基于asprova的某企业的生产计划与排程工作的优化.doc
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I
基于asprova的某企业生产计划与排程工作的优化
摘要
在制造型企业中，根据己有的资源，包括工具、设备、工人等的具体情况，以及各种约束条件，对现有订单需要生产的产品制定生产计划是一项非常重要的工作。
生产计划的质量直接影响到能否给客户一个合理的可以接受的交货期，并且做到最低的库存，最短的制造提前期。
订单的完成情况会直接影响到企业的客户满意度，进而影响企业的长远发展。
由于ERP生产计划不准确，它的生产计划与排程模块很难满足企业的需要。
而APS系统是在ERP的基础上不断发展起来的，它弥补了ERP的多种不足之处，使生产从计划到车间执行、生产调度一气呵成，它以独有的优势很好地解决了企业在生产计划与排程上的难题。
本论文首先对APS（高级计划排程）基础理论进行研究，介绍了高级计划排程的概念和基本原理，并做以详细分析说明。
然后对某一现实食品制造企业的现状与存在的问题进行论述，运用asprova软件对生产计划与排程工作进行建模与设计。
asprova的模拟结果展示了APS在生产计划与排程上的优势。
关键词：
ERP,高级计划与排程,asprova，设计
BasedOnTheAsprovaOfACertainEnterprise'sProductionPlanningAndSchedulingOptimizationOfWork
ABSTRACT
Inmanufacturingenterprises,accordingtosomeoftheirownresources,includingtools,equipment,worksandsoonthespecificcircumstances,aswellasvarietyofconstraints,itisaveryimportantjobtodeveloptheproductionplanning&scheduleofproductsontheexistingorders.Theproductionplanning&schedulehasadirectimpactongivingcustomersareasonable&acceptabledelivery,andtoachievethelowestinventories,tocreatetheshortestleadtime.thecompletionoforderswillhaveadirectimpactonthecustomersatisfaction,therebyaffectingthelong-termdevelopment.
FortheproductionplanningofERPisnotaccurate,itishardtomeettheneedoftheenterpriseintheproductionplanning&scheduling.However,APSsystemiscontinuallyonthebasisofERP,itmakesupavarietydeficienciesofERP.integrationoftheworkshoptaskandtheworkshopworkfunction,makingtheproductionplantoshopexecution,productionschedulinginonetake,withtheuniqueadvantagesiteasilysolutestheproblemofenterpriseintheproductionplanningandscheduling.
ThisarticlefirstintroducesthebasictheoryoftheAPSandthedifferencesandrelationsamongAPS,MRPandERP.Andthendiscussestheproblemsofarealfoodmanufacturingenterprise,byusingtheasprovasoftwarecombinedwiththeactualsituationofanenterprisetomodelanddesignproductionplanningandscheduling.ThesimulationresultsofasprovashowstheabsoluteadvantageoftheAPSinproductionplanningandscheduling.
KEYWORDS:
ERP,APS,asprova,design
III
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
1.1论文研究的背景 1
1.2研究的主要内容 2
1.3论文研究的意义 3
2APS相关理论 5
2.1APS的相关概念 5
2.1.1APS的起源 5
2.1.2APS的概念 5
2.1.3APS的现状及发展趋势 6
2.2APS的系统结构和功能模型 7
2.2.1APS的系统结构 7
2.2.2APS的功能模型 8
2.3APS的特征与作用范围 9
2.3.1APS的特征 9
2.3.2APS的作用范围 10
2.4APS与MRP、ERP的关系 11
2.4.1APS与MRP的关系 11
2.4.2APS与ERP的联系与区别 11
2.5APS排成要素与相关原则 13
2.5.1APS排程三要素 13
2.5.2APS排程时必须考虑的限制因素 14
2.5.3APS排程时的最短路径原则 15
3食品（方便面）制造企业概述 16
3.1企业业务流程 16
3.1.1总体业务流程 16
3.1.2生产流程 16
3.1.3车间制造流程 17
3.2企业情况 18
3.3企业存在的问题 18
3.3.1库存积压 18
3.3.2生产车间任务量大，缺乏弹性 19
3.3.3生产计划的制定和执行困难 19
3.4运用asprova进行生产计划与排程 19
4基于该企业的APS生产排程的建模与设计 20
4.1资源 20
4.1.1物料 20
4.1.2工人 21
4.1.3生产线 21
4.1.4机器 22
4.1.5仓库 22
4.1.6供应商 22
4.2工艺路线 22
4.2.1操作工序 22
4.2.2工序流程图 29
4.3外围要素 32
4.3.1时间范围 32
4.3.2日程安排 32
4.3.3供需情况 32
4.4asprovaAPS的模型建立过程 33
4.5asprovaAPS在生产计划与排程上的优化与分析 38
4.5.1精确生产排计划与排程 38
4.5.2可适应的几种突发情况 39
4.5.3导入AsprovaAPS系统后给企业带来的好处 39
4.6案例总结 39
5总结 40
致谢 42
参考文献 43
45
基于asprova的某企业生产计划与排程工作的优化
1绪论
作为企业信息中枢的ERP系统，现在已经在许多企业中用于作业处理和定单执行。
高级计划系统（APS，AdvancedPlanningSystems）作为ERP的补充，用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。
APS应用各种优化技术，并根据企业的商业目标来改进计划。
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[1]，本文主要介绍APS中生产计划排程（ProductionPlanningandScheduling）模块的基本原理和在食品制造企业中的具体应用。
1.1论文研究的背景
在行业竞争压力日益加剧的形势下，已经有越来越多的企业意识到企业管理现代化、信息化的重要性，逐渐用上了ERP等现代化的企业管理软件。
与其它管理软件相比较，ERP即强调的是以生产为核心。
但是实施过ERP的部分企业却都存在这样的一个现象：
企业已经上了ERP系统，在业务管理层面上ERP搞得如火如荼，企业管理看似已经实现了信息化，然而这些信息化好像跟车间的生产调度人员毫无关系。
工厂车间里或是生产线上的所进行的生产作业计划、生产过程的调度和管理仍在沿用原始而低效的方式—凭借生产调度人员的经验，甚至有时候可以说是凭感觉在进行决策。
制造业的生产调度和管理工作是非常复杂的，整个生产排程的形成需要经过一系列复杂的分解和计算，需要涉及到生产过程中每一个具体的工艺和工序，而这其中又有许多的约束条件需要满足。
如此繁杂的工作如果仅凭人工调度管理很难收到理想的成效。
企业已经使用了以生产为核心的ERP管理软件，为什么还存在软件无法触及的领域?
我们先来看企业的生产计划是如何形成的。
企业制定生产计划的过程一般通过两个步骤来完成，首先是生成主生产计划，然后再根据主生产计划生成生产作业计划。
‘主生产计划’一般是由管理人员直接从订单中提取出来，当然，对于一些比较大型的企业，它的主生产计划除了来自订单还有可能是来自于市场预测。
在这个过程中会有一些针对行业的特殊计算方法，当然有些企业也会加一些根据自身企业特点定制的计算方法，把这些计算方法经过一些四则运算式的统计分析，再由ERP软件来做二次开发。
但总的来说，在这一部分中主要还是管理者在进行决策，也就是说人的因素起着绝对作用。
仅有主生产计划还远远不够。
接下来，还需要根据主生产计划再进一步细化，划分出详细的生产作业计划，也就是详细生产排程。
把一个简单的主生产计划按照它的生产要求自动分解为复杂、具体的生产作业过程，这个过程就是详细生产排程，详细生产排程是ERP系统中最为重要的一个环节，同时也是ERP实现以生产为核心的关键所在。
但是，从我们实施过程中了解到的情况来看，目前大多数的ERP生产管理都把主要注意力放在第一部分—以四则运算的主生产计划，大都是先利用BOM解决MRP即物料需求计划，然后再记录和统计生产过程。
而在企业最需要的详细生产排程环节却最薄弱。
在制造业中，整个企业的核心是生产制造，如果忽略了这一重要环节，那么现代化的高效率生产还是难于实现。
从中我们可以看出，企业如何对企业最底层的生产资源——人员、设备、场地等，按照他们的能力进行合理安排，这是生产计划排程必须要解决的问题。
这也正是目前ERP普遍所忽略的，直接制约了ERP的发展[2]。
然而，面临瞬息万变的商业环境和激烈的价格竞争，以及客户要求提高服务质量以及越来越广泛的产品选择，怎样才能在不影响客户服务质量的前提下缩短供应周期，最大限度实现客户满意度，这是每个制造企业需要考虑的一个问题。
大多数ERP软件能让用户了解其工厂的运行状况，但对于生产部件的资源（如设备、构件和人力等）方面的实际能力并没有予以考虑，因此无论资源是否超负荷使用，都采用相同的设备时间来计算投产时间。
这样的排程计划产生以下不良后果：
①资源超负荷运行；②在制品增加；③交货延迟；④订单执行超过预期时间；⑤提前订购生产原料导致库存成本增加等。
作为主管生产的相关人员，他们时常会面临这样的问题：
能否分配有限材料和能力，以满足客户交付日期和优先订单的要求?
能否确定最佳的生产顺序以减少设置和更换?
能否通过降低生产负荷或合理分配生产以平衡工厂生产能力?
能否使供应商交货与工厂排程相同步?
作为销售人员，他们可能面临着这问题：
能否在顺利完成已有订单计划的前提下对新订单的交付日期尽心承诺?
制造商必须具备计划、优化和排程的能力，以便应用最合适的技术解决其与众不同的计划和排程问题。
而APS（高级计划排程）系统是在ERP的基础上不断发展起来的，它弥补了ERP的多种不足之处，集成了车间任务和车间作业功能，使生产计划到车间执行、生产调度一气呵成，它以独有的优势能很好地解决这些传统排产方法难以解决的难题。
APS在生产计划与排程上的优势到底如何?
它的优势又是如何体现的?
这正是本文的研究的动机。
1.2研究的主要内容
本课题主要对生产计划与排程的优化理论进行研究，然后运用asprovaAPS软件对企业实际生产进行生产计划与排程，从而展现APS系统在生产计划与排程上的优势。
主要内容包括以下五个部分：
第一章是绪论，主要介绍了论文研究的背景、主要内容以及研究意义。
第二章首先介绍了APS相关概念，包括APS的起源、APS的现状及发展趋势；然后论述了APS的特点和理论，并把APS与MRP、ERP进行了详细的比较；最后介绍了APS排程时的相关原则和限制因素。
第三章讲述了某食品制造（方便面）企业实际情况与存在的问题。
该章节首先介绍了该公司的业务流程、生产流程、车间制造流程及公司存在的主要问题，然后针对问题提出导入APS并运用asprova软件进行生产计划与排程工作
第四章是asprovaAPS的建模与设计的过程。
该章节数据量大，详尽展示了asprovaAPS系统的建模与模块设计过程通过模拟展示了APS在生产计划与排程方面的优势。
第五章为论文总结及展望。
1.3论文研究的意义
首先，从实际意义来说，APS的应用有利于提高ERP实施的成功率。
目前，越来越多的企业选用ERP这一先进的管理信息系统以提升企业的核心竞争力。
但是，ERP实施后，是否能达到期望值却值得商榷。
现代的制造企业中，计划部门都处于关键地位。
计划部门直接负责协调企业的各种业务活动，如制造、库存、采购、销售以及供应链上的其它资源。
计划部门按照一定的规则如订单/计划等，协调这些行政独立的部门，形成企业的增值链，从而为企业创造效益。
计划部门的运营情况直接决定着企业是否能够以最低的成本、最短的时间、最优的质量向客户提供满意的服务。
但是，相关研究[3]表明2004年中国制造企业应用最多的仍然是ERP系统中与财务与物流相关的模块，然而为生产与成本相关的模块管理，使用较少的是车间管理与决策支持等系统。
而在制造企业中应用了生产与成本系统的主要管理基础较好的大、中型企业。
在ERP的深化应用方面，如车间作业管理、及时生产、决策支持系统等，在本世纪才刚刚得以推广，所以，在我国制造企业中应用程度不高[4]。
实施动机决定了实施的模块，所以，与ERP的核心MRP、MRPⅡ相关的生产控制模块的实施比例只有66％，排在第五位。
同时，在已实施的模块中有55％的答卷者认为最难实施的模块是生产控制模块[5]。
美国AMR（AdvancedManufacturingResearch）的研究中心经调查认为，那些已经采用APS模式的企业产生的投资收益率约为300％，并称APS是日益复杂的商务环境下具有革命性进步的企业计划工具[6]。
所以，企业在应用ERP的基础引进APS，能够使企业的效率进一步提高，充分满足客户的需求，增强企业的核心竞争力。
通过现代的技术手段将这些过程自动化并对其进行有效地管理以提高企业运作效率，降低成本，增强规范和标准化，提供更加充分、准确、及时地信息用于决策，便是APS（高级计划排程）要解决的问题。
其次，从理论意义上来说，APS解决了ERP核心系统MRP在系统设计方面的先天缺陷。
APS的出现解决了ERP的核心即MRP得出的计划缺乏弹性的问题。
APS能够针对所给定的生产状况（主生产计划、能力数据、工艺路线等），采用诸如线性规划、整数混合规划、推理、约束理论、模拟等方法，在有限的生产能力下得出最合理的排程计划，并允许人机的交互，包括选择各种排序规则（如最小成本会最大顾客满意度）和对生产车间的能力的安排可以做出多种选择（如柔性的倒班安排等）。
在商业软件中，利用APS得出的排程计划可以指明计划周期内的每批物料在特定加工设备的加工次序，并可以通过直观的甘特图形式给出。
将APS和MRP集成起来就可以实现MRP具体排程计划。
所以，APS在理论上是MRP的发展和补充[7]。
第三，从实践意义来说，本文通过对某一现实食品制造企业的业务流程、生产流程以及车间制造流程的详细论述，运用asprova软件进行生产计划与排程的模拟从而展现了APS在排产上的优势。
这个模拟过程对于食品制造企业真正导入APS系统利用asprova进行生产计划与排程具有一定的参考作用。
2APS相关理论
2.1APS的相关概念
2.1.1APS的起源
高级计划系统的一些主要思想在20世纪50年代以前就已经出现，主要以比较直观的甘特图和数学规划模型解决计划问题为代表。
这些思想和方法对于APS的萌芽和发展起到了奠基性作用。
在50年代后期和60年代初期，很多公司开始配置计算机，用来观察存在问题的计划，优化少数关键性的材料来平衡对产品的需求，并且开始考虑能力需求。
这一时期，“最优化”的定义促进了APS的发展。
从60年代中期到70年代，一些跨国公司为了解决越来越复杂的制造业问题，开始在公司内部开发产品来解决线性规划计划，以IBM公司的MRP系统为代表，并且为80年代MRPⅡ的出现奠定了基础。
此后的高级计划排程逐渐与最优生产技术（OPT，又称“约束理论”）[8]、MRPⅡ、人工智能和专家系统相结合。
90年代以后，供应链管理思想为越来越多的大型企业所接受，它涉及跨企业组织的计划系统，而APS能够统一和协调企业间的长中期的计划，是供应链管理的核心。
所以，与供应链管理相关的需求促进了90年代APS的发展[9]。
2.1.2APS的概念
高级计划与排程（AdvancedPlanningandScheduling，APS），通常用于制造企业内部各种生产计划的制定、车间工序的排程与优化。
APS是随着ERP系统的大力推广和广泛应用而出现的，可以说APS的应用是以ERP为基础的。
可以这样定义：
APS是一种基于约束理论的高级计划与排产工具，其功能优势表现在拥有实时的、基于约束的重计划功能[10]。
在生产计划与排产的过程中，APS不仅考虑企业内部的资源与能力约束（物料、机器设备、人员等），同时还要考虑企业外部的因素（供应、客户需求、运输等）。
APS基于智能化的运算法则，运用高速缓冲运算机制，对百万个其至更多的可行方案快速做出筛选，从中获得一组最优方案来指导企业的计划、采购、生产、库存等，并通过对资源计划和执行情况进行分析，最终得出更好的决策和优化方案。
在计划与排产的过程中，APS将企业内外的资源与能力约束都囊括在考虑范围之内，用复杂的智能化运算法则，作常驻内存的计算。
这样就形成了APS的3项核心技术特征[11]：
（a）基于约束理论（TOC）。
（b）采用多种优化算法。
（c）采用脱机主服务器常驻内存运行的计算机技术。
2.1.3APS的现状及发展趋势
目前，APS主要应用于传统的制造业、快速消耗的商品行业等。
制造业是APS系统供应商所在的传统领域。
许多公司都是资金密集型企业。
物料清单不是很复杂，允许相当大小的建模来模拟业务。
传统的主要问题是存货成本和客户服务成本。
APS帮助计划者来协调这些冲突来得到最优计划。
在快速消耗的商品行业，公司的主要问题就是把它们的制造计划与销售计划相联系。
APS是在整个的销售网络中为了制造设备和约束条件建模。
特别是当一个公司有大量的工厂为全球化的销售网络工作时，APS能够对存货、制造功效和客户服务进行控制。
在国外，主要是软件公司对APS进行研究。
著名软件公司有i2Technologies、Inc.、SAP、SystemMolding以及Thru-PutTechnologies等，各个公司的产品特点都各有不同，在此就不赘述。
而在我国，APS的实施应用才刚刚起步。
联想实施了APS，取得了初步成效，也为我国的其他企业实施APS提供了宝贵的经验。
但国内对于APS的理论及软件开发的研究，却寥若晨星。
尽管APS具有强大的功能，非常适合于供应链整体计划问题的解决，但在我国企业管理实际中，APS应用仍然存在很多需要解决的问题:
（1）外部应用环境还不具备条件
APS功能的发挥主要在供应链管理上，而我国企业的供应链管理还停留在非常初级的阶段，企业对于供应链竞争的意识还很模糊,因此，APS难以找到真正的用武之地。
其次，APS需要全社会企业间的网络通讯基础设施的支撑，而我国的网络基础设施建设还不够完善，企业网络应用水平还很低，这些都阻碍了APS的应用。
（2）企业内部信息化基础薄弱
APS的运行需要有ERP/MRPII/CRM等系统提供的数据支持，而国内大中型企业采用上述系统的比例不足20%（有些企业虽然也称之为ERP，但充其量只能算是MIS）。
基本的内部管理信息化问题尚未解决,应用APS缺乏基础。
（3）APS与ERP的整合还有待完善
目前i2等公司提供的APS系统可以与ERP结合，但只限于SAP，ORACLE等少数产品。
和MRPII不同，ERP没有严格的技术规范，这就使得APS不能和广泛的ERP系统结合。
因此,国内大部分企业实际上还不能实现APS与ERP系统的结合。
（4）价格昂贵
一套APS软件系统需要几十甚至百万美元，相关硬件与网络投资也很昂贵。
我国加入WTO以后,与跨国公司的合作项目大大增加，带来了世界先进的管理思想。
随着我国社会信息基础设施的日益完善、企业信息化水平的逐步提高，可以预言，未来三到五年内，APS在我国的应用将开始进入实质性阶段。
二十一世纪信息时代，代表当今先进管理思想的高级排产计划系统，APS的发展呈现以下趋势：
（1）与ERP集成，形成ERP的排程计划
将ERP扩展到供应链管理，利用无所不在的电子网络使得企业的供应链从原料供应、工程设计刀零件制造合作和的组装、分销，最终到消费者实现有效合作，加快整个物流的速度。
从而使企业之间实现动态交易，实现动态化响应，是满足需求的能力大大加强。
（2）与供应链管理更加紧密结合
和生产计划系统不同，APS以企业整体水平的资产收益率（ROI）等指标为目标函数，运用各种先进的模型进行跨企业优化，范围不限于生产计划，使供应链更加有效地运行。
而基于电子商务（ElectronicCommerce）的供应链管理[12]更加需要APS系统的协调。
（3）应用范围越来越广
虽然APS是从大型企业计划系统基础上发展起来的，但其计划原理同样适合于中小企业。
目前由于价格等因素，中小企业还不能应用APS系统,但随着APS研究的深入，在不久的将来，小巧灵活的APS系统将为中小企业的计划优化服务。
（4）集成化与分散化
计划系统的发展早期是处理分散、单一的问题,到APS阶段则成为各种计划技术与方法的系统融合，体现了计划思想的高度集成。
然而,由于现实问题的复杂性，如不同的行业与产品特点、不同的企业规模等，对一些企业来说，采用庞大完整的APS系统并不是最佳选择。
而结合行业与产品特点、各具特色的先进计划系统同样是APS的发展趋势。
（5）与项目管理结合
由于消费者个性化需求的日益增长，产品大量生产的时代即将过去，需要对以前根据批量生产形成的管理理论进行反思，大规模定制（masscustomization）[13]就是个性化产品生产的有益尝试。
个性化产品就是一个个项目，项目管理必将成为21世纪管理学的重要组成部分。
因此，APS应该与项目管理结合，形成企业整体的计划管理系统。
2.2APS的系统结构和功能模型
2.
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