APS在制造業中的定位研究

梁亞敏，朱玉杰

(東北林業大學工程技術學院，哈爾濱 150040)

目前制造企業訂單呈現多品種、小批量、交貨期緊迫等特征，這都是由于激烈市場競爭造成的。同時，企業由于缺乏科學的管理，導致物料短缺或者大量擠壓，甚至出現變呆、變廢、停工停產、加班加點、交貨期延誤等現象。

在制造業中，根據已有的設備、工具和人力等情況，對現有訂單任務合理制定生產計劃是非常重要的一項工作。企業的生產計劃必須以提高企業和社會經濟效益為中心，來確定生產計劃的各項指標，做到產需結合，挖掘企業內部潛力，充分利用企業的人力、物力和財力，降低各種消耗，提高勞動生產率，從而不斷提高企業的經濟效益。生產計劃質量的高低，直接影響企業能否滿足客戶對于產品質量、交貨期等的要求，進而影響到客戶對于企業的滿意度，這些都與企業長遠發展息息相關。因此科學制定生產、采購、銷售計劃已成為企業面臨的重大課題［1－2］。

1 APS與ERP簡介

1.1 ERP系統的弱點

在企業級資源調度層面上，ERP扮演著舉足輕重的角色，但是涉及到車間級的資源調度與計劃的問題，ERP則束手無策。本文重點關注ERP在企業內部資源調度模塊方面的問題。

20世紀90年代以來，隨著計算機技術不斷發展，供應鏈管理逐漸興起，成為影響企業發展的重要因素，面對逐漸形成的統一國際化市場環境，制造資源計劃 (MRPⅡ)已經無法滿足企業統籌系統地管理資源的要求。為彌補MRPⅡ在資源概念上始終局限于企業內部的缺陷，企業資源系統(ERP)應運而生。ERP的基本架構和基本邏輯與MRPⅡ并無本質上的區別，從功能上看，它仍是以制造過程為中心，核心仍是物料需求計劃MRP，并體現了制造業的通用模式［3］。很多企業實施ERP計劃的結果都不盡如人意或者以失敗而告終，究其原因，除了企業管理的思想和理念跟不上之外，很大一部分難度都集中在了制造模塊上。目前，物料需求計劃MRP技術仍然是ERP軟件中生產計劃模塊采用的主要技術。

MRP計算生產計劃有如下先天缺陷:①MRP算法基于固定提前期的假設;②系統要求固定工藝路線;③僅根據交貨期確定生產任務優先級;④所有任務的進行都以無線能力假定為前提，計劃的重復或者修改非常困難，要花費相當多的精力和時間［4］。

當前，市場上許多ERP供應商承諾能使MRP算法基于有限能力對生產任務進行排程，但這往往只是出于事后的考慮。

從20世紀中葉以后，制造業發生了翻天覆地的變化，傳統的大批量生產方式已經無法滿足客戶日益個性化的需求，而且市場需求的不確定性使預測變得很困難。因此在實際生產中MRP的弊端就變得越來越明顯了。MRP的的制造模型同實際生產中需要的制造模型不吻合，實際生產模型受到工序、產線有限產能、物料計劃以及生產過程中各種突發情況等條件的約束。而MRP的計劃模型是在無線產能和無限能力的假定之上，設備、人力和資金充足，物料可無限供應，這顯然是不可能的。實際生產中，能力資源、物料資源都是有限的。MRP只在計算物料需求時有很大的優勢，但都基于無線產能以及無限物料供給假設。因此，MRP算法的結果不可行，也就直接造成了產品庫存積壓或者交貨期延誤等現象。

1.2 APS的優勢

近年來，高級計劃與排程 (APS)得到了企業界的廣泛關注，其在提高企業的經濟效益的潛能不可小覷。它能快速響應市場需求，提供精準交貨期，大幅度縮減庫存，及時同步生產計劃以及自動識別瓶頸，提高制造資源利用率。這些優勢已經越來越多的受到企業的關注和重視。

APS的理論依據來源于約束理論 (Theory of Constraint，TOC)，它系統全面地考慮生產過程中存在的各種約束，并且能提供直接指導工人執行的具體方案和計劃。APS始終以“優化”為理念，最大的優勢是實時計劃與報警，依托智能算法及模擬技術完成生產排程。ERP無法解決的生產中遇到的這些問題需要結合APS和MES(制造執行系統)來高效、優化、精細化地實現。

如果把傳統的ERP比喻成“計劃經濟”，那么，APS的運作模式就是“市場經濟”。APS是工業企業物料管理的核心，它能基于有限產能和物料供應對訂單變化靈活調整，反復權衡，不斷優化排產計劃。APS實現了車間調度層次的實時計劃與優化，使企業迅速并成功應對訂單的變化成為可能。

APS主要功能:準確制定物料、零部件需求計劃;基于產能約束進行生產任務排程，生成設備及人員日作業計劃;實時跟蹤監控工作中心的生產動態，隨時做出正確的調整。APS集成了平衡細能力需求和物料需求以及制定車間作業和任務的功能，使生產計劃—物料需求計劃—能力平衡—車間執行—生產調度一氣呵成。

APS系統能實現以下目標:精準的需求、精準的負荷、準確的提前期、精確的安全庫存、準確的產能、準確的工時計算、及時精確的完工匯報以及精確的計劃訂單下達。

2 APS在制造業中的定位

制造業是對經過加工的資源進行再加工，以改變物料的物理形式的行業，如機械零件的加工和裝配業。制造業中各類企業數量多、產品品種結構復雜，因而對生產過程的計劃和管理也是最復雜的，所以其一直是生產與庫存管理討論的重點。

對于一般工業企業來說生產計劃可以劃分為3個層次:戰略層計劃、管理層計劃、作業層計劃。戰略層計劃負責制訂企業總目標及獲取所需的資源，不確定性很高，非常概略，目前能夠支持該層次計劃的信息系統主要是部分決策系統和商務智能(BI)工具。管理層計劃面臨的主要任務是如何有效利用現有資源滿足市場需求，細化戰略層計劃，強調資源或物資需求，解決何時何地需求何種資源問題，這一問題MRP已經解決了。作業層計劃主要負責最適當的配置生產能力和生產資源，其決策變量主要有生產順序、何處生產、何時生產以及物料庫存控制方式，作業層計劃主要指導車間執行級作業，MRP的方法已經不適宜制訂該層次計劃，必須要用APS來解決這一問題［5］。

APS介于制造執行系統MES和ERP之間，接受ERP系統的銷售和生產訂單，進行生產計劃制定。它以提高生產效率、縮短交貨期、降低庫存為目標，對整個產品生產過程進行計劃、排程及優化。同時根據實際的生產情況，對生產計劃進行動態調整，提高處理時間的效率。APS主要的業務流程圖如圖1所示。

APS系統對ERP系統在結構上起到了重要的補充作用，同時它與很多企業信息系統有著業務邏輯規范、業務數據的交換以及主數據定義的復雜關系。APS業務范圍上溯能涉及到整個供應鏈。它關注生產計劃如何實現，有哪些約束和瓶頸。

圖1 高級計劃與排程系統業務流程Fig.1 Business process of APS

但通用的APS產品不可能面面俱到地解決制造業的所有問題，而且考慮進的問題越多，系統參數就越多，系統友好性就越差，系統的使用難度就越大，大量時間被浪費在計算環節上，最終很難達到令人滿意的實施效果。在制造行業中，不是單單解決了生產排程的問題其它問題就都迎刃而解，還要解決物料需求、工藝物料清單 (BOM)、產能預測、運輸計劃和現場管理等一系列問題。客戶一定是希望將這些問題都集中到一起來解決，畢竟多個系統的集成存在一定的風險性。因此，在未來APS一定是一個集多系統的綜合解決方案，也只有這樣才能更好的解決客戶的實際問題［6］。

APS系統的輸入內容有3個方面:主生產計劃，主能力計劃及實時生產狀況的輸入和反饋。當APS與ERP集成之后，ERP將為APS系統提供設備主能力計劃、產品主生產計劃等基本信息［7］。APS經過一系列復雜的運算輸出優化的調度方案，具體表現為個訂單加工順序，各生產資源運行狀態以及何時何地加工何工件。APS的結構模塊示意圖如圖2所示。

圖2 APS結構模塊示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure module in APS

APS是一種基于系統約束的供應鏈計劃系統，主要應用啟發算法、線性規劃和目標規劃模型。通常情況下，APS都與ERP系統或者供應鏈管理的其他相關信息系統集成，而不是作為獨立軟件［8］。

一個企業要實施APS，至少應該累積有2～3a的成功實施物料需求計劃 (MRP)或者制造資源計劃 (MRPⅡ)的經驗，基礎數據的完備性和準確性對APS能否成功實施具有非常重要的決定性作用［9］。APS雖然在改善車間的生產混亂狀況以及縮短交貨期方面有著巨大的優勢，但它顯然也不是萬能的。現有APS算法和模型與現實生產狀況并不能做到完全對應。制造業中的各種物料、零部件以及產成品品種成百上千，甚至上萬，即使算法再強大，也不可能實現實時的、理想的計算。APS系統向車間計劃調度人員提供比較滿意的或者可行的計劃與排程方案。還需有經驗豐富的管理人員對系統進行有效控制并正確判斷執行輸出結果才能保證其有效運行［10］。

成功實施APS應注意以下兩方面問題:

(1)對于大量定制的新型生產方式，要有與之對應的新型管理方法和技術手段。如設備的高柔性;研發的通用化、模塊化;短交貨期、多技能人員等條件能否達到等。精益生產思想的運用會大大改善APS的實施效果。

(2)運用計算機網絡技術應對大量訂制的生產方式［11］。

圖3 APS與ERP系統集成計劃管理流程Fig.3 Management process of integrated Project between APS and ERP

3 結論與展望

APS的主要優勢集中在對制造業計劃與排產的優化上，它的計算速度快，可并發考慮供應鏈的所有約束，并將優化后的計劃結果傳達給上游和下游的合作伙伴，此外APS還具有強大的模擬功能。但是，并不是說企業實施了APS系統，有關計劃與排產的所有問題就都能迎刃而解，前面提到，APS現有的計劃與排程算法并不能與現實生產完全對應。除此之外，在目前很多APS系統中，計劃模塊和排產模塊都是分離的，這種分離使從排產到計劃的反查變得困難。計劃時掌握的信息必須足夠并精確。由此可見，APS需要其他系統的支持來完成自身的功能。在未來，APS與ERP、MES、SCM等系統的集成應用將是一個大的趨勢。

據調查，APS的成功開發，需要運籌學和數學的專門人才經歷5a左右的時間。近年來APS在MES的推廣應用的帶動下開始得到廣泛應用，與此同時，APS引擎開始與ERP系統集成應用如圖3所示，希望國內外的專家學者能與企業信息化解決方案提供商一起，開發出優秀的 APS產品，幫助企業優化車間排程，提高生產效率與管理水平。

【參 考 文 獻】

［1］段傳林．按訂單生產的高級計劃與排程系統研究［J］．現代計算機，2007(4):110 －112．

［2］宋曉艷，朱玉杰，徐 琳．工業工程在中國制造業中的應用分析［J］．森林工程，2007，23(2):91 －93．

［3］黃梯云．管理信息系統［M］．北京:高等教育出版社，2005．

［4］盧少華．APS:制造業瓶頸的終極解決方案［J］．機械制造，2008，46(522):51－53．

［5］丁 謀．淺談高級計劃與排程［J］．航空制造技術，2008(17):78－79．

［6］蔡 穎，淡賢鋒．高級計劃與排程實現精益制造［N］．中國計算機報，2009－03－30．

［7］徐佳奇．基于Push與Pull相結合的電梯轎廂零件生產物流系統研究［D］．上海:上海交通大學，2010．

［8］劉 毅．舒勒玻纖制品公司ERP系統實施和應用研究［D］．南京:南京理工大學，2006．

［9］陳民強．精益高級生產計劃與排程系統開發應用［D］．廈門:廈門大學，2009．

［10］方 政．MRPⅡ與現代企業管理創新［J］．安徽農業大學學報，2005，14(1):21 －23．

［11］張樹槐．個性化的ERP系統:安徽中鼎ERP系統案例介紹［J］．中國機電工業，2005(9):70 －71．