

    5）1990年-APS市场繁荣和产品增值：I2等专利产品

    6）大多数ERP供应商收购APS公司和开发APS。

    APS产品的功能特征的演变有以下四个阶段：

    第一阶段的功能特征：人机交互可视化排产，简单的有限资源计算。

    第二阶段的功能特征：基于各种资源约束优化计算。

    第三阶段的功能特征：基于多重资源约束优化和建模。

    第四阶段的功能特征：多重资源约束，物料的动态约束，需求计划，分销网络配置计划，运输计划，全局CTP，ATP。

    8. APS的优化算法

    优化(Optimization)是用系统的方法，在业务约束基础上，来改善计划或排程。优化的主要算法有：

    1）数学规划(线性和混合整数规划)，较适用于战略计划如网络选址，寻源等；

    2）启发式算法(约束理论或模拟仿真等)，较适用于战术计划或运作计划如生产排程等；

    3）基因算法，较适用于有大量的可能方案选择；

    4）穷举法是在所有替代的可能的方案寻找，较适用于教简单的供应链。

    9. APS的主要过程：

    1）承诺：现在我能为客户合理地承诺做到哪些事情？同时可以考虑物料和能力；

    2）高级计划：客户今后的需求有可能是什么？什么样的计划能满足客户将来求？即使生产中断我们仍然可以正常工作吗？如何调整和保证我的承诺并达到目标？在计划中作出的更改如何影响每个订单？

    3）确认下达生产订单：近期需要下达哪些订单？

    4）顺序排程：如何实现数量/日期承诺和的运营目标？在瓶颈上最优化的加工顺序是什么？我们需要对类似的加工需求进行成批加工吗？

    5）精益执行：且分析今天需要完成哪些生产订单？应使用哪些资源？在单元生产线上，动态看板的执行。

    APS和传统的生产排程区别：高级排程是一个多重约束的排程，包括更多的排程方法，可视化的拖拉排程，基于能力和相关能力排程，实时的能力承诺CTP和高级物料计划。

    10. APS的三种模式

    1）基于模拟仿真模式：基于订单任务(Job-based)；基于事件(Event-based)。

    2）基于TOC的模式和扩展：TOC的建模可以通过有限能力建模基于所有约束，同步化物流。任何资源均可以定义为瓶颈资源或关键资源及次瓶颈资源。对瓶颈资源采取双向计划，对非关键资源采用倒排计划。缓冲时间可以设置任何在复杂资源之间。DBR(Drum-Buffer-rope)逻辑是对关键工序同步化所有资源和物料。

    3）基于数学建模-基因算法：数学建模包括神经网络、基因运算、线性规划、进化运作(ECOP)、渐进迭代和人工智能。

    11. APS软件主要的模块

    制造业APS：高级计划模块、高级排程模块、动态CTP/ATP、高效模拟分析器

    12. APS和MRP的区别

    APS是同步的，约束的，优化实时的计划。

    MRP是顺序的，无约束的，无优化的，批处理的计划。

 

图4 APS和MRP的区别

    13. APS和ERP

 

图5 APS和ERP的区别

 

图6 APS和ERP集成

    14. APS解决企业管理难题

    问题一：CTP能力可承诺客户要求交期是否可达成？

    物料的可用量和瓶颈能力可以准确承诺客户订单的交期。对提高客户服务至关重要。

    问题二：是否可接受插单?会对已接订单造成什么影响？

    插单是不可避免的，插单势必导致物料和能力再分配，需模拟分析影响原来订单的排程。

    问题三：在满足交期情況下是否能力利用率也能达到最优化？

    在满足交期情況下，按一定的约束规则向后排程和向前排程，优化计划排程。

    问题四：计划排程是考虑产能力约束优先还是物料约束优先？

    在现有能力下，考虑物料约束。在现有物料下，考虑能力约束。也可以同时考虑多重资源的约束。

    问题五：产能负荷是否可以自动搜寻替代加工及替代工艺路线？

    计划产品自动分配到生产线和自动选择工作中心。对调度人员帮助非常大。

    问题六：客户、供应商的频繁变更，排程应如何快速回应？

    在供应链的环境下，必须要实时考虑客户的变化和供应商的变化，实时分析预警。

    问题七：当品种改变时，物料的约束模拟和动态分配和替换？

    通常计划会因各种原因而改变，使品种的变化对物料的影响最小。能定义替换规则自动计划替换物料。

    问题八：当品种排序时的模具调配时间的优化？

    在精益生产环境下，品种的排程顺序可以考虑换品种调配时间最小。

    实际上，在制造实践中，以上问题是不可回避的。从事生产第一线的生产管理者们都知道每天都被这些问题所困扰。那么，我们制造信息化如何应对呢？

    15. 按需生产，我们准备好了吗？

    按需生产，需要重新设计供应链信息化系统，传统的主生产计划和物料需求计划的方式，已佷难适应按需生产环境，很多企业正在转向按需生产环境。按需生产的最大的挑战是模拟计算CTP可以承诺的交货期和准时交货。不仅需要订单需求直接进入计划排程的物料和能力系统，还要和供应商互动供应信息。

    1）CTP功能，模拟计算交货期。

    2）订单可以设置优先级，且可以进行模拟插单分析

    3）计划穿透性，从采购的延迟或缺料等异常情况，可以反查到哪个销售单。

    4）支持订单成本，也就是先进先出FIFO。

    5）按单计划和复杂的按单配置等

    企业可以通过使用可视化APS技术，来模拟交货的有效性。快速优化排程和重排能力。

    按需生产，需实现精益拉式生产系统：

    对工厂重新布局，设计具有流动拉式节拍的单元制造系统和互动的供应商联盟，最小化制造提前期，以适应快速响应客户需求。如：

    1）单元生产方式。布局灵活，距离短，人员少，团队精神，工作丰富。灵活多变，象细胞一样，可以复制，移动。

    2）一个流的节拍生产方式。象溪流一样，有节奏持续流向市场的海洋，大大减少了中间库存，和移动时间。

    16. 制造业APS要解决的问题：

    1）如何承诺客户订单？

    2）怎样制作物料和能力计划？

    3）车间的生产订单如何排序？

    ATP: 一般情况下，企业都只能根据自身的可用存货（或半成品）来许诺，有多少存货接多少订单，没有可用存货的话管理者就因为担心违约而不敢接单了。

    CTP: 在APS的帮助之下，管理者能经准掌握企业的生产能力。对于没有相应可用存货的订单，用户只需在的供需编辑器中输入订单的订货数据，就可按生产能力迅速计算出企业能否按时生产出来，从而决定是否许诺这些订单。

    通过需求甘特图非常直观地告诉用户基于现有的资源和生产能力，哪些订单能按客户要求的时间准时交货、哪些需要延迟（只能在客户要求的最迟交货时间之前生产出来）、哪些是基于现有条件怎么也完成不了的，这可以帮助用户决定是否许诺订单、如何许诺，既不会因为没把握而错过订单也不会超出自身能力贸然承诺订单。

    17. APS的三步法：自动识别关键路径

    1）从承诺日期反向开始，并且保留每道工序需要的工作中心的能力和物料。如果所需要的物料是已经生产的组件，则同样从其需求点开始对其进行反向计划。如果在此途径结束时，开始日期在计划时间范围的开始或之后，则继续执行下一个订单。

    2）如果反向途径失败，则意味着生成的开始日期可能已经过去，则从计划开始日期保留能力和物料。

    3）如果生成的截止日期在计划时间范围内（虽然有可能在承诺日期之后），则完成对此订单的计划。

 

图7 APS的三步法

 

图8 CTP流程图

    图9是需求甘特图，展示了每个需求订单的完成情况，精准至每个产品是由哪些工人使用哪些机器生产出来的、何时开工何时完工、使用了多少数量的哪些原料零件，等等。

 

图9 需求甘特图

    18. APS－高级计划

    考虑时间较长的计划订单，部考虑已排程的订单。考虑订单的优先级和客户到期日，是基于订单任务(Job-based)订单贯穿全部多层物料清单的整个订单。它考虑工作中心能够处理物料和满足需求的能力。因为现在进行顺序设定还为时过早，所以可以使用准备时间的平均值，可以定义缓冲时间，尤其是在瓶颈设备上进行处理之前，从而能够允许可能发生的中断，最终的结果是一个“可排程”的计划。

    高级计划的逻辑：它是基于订单的计划引擎。它的目标是根据订单类型（不计划过去的需求）和订单到期日期（可以选择限制并保留物料不限制能力或同时限制并保留物料和能力）建立可行的计划。要达到这些目标，引擎：在制造清单的全部层次一次计划一个订单。

    APS引擎是如何工作的？

    先对每个订单后排程；通过整个BOM；满足最小/最大/倍数；通过工艺路径；产生计划订单。

    决定哪个供应(制造物料和采购物料)，应该提供来满足当前的需求(订单、预测等)决定什么时候需要和下达。

    高级计划实现了很多主要计划概念：

    1）物料和能力限制

    2）物料和资源保留

    3）拉动计划

    高级计划产生的结果：

    1）预计订单完成日期

    2）订单预计迟到的识别

    3）计划订单和下达日期

    4）物料短缺、利用率和瓶颈

    5）例外消息

    高级计划由以下两个部分组成：

    1）向客户做出承诺

    2）履行承诺。

    CTP按订单依次创建可完成生产计划。这意味着客户可根据给定的当前排程和订单优先级在几分钟内告诉客户公司能够完成订单的现实时间。这种类型的高级计划使用户能够：

    1）立即提交并按时交货

    2）理解优先级、订单对和能力更改的影响

    3）最小化在制品和存货数量

    4）最小化快速成本

    19. APS高级计划优化采购

    与生产计划同步生成最佳采购计划

    承接订单之后，APS立刻就可以帮助用户制定相应的优化采购计划：

    基于用户输入的需求订单计算出优化生产计划的同时，可根据生产计划中调用的采购制定相应的采购计划，让用户清晰地掌握哪些物料不足需要采购以免耽误生产、哪些物料存货充足不需要采购。

    用户在执行生产计划之前就已经制定了最佳的采购计划，既能充分保障生产任务的顺利完成又节约了成本和产能。

    充分考虑了已订购但还未到货的物料供应

    APS不仅调用已有的库存，还充分考虑排程之前订购的、执行生产计划期间到货的采购订单对生产计划的影响。（线边量、现有量、在订量、采购提前期）

    20. APS高级计划优化库存

    企业制定合理库存量，需要精确计算，而不能仅凭经验估算。

    APS把订单、市场预测和采购、生产、库存数据结合起来建立模型，使用模拟技术，可将库存值从0至无穷大之间调整，寻找出既可以满足市场需求有可以降低库存的最佳库存点。

    从而在原来经验估算库存量的基础上再降低库存量及存货资金占用量的8%到45%。

 

图10 物料图

    用物料图形式展示排程结果，帮助企业直观的平衡各种能力，来达到既满足客户要求，又尽可能的降低各种物品库存量的目标。

    21. 高级计划建模

    1）建立资源模型：在工序中使用的资源、资源功能或技能集、资源的可用时间；

    2）计划订单规则模型：将为其指定计划的物料、计划订单的大小限制；

    3）提前期和物料工艺模型：工序、提前期、物料。

    建立资源组和资源模型：为任何要计划的对象(班组、设备、夹具、工具甚至货位) 创建一项资源。仅将限制资源作为关键资源建立模型。超级资源可以同时执行无限数量的制造工序，但是仅适用于在班时间。

    资源组：在一道工序所需的所有资源组都具有相同类型时，决定使用哪一个每件工时加工时间时使用。

    APS高级计划的明显优势：实时、可行的物料和能力、可行的时间、完全的可视性，延迟，中断等对定单产生影响、生产和需求同步、模拟分析。

    22. APS-高级排程

    排程(scheduling)系对未来欲完成的工作给予设定时间，即是对资源分配的一种执行方式，它将产能规划与整体生产计划的结果(包括设备、人力与空间等)，分配到各项工作、活动、或顾客上，并调和效率，存货水准与服务水准三个互相冲突的目标，求取一个适当的平衡点。

    1）约束排程是实时的，集成的，基于内存计算引擎

    2）它用于车间订单工序的排程

    3）它是基于事件的有限排程，意味是实时的考虑目前的负荷和能力，和材料供应。

    4）它支持不同的优化方法，考虑基于规则的资源和工序选择如最小闲散时间和尽可能的迟考虑排序的相关性(大小， 颜色等)

    APS-高级排程的运作模式：

    1）预见性排程：可以给一组订单预先准备优化的排程。

    2）响应性排程：可以在多变的环境中适应变化以维护可行的排程。

    3）交互式排程：可以用甘特图手工拖拉工序计划。

    高级排程的类型：混合模式排程Mixed-model scheduling、基于节拍排程Rate-based scheduling、同步控制Synchronous control、工序排程Operations scheduling、项目排程Project scheduling。

    APS-高级排程建模：物料、工艺路径、生产订单、班次，班次例外，假日、资源，资源组、规则。

 

图11 APS-排程的工艺路径

 

图12 APS-排程规则

    排程的基本参数：

    资源：生产安排中使用到的设备或者人力等，它可能是一个独立单元或者是一组性能相同的单元组成的工作中心，根据性质不同可细分为：

    1）主要资源：完成一项工作的主要资源，如机器等

    2）次要资源：辅助主资源完成工作的其他资源，如设置人员，模具等

    3）外协资源：执行外加工服务的供应商

    4）用户：通常可理解为客户与原材料供应商

    5）库存：把物料的库存作为一个约束来看待，在生产计划时考虑其制约关系。

    工艺路线：为生产某一个物料(成品)而经过的所有的工艺工序(工作中心)。

    工序接续方式：根据工序间的关系，有些工作必须是前工序完成后工序才能开始，有些工作是前工序开始一段时间就可以开始下一工序的工作等多种接续方式，满足各种工艺要求。

    工作日历：描述正常工作天数， 开始时间， 班次， 资源的在班时间。例外日历是描述假日或工休等。

    生产订单：一个任务或生产的数量，时间、数量、优先级是制造订单的三要素。

    正向排程：尽量从最早可分派时间从第一个工序开始分派，从第一工序的下达日期按每一个顺序向前计划开始日期。

    逆向排程：从最后工序中离交货期尽可能近的日期开始向后分派，从最后一个工序和工作的需要的完成日期向后计划每一个加工工序的完成日期。

    瓶颈资源双向：基于订单的优先度或者订单的指定的方向进行正向或者逆向的排程方式。

    加工时间计算：可依据主资源、最长的资源、最长的副资源来安排计划。

    移动时间：有移动时间最小值和最大值，可定义下工序在前工序完成后的开始时间范围。例如：热处理后的半成品需要冷却半小时才能开始，可定义移动时间最小值为30分钟；一些食品加工之后必须8小时内包装，可定义移动最大时间为8小时。

    资源量：定义给定的资源量是每一天的每一班可用的小时和有多少个能力单元期间可用。 如， 工作中心有3台机器，每天运行8小时，所以工作中心有24小时的能力。计划安排的时候可选择安排到一台机器或者按资源量分派。根据不同的班次，可能资源能也不一致，比如一工作中心[白班]有100人同时作业，[晚班]只有50人作业，那么可根据班次的资源量设置工作日历。

    资源顺序规则：工作存在多个候选资源时，可根据资源的优先或者评价值或者出现顺序来决定资源的使用。

    下达规则：根据分派规则来决定订单安排的优先顺序，比如以交货期或者优先级为顺序安排订单。

    资源选择规则：对候选资源参照评价式指定的评价指标进行评价，如制造时间最小、设置时间最小、等待时间最小等等。根据评价值的大小来决定资源的使用。

    资源冻结：所谓资源冻结就是占用资源而不能安排其他工作。比如：一个储罐里装红色油漆，用3个小时而完成了本工作，但是在下一道涂装工序里需要用该储罐里的油漆并且大概需要5小时。那么在储罐里装完油漆之后也5个小时之内不能安排其他工作。此时可以使用资源冻结。

    资源缓冲时间：所谓资源缓冲时间就是为了保证瓶颈资源的正常云转而在瓶颈资源上设置的缓冲时间。缓冲时间是在TOC理论里保护瓶颈资源的重要手段之一。可以设置前缓冲时间和后缓冲时间。

    排列顺序优化：所谓排列顺序控制就是控制在指定资源上的工作的先后顺序。切割材料的时候，在满足交货期的情况下，要尽量从长度短的开始切割。在涂装工序里，在满足交货期的情况下，我要尽量从颜色浅的开始刷漆。

    外设置：不停止主设备或者可以忽略主设备的停止时间的情况下，在外部所进行的设置工作。不影响主生产设备的情况下可以完成工作，所以可以提高设备的利用率。

    内设置：为了完成某个工作而所需的准备工作，比如设备的调试等。跟外设置相比，进行内设置时候必须停止主生产设备，而外设置不用停止主生产设备情况下完成准备工作。

    23. 高级排程如何工作？

    按客户要求排产：当今的制造业，面向订单生产和无存货理念成为主流，客户往往不是简单地要求工厂生产出来一定数量的产品就可以了，而是对交货时间、批次、数量有严格的要求。

    1）交货时间

    既不能太晚，这样会影响生产进度和销售；也不能太早，这样会产生库存成本。一般地，客户的订单里需要写明三个时间：“要求时间”、“最早时间”、“最迟时间”，分别表征约定交货时间、最早交货时间、最迟交货时间。

    2）是否允许延迟交货

    如果客户在给定一个交货时间之外又给了一个最迟期限，则该订单是允许延迟交货的，如果客户要求必需在约定的时间准时交货则该订单是不允许延迟交货的。这些要求都可以在APS的供需编辑器中设定。

    3）是否完整装运

    根据客户要求同一个订单里的产品一次性交付还是可以分批次交付，APS可制定相应的最佳生产计划。

    多订单整体优化：优化交货时间不同且存在不同优先级别和生产方式的多订单情形，比如某工厂2月份有三个订单需要生产：

    ·订单1：10个阀门，2月20日13：00：00交货，最多允许延迟三天，优先级别为3；

    ·订单2：20个拐头，2月27日14：00：00交货，不允许延迟，优先级别为2；

    ·订单3：15个转向器，2月25日9：30交货，延迟或提前均不能超过1小时，优先级别为1。

    把这三个订单的交货时间、时限和优先级分别纳入优化范畴，从而得出该工厂2月份的最优生产方案，而不是只能分别计算出这三个订单的最优生产方案

    自动识别瓶颈：APS能准确地找出这些瓶颈资源，以便用户准确而高效地提升整体产能。

    1）可以人为设定瓶颈

    2）自动识别瓶颈：

    在按照客户订单命令生产的基础上，最合理的使用现有生产资源后，出现的负载最高的生产资源和操作是瓶颈。

    瓶颈有两类，生产资源和操作。操作瓶颈是指不可更改的关键操作，生产资源瓶颈是指负载最高的设备资源。瓶颈是随产品变化而变化的，它是优化计算时的出的。

    资源和物料替代：

    1）资源替代

    资源组功能用于实现生产资源的替代，比如机器1和机器2都可以进行操作A，二者是相互替代的。我们就可以创建一个资源组B，它有两个成员：机器1和机器2，我们可以分别给它们设定各自执行操作A所需的时间、各自的批量倍数以及二者的优先级，排产时优先使用优先级高的成员。

    2）物料替代

    该功能由物料组实现，物料组中的成员是可以相互替代的，用户也可给各成员设定优先级，APS优先使用优先级高的成员，优先级高的成员耗尽之后系统会自动起用优先级低的成员进行替代。

    订单和资源优先级

    1）订单和产品优先级

    用户可设定各订单或产品的优先级别，在无法全部按时交货的情况优先保障优先级高的订单和产品。

    2）资源和物项优先级

    资源（物项）集中各成员资源（物项）的优先级是不同的，用户可根据实际偏好设定相应的优先值。

    资源多元能力

    事实上，一个资源在同一时间里并不是只能执行一个任务，也就是说资源的能力有可能是多元的，比如某台多功能机器就可以同时执行多个操作。另外，实际生产中通常把执行同一个任务的同一种生产资源编为一个工作组/工作中心，这个工作组就可以看作是一个多元能力资源，如果其中的单个成员在同一时间里只能执行一个任务，那么该资源的能力数值就是成员数。能力单位，用户可以输入大于1的数值来表示该资源是多元能力的。

    工具排程

    在生产过程中，某些工序上需要用到一些附加的辅助器具，例如模具和夹具等。保证工序开始时确实有可用的工具。

    工具计划的主要目标是：对生产工具进行结构化的定义；根据工具状态及有限性，制定切实可行的生产计划；根据生产计划，给出各件工具的计划使用安排

    工具计划的步骤：

    1）工具的定义：相同功能的工具被划分到同一个功能组中，工具的可用性由有效期与工序状态共同决定

    2）工作订单的工具需求

    3）工具计划结果的调整

    人力排程

    需要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，即每位员工有最擅长的产品。

    根据各工种的人数以及员工与产品之间的优先级关系，合理的安排日程，确保工序开始时，具有足够的人力资源可以使用。

    人力排程功能的主要目标是：对各分厂的员工以及工种进行定义与管理；根据各工种的人数以及工序对工种的要求计算工序的计划开始时间；给出每位员工的每次值班的任务清单；给出每位员工的计划负荷率；根据精确计划结果，统计每班对不同工种在人数上的要求，以便合理的调配人力资源。

    人力排程的步骤：

    1）人员与工种的定义

    每个工种可以分配给不同的人员，每个人也可以具备多个工种

    2）工作订单的工种需求清单

    在制定精确生产日程时，自动根据工种中的人数，每人的值班时间等因素对各工序的开始与结束时间进行计算。

    3）人力资源计划的调整

    在完成人力资源计划后，通过人力资源计划甘特图展示每位员工在计划区间内的计划值班任务清单，以及计划负荷量。

    生产计划人员可以通过以下方式对人力资源计划进行手工的调整：将指定工序分配给指定的员工进行生产；设定指定人员的非正常可用时间段；在调整之后对计划进行刷新，自动根据计划结果，对计划的其它的部分进行重排。

    中途紧急插单

    一定时期内整个工厂的生产计划都排好并付诸执行之后，如果忽然接到新的订单或者原客户的追加订单，那么管理者就遇到了一个非常棘手的问题。中途紧急插单，不接的话不但影响利润还会丢失客户，接的话又不知是否能生产出来，可能存在很大的违约风险。

    帮助用户妥善处理这类插单难题：盘点好计划的执行情况之后用户把新订单输入APS，立刻就可使用APS计算出能否插单以及插单后的最佳生产方案。

    动态排程：实时修正计划

    APS制定的生产计划下达执行之后，很可能在中途出现执行偏差或者原先的工序、工艺路线、需求订单等出现变化，这种情况下如果继续执行后面的计划往往就不是最优的了，偏差较大时甚至会导致无法继续执行后面的计划。这就需要APS软件能基于偏离的事实，对原计划进行修改，在保持已执行部分不变的情况下计算出使总体最优的后续计划。动态排程功能可以很好地解决插单、变更订单产品的时间或数量、变更工艺路线、变更库存、变更供应的时间或数量等问题。

 

图13 排程方法缩写

    24. APS详细功能

    APS产品的功能特征的演变有以下四个阶段：

    第一阶段的功能特征：人机交互可视化排产，简单的有限资源计算；

    第二阶段的功能特征：基于各种资源约束优化计算；

    第三阶段的功能特征：基于多重资源约束优化和建模；

    第四阶段的功能特征：多重资源约束，物料的动态约束，需求计划，分销网络配置计划，运输计划，全局CTP，ATP。

    第一阶段的功能特征：人机交互可视化排产，简单的有限资源计算。

    1）向前，向后和双向的订单的加载计算。

    2）可以定义简单加载规则如按完成日期排序和设定优先级)

    3）工序间的人机交互拖拉，编辑，批量分割

    4）根据资源和时间对单独工序加锁/解锁

    5）可以按工序的最早开始日期或订单的最早完成日期计算。

    6）可以人机交互的替换，增加工序，交互处理故障，计划维修。

    7）可以处理单一的加工工序，平行工序，可以对工序的单一资源进行约束

    8）根据物料，时间，批量的生产率来排生产计划

    9）可以对有限资源和无限资源或单个班次或假日来计划排程

    10）可以在工作中心里自动选择资源，用户也可以定义资源

    11）可以显示图形，文本，报表，可以订单跟踪，甘特图，等待表。

    第二阶段的功能特征：基于各种资源约束优化计算。

    1）用户可以定制、配置数据、菜单、报表；

    2）可以按工序和计划增加约束使用率；

    3）具有换装时间距阵的排序，可以选择最小化换装时间；

    4）具有计算批量，计算运输批量和自动重复和自动停止订单的功能；

    5）具有CTP(能力可用量)的查询；

    6）可以自动连接其它软件。

    第三阶段的功能特征：基于多重资源约束优化和建模。

    1）具有每个工序的多重约束；

    2）基于当前工序的子工序的约束；

    3）可以使用优先资源选择规则；

    4）最大工序跨度和间隔，也可以延迟到下一个工序；

    5）可以计算在每个加工过程的顺序和平行批量；

    6）可以对装配线的建模和子装配线建模。

    第四阶段的功能特征: 多重资源约束，物料的动态约束，需求计划，分销网络配置计划，运输计划，全局CTP，ATP。

    1）提供强大的模拟功能，支持多种生产情景的模拟分析；

    2）能够处理复杂的、多级别的BOM运算；

    3）支持多工厂级别的现货可承诺交货数量运算（ATP）和计划可承诺交货数量运算（CTP）；

    4）能够合理分派生产任务单、降低生产等待时间、提高瓶颈资源的利用率；

    5）通常包含了行业运用的业务实际，从而保证和加快高级计划系统的实施；

    6）具有同各种ERP系统间集成，保证物料信息数据的更新；

    7）优化供应链需求计划，分销配置计划，运输计划。

    25. APS现在面临的挑战：

    1）APS运用和发展的的三个重要因素是1，速度性能；2，集成性；3，可视化图。

    2）在性能方面：APS计算方式采用针对多核的并行计算方法，将使APS的计算速度达到革命性的突破。

    3）在集成方面：对异构系统的集成方式已经从点对点的集成达到平台集成总线的方式。

    4）在可视化图形方面：可以采用大型游戏的三维图形模拟仿真技术，改变了传统的平面甘特图模式。

    5）通用化的APS产品很难面面俱到解决各行业的问题，而且越是考虑的行业多，越会导致系统参数很多，使用难度加大，系统友好性变差，计算效率降低，最终实施效果变差。

    6）传统的排程软件很难发展壮大。APS软件可以整合了工艺BOM、物料需求计划、高级排程、产能预测、发运计划、甚至现场管理等一系列附加功能的综合体。

    7）APS软件一定要是平台化、可快速客制化修改。生产管理本来就复杂多变，精细化的生产就更是复杂多变。如果不能快速客制化修改，则很难解决好客户的实际问题。

    8）APS高级排程解决之道就是APS集成MES，未来很可能会取代ERP中传统的计划、生产模块。

三、基于ERP的APS、MES、精益生产结合模式

 

图14 ERP，精益，APS组合的关系

    ERP+精益方式：一般针对企业的生命周期分成长型企业、成熟企业、挑战精益企业。

    1、ERP成长企业（财务物流）：强化基础管理。精益思想的培训。5S和现场管理。

    2、ERP成熟企业（财务物流＋计划）：有限约束计划、VSM，单元流，看板，推拉结合。

    3、ERP精益企业（财务物流＋计划＋车间MES）：节拍均衡，有限约束计划，电子动态看板、车间跟踪执行，市场拉动式供应链优化系统。

 

图15 APS+精益生产

四、如何利用APS缩短交货期

    通过APS高级计划排程，满足资源约束，均衡生产过程中各种生产资源；在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划；实现快速排程并对需求变化做出快速反应。

    1）通过有限能力自动设定生产排程到秒和分钟的动态提前期，改变无限能力的固定提前期为天的生产排程。可以有效的缩短生产交货期。

    2）通过分割制造订单，缩短制造提前期。

    3）通过分割工作使其分派到别的资源上，可以缩短制造提前期。

    4）通过工序的接续方法，缩小批量，使各工序的工作重叠分派，由此，缩短了制造提前期，

    5）通过设定前准备和后准备时间的连接点，来缩短制造提前期。

    6）通过有效的作业人员的排程，来提高生产力，来缩短制造提前期。

    7）通过对瓶颈中心的优化排程，前工序向后推分配，将后工序前推分配。提高生产力，来缩短制造提前期。

    8）通过先进的数学约束优化算法，来优化生产过程，缩短了制造提前期。

五、如何实施APS系统

    1. 如何实施用可视化的APS实现精益制造：

    当精益运作拓展到敏捷供应链的按需生产时，使得物料最终客户的需求所拉动快速客户反应时，将会给企业带来巨大利益，但是，实施所需要的投入和精力也是巨大的。

    实现APS的一般三个步骤：

    1）实现无约束物料，无约束能力的计划

    2）实现约束物料，约束能力的计划

    3）实现优化的计划：优化单一目标：最大化交货率、最大化库存周转率、最大化收益率、多目标加权优化。

    2. 实施APS需准备的资料：

    1）设备基本资料（机台、产线等）：主要包括：工作中心代号、工作中心名称、效率指数、资源组与替代关系等。

    2）产品工艺与BOM资料：主要包括：完成品品号、工艺、首选工作中心、前置工时、标准工时与产量、分批加工批量数、工序损耗率、物料用量、物料损耗率等。

    3）依赖资源：工装，模具，夹具，刀具等

    4）客户优先级：给每个客户一个优先级，用于排程时优先服务大客户。

    5）班次：班次是每天连续的工作时间段。

    6）设备工作日历：用于定义每个设备在每一天的工作时间。

    7）工人基本资料：工人代码与班组成员与技能，

    8）与ERP对接：包括品号料号、库存、生产单等。

    3. 实施APS的重要原则

    遵守7个重要原则：具有正确的期望非常重要，同时采用主要的计划原则也至关重要。

    原则1：对重要的资源建立模型。

    在为资源建立模型时，应控制受约束资源的数量。记住80/20规则-20% 的资源或物料会引起80% 的问题。将注意力集中在妨碍你关注重要问题的事情上。避免建立过于复杂的模型。这有助于让您建立能够正常运行的系统并避免注意力的分散。

    原则2：做出现实的承诺

    实时地承诺和保留。为“保障订单”保留能力，而限制接受的订单数量。如果必须在无法验证可行性的情况下接受订单，应确保必须每日检查瓶颈工序及时发现存在问题的区域。

    原则3：最小化批量设定和顺序设定

    分配时合并批次。分配时决定生产单的顺序。试着考虑时间和周转率，不仅仅是数量和准备时间节省。

    原则4：修改流程，而不要修改订单

    重点是分析发现潜在问题，而不是加速订单发货。每日检查瓶颈和迟到订单，及时预见问题。

    原则5：持续更新状态

    及时准确地记录人工和物料处理。及时地关闭作业订单。建立切实可行的工作中心能力模型。保持工艺和物料清单的准确性。建立切实可行的采购物料提前期模型。维持正确的存货水平。

    原则6：到期下达生产订单

    尽可能晚些下达。但仍然需要一些闲置时间使无法预料的资源故障或物料发货延迟引起的风险降低到最小限度，但是不要因为具有闲置资源而提前下达。遵守高级计划创建的排程计划下达生产订单。不要通过提前提供的车间订单对系统进行再评审，从而限制能力或预计需要。

    原则7：保持统一

    需要每个人都遵守所有这些原则。

    在国外这些原则已经过成功使用APS系统的客户的验证。他们发现为获得一个固定过程所花费的大部分时间用在了改变人们的思维方式上，即让人们习惯使用一些主要的计划原则。实施这些原则对于成功地使用APS计划排程非常重要，将这些原则应用到实际的业务中。

    4. APS实施方法

    尽管计划排程的实施比较复杂，只要掌握系统的方法，也可以较顺利完成。这里列出几个步骤：

    1）有软件供应商评估客户的需求

    2）决定和现存的计划环境的结合点

    3）对关键用户进行初次培训

    4）由咨询顾问帮助建立模型

    5）建立数据接口程序和可能的客户化程序

    6）准备数据

    7）根据实际计划环境培训

    8）切换上线

    我们在运用APS的系统时，也不能大而全。每一个企业的类型和计划难度不一样。如物料驱动型企业（组装），其计划的重点是物料约束。对产能驱动型企业（加工），其计划重点是能力约束。对优化的追求，也不能太理想化，满意取代最优。现场动态变化复杂业务可以用可视模拟技术来取代优化算法求解。

    本文根据蔡颖在第十二届管理信息化高级研修班上的发言整理，经本人确认！