APS中生产计划排程的基本原理
|APS中生产计划排程的基本原理 | | | | | | | | 姜铁虎 2002-9-30 | | | |投稿 | | | | | | 供应链管理（SCM）涉及企业间的集成以及在产销网络中协调物流和信息流 | |的各个方面。作为企业信息中枢的ERP系统，现在已经在许多企业中用于作业处 | |理和定单执行。高级计划系统（APS，AdvancedPlanningSystems）作为ERP的补 | |充，用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。APS应用各种优化技术，并 | |根据企业的商业目标来改进计划。APS包括需求和供应计划、运输和生产计划排 | |程等各种供应链计划模块，本文主要介绍APS中生产计划排程（ProductionPlann| |ingandScheduling）模块的基本原理[1]。 | | | | 决策状况描述 | | | | 生产计划排程的目的是为车间生成一个详细的短期生产计划。排产计划（Pr| |oductionschedule）指明了计划范围内的每一个定单在所需资源上的加工开始时| |间和结束时间，也即指出了在给定资源上定单的加工工序。排产计划可以通过直| |观的甘特图（Ganttchart）形式给出。 | | 排产计划的计划间隔可以从一天到几周，取决于具体的工业生产部门。合理| |的计划长度取决于几个因素：一方面，它至少应当涵盖与一个定单在生产单元中| |最大的流动时间（flowtime）相对应的时间间隔；另一方面，计划间隔受到已知| |顾客定单或可靠需求预测的可用性限制。很显然，只有当排产计划适度稳定时，| |在一个资源上进行定单排程才是有用的。也就是说，它们不应受不期望事件经常| |变化的影响（如定单数量改变或中断）。 | | 对某些生产类型（如jobshop），生产计划排程需要对（潜在）瓶颈资源上 | |的任务定单进行排序和计划；而对另一些生产类型（如成组技术），生产计划排| |程要能自动地、按时段检查资源组的能力，看其是否能够在下一个时间段内完成| |成组加工的一组定单。然后，可以手工排序这组定单在下一个时间段内的加工次| |序。 | | 排产计划任务能够而且也应当分散来做，这样可以利用每个地点人们的专业| |知识和车间当前状况的知识（例如人员的可用性）。 | | 生产计划排程受到上层主生产计划的约束，主生产计划设立了在分散的决策| |单位中执行生产计划排程的框架。从主计划中可获得的相应指导包括：使用超时| |或加班的数量；在不同时间点上来自供应链上游设施物料项的可用性；涉及来自| |供货商输入物料的采购协议。此外，由于主生产计划在供应链上有更宽的视点和| |更长的计划区间，从中我们还可以得到： | | 计划结束时需要建立的各物料项的季节性库存量； | | 交付给供应链下游设施的定单截止日期（下游设施可以是紧接着的下一级生| |产单位，分销商或最终顾客）。 | | | | 排产计划生成 | | | | 由车间模型生成排产计划的一般程序可简单地描述为下面6个步骤（如图1所| |示）。 | | | | 1、建模 | | 车间模型必须详细地捕捉生产流程的特征和相应的物流，以便以最小的成本| |生成可行的计划。 | | 由于一个系统的产出率只受潜在瓶颈资源的限制，因此，我们只需对车间现| |有全部资源的一部分–也即那些可能成为瓶颈的资源，建立一个清晰的模型。关 | |于建模方法的细节我们将在后面进一步阐述。 | | | | 2、提取需要的资料 | | 生产计划排程使用的资料来自ERP系统、主生产计划和需求计划。生产计划 | |排程仅利用这些模块中可用资料的一个子集，因此，在建立一个给定生产单元的| |模型时，必须指明它实际需要哪些资料。 | | | | 3、生成一组假定（生产状况） | | 除了从ERP系统、主生产计划和需求计划这些资料源中接收的资料之外，车 | |间或生产单位的决策者或许对车间当前或未来的状况会有更进一步的知识或期望| |，这些信息在其它地方（如软件模块中）是不能得到的。再者，对车间的可用能| |力或许也可以有多种选择（如柔性的倒班安排等）。因此，决策人员必须有能力| |修改资料和建立某种生产状况（见图1中的第三步，点划线框表示这一步必须由 | |决策人员执行，并且是可选的）。 | | | | 4、生成一个（初始）排产计划 | | 在有了模型和资料之后，就可以针对给定的生产状况，利用线性规划、启发| |式算法和基因算法等各种复杂的优化方法来生成排产计划。这项工作可以一步完| |成，也可以通过两级计划层次（先综合的生产计划，后详细的排产计划）完成。| | | | 5、排产计划分析和交互修改 | | 如果通过两级计划层次完成，也即先生成综合资源的上层生产计划。那么，| |在生成一个详细的排产计划之前，人们或许首先要对这个生产计划进行分析。特| |别地，如果生产计划不可行，决策人员可以交互地指定一些计划途径来平衡生产| |能力（如增加班时或指定不同的加工路径）。这或许要比修改在单个资源上的加| |工工序（下层排产计划）更加容易。 | | APS采用了例外管理（Management Byexception）的技术，如果出现问题和 | |不可行性（如超过定单交货期或资源过载），APS就会发出警告（alerts）。这 | |些警告首先被“过滤”，然后，正确的警告被传递到供应链中正确的组织单位。 | | 此外，针对一种生产状况产生的排产方案还可以通过结合决策者的经验和知| |识交互地改进。当然，为了提供真正的决策支持，必要的修改次数应当受到限制| |。 | | | | 6、生产状况核准 | | 当决策人员确定已经评估了所有可选方案时，他/她将选择那个体现最佳生 | |产状况的排产计划去执行。 | | | | 7、执行和更新排产计划 | | 决策人员选定的排产计划将被传递给：MRP模块（分解计划）、ERP系统（执| |行计划）和运输计划模块（在顾客定单完成时安排装运车辆）。 | | MRP模块把在瓶颈资源上计划的所有活动分解成在非瓶颈资源上生产的那些 | |物料或由供货商交付的物料；此外，对某些加工定单所必需的物料也将被预定。| | 排产计划将持续执行到某个事件信号发生时才进行更新，也即直到修改一个| |排产计划看来是可取的时候（见图1中的LoopII）。这个事件可以是一个新定单 | |的到来、机器故障或冻结的计划部分已执行完毕（后面我们还将对排产计划的更| |新作详细讨论）。 | | 改变车间生产模型的情况不太经常（如图1中的LoopI）。如果结构保持不变| |和只是数量上受到影响（例如一个机床组中的机床数或某些已知产品的新变种）| |，那么，通过下载ERP系统中的资料，APS能自动更新模型。但当变化很大时（例| |如具有某些新特征的新生产阶段的引入），那么，由专家对模型进行手动调整则| |是可取的。 | | 下面我们将对车间生产流程模型的建模方法作更详细的阐述。 | | [pic] | | 图1、排产计划的一般步骤 | 生产流程建模 车间模型必须结合所有必要的生产流程细节来决定顾客定单的完成时间，模型需要 的输入来自有关的物料和潜在的瓶颈资源。排产计划中每一步的时间间隔通常很小（如 几个小时），有时甚至可以是连续的。 1、模型 我们可以把建模的范围限制在（潜在）瓶颈上执行的运作，因为只有这些资源限制 了车间的产出。由于生产计划排程并不打算控制车间（这个任务留给了ERP系统），一些 车间的细节（如监视定单当前状况的控制点）可以被忽略。 在模型的两个连续活动之间，在非瓶颈资源上执行的所有流程步骤都只被表达为固 定的提前期差度（fixedleadtimeoffset）。这种处理方法与众所周知的“高级计划给出 提前期只是作为计划的结果而不是一个事先给定的常数”这一叙述并没有矛盾。在这里， 提前期差度仅包括前述非瓶颈资源上的加工和运输时间，因为等待时间不会存在。 模型可以通过关联的资料来定义，这些资料可分为结构资料（structuraldata）和 状况相关资料（situationdependentdata）。 结构资料包括：生产地点，工件，物料单，工艺路径和相关的操作指令，（生产） 资源，供货商清单，准备时间矩阵，和时间表（工厂日历）。 对车间分布在不同地方的一个大型供应链，把所有资料归集到一个专门地点或许会 有好处。这样的话，一个零件就可以通过它的生产地点来识别，尽管它在顾客眼中是一 样的。 物料清单通常是基于单层描述（存放在一个物料文件中），也即每一个零件号只连 接到它下一层物料的那些零件号。一个给定零件的完整物料清单很容易在计算机上通过 连接这些单层表达来构造。 每个工件的资源消耗可以从工艺路径和操作说明中得到。每个定单的工件数以及每 个工件的资源消耗是计算单个定单顺序和排程所必须的。因此，可以用生产流程模型（ PPM，ProductionProcessModel）来清晰地表达物料加工路径和生产操作。 图2给出了一个PPM的例子，它描述了一个特定尺寸和商标的瓶装蕃茄酱的两级生产 流程。第一个PPM表达液体蕃茄酱的生产，包括清洗搅拌池，搅拌配料，和等待装瓶。一 旦蕃茄酱准备好了，它将在24小时内被装瓶。蕃茄酱可同时用于不同尺寸的瓶子，每一 种尺寸都将对应一个PPM。 [pic] 图2、两级蕃茄酱生产流程模型（PPM） 一个PPM至少由一个运作（operation）组成，而每个运作包含一个或几个活动（ac tivities）。一个运作总是与一个基本资源相关（如搅拌池）。二级资源–比如人员–也 可归属于一个活动。活动或许要求一些输入物料并能产生一些物料作为输出。当然，我 们必须...
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