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蔡颖:APS行业优化算法策略驱动智能制造

2016-03-17 16:27 [高级计划与排程APS] 来源于:许永硕
导读:APS最开始出现是利用运营数据,优化生产决策的,包括生产的各级计划以及排程。智能制造的智能体现在多个方面,当然也包括决策的智能。

  APS最开始出现是利用运营数据,优化生产决策的,包括生产的各级计划以及排程。智能制造的智能体现在多个方面,当然也包括决策的智能。对于计划与排程,用心的计划员、调度员做的计划与不用心的对企业生产效率影响特别大,而APS是帮助计划员计划、排程的最有效工具。

  企业的生产计划与排程系统的演进,由传统的库存计划与控制系统,发展为物料需求计划(MRP)系统,再发展为制造资源计划(MRPII)系统,尔后演进到企业资源计划(ERP)系统。

  然而在面临新世纪的今天,供应链管理(SCM)越来越受企业所重视,而在供应链管理中企业所需要计划的对象不再只是企业个别的资源,还包括了供应商与顾客的整体资源;计划范围也不再只局限于企业本身,而是涵盖了整个供应链,面对如此的改变,传统上基于某些假设下且利用较为简单的计划技术与方法,来解决企业生产计划与排程问题的生产计划与排程系统,已不再能够满足企业的需求。取而代之的是高级计划与排程系统(Advanced Planning and Scheduling;APS) 。

  APS系统可以为流程行业解决顺序优化问题,为离散行业解决多工序、多资源的优化调度问题。为流程和离散的混合模型同时解决顺序和调度的优化问题。对项目管理与项目制造解决关键路径和成本时间最小化问题.

  APS系统可以考虑不同行业的解决方案。APS的主要着眼点是工序逻辑约束和资源能力约束,物料和工序流程紧密联结,各种优化规则,计算最早可能开始时间和最迟可能开始时间,物料可重分配和可替代,资源可重分配和可替代。计划排程考虑柔性缓冲抗扰度,考虑成本优化约束,考虑非确定流程和统计概率论,考虑多种优化方案的模拟比较分析等

  一、考虑制造行业与生产计划特性

  当设定营运目标及规划生产资源时会基于所处的竞争环境及核心竞争力来决定其资源分配的模式,因此,对于APS系统的需求及适用性也因此有了不同的计划方式。 大致而言,APS系统可区分为以物料计划为导向及产能计划为导向两种:

  1、物料计划导向

  当产业属于原物料取得不易、原物料成本价格起伏剧烈且产品生命周期极短的模式,对于详细的作业排程较不注重而著重于投入产出的计划时,其排程计划系统则适用以高级物料规划(Advance MRP)为主,以高级产能计划(Advance CRP)为辅的排程系统,如: 电子装配业、系统组装业、服饰业等。 常见的国外系统如: SAP APO、Oracle APS、i2 FP等。

  2、产能计划与详细作业排程导向

  当产业属于制程复杂且设备成本高昂,企业营运目标追求的是高设备移动率、低存货水准及高产出的绩效,如何详细且完全考虑产业制程特性、排程限制与派工法则以规划出各设备日排程成为生管人员主要的工作任务时,其排程规划系统则适用以产能计划与详细作业排程导向之排程规划系统,如:半导体产业、光电产业、PCB产业及光碟产业等。 常见的国外系统如: Asprova、Adexa、i2 DS等。

  二、APS系统的功能特色与计划目的

  1、同步规划(synchronized planning)

  根据企业所设定的目标(例如:最佳的顾客服务),同时考虑企业的整体供给与需求状况,以进行企业的供给计划与需求计划。

  2、考虑企业资源限制下之最佳化计划。

  在进行生产计划时能够同时考虑到企业约束与目标,以拟定出一可行且最佳化的生产规划。

  3、实时性计划。

  信息科技的发展使得生产相关资料能即时的取得,而APS系统能够利用这些即时性资料,进行即实时的计划(real timeplanning),使得计划人员能够即时且快速的处理类似物料供给延误、生产设备当机、紧急插单等例外事件。

  4、辅助决策能力。

  可提供计划人员进行事前模拟分析或是事后规划结果的分析比较,以帮助计划人员作出正确的决策。

  三、APS系统计划逻辑

  制造现场充满变动,排程就像是下一盘棋:计划导向排程好比是事先决定每一步走法而不动态考虑对手下一步;现有即时派工虽能动态回应对手,但因区域性而不能综观全局,预先考虑未来步数。

  APS系统内建模拟探索演算法逻辑,将排程引擎扮演如IBM“深蓝”(Deep Blue)在西洋棋局与棋士对奕的角色,经由模拟推演现场未来每一决策点的状况,在考虑该点当时的约束及未来的状况,计算出每一决策点最佳可能的决策,排程系使用探索演算法模拟现场产生,而不是经由数学模式解得。其与“计划性排程”比较,较直觉可行,不易受到与现场不一致的约束影响,而与“实时派工”比较,无区域性,能对资源作较有效计划,而达到企业追求高设备效率、高产出率及低存货库存的营运目标。

  四、APS排程技术

  以往,碍于传统信息科技能力(包括处理速度与储存能力)的限制,企业应用数学规划(例如线性规划Linear Programming)及系统模拟(Simulation)等技术来解决生产计划与排程问题时,无论在计划时间或计划效益上均不易达成预定目标。然而由于信息科技的长足进步,大幅提升企业运用高级计划技术于生产计划与排程的可行性,APS系统的倡导与日趋普及即是一最佳范例。

  一般而言,APS系统所应用到的规划技术可概略分为三类,分别为数学模式(mathematical model)、网络模式(network-based model)与模拟方法(simulation-based approach)。兹说明如下:

  计划方式:

  数学模式:首先建立数学模式,进而求解。

  优点:目标明确且可求得最佳解。

  缺点:可能得到不可行的解。重复性作业较多且较为稳定的连续型程序式生产环境。

  网络模式 :由上而下的计划方式。

  优点:避免冲突、预知瓶颈资源,生产与物料供给同步化。

  缺点:较不重视机器设备使用效率的提升。以顾客订单为主要考虑因素的生产环境。

  模拟方法:由下而上的规划方式。

  优点:较佳的机器设备使用效率。

  缺点:较难达到整体最佳化的目的。重视机器设备使用效率之资产密集产业。

  五、结论

  整体而言,APS系统可扮演替代或强化以MRP逻辑为主的企业资源规划系统(例如:ERP、MRPII等)中的生产计划与排程功能,以支持生产计划人员制订相关的决策。目前,各APS软件供应商所提供的APS系统在功能与适用产业类等方面均各有特色,企业应审慎的检视与了解企业本身的特性与需求后,再选择最能够符合需求的APS系统,必须与企业的其他相关系统(例如:ERP与MES)有效整合,才能发挥企业资源整合的效益,达到快速回应顾客需求的目的。

(编辑:admin)

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