APS中生產(chǎn)計(jì)劃排程的基本原理
|APS中生產(chǎn)計(jì)劃排程的基本原理 | | | | | | | | 姜鐵虎 2002-9-30 | | | |投稿 | | | | | | 供應(yīng)鏈管理（SCM）涉及企業(yè)間的集成以及在產(chǎn)銷網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)物流和信息流 | |的各個(gè)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(jí)計(jì)劃系統(tǒng)（APS，AdvancedPlanningSystems）作為ERP的補(bǔ) | |充，用于協(xié)調(diào)物流、開發(fā)瓶頸資源和保證交貨日期。APS應(yīng)用各種優(yōu)化技術(shù)，并 | |根據(jù)企業(yè)的商業(yè)目標(biāo)來改進(jìn)計(jì)劃。APS包括需求和供應(yīng)計(jì)劃、運(yùn)輸和生產(chǎn)計(jì)劃排 | |程等各種供應(yīng)鏈計(jì)劃模塊，本文主要介紹APS中生產(chǎn)計(jì)劃排程（ProductionPlann| |ingandScheduling）模塊的基本原理[1]。 | | | | 決策狀況描述 | | | | 生產(chǎn)計(jì)劃排程的目的是為車間生成一個(gè)詳細(xì)的短期生產(chǎn)計(jì)劃。排產(chǎn)計(jì)劃（Pr| |oductionschedule）指明了計(jì)劃范圍內(nèi)的每一個(gè)定單在所需資源上的加工開始時(shí)| |間和結(jié)束時(shí)間，也即指出了在給定資源上定單的加工工序。排產(chǎn)計(jì)劃可以通過直| |觀的甘特圖（Ganttchart）形式給出。 | | 排產(chǎn)計(jì)劃的計(jì)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(jì)劃長(zhǎng)度取決于幾個(gè)因素：一方面，它至少應(yīng)當(dāng)涵蓋與一個(gè)定單在生產(chǎn)單元中| |最大的流動(dòng)時(shí)間（flowtime）相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔；另一方面，計(jì)劃間隔受到已知| |顧客定單或可靠需求預(yù)測(cè)的可用性限制。很顯然，只有當(dāng)排產(chǎn)計(jì)劃適度穩(wěn)定時(shí)，| |在一個(gè)資源上進(jìn)行定單排程才是有用的。也就是說，它們不應(yīng)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(duì)某些生產(chǎn)類型（如jobshop），生產(chǎn)計(jì)劃排程需要對(duì)（潛在）瓶頸資源上 | |的任務(wù)定單進(jìn)行排序和計(jì)劃；而對(duì)另一些生產(chǎn)類型（如成組技術(shù)），生產(chǎn)計(jì)劃排| |程要能自動(dòng)地、按時(shí)段檢查資源組的能力，看其是否能夠在下一個(gè)時(shí)間段內(nèi)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(gè)時(shí)間段內(nèi)的加工次| |序。 | | 排產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)能夠而且也應(yīng)當(dāng)分散來做，這樣可以利用每個(gè)地點(diǎn)人們的專業(yè)| |知識(shí)和車間當(dāng)前狀況的知識(shí)（例如人員的可用性）。 | | 生產(chǎn)計(jì)劃排程受到上層主生產(chǎn)計(jì)劃的約束，主生產(chǎn)計(jì)劃設(shè)立了在分散的決策| |單位中執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃排程的框架。從主計(jì)劃中可獲得的相應(yīng)指導(dǎo)包括：使用超時(shí)| |或加班的數(shù)量；在不同時(shí)間點(diǎn)上來自供應(yīng)鏈上游設(shè)施物料項(xiàng)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(jì)劃在供應(yīng)鏈上有更寬的視點(diǎn)和| |更長(zhǎng)的計(jì)劃區(qū)間，從中我們還可以得到： | | 計(jì)劃結(jié)束時(shí)需要建立的各物料項(xiàng)的季節(jié)性庫存量； | | 交付給供應(yīng)鏈下游設(shè)施的定單截止日期（下游設(shè)施可以是緊接著的下一級(jí)生| |產(chǎn)單位，分銷商或最終顧客）。 | | | | 排產(chǎn)計(jì)劃生成 | | | | 由車間模型生成排產(chǎn)計(jì)劃的一般程序可簡(jiǎn)單地描述為下面6個(gè)步驟（如圖1所| |示）。 | | | | 1、建模 | | 車間模型必須詳細(xì)地捕捉生產(chǎn)流程的特征和相應(yīng)的物流，以便以最小的成本| |生成可行的計(jì)劃。 | | 由于一個(gè)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(duì)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(gè)清晰的模型。關(guān) | |于建模方法的細(xì)節(jié)我們將在后面進(jìn)一步闡述。 | | | | 2、提取需要的資料 | | 生產(chǎn)計(jì)劃排程使用的資料來自ERP系統(tǒng)、主生產(chǎn)計(jì)劃和需求計(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃 | |排程僅利用這些模塊中可用資料的一個(gè)子集，因此，在建立一個(gè)給定生產(chǎn)單元的| |模型時(shí)，必須指明它實(shí)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(jì)劃和需求計(jì)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(duì)車間當(dāng)前或未來的狀況會(huì)有更進(jìn)一步的知識(shí)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(duì)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(diǎn)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(gè)（初始）排產(chǎn)計(jì)劃 | | 在有了模型和資料之后，就可以針對(duì)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(fù)雜的優(yōu)化方法來生成排產(chǎn)計(jì)劃。這項(xiàng)工作可以一步完| |成，也可以通過兩級(jí)計(jì)劃層次（先綜合的生產(chǎn)計(jì)劃，后詳細(xì)的排產(chǎn)計(jì)劃）完成。| | | | 5、排產(chǎn)計(jì)劃分析和交互修改 | | 如果通過兩級(jí)計(jì)劃層次完成，也即先生成綜合資源的上層生產(chǎn)計(jì)劃。那么，| |在生成一個(gè)詳細(xì)的排產(chǎn)計(jì)劃之前，人們或許首先要對(duì)這個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行分析。特| |別地，如果生產(chǎn)計(jì)劃不可行，決策人員可以交互地指定一些計(jì)劃途徑來平衡生產(chǎn)| |能力（如增加班時(shí)或指定不同的加工路徑）。這或許要比修改在單個(gè)資源上的加| |工工序（下層排產(chǎn)計(jì)劃）更加容易。 | | APS采用了例外管理（Management Byexception）的技術(shù)，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(huì)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(yīng)鏈中正確的組織單位。 | | 此外，針對(duì)一種生產(chǎn)狀況產(chǎn)生的排產(chǎn)方案還可以通過結(jié)合決策者的經(jīng)驗(yàn)和知| |識(shí)交互地改進(jìn)。當(dāng)然，為了提供真正的決策支持，必要的修改次數(shù)應(yīng)當(dāng)受到限制| |。 | | | | 6、生產(chǎn)狀況核準(zhǔn) | | 當(dāng)決策人員確定已經(jīng)評(píng)估了所有可選方案時(shí)，他/她將選擇那個(gè)體現(xiàn)最佳生 | |產(chǎn)狀況的排產(chǎn)計(jì)劃去執(zhí)行。 | | | | 7、執(zhí)行和更新排產(chǎn)計(jì)劃 | | 決策人員選定的排產(chǎn)計(jì)劃將被傳遞給：MRP模塊（分解計(jì)劃）、ERP系統(tǒng)（執(zhí)| |行計(jì)劃）和運(yùn)輸計(jì)劃模塊（在顧客定單完成時(shí)安排裝運(yùn)車輛）。 | | MRP模塊把在瓶頸資源上計(jì)劃的所有活動(dòng)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(duì)某些加工定單所必需的物料也將被預(yù)定。| | 排產(chǎn)計(jì)劃將持續(xù)執(zhí)行到某個(gè)事件信號(hào)發(fā)生時(shí)才進(jìn)行更新，也即直到修改一個(gè)| |排產(chǎn)計(jì)劃看來是可取的時(shí)候（見圖1中的LoopII）。這個(gè)事件可以是一個(gè)新定單 | |的到來、機(jī)器故障或凍結(jié)的計(jì)劃部分已執(zhí)行完畢（后面我們還將對(duì)排產(chǎn)計(jì)劃的更| |新作詳細(xì)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(jié)構(gòu)保持不變| |和只是數(shù)量上受到影響（例如一個(gè)機(jī)床組中的機(jī)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(dòng)更新模型。但當(dāng)變化很大時(shí)（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(duì)模型進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整則| |是可取的。 | | 下面我們將對(duì)車間生產(chǎn)流程模型的建模方法作更詳細(xì)的闡述。 | | [pic] | | 圖1、排產(chǎn)計(jì)劃的一般步驟 | 生產(chǎn)流程建模 車間模型必須結(jié)合所有必要的生產(chǎn)流程細(xì)節(jié)來決定顧客定單的完成時(shí)間，模型需要 的輸入來自有關(guān)的物料和潛在的瓶頸資源。排產(chǎn)計(jì)劃中每一步的時(shí)間間隔通常很?。ㄈ?幾個(gè)小時(shí)），有時(shí)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(yùn)作，因?yàn)橹挥羞@些資源限制 了車間的產(chǎn)出。由于生產(chǎn)計(jì)劃排程并不打算控制車間（這個(gè)任務(wù)留給了ERP系統(tǒng)），一些 車間的細(xì)節(jié)（如監(jiān)視定單當(dāng)前狀況的控制點(diǎn)）可以被忽略。 在模型的兩個(gè)連續(xù)活動(dòng)之間，在非瓶頸資源上執(zhí)行的所有流程步驟都只被表達(dá)為固 定的提前期差度（fixedleadtimeoffset）。這種處理方法與眾所周知的“高級(jí)計(jì)劃給出 提前期只是作為計(jì)劃的結(jié)果而不是一個(gè)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(yùn)輸時(shí)間，因?yàn)榈却龝r(shí)間不會(huì)存在。 模型可以通過關(guān)聯(lián)的資料來定義，這些資料可分為結(jié)構(gòu)資料（structuraldata）和 狀況相關(guān)資料（situationdependentdata）。 結(jié)構(gòu)資料包括：生產(chǎn)地點(diǎn)，工件，物料單，工藝路徑和相關(guān)的操作指令，（生產(chǎn)） 資源，供貨商清單，準(zhǔn)備時(shí)間矩陣，和時(shí)間表（工廠日歷）。 對(duì)車間分布在不同地方的一個(gè)大型供應(yīng)鏈，把所有資料歸集到一個(gè)專門地點(diǎn)或許會(huì) 有好處。這樣的話，一個(gè)零件就可以通過它的生產(chǎn)地點(diǎn)來識(shí)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(gè)物料文件中），也即每一個(gè)零件號(hào)只連 接到它下一層物料的那些零件號(hào)。一個(gè)給定零件的完整物料清單很容易在計(jì)算機(jī)上通過 連接這些單層表達(dá)來構(gòu)造。 每個(gè)工件的資源消耗可以從工藝路徑和操作說明中得到。每個(gè)定單的工件數(shù)以及每 個(gè)工件的資源消耗是計(jì)算單個(gè)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(dá)物料加工路徑和生產(chǎn)操作。 圖2給出了一個(gè)PPM的例子，它描述了一個(gè)特定尺寸和商標(biāo)的瓶裝蕃茄醬的兩級(jí)生產(chǎn) 流程。第一個(gè)PPM表達(dá)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(zhǔn)備好了，它將在24小時(shí)內(nèi)被裝瓶。蕃茄醬可同時(shí)用于不同尺寸的瓶子，每一 種尺寸都將對(duì)應(yīng)一個(gè)PPM。 [pic] 圖2、兩級(jí)蕃茄醬生產(chǎn)流程模型（PPM） 一個(gè)PPM至少由一個(gè)運(yùn)作（operation）組成，而每個(gè)運(yùn)作包含一個(gè)或幾個(gè)活動(dòng)（ac tivities）。一個(gè)運(yùn)作總是與一個(gè)基本資源相關(guān)（如攪拌池）。二級(jí)資源–比如人員–也 可歸屬于一個(gè)活動(dòng)。活動(dòng)或許要求一些輸入物料并能產(chǎn)生一些物料作為輸出。當(dāng)然，我 們必須...
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