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高级计划排程（APS）介绍与应用

摘 要：高级计划排程（APS）技术是当今一个较新的领域，APS的优化技术研究是生产管理领域研究的热点。本文首先对APS生产排程理论进行了介绍，并说明了理论基础和原理。其次，论述了APS和供应链管理关系和在制造企业的应用流程、实施方法和实施效果等。应用结果表明，APS系统的应用有利于提高企业生产计划的效率和准确性，是制造企业计划工作的重点。

引 言 现代制造企业按照客户订单以及销售合同来组织安排生产，这种生产方式对企业生产排程的能力具有较高要求。虽然目前我国很多企业都已经采用企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）系统进行生产管理，并且也取得了很好的效果，但由于传统ERP系统生产计划模型的计算不是十分准确，而且也不能及时反映车间的实际情况和订单变化，ERP系统已经不能适应现代企业变化的需求，这一点对于制造企业尤其明显。高级计划排程（Advanced Planning and Scheduling, APS）技术的出现，使得克服传统ERP计划模型缺点成为可能。

一．APS简介
APS即Advanced Planning and Scheduling，中文为“高级计划与排程”。 它是一种基于供应链管理和约束理论的先进计划与排产工具，包含了大量的数学模型、优化及模拟技术，其优势在于实时基于约束的重计划与报警功能。在计划与排程的过程中，APS将企业内外的资源与能力约束都囊括在考虑范围之内，用复杂的智能化运算法则，做常驻内存的计算，从成千上万、甚至百万个可行计划方案中选出一套最优方案来指导企业的生产、采购、库存等，帮助企业对生产中的资源利用进行计划、执行、分析、优化和决策。

二．理论基础
ERP系统实际操作中，在计算机帮助下按产品物料清（Bill of Materials，BOM）和工艺流程逐级推演，生成在一般平稳生产条件下可以应用的生产计划。 传统ERP系统的这种计划模型只是限于生产和采购领域，ERP只是运作层面的连续计划系统，大多数情况下没有考虑到目标函数的存在。随着市场竞争逐步加剧，传统制造企业ERP的计划模型越来越不能适应企业适应市场变化的需求，寻找一种替代ERP的计划模型势在必行。APS技术的出现恰恰迎合了这一趋势，提供了替代ERP计划模型的一种选择。
APS的理论基础起源于美国80年代Eli Goldratt提出的约束理论（Theory of Constraint，TOC）和最优化生产技术（Optimized Production Technology，OPT），该理论包括了九条生产作业计划制定原则和五条约束理论。基于这一理论基础，APS系统可以在综合考虑设备、人员、工具、原材料以及其它一切影响工厂作业计划能力的约束条件的基础上，对整个制造过程编制详细的作业计划。
三． APS基本原理
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。
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 （Productionschedule）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；涉及来自供应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）。
2 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。
（1）建模
（2）提取需要的数据
（3）生成一组假定（生产状况）
（4）生成一个（初始）排产计划
（5）排产计划分析和交互修改
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。

四、APS在供应链中的应用
供应链管理就是优化和改进供应链活动。其管理的对象是供应链的组织(企业)和它们之间的“流”，目标是满足用户需求，最终提高供应链的整体竞争能力。供应链管理有两大技术支柱：集成(Integration)协同(Coordination)阿。供应链的协同则以3项技术为基础： ①现代的信息和通讯技术；②过程标定(基准卜以行业最佳实践企业的运行效果为基准模板，实施供应链改造的后来者向这个模板看齐；③高级计划与排程技术(APs)。APs能够统一协调企业之间的长期、中期、近期的计划。是SCM的核心。
如今，全球企业均遇到同样的挑战——全球化的市场与竞争、专业化分工、产品生命周期缩短、知识资本化、研发协同化。因而敏捷性是2l世纪企业在不确定性市场环境中生存的必备条件。供应链强调包括供应商、制造商、销售商等企业在内的各节点企业组成的一个直接面向市场和用户的动态联盟式企业。它们应像一个企业内部的不同部门一样主动、默契地协调工作。而APS能够帮助企业达到供应链管理的协同和优化。主要体现在以下几个方面：
1．通过整个供应链进行成本和服务的优化用APs建立有效的客户响应(ECR)模式．使制造商和零售商之间的协作为消费者提供更好的价值服务。
2 最大化满足客户和消费者需求
APS可以在考虑约束规则的情况下．实时平衡优化需求、供应。具有实时报警和实时基于约束的重计划两种关键能力。APs充分考虑以下的信息：供应链的具体物理设置(如供应链地点——工厂、分销中心、外加工厂、客户、供应商)及物料清单、工艺路径、分销路径以及提前期和每一项供应链经营成本或资源成本以及能力约束、供应约束、运输约束等，还包括非物理约束如客户或优先区域、安全库存、批量；另外还有供应链中所有的需求信息如销售预测，客户订单和补充订单以及供应链中所有的供货渠道、原材料库存、半成品、成品库存、确认的分销订单、确认的生产订单和确认的采购订单等。APS同时使用这些信息。并比较需求信息和存在的约束，当3个要素未满足时。立刻产生警告信息并通过供应链，例如几十个工厂、几十个分销中心和几百个销售渠道实时地平衡和优化需求、供应和各种约束。这意味着一旦有出乎意料的变化．改变了需求、供应及约束，APS就能立刻识别到它的影响。APS可以实时、智能地再同步所有的需求、供应及供应链约束．可以帮助决策者重新计划，自动解决问题。当然，它考虑了所有约束规则。这两种关键的能力——实时报警和实时基于约束的重计划可以使公司达到“零等待”状态．提高与客户的沟通，减少供需缓冲，减少供应链内部的操作。最大化满足客户和消费者需求。
3．使需求信息以最小的变形传递给上游企业
计划依赖于销售预测，然而，销售预测本身有许多不确定因素，即使预测准确，但如果供应链中的供应商、制造商、分销商没有足够的供货能力、生产能力和运输能力。那么销售计划也可能会导致企业失去销售和超出成本。利用APS通过计划时区持久地平衡需求、供应、约束．同时看到发生的供应链问题。由于实时、双方向的重计划能力．计划员有能力执行各种模拟以满足优化计划。这些模拟提供实时响应。如我的安全库存水平应是多少?这是最低成本计划吗?我使用的资源已经优化了吗?这个计划满足我的客户服务水平了吗?我已经最大化利润了吗?我可以承诺什么?APs在供应链中的每—个阶段，把最终用户的需求(实际需求)传递回去，因此，一旦实际需求变化．供应链所有环节都会知道，并实时产生适当的行动。
4．促进新产品的开发和新产品的推出
新产品的引进必须与需求、能力计划、供应能力集成，并在供应链上有效地传递，使产品周期缩短。为了达到这些高级的计划能力，APS依赖一组核心的能力：
(1)并发考虑所有供应链约束。
(2)基于硬约束和软约束的计划。
(3)同时传播。
(4)在交互的计划环境中解决问题和实行优化供应链的算法。

五．制造企业应用案例

XXX机器有限公司
◆ 基本情况
公司名称XXX机器有限公司
成立时间1994年1月成立
所 在 地辽宁
经营项目电动工具、门闭器及其它零部件的制造和销售
注册资金75亿日元
年销售额1亿元以上人民币
员 工1000人以上
◆ 生产背景
该公司是某株式会社在海外从事电动工具和建筑用品生产的最大基地主要生产和
销售电动工具。生产品种繁杂相关性较低工艺复杂同时存在离散型加工方式和流
水型加工方式机器新旧不一加工能力、加工工艺存在较大的差别存在副资源能力
制约生产的情况工人的出勤经常变动为混合生产方式经常出现插单现象生产排
程依靠人工进行。
◆ 存在问题
在导入APS前依靠人工排程存在以下问题
1不同部门各自为政分别制定生产计划协调性较差易产生冲突
2各部门加工能力不一致存在瓶颈部门制约了整个生产系统
3生产周期较长库存积压严重
4为减少炉资源开炉次数而合并生产会造成库存积压和订单逾期
5为节约设置时间而相同规格连续生产会造成库存积压和订单逾期
6计划部门需要应对插单和计划调整经常加班加点疲于应对
7工人出勤的不确定性影响生产计划的执行计划经常跟不上变化。
◆ 导入目标
为了解决存在的问题该公司决定导入永凯APS导入目标如下
1宏观上考虑统一为各部门制定生产计划平衡各生产部门的产能
2相同规格的工作一起生产以节约设置时间并与库存积压、订单交货期取得平衡
3灵活而智能的计划调整工具帮助计划人员快速应对各种突发情况
4制定生产计划时充分考虑副资源的能力进行副资源的合理分配
5减少库存降低成本。
◆ 导入过程
该公司在2010年1月份开始实施导入永凯APS，并于2010年4月份开始正式运行导入。
过程如下
1前期准备阶段2010.12010.1
要件定义、系统导入接口定义、导入计划确认。
2设计实施阶段2010.12010.2
业务内容确定、典型BOM制作、排程方案详细设计。
3实际数据试运行阶段2010.22010.3
基础数据等项目功能测试、用户手册制作。
4正式运行及验收阶段2010.32010.4
系统切换、操作规范确定、系统导入后业务应用的确认。
◆ 实现价值
导入APS后，相对于导入前，在以下方面有了明显改进
1提高了计划的可执行性使计划能够有效指导实际生产
2提搞了计划的调整能力使计划人员可以轻松应对插单、设备故障、人员变动等事件
3优化了生产计划生产周期缩短了2030%库存降低了20%左右
4合理利用资源产能提高了1020%
5实行有限制、可调整的一起生产较好地平衡了节约设置时间与减少库存、避免订单逾期之间的矛盾。