0 引言
 
    APS高級計劃排程系統(tǒng)從ERP的盲點發(fā)展而來。APS考慮生產(chǎn)過程中的多種因素，如班次、工時、工具、材料的可用性、可知／未知的設(shè)備維護、當(dāng)前負(fù)荷能力等。它可以根據(jù)工廠的目標(biāo)建立一個資源能力與生產(chǎn)設(shè)備能力的模型，并在模型設(shè)計好之后通過高級算法或模擬計劃規(guī)則，自動地調(diào)配資源，達(dá)到優(yōu)化計劃排程的目標(biāo)；它還能自動產(chǎn)生現(xiàn)在或?qū)�來可視的詳�?xì)計劃。在流程制造業(yè)中，APS主要是解決順序優(yōu)化的問題。典型的離散制造企業(yè)主要從事單件、小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品的工藝過程經(jīng)常變更；因此，在離散制造業(yè)中，APS主要是解決多工序、多資源的優(yōu)化調(diào)度問題。在離散制造業(yè)APS中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個最普通但又是最重要的基本概念。它針對離散制造行業(yè)的需求特點，定制相對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并按照工廠的生產(chǎn)邏輯將生產(chǎn)數(shù)據(jù)很好的關(guān)聯(lián)起來。一個良好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對離散制造企業(yè)成功實施APS具有決定性的作用。

1 APS概述

    APS高級計劃排程系統(tǒng)，是一種基于供應(yīng)鏈管理和約束理論的先進計劃排程工具，它包含了大量的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)。在計劃排程的過程中，APS將綜合考慮企業(yè)內(nèi)外的資源和能力約束條件，并用復(fù)雜的智能化運算法則，做常駐內(nèi)存的計算。它可以為物料、機器設(shè)備、人員等資源提供同步的、實時的、具有約束能力的計劃安排。因此，它能及時響應(yīng)客戶要求，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，提高資源利用率，挖掘出企業(yè)經(jīng)濟效益方面的巨大潛能。

    進入20世紀(jì)90年代以來，企業(yè)的計算機軟、硬件及IT技術(shù)的發(fā)展大大改善了APS的應(yīng)用環(huán)境，嵌入式SQL使APS實現(xiàn)了與相關(guān)數(shù)據(jù)庫的動態(tài)交互。現(xiàn)今，APS軟件的市場需求量不斷膨脹，一些世界著名的軟件公司如Oracle，SAP等都成功開發(fā)了自己的APS軟件；假是國內(nèi)的APS行業(yè)還只是起步階段，因此相關(guān)的成果比較少。

2 APS生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)梅

    在APS(在下文中，如果沒有特殊說明，APS均指應(yīng)用于離散制造業(yè)的APS)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個最基本概念，是表達(dá)和組織生產(chǎn)對象及其生產(chǎn)過程的信息體系。一般來說，離散制造過程是非結(jié)構(gòu)化的，但是為了能利用APS進行生產(chǎn)過程的管理，首先必須將生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化——將離散制造過程中算設(shè)備、工具、人員、定單、工序和物料等對象的屬性用計算機能夠識別的數(shù)字、符號來描述，而這然數(shù)字和符號的集合就是通常說的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在離散制造企業(yè)中，生產(chǎn)對象和生產(chǎn)過程彼此之間都存在著一定的邏輯關(guān)系，因此沒有結(jié)構(gòu)的APS，即使將生產(chǎn)數(shù)據(jù)組織得再好也無法得到很好的實際應(yīng)建。下面將著重扶APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述、生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型和生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)3個方面來探討APS生產(chǎn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

    2.l APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述

    APS中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述了離散制造企業(yè)內(nèi)各個對象的屬性信息，它是構(gòu)建企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的基本元素。在這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)中，有些數(shù)據(jù)不隨時的變化而變化的，被稱之為靜態(tài)數(shù)據(jù)；與之相反，有些數(shù)據(jù)是隨生產(chǎn)狀態(tài)的變化而發(fā)生動態(tài)變化的，被稱之為動態(tài)數(shù)據(jù)。

    2.1.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)

    主要描述了離散制造企業(yè)內(nèi)一些靜態(tài)對象的相關(guān)信息，見表1。在生產(chǎn)過程中，這些對象信息更新很少，是企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

表l 靜態(tài)數(shù)據(jù)屬性表

    2.1.2 動態(tài)數(shù)據(jù)

    主要描述了那些與時間密切相關(guān)的生產(chǎn)對象的信息，表2。它們更薪頻率快，是企業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的重點對象。

表2 動態(tài)數(shù)據(jù)屬性表

    2．2 APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型

    生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型是計劃排程的基礎(chǔ)，APS通過對企業(yè)靜態(tài)對象建模，輔助以動態(tài)對象信息即可進行計劃排程。這使我們主要研究離散企業(yè)的4種基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型：時間模型、設(shè)備模型、人員模型和工具模型。

    2.2.1 時間模型

    時間模型定義了APS計劃排強對象——設(shè)備、人員、工具等的可用性，這使得APS計劃排程的結(jié)果更貼近于生產(chǎn)實際。時間模型定義可分為4個層次：企業(yè)日歷、日模型、班次模型和體患模型，圖l。

圖1 時間模型

    2.2.2 設(shè)備模型

    APS計劃排程的核心是設(shè)備，目標(biāo)就是均衡設(shè)備負(fù)載、最大設(shè)備產(chǎn)能。設(shè)備模型的好壞直接決定了計劃排程結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般情況下，企業(yè)ERP系統(tǒng)已經(jīng)為企業(yè)建立了相關(guān)的設(shè)備模型；如果企業(yè)沒有ERP系統(tǒng)，也可以手動為APS系統(tǒng)建立設(shè)備摸型。設(shè)備模型按照設(shè)備功能將其劃分為不同的設(shè)備組，見圖2。同一設(shè)備組內(nèi)的設(shè)備可以加工相同的工序，彼此之間是可以互相替換的。設(shè)備組的父節(jié)點是部門成本中心，它包含1個完整的生產(chǎn)流程。該部門成本中心可以生產(chǎn)某種或某些產(chǎn)品，它定義了APS計劃排程的基本范疇。

圖2 設(shè)備模型

    但是在某些特殊情況下，企業(yè)生產(chǎn)并不完全是基于設(shè)備組進行的。例如某企業(yè)有一系列設(shè)備組，這些設(shè)備組之間有1條固定的生產(chǎn)線路：A1-C2-B2-A1，工件在這些設(shè)備之間依次通過固定的傳送帶運輸，即該生產(chǎn)流程是固定不變的。顯然，上述設(shè)備模型在此已變得不再適用，此時需要在APS中建立一條專門的生產(chǎn)線路，見圖3。

圖3 訂單計劃排程

    2.2.3工具模型

    工具主要用于輔助設(shè)備生產(chǎn)，不同工序需要不同工具來輔助其完成加工。工具按照功能劃分為不同的工具組，見圖4。

圖4 工具模型

    2.2.4人員模型

    在企業(yè)內(nèi)，設(shè)備的操控需要具備某種技能的人員，因此良好的人員計劃調(diào)度是保證設(shè)備正常運作的基礎(chǔ)。一般來說，人員是按照其掌握的操作技能來劃分的，見圖5。一道工序可能對應(yīng)多個不同的工種，每個工種對應(yīng)某種特定的技能，每個員工可以對應(yīng)1個或多個特定的技能。

圖5人員模型

    2.3 APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

    生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)可以幫助我們在靜態(tài)數(shù)據(jù)模型上合理的配置動態(tài)數(shù)據(jù)，使兩者之間達(dá)到很好的信息交互。圖6描述了APS中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)情況。生產(chǎn)訂單描述了對某種或某些產(chǎn)品的需求，而1個生產(chǎn)訂單總可以被分解為一系列工序集。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型，可以將工序?qū)��?yīng)到4類對象的需求：生產(chǎn)工具組、設(shè)備組、物料和工種。生產(chǎn)工具組和設(shè)備組都由一系列具備相同功能的生產(chǎn)工具和設(shè)備組成，時間模型決定了它們的可用時間段；具備相同技能資質(zhì)的人員屬于同一個工種，時間模型決定了他們的工作時間段：這樣就得到了每一步工序相對應(yīng)的生產(chǎn)工具集、設(shè)備集、人員集和物料的需求。APS根據(jù)對象集內(nèi)單個對象的可用性以及工序之間的邏輯關(guān)系，使用內(nèi)置的算法即可計算出產(chǎn)品每一步工序的具體需求，實現(xiàn)將任務(wù)安排到最細(xì)粒度的生產(chǎn)資源。

圖6 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

3實例

    某汽車零件加工工廠有10臺加工設(shè)備：cuttel01、cuttel02、cuttel03是同類型的切割機；Pressel01、Pres—sel02是同類型的沖壓機；Millel01、Millel02、Miller03是同類型的打磨機；Assemblel01和Assemblel02是同類型的組裝機。按照設(shè)備分組原則可將它們分為4個設(shè)備組，見表3。

    相對應(yīng)的存在4個工種：切割、沖壓、打磨和組裝；4種技能：切割技能、沖壓技能、打磨技能和組裝技能。該工廠共有5名操作工，都具備一定的操作技能，見表4。

表4 員工技能表

    還有一定量的生產(chǎn)工具用于輔助人員和設(shè)備生產(chǎn)，根據(jù)工具分組原則可分為4組，見表5。此外，倉庫內(nèi)有一定量的鐵錠可用于產(chǎn)品生產(chǎn)。

表5 工具組表

    上述對象在一定時間范疇內(nèi)都存在可用性的問題。工廠是三班倒工作制，時間模型見表6。模型設(shè)置到相對應(yīng)的對象上，再輔以工廠的工作日歷，就可以將工廠內(nèi)各個對象一整年內(nèi)的可用時間描述清楚。

表6 時間模型表

    現(xiàn)在有兩個客戶訂單——訂單1001和l002分別需要生產(chǎn)剎車片100件和200件。根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖的描述，APS系統(tǒng)首先從工廠的ERP系統(tǒng)得到客戶訂單表和訂單工序表，見表7。當(dāng)前訂單1001的第1步加工工序是切割。APS首先將來料放置到該切割設(shè)備組1000前的一個虛擬緩沖區(qū)內(nèi)。如果在同一時間1002訂單也在該工序進行加工，則APS根據(jù)內(nèi)置的高級計劃調(diào)度算法或客戶定制的調(diào)度規(guī)則，并在考慮當(dāng)前工序所需生產(chǎn)人員、生產(chǎn)工具和物料的可用性(包括時間和能力)的約束條件下，為當(dāng)前設(shè)備組進行計劃排程。完成該工序的加工后，APS將訂單送到?jīng)_壓設(shè)備組2000進行下一步的計劃排程。以此類推，最終可以得到兩個訂單在設(shè)備上的詳細(xì)排程信息。

表7 訂單表

4 結(jié)束語

    好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是構(gòu)建APS的基石，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計在一定程度上決定了APS軟件的優(yōu)劣。APS的運作需要大量的數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，可是APS并沒有采購計劃、庫存控制、成本控制及人力資源管理等功能。與此相反，ERP雖然在計劃與排程功能上存在著不足，但其系統(tǒng)所能提供的數(shù)據(jù)卻是相當(dāng)完備的。因此，如何將APS和ERP集成，使APS將所需數(shù)據(jù)從ERP中下載作常駐內(nèi)存處理，并將處理后的數(shù)據(jù)反饋給ERP，這將是我們今后研究的方向。

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