高级计划排程应用与研究

高级计划排程应用与研究

齐志民

中车唐山机车车辆有限公司

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在不同制造模式下的应用；最后，对APS实施过程中需要关注的重点问题进行了分析。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。

关键词：高级计划排程  生产计划   生产计划优化

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（EnterpriseResourcePlanning，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（AdvancedPlanningandScheduling,APS）技术的出现，使得克服传统ERP计划模型缺点成为可能。

1 背景

目前PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）、ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）、CRM（Customer Relationship Management, 客户关系管理）、SCM(Supply Chain Management, 供应链管理)和MOM(Manufacturing Operation Management, 制造运营管理)等核心信息系统已经比较完善，但以生产计划和执行为核心的系统间集成度低、数据和信息实时交互难，亟需高级计划与调度系统APS（Advanced Planning and Scheduling），以解决生产系统计划管理系统中如：排产自动化程度低、多重约束排产全局性差、联动计划稳定执行难、资源与生产进度可视化弱、数据标准化完备化程度低、计划调度期量数据准确性低、生产系统数字孪生技术欠缺等问题。

2 APS在铁路车辆制造行业应用分析

确定何时生产以满足订单交货期有两个要求，一是有能力生产出产品，二是生产出的产品要满足交货期，第一个要求尽可能发挥资源（设备）的生产能力，第二个则是满足客户的要求，当然满足客户的要求是最重要的，所以得到当前计划期的排程目标任务可以采取如下先倒排再正排的方法来获得：

首先采用倒排以满足所有订单的交货期，得到在当前计划期（如一个月）内的任务集合（倒排计划在当前计划期内的任务集合数量不会太大，因为如果数量超过了当前生产能力，说明即使全力生产也不能保证订单交货期），这个集合中的订单任务则是必须要开工生产的订单，因为倒排得到的任务开始时间是最迟的开始时间，再晚将不能保证订单的交货期；然后采用正排以主要资源（设备）的负荷均衡为目标进行计算，得到当前计划期内的任务集合。

正排和倒排的两个任务集合：首先必须满足倒排任务集合，因为倒排任务集合是最晚的开始任务，必须满足，而正排的任务集合则是按照资源能力得出的可以最早开始的任务，所以最终的订单任务则是倒排得到的任务集合加上正排任务集合，倒排任务集合中的任务优先级比正排任务集合中的任务优先级高，应该先进行生产，然后再生产正排任务集合中的任务。也就是说当前计划期内的任务集合是由正排任务集合和倒排任务集合的并集构成，倒排集合的任务优先级更高。

3 APS系统搭建实施

3.1 APS系统框架

APS系统建设以ERP系统/工艺系统为蓝本，以WBS分解结构的形式将项目分解，将WBS分解结构作为月度计划排产输入源，再根据WBS分解结构，同步项目工艺数据，确定订单项目结构，进行整体快捷的项目管理；且WBS分解结构根据工艺的变更进行同步调整更新，确保数据的准确性。

3.2  月度计划

3.2.1 构建数据整体模型

通过WBS分解结构形成排产可用的辆次排产订单并同步建立辆次的基础信息，方便在数据分析时进行使用

将里程碑节点标准周期结合工艺能力、WBS分解结构中的各个里程碑节点进行排产基础模型和辆次需求进行关联，形成辆次排产订单排产整体模型。包括辆次订单的排产标准时间、加工车间、工艺能力、生产日历等。

在ASP里建立预测项目模型，在APS里进行预测项目的管理。预测项目可以由计划员判断关联的排产模型，实现预测项目的细致排产。

3.2.2 策略调整+规则约束排产

车辆车型：计划人员可以对辆次排产订单指定控制室车辆、特殊车辆，APS系统会根据指定的车辆性质不同，选择不同的排产周期。

批列车组：计划人员可以对同时进线的列次进行设定，APS根据设定的策略进行排产顺序调整。

辆次成组：计划人员可以对同时连续生产的辆次进行选定。

工艺产能：通过对辆/日产能进行调整，排产时根据调整后的工艺产能进行约束排产。

辆次周期：排产前可以对辆次订单的产能进行压缩策略。

控制车进线顺序控制：严格控制控制车辆优先生产的原则，保证生产计划的合理性。

列调控制：在排产列调里程碑时，保证列调需要的辆次计划订单全部完成。

3.2.3 数据分析与计划调整

年度计划：通过预测项目排产、月度计划排产、产前准备计划的集成，自动形成年度计划。整体考虑所有项目对公司的生产计划的影响，准确分析公司整体产能情况。

月度计划：通过对正式项目的排产，自动形成月度计划，指导各生产单位月完成量。

项目开工顺序：以各生产单位为收集节点，统计出各生产单位的所有生产项目的开工时间、结束时间，并辅以甘特图的形势进行展示分析。

项目交期提醒：通过月度计划，分析整个项目的生产预计完成时间和项目要求的交期进行对比，为计划员整体控制项目交期提供有效依据。

生产车间产能负荷：对生产车间里的生产任务占据车间的生产时间进行负载率汇总，准确查看任务在各个车间的生产时间及生产车间的产能负载情况。

生产效率分析：通过计划下达和生产车间的完成时间进行比对，分析计划效率和生产效率的比对，形成生产效率分析。

计划调整率：对已经下达的月度计划，进行调整时会进行调整任务次数的记录，从而分析月度计划的调整率。

计划联动：对月度计划进行调整时，直接影响年度计划，使年度计划同步进行调整。

3.3工位计划

3.3.1 构建数据整体模型

工位节拍模型：对MBOM进行拆解判断，准确定位出工位层，结合工位与工作中心对应关系，准确构建出工位节拍排产类型的数据模型。

节点穿透展开计划：依据WBS分解结构中各里程碑节点关联的物料进行节点穿透展开，形成工位节拍化生产订单，并自动形成订单之间的先后顺序。

工作中心能力模型：工作中心中的资源数量、资源能力效率等进行模型搭建，形成和车间能力相符的资源信息

物料预警集成：与LES（物流执行系统）物流到货状态及当前物料库存状态进行物料齐套性确认，并依据齐套性是否满足，实现计划自动调整。

不符合节拍数据清洗：对不符合节拍生产的数据进行清洗并进行预警。

3.3.2 核心策略约束算法

工位调整：在计划过程中，对某一订单进行工位串线调整，避免产线全部停产

节拍调整：对节拍时间进行调整，以便排产时进行全盘考虑

台位能力调整：对工作中心里的台位进行策略调整，排产过程中要充分考虑台位的数量及台位维系情况。

班次调整：对每天的班次信息进行调整。复合车间生产的真是情况

工装制约：工位或是工序所需要的工装信息在工艺路线里进行维护，并在排产过程中进行计算。

关键物料制约：在物料信息中构建关键物料或是在MBOM中构建关键物料，通过对关键物料的齐套分析，确定关键物料是否充足

人员技能限制：位或是工序所需要的人员技能信息在工艺路线里进行维护，并在排产过程中进行计算。

现场执行情况异常：现场执行情况异常时，可以对计划进行快速的拉动调整

3.3.3 计划分析与调整

工位计划：工位计划自动生成，并可以通过拖拽方式进行排产

月度计划校验：通过工位计划的排产，对月度计划进行时间上的验证，从而可以调整月度计划

月度计划联动调整：月度计划调整后，可以根据月度计划调整的信息进行工位计划的调整。

物料预警分析：工位计划排产完成后，与物流执行系统的物料预警模块进行集成，准确分析物料齐套情况。

结语

APS系统的应用可以最大限度的提高计划的科学性，有效的控制了企业生产成本提高了生产效率，对行业生产方式的推进有着积极作用。对现代生产企业的发展具有重要的意义，而且在未来企业发展的进程当该系统的作用将更加非同寻常。

参考文献

[1]王文信.多种少量生产方式之生产计划管理实务.厦门大学出版社,2012,(8)．

项目支撑：国家重点研发计划项目（2020YFB1713105）