APS中生產(chǎn)計劃排程的基本原理
|APS中生產(chǎn)計劃排程的基本原理 | | | | | | | | 姜鐵虎 2002-9-30 | | | |投稿 | | | | | | 供應鏈管理（SCM）涉及企業(yè)間的集成以及在產(chǎn)銷網(wǎng)絡中協(xié)調物流和信息流 | |的各個方面。作為企業(yè)信息中樞的ERP系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在許多企業(yè)中用于作業(yè)處 | |理和定單執(zhí)行。高級計劃系統(tǒng)（APS，AdvancedPlanningSystems）作為ERP的補 | |充，用于協(xié)調物流、開發(fā)瓶頸資源和保證交貨日期。APS應用各種優(yōu)化技術，并 | |根據(jù)企業(yè)的商業(yè)目標來改進計劃。APS包括需求和供應計劃、運輸和生產(chǎn)計劃排 | |程等各種供應鏈計劃模塊，本文主要介紹APS中生產(chǎn)計劃排程（ProductionPlann| |ingandScheduling）模塊的基本原理[1]。 | | | | 決策狀況描述 | | | | 生產(chǎn)計劃排程的目的是為車間生成一個詳細的短期生產(chǎn)計劃。排產(chǎn)計劃（Pr| |oductionschedule）指明了計劃范圍內的每一個定單在所需資源上的加工開始時| |間和結束時間，也即指出了在給定資源上定單的加工工序。排產(chǎn)計劃可以通過直| |觀的甘特圖（Ganttchart）形式給出。 | | 排產(chǎn)計劃的計劃間隔可以從一天到幾周，取決于具體的工業(yè)生產(chǎn)部門。合理| |的計劃長度取決于幾個因素：一方面，它至少應當涵蓋與一個定單在生產(chǎn)單元中| |最大的流動時間（flowtime）相對應的時間間隔；另一方面，計劃間隔受到已知| |顧客定單或可靠需求預測的可用性限制。很顯然，只有當排產(chǎn)計劃適度穩(wěn)定時，| |在一個資源上進行定單排程才是有用的。也就是說，它們不應受不期望事件經(jīng)常| |變化的影響（如定單數(shù)量改變或中斷）。 | | 對某些生產(chǎn)類型（如jobshop），生產(chǎn)計劃排程需要對（潛在）瓶頸資源上 | |的任務定單進行排序和計劃；而對另一些生產(chǎn)類型（如成組技術），生產(chǎn)計劃排| |程要能自動地、按時段檢查資源組的能力，看其是否能夠在下一個時間段內完成| |成組加工的一組定單。然后，可以手工排序這組定單在下一個時間段內的加工次| |序。 | | 排產(chǎn)計劃任務能夠而且也應當分散來做，這樣可以利用每個地點人們的專業(yè)| |知識和車間當前狀況的知識（例如人員的可用性）。 | | 生產(chǎn)計劃排程受到上層主生產(chǎn)計劃的約束，主生產(chǎn)計劃設立了在分散的決策| |單位中執(zhí)行生產(chǎn)計劃排程的框架。從主計劃中可獲得的相應指導包括：使用超時| |或加班的數(shù)量；在不同時間點上來自供應鏈上游設施物料項的可用性；涉及來自| |供貨商輸入物料的采購協(xié)議。此外，由于主生產(chǎn)計劃在供應鏈上有更寬的視點和| |更長的計劃區(qū)間，從中我們還可以得到： | | 計劃結束時需要建立的各物料項的季節(jié)性庫存量； | | 交付給供應鏈下游設施的定單截止日期（下游設施可以是緊接著的下一級生| |產(chǎn)單位，分銷商或最終顧客）。 | | | | 排產(chǎn)計劃生成 | | | | 由車間模型生成排產(chǎn)計劃的一般程序可簡單地描述為下面6個步驟（如圖1所| |示）。 | | | | 1、建模 | | 車間模型必須詳細地捕捉生產(chǎn)流程的特征和相應的物流，以便以最小的成本| |生成可行的計劃。 | | 由于一個系統(tǒng)的產(chǎn)出率只受潛在瓶頸資源的限制，因此，我們只需對車間現(xiàn)| |有全部資源的一部分–也即那些可能成為瓶頸的資源，建立一個清晰的模型。關 | |于建模方法的細節(jié)我們將在后面進一步闡述。 | | | | 2、提取需要的資料 | | 生產(chǎn)計劃排程使用的資料來自ERP系統(tǒng)、主生產(chǎn)計劃和需求計劃。生產(chǎn)計劃 | |排程僅利用這些模塊中可用資料的一個子集，因此，在建立一個給定生產(chǎn)單元的| |模型時，必須指明它實際需要哪些資料。 | | | | 3、生成一組假定（生產(chǎn)狀況） | | 除了從ERP系統(tǒng)、主生產(chǎn)計劃和需求計劃這些資料源中接收的資料之外，車 | |間或生產(chǎn)單位的決策者或許對車間當前或未來的狀況會有更進一步的知識或期望| |，這些信息在其它地方（如軟件模塊中）是不能得到的。再者，對車間的可用能| |力或許也可以有多種選擇（如柔性的倒班安排等）。因此，決策人員必須有能力| |修改資料和建立某種生產(chǎn)狀況（見圖1中的第三步，點劃線框表示這一步必須由 | |決策人員執(zhí)行，并且是可選的）。 | | | | 4、生成一個（初始）排產(chǎn)計劃 | | 在有了模型和資料之后，就可以針對給定的生產(chǎn)狀況，利用線性規(guī)劃、啟發(fā)| |式算法和基因算法等各種復雜的優(yōu)化方法來生成排產(chǎn)計劃。這項工作可以一步完| |成，也可以通過兩級計劃層次（先綜合的生產(chǎn)計劃，后詳細的排產(chǎn)計劃）完成。| | | | 5、排產(chǎn)計劃分析和交互修改 | | 如果通過兩級計劃層次完成，也即先生成綜合資源的上層生產(chǎn)計劃。那么，| |在生成一個詳細的排產(chǎn)計劃之前，人們或許首先要對這個生產(chǎn)計劃進行分析。特| |別地，如果生產(chǎn)計劃不可行，決策人員可以交互地指定一些計劃途徑來平衡生產(chǎn)| |能力（如增加班時或指定不同的加工路徑）。這或許要比修改在單個資源上的加| |工工序（下層排產(chǎn)計劃）更加容易。 | | APS采用了例外管理（Management Byexception）的技術，如果出現(xiàn)問題和 | |不可行性（如超過定單交貨期或資源過載），APS就會發(fā)出警告（alerts）。這 | |些警告首先被“過濾”，然后，正確的警告被傳遞到供應鏈中正確的組織單位。 | | 此外，針對一種生產(chǎn)狀況產(chǎn)生的排產(chǎn)方案還可以通過結合決策者的經(jīng)驗和知| |識交互地改進。當然，為了提供真正的決策支持，必要的修改次數(shù)應當受到限制| |。 | | | | 6、生產(chǎn)狀況核準 | | 當決策人員確定已經(jīng)評估了所有可選方案時，他/她將選擇那個體現(xiàn)最佳生 | |產(chǎn)狀況的排產(chǎn)計劃去執(zhí)行。 | | | | 7、執(zhí)行和更新排產(chǎn)計劃 | | 決策人員選定的排產(chǎn)計劃將被傳遞給：MRP模塊（分解計劃）、ERP系統(tǒng)（執(zhí)| |行計劃）和運輸計劃模塊（在顧客定單完成時安排裝運車輛）。 | | MRP模塊把在瓶頸資源上計劃的所有活動分解成在非瓶頸資源上生產(chǎn)的那些 | |物料或由供貨商交付的物料；此外，對某些加工定單所必需的物料也將被預定。| | 排產(chǎn)計劃將持續(xù)執(zhí)行到某個事件信號發(fā)生時才進行更新，也即直到修改一個| |排產(chǎn)計劃看來是可取的時候（見圖1中的LoopII）。這個事件可以是一個新定單 | |的到來、機器故障或凍結的計劃部分已執(zhí)行完畢（后面我們還將對排產(chǎn)計劃的更| |新作詳細討論）。 | | 改變車間生產(chǎn)模型的情況不太經(jīng)常（如圖1中的LoopI）。如果結構保持不變| |和只是數(shù)量上受到影響（例如一個機床組中的機床數(shù)或某些已知產(chǎn)品的新變種）| |，那么，通過下載ERP系統(tǒng)中的資料，APS能自動更新模型。但當變化很大時（例| |如具有某些新特征的新生產(chǎn)階段的引入），那么，由專家對模型進行手動調整則| |是可取的。 | | 下面我們將對車間生產(chǎn)流程模型的建模方法作更詳細的闡述。 | | [pic] | | 圖1、排產(chǎn)計劃的一般步驟 | 生產(chǎn)流程建模 車間模型必須結合所有必要的生產(chǎn)流程細節(jié)來決定顧客定單的完成時間，模型需要 的輸入來自有關的物料和潛在的瓶頸資源。排產(chǎn)計劃中每一步的時間間隔通常很?。ㄈ?幾個小時），有時甚至可以是連續(xù)的。 1、模型 我們可以把建模的范圍限制在（潛在）瓶頸上執(zhí)行的運作，因為只有這些資源限制 了車間的產(chǎn)出。由于生產(chǎn)計劃排程并不打算控制車間（這個任務留給了ERP系統(tǒng)），一些 車間的細節(jié)（如監(jiān)視定單當前狀況的控制點）可以被忽略。 在模型的兩個連續(xù)活動之間，在非瓶頸資源上執(zhí)行的所有流程步驟都只被表達為固 定的提前期差度（fixedleadtimeoffset）。這種處理方法與眾所周知的“高級計劃給出 提前期只是作為計劃的結果而不是一個事先給定的常數(shù)”這一敘述并沒有矛盾。在這里， 提前期差度僅包括前述非瓶頸資源上的加工和運輸時間，因為等待時間不會存在。 模型可以通過關聯(lián)的資料來定義，這些資料可分為結構資料（structuraldata）和 狀況相關資料（situationdependentdata）。 結構資料包括：生產(chǎn)地點，工件，物料單，工藝路徑和相關的操作指令，（生產(chǎn)） 資源，供貨商清單，準備時間矩陣，和時間表（工廠日歷）。 對車間分布在不同地方的一個大型供應鏈，把所有資料歸集到一個專門地點或許會 有好處。這樣的話，一個零件就可以通過它的生產(chǎn)地點來識別，盡管它在顧客眼中是一 樣的。 物料清單通常是基于單層描述（存放在一個物料文件中），也即每一個零件號只連 接到它下一層物料的那些零件號。一個給定零件的完整物料清單很容易在計算機上通過 連接這些單層表達來構造。 每個工件的資源消耗可以從工藝路徑和操作說明中得到。每個定單的工件數(shù)以及每 個工件的資源消耗是計算單個定單順序和排程所必須的。因此，可以用生產(chǎn)流程模型（ PPM，ProductionProcessModel）來清晰地表達物料加工路徑和生產(chǎn)操作。 圖2給出了一個PPM的例子，它描述了一個特定尺寸和商標的瓶裝蕃茄醬的兩級生產(chǎn) 流程。第一個PPM表達液體蕃茄醬的生產(chǎn)，包括清洗攪拌池，攪拌配料，和等待裝瓶。一 旦蕃茄醬準備好了，它將在24小時內被裝瓶。蕃茄醬可同時用于不同尺寸的瓶子，每一 種尺寸都將對應一個PPM。 [pic] 圖2、兩級蕃茄醬生產(chǎn)流程模型（PPM） 一個PPM至少由一個運作（operation）組成，而每個運作包含一個或幾個活動（ac tivities）。一個運作總是與一個基本資源相關（如攪拌池）。二級資源–比如人員–也 可歸屬于一個活動。活動或許要求一些輸入物料并能產(chǎn)生一些物料作為輸出。當然，我 們必須...
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