APS和MES集成管理車間生產(chǎn)計劃和調度方法研究

金　琪

摘要：通過對APS和MES的集成，加強對車間生產(chǎn)的管理和控制，使車間生產(chǎn)計劃和調度活動更加快速準確。最大限度地發(fā)揮車間的生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)占用的庫存費用。關鍵詞：APS；MES；ERP；集成；體系結構分析ブ型擠擲嗪牛篢N431.2

文獻標識碼：A

文章編號：16723198(2009)190322011APS和MES簡介1.1高級計劃與排程(APS)ヅ懦嘆褪橋判潁就是先做什么，后做什么的問題。你可以這樣想象，大小幾百臺設備、幾百人同時要完成各種任務，怎樣才能在各種約束(設備能力、人員、時間、場地、物料等)條件下以及隨時可能發(fā)生變化(動態(tài))的，實現(xiàn)多個目標(交貨期、設備有效使用率、最低成本等)？由于生產(chǎn)需求的隨機性，生產(chǎn)需求發(fā)生變化時，人工生產(chǎn)排程將很困難；同時，當生產(chǎn)瓶頸無法預測時，人工排程很難操作，資源不能充分利用，訂單不能按期交付。尤其是在小批量、多品種、工序復雜的制造型企業(yè)矛盾十分突出。這時人們可以求助強有力的精益生產(chǎn)解決方案：APS。APS就是高級計劃排程。APS應該說本來是MES的一個模塊，因為優(yōu)化排產(chǎn)的重要性，拿出來單獨作為一個功能軟件使用。APS要滿足資源約束，均衡生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)資源；要在不同的生產(chǎn)瓶頸階段給出最優(yōu)的生產(chǎn)排程計劃；要實現(xiàn)快速排程并對需求變化做出快速反應。高級計劃與排程系統(tǒng)是20世紀后50年發(fā)展起來的管理技術。它是一種基于供應鏈管理和約束理論的先進計劃與排程工具，包含了大量的數(shù)學模型、優(yōu)化及模擬技術，其功能優(yōu)勢在于實時基于約束的重計劃與報警功能。在計劃與排程的過程中，APS將企業(yè)內外的資源與能力約束都囊括在考慮范圍之內，通過的智能化的運算法則，做常駐內存的計算。APS在提高企業(yè)經(jīng)濟效益方面的潛能是巨大的，它能及時響應客戶要求，快速同步計劃，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，并發(fā)考慮供應鏈的所有約束，識別出潛在的瓶頸，提高企業(yè)資源的利用率，從而改善企業(yè)的整體生產(chǎn)管理水平。對于車間內短期的生產(chǎn)計劃制訂，如安排一臺機器上的多種產(chǎn)品的生產(chǎn)次序等，APS常用約束規(guī)劃CP(Constraint Programming)來解決。CP將存在的每一個資源約束表示為一個變量，然后用約束變量之間的邏輯關系找到滿足所有約束的解決方案。APS根據(jù)大量精確數(shù)據(jù)的輸入，對工作流程進行模擬，并提供實時監(jiān)控功能。APS可將模擬的排程結果以甘特圖的形式輸出到可視化的計劃板上，根據(jù)既定規(guī)則進行拖放式調整，以求達到最優(yōu)化。1.2制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)ブ圃熘蔥邢低呈敲攔管理界20世紀90年代提出的新概念。中國 “十五”期間，國家863項目研究將MES作為重點研究課題，制造業(yè)領域MES成為技術研究的突破口。通過863 CIMS項目應用的研究和推廣，大大提高了企業(yè)的競爭力，使中國的制造業(yè)水平上了一個嶄新的臺階。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，在整個企業(yè)信息系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。MES對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)視、診斷和控制，完成生產(chǎn)單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，在生產(chǎn)過程層進行物料平衡、制訂生產(chǎn)計劃、實時排程、優(yōu)化調度，進而對生產(chǎn)過程物料、能量、質量、設備、資金，甚至人力資源統(tǒng)一進行監(jiān)測、分析、控制和優(yōu)化，實現(xiàn)了從訂單下達到產(chǎn)品完成整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。當工廠里面有實時事件發(fā)生時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使得MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。與APS相比，MES是一個提供很多功能模塊的整個解決方案，但是從優(yōu)化的角度看，MES達不到APS提供的優(yōu)化功能的水平。因此，將APS與MES集成更適合于復雜的實時性要求較強的車間生產(chǎn)計劃和調度活動。2現(xiàn)行車間生產(chǎn)計劃和調度方法分析プ魑產(chǎn)品加工的具體執(zhí)行部門，車間生產(chǎn)管理涉及到產(chǎn)品生產(chǎn)過程的方方面面，如：生產(chǎn)過程監(jiān)控、生產(chǎn)調度、現(xiàn)場設備管理、人員安排、消耗統(tǒng)計、工時統(tǒng)計、動態(tài)成本核算、物料管理、在制品管理以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。一個典型的制造車間生產(chǎn)活動主要工作流程是：首先將接收到的主生產(chǎn)計劃進行任務分解，然后根據(jù)一定的規(guī)則，確定各子任務的加工設備，而任務單的開工時間則根據(jù)定單下達日期、任務單計劃入庫日期、相關的工藝信息以及各加工單元的當前加工計劃來統(tǒng)一決定。在編制出理論計劃以后，就形成了對各加工單元的負荷。接著，要在各加工設備上進行加工能力與工作負荷的平衡，制訂派工計劃和相關物料準備計劃等。同時，根據(jù)物料、工裝等條件及各加工單元的反饋信息，制訂出正式作業(yè)計劃，并開始派工。計劃下達后，在實際生產(chǎn)過程中，還要不斷根據(jù)各個參數(shù)的變化，進行實時的調度，確保主生產(chǎn)計劃的順利實現(xiàn)?，F(xiàn)行的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，生產(chǎn)決策層與車間執(zhí)行層，計劃層、調度層與控制層是獨立分開的，信息采集大多只能通過人工錄入的方式進行，車間生產(chǎn)信息的反饋周期較長。造成在生產(chǎn)調度與控制過程中缺乏必要的現(xiàn)場信息，不能及時根據(jù)實際生產(chǎn)情況的變化進行重新調度，更談不上實時修訂生產(chǎn)計劃了。并且當實際生產(chǎn)情況無法實現(xiàn)原有生產(chǎn)計劃時，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)也往往不能及時發(fā)現(xiàn)這些問題并加以解決，最終導致企業(yè)產(chǎn)品的交貨期延誤。3基于APS和MES集成的車間生產(chǎn)計劃和調度ネü前面兩部分的闡述可以發(fā)現(xiàn)，在比較復雜的車間生產(chǎn)活動中，MES系統(tǒng)中的詳細生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)調度模塊的功能有限，而且不能根據(jù)實際生產(chǎn)情況的變化進行重新調度。我們以企業(yè)的ERP系統(tǒng)作為信息基礎，采用APS和MES集成的方法，由MES提供實時的車間生產(chǎn)進度、在制品信息和現(xiàn)場設備運行狀況等，然后利用APS的先進優(yōu)化算法，可以初步解決現(xiàn)行車間生產(chǎn)計劃和調度的優(yōu)化問題。4APS和MES集成的體系結構分析ハ執(zhí)制造企業(yè)中，ERP已經(jīng)成為必備的業(yè)務和數(shù)據(jù)平臺，無論是APS，還是MES，都需要與ERP系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和信息共享，獲得系統(tǒng)自身運行必需的相關數(shù)據(jù)。當將APS和MES集成時，也必須將ERP系統(tǒng)考慮在內，也就是將ERP、APS、MES三個系統(tǒng)進行集成，這其中不可避免地出現(xiàn)交叉和重疊的現(xiàn)象。因此基于ERP的APS與MES集成系統(tǒng)的框架確定，主要考慮企業(yè)的產(chǎn)品、生產(chǎn)模式、計劃模式、已有系統(tǒng)與新構建系統(tǒng)的差異等因素。目前，國內外已經(jīng)有學者提出了APS、MES與ERP集成的框架，但是現(xiàn)有的集成框架結構仍以供應鏈管理平臺為界面，其中APS的應用偏重于供應鏈計劃的管理，主要面向物料復雜、外協(xié)外購較多的企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。針對原材料供應相對簡單、穩(wěn)定的企業(yè)，可以把精力放在以車間生產(chǎn)計劃與調度管理為重點的系統(tǒng)集成框架。該框架以APS和ERP的閉環(huán)系統(tǒng)集成為核心，通過MES系統(tǒng)控制車間生產(chǎn)活動，達到企業(yè)內部車間生產(chǎn)計劃和調度的優(yōu)化。5結語ニ孀攀諧【赫日漸激烈，制造企業(yè)受到了前所未有的挑戰(zhàn)。為快速適應內、外部環(huán)境的快速變化，利用APS和MES等先進的企業(yè)生產(chǎn)管理模式和先進信息系統(tǒng)，充分利用企業(yè)的制造資源，優(yōu)化企業(yè)車間生產(chǎn)的計劃和調度算法，通過改變企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式來提高生產(chǎn)率，進而快速響應客戶需求，是提高企業(yè)競爭力的重要手段。參考文獻[1]@馬國鈞.從ERP、MES到APS——尋找提高企業(yè)效率和效益的利器[J].中國軍轉民，2008，(8).