淺析ＡＰＳ在供應鏈中的應用

［摘 要］ APS是供應鏈管理軟件中的一種優化決策輔助系統，它借助一些復雜的數學運算方法來處理多種變量，使供應鏈的優化成為現實。本文從APS的基本分析出發，探討APS如何幫助企業達到供應鏈管理的協同和優化。

［關鍵詞］ APS；供應鏈；ERP

［中圖分類號］F270.7［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2008）20-0076-04

一、 APS概述

（一）APS的概念

APS（ Advanced Planning ＆ Scheduling，高級計劃與排程）是供應鏈管理軟件中的一種優化決策輔助系統，它是基于約束理論、采用多種數學解析優化算法、常駐內存運行的交互式計算機系統［1］。它借助一些復雜的數學運算方法來處理多種變量，使供應鏈的優化成為現實。

APS是建立在決策規則與優化算法基礎上的，主要用于解決計劃與排產優化問題的方法或相應的解決方案，體現為一套基于模型庫和規則庫的計劃與排產決策支持系統；其決策規則建立在啟發式規則和約束理論的基礎上，優化算法則采用多種數學解析算法，如線性規劃（linear programming）、整數混合規劃（mixed－integer programming）、推理（heuristics）、約束理論（theory of constraints）、模擬（simulation）等，視需要解決的問題的類型而定。

APS覆蓋了供應鏈管理戰略層、戰術層及操作層3個計劃層次。其中戰略層包括供應鏈戰略、供應鏈計劃，戰術層包括需求計劃與預測、制造計劃、操作計劃、分銷計劃，操作層包括可承諾能力（Capable to Promise，CTP）、車間作業排產、運輸計劃、承諾可供貨量（Available to Promise，ATP）。

APS的主要目標是某一指標（例如ROA）的總優化。這需要預先假定供應鏈的結構和其各種不同的資源和邊界情況（例如能力限制）是可見的。因此，APS是以供應鏈的跨組織模型為基礎的。

（二）APS系統的主要特點［2］

（1）整體規劃：它一次性考慮業務流程的橫向和縱向協調，針對不同的業務流程，不同的時間跨度，并折中考慮了實用性和計劃任務之間的獨立性，給出了分層次的總體最優方案。

（2）采用最優化規劃法：合理確定不同規劃問題的可選方案、目標和約束條件，并使用精確或啟發式的最優化規劃方法。

（3）實時計劃：采用常駐內存技術，運算速度很快。在每一次意外發生時，可以實時針對所有約束和現有規則重排計劃。

（三）APS的功能

APS的強大功能主要表現在以下幾個方面：

1. 同步性

APS系統的同步計劃指根據組織所設定的目標（如最佳的顧客服務），同時考慮組織的整體供給與需求狀況，制訂組織的供給計劃與需求計劃。即在進行需求計劃時，須考慮整體的供給情況，也就是考慮由需求滿足和訂單承諾模塊產生的結果；而進行供給計劃時亦應同時考慮全部需求的狀況。

APS系統的同步計劃能力，不但使得計劃結果更具備合理性與可執行性，亦使組織能夠真正達到供需平衡。

2. 綜合性

APS是整個供應鏈的綜合計劃，從企業、企業的供應商、供應商的供應商到企業的客戶、客戶的客戶。計劃范圍不限于生產，還包括采購、分銷、銷售等一系列計劃。這些計劃分為長期、中期和短期3種，分別對應戰略計劃、戰術計劃和執行計劃。APS協調各種計劃，保證供應鏈有關各企業、部門的正常運行。

3. 最優化

APS定義了各種計劃問題的選擇、目標和約束，采用線性規劃等數學模型，使用精確的或啟發式的優化算法，保證計劃的優化。供應鏈計劃的可行方案數量巨大，想通過簡單枚舉來找到最優方案是不可能的，甚至要找到一個可行的方案都很困難。在這種情況下，可應用運籌學（operations research）的數學方法來支持計劃流程。線性規劃或網絡流算法能找到精確的最優解，然而，大多數組合問題只能通過啟發式算法（heuristics）來計算近似最優解（局部最優）。

APS計劃的優化思想和企業資源計劃（ERP）計劃有很大不同。ERP強調計劃的可行性，只限于生產和采購領域，只考慮能力約束而不做優化，在大多數情況下甚至不考慮目標函數，因此是一個運作層面的連續計劃系統。而APS試圖在直接考慮潛在瓶頸的同時，找到跨越整個供應鏈的可行最優計劃。

4. 層次性

供應鏈最優計劃涉及不同的時間跨度（長期、中期、短期）、不同的業務流程（采購、制造、分銷等）甚至不同的供應鏈成員企業，由于需求的不確定性，不可能一次優化所有的計劃。而層次計劃折中考慮了實用性和計劃任務之間的獨立性，對于不同的計劃采用分層次優化的方法。

層次計劃的主要思想是把總的計劃任務分解成許多計劃模塊（即局部計劃），然后分配給不同的計劃層，每一層都涵蓋整個供應鏈，但層與層之間的任務不同。在最頂層只有一個模塊，是企業范圍的、長期的、粗略綜合的戰略發展規劃。層次越低，計劃涵蓋的局部受到的限制越多，計劃時間跨度越小，計劃也越詳細。在層次計劃系統的同一計劃層中，供應鏈各局部計劃之間通過上一層的綜合計劃來協調。各計劃模塊被水平信息流和垂直信息流連接在一起，上層計劃模塊的結果為下層計劃設定了約束，而下層計劃也將有關性能的信息（如成本、提前期、使用率等）反饋給上一層次的計劃。

5. 支持決策能力

在APS系統中，具備有what－if之情境分析及模擬分析等工具。這類工具可提供給計劃人員進行事前模擬分析或者事后計劃結果的分析比較，以幫助計劃人員做出正確的決策，例如決定最適當的訂單承諾與時間。

總的來講，APS的主要功能是實現對計劃與排產優化的目的，它能代替ERP系統中預測計劃、MPS、MRP、CRP、DRP及生產計劃的功能。但它具有更大的功能優勢：計算速度很快，可以并發考慮供應鏈的所有約束，并將基于約束的計劃結果傳達給上游和下游的合作伙伴，在交互的環境中實施解決問題和供應鏈優化的方法。

（四）APS與ERP的聯系

由于大多數企業采用ERP作為基本的管理系統，單純應用APS的企業很少，因此APS在很多企業作為ERP的補充，用于協調物流、開發瓶頸資源和保證交貨日期。APS應用各種優化技術，并根據企業的商業目標來改進計劃。

APS提供的高級計劃邏輯是嵌入ERP系統的，而不是取代ERP系統。APS只是局限在計劃決策領域，它需要一個閉環的集成系統如ERP系統。APS需要從ERP系統取出所需的計劃數據，來執行計劃優化活動。一旦在APS產生計劃，如采購訂單、生產訂單、分銷補貨單，就輸入到ERP系統去執行，見圖1。

APS與ERP的集成有兩種系統數據的集成方式：一是分散數據的模式；二是共用數據的模式。

1. 分散數據的模式

此種模式是典型的集成方式。從ERP數據庫里實時提取數據，導入到APS的數據庫，進行快速的優化計算，形成多個優化方案，通過交互的人機界面，提交給計劃員進行決策，再導回ERP系統，進行業務處理［3］。它的好處是可以靈活配置，可以選擇不同APS軟件和不同的數據庫進行集成。缺點是數據在多個數據庫之間交換，給實施者帶來一定的困難。

2. 共用數據模式

這種模式是較先進的方式，也是未來發展的趨勢。ERP廠商把APS技術嵌入ERP系統里，改變基于無限約束理論的MRP技術，用基于約束理論的APS技術來有效規劃企業的資源［4］。

二、 APS在供應鏈中的應用

供應鏈管理就是優化和改進供應鏈活動，其管理的對象是供應鏈的組織（企業）和它們之間的“流”，目標是滿足用戶需求，最終提高供應鏈的整體競爭能力。

供應鏈管理有兩大技術支柱：集成（Integration）和協同（Coordination） ［5］。供應鏈的協同則以3項技術為基礎：①現代的信息和通訊技術；②過程標定（基準）——以行業最佳實踐企業的運行效果為基準模板，實施供應鏈改造的后來者向這個模板看齊；③高級計劃與排程技術（APS）。APS能夠統一協調企業之間的長期、中期、近期的計劃，是SCM的核心。

如今，全球企業均遇到同樣的挑戰——全球化的市場與競爭、專業化分工、產品生命周期縮短、知識資本化、研發協同化，因而敏捷性是21世紀企業在不確定性市場環境中生存的必備條件。供應鏈強調包括供應商、制造商、銷售商等企業在內的各節點企業組成的一個直接面向市場和用戶的動態聯盟式企業，它們應像一個企業內部的不同部門一樣主動、默契地協調工作。

而APS能夠幫助企業達到供應鏈管理的協同和優化。主要體現在以下幾個方面：

1. 通過整個供應鏈進行成本和服務的優化

用APS建立有效的客戶響應（ECR）模式，使制造商和零售商之間的協作為消費者提供更好的價值服務。

2. 最大化滿足客戶和消費者需求

APS可以在考慮約束規則的情況下，實時平衡優化需求、供應，具有實時報警和實時基于約束的重計劃兩種關鍵能力。APS充分考慮以下的信息：供應鏈的具體物理設置（如供應鏈地點——工廠、分銷中心、外加工廠、客戶、供應商）及物料清單、工藝路徑、分銷路徑以及提前期和每一項供應鏈經營成本或資源成本以及能力約束、供應約束、運輸約束等，還包括非物理約束如客戶或優先區域、安全庫存、批量；另外還有供應鏈中所有的需求信息如銷售預測，客戶訂單和補充訂單以及供應鏈中所有的供貨渠道、原材料庫存、半成品、成品庫存、確認的分銷訂單、確認的生產訂單和確認的采購訂單等。APS同時使用這些信息，并比較需求信息和存在的約束，當3個要素未滿足時，立刻產生警告信息并通過供應鏈，例如幾十個工廠、幾十個分銷中心和幾百個銷售渠道實時地平衡和優化需求、供應和各種約束。這意味著一旦有出乎意料的變化，改變了需求、供應及約束，APS就能立刻識別到它的影響。APS可以實時、智能地再同步所有的需求、供應及供應鏈約束，可以幫助決策者重新計劃，自動解決問題。當然，它考慮了所有約束規則。這兩種關鍵的能力——實時報警和實時基于約束的重計劃可以使公司達到“零等待”狀態，提高與客戶的溝通，減少供需緩沖，減少供應鏈內部的操作，最大化滿足客戶和消費者需求［6］。

3. 使需求信息以最小的變形傳遞給上游企業

計劃依賴于銷售預測，然而，銷售預測本身有許多不確定因素，即使預測準確，但如果供應鏈中的供應商、制造商、分銷商沒有足夠的供貨能力、生產能力和運輸能力，那么銷售計劃也可能會導致企業失去銷售和超出成本。利用APS通過計劃時區持久地平衡需求、供應、約束，同時看到發生的供應鏈問題。由于實時、雙方向的重計劃能力，計劃員有能力執行各種模擬以滿足優化計劃。這些模擬提供實時響應，如我的安全庫存水平應是多少？這是最低成本計劃嗎？我使用的資源已經優化了嗎？這個計劃滿足我的客戶服務水平了嗎？我已經最大化利潤了嗎？我可以承諾什么？APS在供應鏈中的每一個階段，把最終用戶的需求（實際需求）傳遞回去，因此，一旦實際需求變化，供應鏈所有環節都會知道，并實時產生適當的行動。

4. 促進新產品的開發和新產品的推出

新產品的引進必須與需求、能力計劃、供應能力集成，并在供應鏈上有效地傳遞，使產品周期縮短。為了達到這些高級的計劃能力，APS依賴一組核心的能力：

（1）并發考慮所有供應鏈約束。當每一次改變出現時，APS就會同時檢查能力約束、原料約束、需求約束，而不像MRPII每一次計劃只考慮一種類型的約束。這就保證了供應鏈計劃的有效性。

（2）基于硬約束和軟約束的計劃。硬約束不太靈活（如每天三班運行的機器或從一個供應商處分配的物料），軟約束較靈活（如一臺加班的機器可以增加能力或一個非關鍵客戶的交貨日期）。APS應用如下獨特的核心計劃邏輯： 當軟約束不行時，實行硬約束來執行優化［7］。

（3） 同時傳播。這種同時傳播影響到上游和下游，如計劃員想要延遲一份生產訂單，那么就會影響到下游的活動，如最終產品的可獲得和最后交貨給客戶，也會影響到上游的活動，如其他生產訂單可能推遲、原料的庫存水平變化和將來的采購需求的安排。

（4） 在交互的計劃環境中解決問題和實行優化供應鏈的算法。因此，它有能力產生反映所有約束的有效計劃，而且有能力產生最大利潤的計劃。

主要參考文獻

［1］ Gilad Zlotkin，J S Rosenschein.Mechanism Design for Automated Negotiation and Its Application to TaskOriented Domains［J］． ArtificialIntelligence，1996， 86 （2）： 195－244．

［2］ 齊二石，劉亮． 面向訂單生產APS 的關鍵流程分析及其應用方法研究［J］． 制造業自動化，2006，28（12）．

［3］ R Sikora，M J Shaw. Coordination Mechanisms for Multi－Agent Manufacturing Systems：ApplicationstoIntegratedManufacturingScheduling［J］． IEEE Transacti ons on Engineering Management，1997，44（2）：175－187．

［4］ 李善平 等． 本體論研究綜述［J］． 計算機研究與發展，2004， 41（7）．

［5］ 潘曉弘． 敏捷供應鏈協同決策體系中MAS的結構與設計［J］． 計算機工程，2005，31（11）：228－231．

［6］ 張申生 等． 敏捷制造的理論、技術與實踐［M］． 上海：上海交通大學出版社，2000．

［7］ 張申生，高國軍． 動態聯盟和敏捷供應鏈［J］． 計算機集成制造系統，1999，5（2）：1－5．