華北電力大學機械工程系 林乾濤

在生產(chǎn)制造業(yè)中，高級計劃與排程（APS）作為生產(chǎn)調(diào)配的一種創(chuàng)新工具。在生產(chǎn)型的企業(yè)（建筑、機械、電子、服裝、食品、醫(yī)藥等行業(yè)）中得到廣泛的應用。它能夠?qū)崿F(xiàn)“人機交互”，可對所有的資源實現(xiàn)實時監(jiān)控，可以輸出綜合設備、人、物料及客戶訂單信息的一份準確的生產(chǎn)計劃。通過簡潔的方式搭建產(chǎn)銷一體化平臺。但由于目前許多單位僅停留于應用層面，以至于學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對APS的認識和理解還存在著一些差異。為了構(gòu)建對APS的全面認識，基于國內(nèi)外各大數(shù)據(jù)庫及相關(guān)的專業(yè)書籍，簡要的對APS的起源、理論研究和制造業(yè)應用的現(xiàn)狀，做出5個主要研究的內(nèi)容。并結(jié)合APS在國內(nèi)的應用實踐，從戰(zhàn)略、系統(tǒng)和集成3個角度展望APS的發(fā)展前景，希望對高級計劃與排程的學術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)應用提供參考與指導。

為了應對日前日益增長的訂單需求、市場競爭及眾多不確定因素給生產(chǎn)型企業(yè)的事業(yè)環(huán)境因素帶來的變化。生產(chǎn)型企業(yè)在排產(chǎn)的工作上需要采用一定的策略與工具，來實現(xiàn)準確、快速的調(diào)度與調(diào)配，從而不斷優(yōu)化和改進現(xiàn)有的業(yè)務流程，以維持企業(yè)自身在行業(yè)中的競爭優(yōu)勢。高級計劃與排程（Advanced Planning and Scheduling，APS）作為一套產(chǎn)銷一體化的計劃平臺，在生產(chǎn)型企業(yè)中已被廣泛地使用。然而，在經(jīng)過多年的推廣與實踐，受到了一些理論層面的不同解讀，一線的使用者也僅停留在自己職責范圍內(nèi)的使用，而導致還有更多可以使用的功能和可以改善升級的地方?jīng)]有被挖掘出來。因此，回顧APS的起源于發(fā)展，對APS將來的發(fā)展前景是十分必要的。

1 生產(chǎn)管理和APS的起源與發(fā)展

1.1 生產(chǎn)管理的歷史起源與發(fā)展

現(xiàn)代生產(chǎn)管理的理念起源于18世紀末期，從第一次工業(yè)革命開始一直持續(xù)發(fā)展至今，由于越來越多的學生，乃至管理者投入到生產(chǎn)管理的學習中來，以至于其大大提升了制造業(yè)的生產(chǎn)效率。關(guān)于早期對生產(chǎn)管理的描述是由英國的經(jīng)濟學家亞當·史密斯于1776年出版的《探究國富論的本質(zhì)和原因》一書中給出的[1]。其對生產(chǎn)管理給出的解釋是勞動分工是如何使生產(chǎn)更有效率。根據(jù)他的意思，如果每個人都只負責某產(chǎn)品某一塊零件的生產(chǎn)，而不是從頭到尾負責生產(chǎn)這整個產(chǎn)品的生產(chǎn)，那么整條產(chǎn)線就會變得更有效率。

直到現(xiàn)代的20世紀初，亨利·福特推動了生產(chǎn)分工和可替換零件的使用，由此使得裝配線的生產(chǎn)方法誕生。這幫助福特能夠以當時較低的價格生產(chǎn)大量的汽車。這種方法也已被許多其他生產(chǎn)制造商采用，從而能夠批量生產(chǎn)成本廉價的產(chǎn)品，實現(xiàn)了生產(chǎn)的精益。

經(jīng)過了這些年的發(fā)展，如今生產(chǎn)管理的方法早已超越汽車制造業(yè)，擴展至建筑、物流、服裝、食品、醫(yī)藥等多個行業(yè)領(lǐng)域。并且發(fā)展了多樣化的生產(chǎn)管理體系與操作方法。這些體系的重點是在生產(chǎn)活動中創(chuàng)造更大的效率。一些比較知名的體系包括摩托羅拉開發(fā)的六西格瑪，由豐田開發(fā)的精益制造，以及由國際標準化組織制定的ISO9000等。

1.2 APS的歷史起源與發(fā)展

隨著生產(chǎn)管理方法的發(fā)展，最早在20世紀90年代中期的時候高級計劃與排程首次被美國先進制造研究機構(gòu)提出[2]。然而，截至目前為止，APS系統(tǒng)還沒有一個能夠被普遍接受的定義。這個術(shù)語至今仍有歧義。有些機構(gòu)在概念層面定義了這個術(shù)語，認為它是生產(chǎn)計劃的一種新方法。例如，日本PSLX（Planning and Schedule Language on XML Specification）協(xié)會對APS的定義為“一種系統(tǒng)和方法，如工業(yè)的計劃和調(diào)度，在企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)之間不同部門的配合和同步，以實現(xiàn)全面和自主的優(yōu)化”。根據(jù)這個定義，APS系統(tǒng)不是ERP的一部分，而是企業(yè)內(nèi)部的一個完整的計劃和調(diào)度系統(tǒng)。因此，計劃與調(diào)度被認為是制造企業(yè)決策的一個主要方面。

目前的APS系統(tǒng)已覆蓋了許多制造型企業(yè)，目前它還具備企業(yè)間的計劃與調(diào)度功能。APS現(xiàn)已能夠計劃并安排相應的勞動力、采購、分銷、銷售和其他制造相關(guān)流程。APS系統(tǒng)的開發(fā)主要是為了改善生產(chǎn)計劃和車間的調(diào)度，從而實現(xiàn)整體生產(chǎn)成本精益化，交貨達成率高。

2 生產(chǎn)管理和 APS的結(jié)合

生產(chǎn)計劃排程是在有限產(chǎn)能的基礎上，綜合來自市場、物料、產(chǎn)能、工序流程、資金、管理體制、員工行為等多方的對生產(chǎn)的影響，經(jīng)過APS的優(yōu)化得出合理有效的生產(chǎn)計劃[3]。

通過將生產(chǎn)管理的理念與方法與APS系統(tǒng)結(jié)合，可以有效地提升生產(chǎn)管理人員及流程中的各相關(guān)方的合作與調(diào)度工作。可解決生產(chǎn)排程和生產(chǎn)調(diào)度問題，常被稱為排序問題或資源分配問題[4]。

生產(chǎn)制造企業(yè)可以分為兩種：一種是流程制造業(yè)，另一種是離散制造業(yè)。在離散行業(yè)，APS是為解決多工序、多資源的優(yōu)化調(diào)度問題；而流程行業(yè)，APS則是為解決順序優(yōu)化問題。它通過為流程和離散的混合模型同時解決順序和調(diào)度的優(yōu)化問題，從而對項目管理與項目制造解決關(guān)鍵鏈和成本時間最小化，具有重要意義[5]。

3 APS的應用

3.1 APS的應用現(xiàn)狀

APS高級計劃與生產(chǎn)排程以局限的資源能力管理方法為基礎，能夠運用到制造生產(chǎn)型企業(yè)的多個需要計劃、協(xié)調(diào)的工作環(huán)節(jié)中，使用的比較成功的方向主要是生產(chǎn)排產(chǎn)、物流資源平衡優(yōu)化，也就是具備的供應鏈板塊的功能。國內(nèi)軟件開發(fā)行業(yè)中能成功通過應用其方法來研發(fā)管理軟件的目前還是屈指可數(shù)的，不過現(xiàn)在一些企業(yè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了APS用于計劃排程管理工作的重要性，并已開展了相關(guān)調(diào)研。

與ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）不同的是，一個是以局限資源能力的動態(tài)工作為基礎，另一個則以事務處理的靜態(tài)工作為基礎進行相關(guān)的計劃與排程工作。舉個例子，比如排產(chǎn)，APS是將人力、時間、物料按特定的邏輯順序進行生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)的工作，只要有了訂單信息，那么需要排產(chǎn)的物料與設備其生產(chǎn)數(shù)量與時間也就會自動生成。相比之下，僅通過BOM（Bill of Material，物料清單）計算的訂單就顯得沒有那么智能了。

3.2 APS的應用案例

通常在APS系統(tǒng)開始排程工作前，會由前端SAP輸出有關(guān)的資源、物品、BOM及訂單信息，如圖1所示。這些基礎數(shù)據(jù)對于APS來說，都是非常重要的基礎數(shù)據(jù)。在經(jīng)過后端排程規(guī)則的約束后，就會輸出生成的采購和制造訂單、資源情報可視化甘特圖，以及排產(chǎn)相關(guān)的工藝工序報表。通過生成的這些BI（Business Intelligence，商業(yè)智能）數(shù)據(jù)，可以進一步的下達生產(chǎn)計劃。與此同時，也會實時反饋生產(chǎn)實績，以此修正過程中產(chǎn)生的物料使用誤差。

圖1 C公司的APS應用流程Fig.1 APS application process of company C

但是，APS對從SAP階段輸入的有關(guān)資源、物品、BOM及訂單信息準確度要求很高。如有諸如前后端物料編碼不一致或者排產(chǎn)日期等重要數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中的不一致，則會卡在SAP階段無法輸入APS中。發(fā)生這樣的狀況通常會發(fā)生繁瑣的變更流程去解決這些問題，這樣一來無法避免的就會增加生產(chǎn)交付時間的延誤風險。

3.3 APS工藝路線的自動生成

有些還未使用APS的公司，在引入該系統(tǒng)的前期階段還是很艱難的。這是因為很難清晰的看出有關(guān)方法和工藝路線不可用的報警，可能僅僅是一種基礎的形式，沒有發(fā)揮出其完整的功能。例如，公司的ERP系統(tǒng)可能將工藝路線存儲為資源序列，然而，并沒有關(guān)于替代資源或替代路線的信息；還有一些公司為每一個訂單都創(chuàng)造一條路線，這意味著當訂單還沒輸入時，僅基于需求排程是不容易進行的?？赡苡械臅r候由于公司原先的生產(chǎn)計劃方式無需像APS自動生成的那樣詳細。為了改進工藝數(shù)據(jù)，可以配合采用豐富工藝路線、生成工藝路線、定義工藝路線模板等策略來改進。

4 APS的發(fā)展前景

目前，企業(yè)的計劃和控制活動正變得越來越復雜，這一領(lǐng)域的管理者不斷受到壓力，以降低經(jīng)營成本，保持足夠的庫存水平，充分滿足客戶的需求，并有效地應對發(fā)生的變化。計劃和調(diào)度任務對大多數(shù)公司來說都是重要的，在生產(chǎn)計劃和控制系統(tǒng)開發(fā)的背景下，APS系統(tǒng)的一般理論是有可能發(fā)展的。由于APS必須先從MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）系統(tǒng)獲取相關(guān)生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理需求。所以APS系統(tǒng)的廣泛應用的同時，MES也已在各行各業(yè)中被廣泛使用，它們是相輔相成的關(guān)系。目前越來越多的生產(chǎn)型企業(yè)都開始有了與APS相兼容的引擎。相信在不久的將來隨著各行各業(yè)的發(fā)展需求，客制化、本土化的APS系統(tǒng)也將全面覆蓋我國的各類生產(chǎn)型企業(yè)中。

5 總結(jié)

APS系統(tǒng)的歷史相對較長，但其理論仍處于相當初級的階段。雖然關(guān)于面向APS的優(yōu)化模型、方法和步驟已經(jīng)有了大量的文獻，但是對于特定的APS系統(tǒng)，仍然缺乏一個能夠設計出協(xié)作算法的理論框架。APS系統(tǒng)的具體建模和實現(xiàn)問題也只得到了少量的研究。例如，當前APS系統(tǒng)的一個重要限制是處理不確定性。另一個問題是，他們在供應鏈上優(yōu)化貿(mào)易伙伴計劃的能力仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。所有這些問題都應進行更詳細的研究，設計并納入信息系統(tǒng)工程的主要理論中，從理論上解決這些問題。