APS中生产计划排程模块的基本原理

高级计划系统（APS）作为ERP和MES的补充，用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。

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，本文主要介绍APS中生产计划排程模块的基本原理。

01、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。

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。 

02、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：

▊ 建模

车间模型必须详细地捕捉生产流程的特征和相应的物流，以便以最小的成本生成可行的计划。

由于一个系统的产出率只受潜在瓶颈资源的限制，因此，我们只需对车间现有全部资源的一部分–也即那些可能成为瓶颈的资源，建立一个清晰的模型。关于建模方法的细节我们将在后面进一步阐述。

▊提取需要的数据

生产计划排程使用的数据来自ERP系统、主生产计划和需求计划。生产计划排程仅利用这些模块中可用数据的一个子集，因此，在建立一个给定生产单元的模型时，必须指明它实际需要哪些数据。

▊ 生成一组假定（生产状况）

除了上述数据源中接收的数据之外，车间或生产单位的决策者或许对车间当前或未来的状况会有更进一步的知识或期望，这些信息在其它地方是不能得到的。

再者，对车间的可用能力或许也可以有多种选择。

因此，决策人员必须有能力修改数据和建立某种生产状况（见图3中的第三步，点划线框表示这一步必须由决策人员执行，并且是可选的）。

▊ 生成一个（初始）排产计划

在有了模型和数据之后，就可以针对给定的生产状况，利用线性规划、启发式算法和基因算法等各种复杂的优化方法来生成排产计划。

这项工作可以一步完成，也可以通过两级计划层次完成。

▊ 排产计划分析和交互修改模

如果通过两级计划层次完成，也即先生成综合资源的上层生产计划。那么，在生成一个详细的排产计划之前，人们或许首先要对这个生产计划进行分析。

特别地，如果生产计划不可行，决策人员可以交互地指定一些计划途径来平衡生产能力。这或许要比修改在单个资源上的加工工序更加容易。

APS系统采用了例外管理的技术，如果出现问题和不可行性，APS就会发出警告。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。

▊ 生产状况核准

当决策人员确定已经评估了所有可选方案时，他/她将选择那个体现最佳生产状况的排产计划去执行。 

03、排产计划更新

生产计划排程假定所有数据是确定已知的，也即决策状况是确定的。尽管这是一个理想的假设，但对一些时间段还是可以进行调整。

为了处理不确定性，软件工具允许监控人们假定发生在车间的变化，并生成一个更新了的期望的定单完成时间。

这些变化是否大到需要重新优化排程将基于决策者的判断。

在一个计划实际交付车间实施之前，可以通过提供大量的可选状况的生成和测试能力来帮助决策者的判断。这种方法也称为仿真，目前的APS软件工具都提供仿真手段。

在这里要提到的另一个特征是两步计划方法，也称为增量式计划。

假定有一个新的定单到来。如果它落在生产计划排程的计划范围内，这个新顾客定单的活动可以插入到它所需资源上已排序好的定单中。在现行排产计划中寻找时间空隙，以便新定单的排程只须做微小的调整。如果能维持排产计划的可行性，那么就能导出新定单的一个计划交货期，并送回给顾客。

由于上面这一基本排程可以通过不同的定单顺序来改进，所以重新优化经常会被考虑，以便通过新的排序来减少成本。