0 引言
生产排程(Production Scheduling)问题,又称生产作业计划或生产调度,是指生产部门为完成销售部门下达的订单,根据确定的生产计划和订单交货期安排,按照产品的加工工艺路线,将有限资源安排给不同的工作,并决定何时开始,由哪部设备加工,并完成哪件工作,并设法达到预定的如交货期要求和提高设备利用率的目标。当前国际国内市场瞬息万变,企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地,就要对客户和市场的要求做出快速响应,按照市场的要求把低成本、高质量、短交货期的产品交付到客户手中。
面向订单生产(Make to Order,MTO)方式,就是按照客户订单以及销售合同来组织安排生产的,该生产方式对企业生产排程的能力具有较高要求。虽然目前我国很多企业都已经采用企业资源计划(EntERPrise Resource Planning,ERP)系统进行生产管理,并且也取得了很好的成效,但是,由于传统ERP系统生产计划模型的计算不是十分准确,而且也不能及时反映车间的实际情况和订单变化,ERP系统已经不能适应现代企业变化的需求。这一点对于MTO型企业尤其明显。高级计划与排程(Advanced Planning&Scheduling,APS)技术的出现,使得克服传统ERP计划模型缺点成为可能。
1 传统ERP缺陷与APS的兴起
1.1 ERP计划模型的缺陷
ERP系统实际操作中,会在计算机帮助下按产品BOM(Bill of Materials)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(Material RequirementsPlanning)和MPS(Master Production Scheduling)计算物料的需求,并通过发布补充定单等手段进行调整。
这种从上世纪60年代一直沿用下来的计划模型,存在许多固有的缺陷:模型建立在无限能力的假定之上;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;计划编制所需时间过长,而且对计划的调整工作十分困难;缺乏对企业运营的决策支持能力。传统ERP系统的计划模型只是限于生产和采购领域,在大多数情况下不会考虑到目标函数的存在,更不要说优化的问题,它只是一个运作层面的连续计划系统。
随着社会的不断发展,市场竞争逐步加剧,传统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的计划模型势在必行。高级计划与排程(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。
1.2 APS产生基础及其特点
APS是20世纪后50年发展起来的革命性管理技术,它的发展是建立在线性规划、计算机科学、人工智能、决策支持系统、工业工程、物流管理、管理科学、约束理论、操作研究和其他管理研究成果基础上的,其核心是约束优化理论。
APS最显著的特点是层次性计划体系,也是其强大功能的最突出体现。供应链最优计划涉及不同的时间跨度(长期、中期、短期)、不同的业务流程(采购、制造、分销等)以及各个供应链成员企业,并且由于需求的不确定性,一次优化所有的计划是不可能的。APS用层次计划的思想把总的计划任务分解成许多局部计划模块,然后分配给不同的计划层,每一计划层都涵盖整个供应链,但层与层之间的任务不同。层次越低,计划涵盖的局部受到的限制越多,计划时间跨度越短,计划也越详细。同时,各计划模块被水平和垂直信息流连接在一起,上层计划模块的结果为下层计划设定了约束,而下层计划也将相关性能数据(如成本、提前期、使用率等)反馈给上一层次的计划,并接受上层综合计划的协调。经过比较发现,APS系统实际上可以取代ERP系统原有的主生产计划、物料需求计划、能力计划等功能模块,并为企业整体运营提供决策支持。这样,经过“剪裁”的ERP系统成为APS系统的数据源,为APS计算提供各种数据,如订单数据、库存数据、工艺路线、BOM等;而APS则将按照规则处理完毕后的计算结果返回给ERP系统,由其负责执行。(如图1所示)应当注意的是,由于ERP、APS两种系统的设计理念完全不同,在进行集成时,必须对两种系统的数据结构进行仔细的调整,以免产生“排异反应”。
图1 APS与ERP的数据交互不意图
2 面向订单生产APS系统的关键流程分析
2.1 面向订单生产企业的生产排程分析
面向订单生产企业的生产排程以生产计划为起点,综合考虑企业整体目标和约束条件,目的是生成详细的生产进度计划,同时将这个计划反馈给企业上层生产计划系统。可以将从接受客户订单后到完成订单出货整个过程划分为三个阶段:
图2 面向订单生产企业的生产排程示意图
图3 销售运营计划示意图
(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。同时,与主生产计划协调,调整相关订单的计划交货期。
(2)生产进度计划排程:此阶段生产排程依据产品工艺路线,确定计划期内选择的每一个订单在所需资源上的加工开始时间和结束时间,即给出了在所有制造资源或工作中心上订单的加工顺序。生产进度计划一般会通过直观的甘特图形式给出。
(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。当偏差过大时,则需要重新编制生产进度计划直至修改主生产计划。
2.2 面向订单生产APS系统的关键流程分析
根据2.1的分析,对于面向订单生产的APS系统,有三个关键点具有关键作用:
①订单预测冲减
销售订单首先冲减当前区间的预测,如果该订单数量大于当前区间预测,在当月之内先后向冲减,然后再前向冲减;如果该订单数量大于当月预测,则前向冲减其他月份的预测;
根据订单冲减后的结果,生成主计划;
②销售运营计划
在考虑产能约束而不考虑物料约束的前提下,生成物料需求,在此基础上进而与供应商交互、确定物料约束;
在同时考虑产能和物料约束的情况下,生成可执行的制造计划、关键物料采购计划和分配计划,进而进行销售运营计划。
③工作重心详细排程
假设每一工作中心具有无限产能,按照面向无限产能的方法进行排产,确定物料的采购计划和送达时间;
在解决了物料问题之后,针对各工作中心的产能负荷,利用面向有限产能的相应规则来平衡工作中心的加工任务,确定各工作中心的加工计划;
根据前两个步骤得出的物料计划和加工计划,对企业的整个生产进行协调;
在计划执行一段时间之后,根据反馈信息和新的订单信息,重新进行排产操作。
2.3 面向订单生产APS系统的生产能力检查
由于APS系统可以集成应用企业的所有信息,因此,它可以对MTO型企业的各项生产能力指标进行检查,从而为企业的销售等行为提供强有力的支持。其中最典型的是:可供货能力、可承诺能力、等等。如图5所示。
图4工作中心详细排程示意图
图5 供货能力与可承诺能力检查
在签订供货合同前进行供货能力的检查,提供比较准确的供货时间,指导合同的签订;
合同签订后为客户做出发货和到货时间承诺提供决策支持;
在供货能力不足的情况下,为合同分批提供决策支持。
3 APS系统在企业生产排程中的应用方法研究
通过前面的阐述可以发现,以企业的ERP系统作为信息基础,采用APS和ERP系统集成的方法,由ERP提供订单数据、库存数据、工艺路线、BOM等数据,利用APS的先进优化算法,可以初步解决面向订单生产企业的生产计划和调度优化问题。APS和ERP的集成系统框架如图6所示。
图6 APS与ERP系统集成的体系架构
ERP在生产计划职能方面只是承担一个数据存储的作用,它里面存储着产品的BOM表,库存情况,订单情况等各种生产的基础数据。而APS则承担着计算生产计划的任务,计算出结果后将数据反馈给ERP系统,ERP接到反馈后释放加工资源,生产作业人员通过查看ERP了解所需要完成的加工任务。而企业客户则可以通过企业的供应链管理系统(SCM)及时查询自己订单的实时情况。
实际中,我们应用CORBA架构实现APS和MES系统的集成,整个体系结构由信息资源层、访问接口层、请求服务代理层、对象通信服务层和网络传输层五部分组成。其集成的层次体系结构如图7所示。“公共对象请求代理结构”(Common 0bjectRequest Broker Architecture,CORBA)由对象管理组织(Object Management Group,OMG)提出。CORBA构建了一种让对象与本地或网上的其他对象透明请求服务与接收信息的机制,以ORB为核心,达成分布异构环境中多个对象系统之间的无缝连接。此外,CORBA还提供独立于编程语言的接口定义语言(Interface Definition Language,IDL)来描述对象和操作,从而使远程分布应用可以通过ORB请求这些对象上的操作服务。具体实现时,首先确定应用对象及相关功能代理的主要内容;然后根据具体的应用系统实现其封装,从中抽取需要的服务,形成了一系列功能代理,最终实现APS与ERP系统的集成。
4 结束语
在竞争日益激烈的市场中,为快速适应内、外部环境的快速变化,APS已经逐渐成为制造企业快速应对市场,进行企业内部生产计划和排程的重要技术工具。对于面向订单生产的企业,APS对订单的强大处理和实施功能就更加重要。
图7 基于CORBA技术的系统集成示意
实践证明,在MTO型企业中,以ERP的企业制造资源数据为基础,将APS与ERP集成,来优化企业的生产排程和调度算法,可以提高企业的生产效率,进而实现快速响应市场需求的目的。这对于新技术条件下,我国企业的信息化建设具有一定的借鉴意义。
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