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论生产计划排程APS系统的几大问题

2018/7/31    来源:e-works    作者:冯春山      
关键字:APS  计划  排程  
笔者从事制造业,面对的就是离散型生产模式,对生产计划排程问题有切身体会。下面就生产计划排程APS系统的几大问题,与国内同行分享自己的经验和观点。

    生产计划排程是个很复杂的问题,特别是对多品种、小批量的离散型生产。自动排程软件,即高级计划排程软件,英文简称是APS(Advanced Planning and Scheduling)。APS软件在中国的应用并不是很成功,因为排程软件本身逻辑复杂,而且在实际应用中变数较多,例如设备故障,原料供应不及时等。笔者从事制造业,面对的就是离散型生产模式,对生产计划排程问题有切身体会。下面就生产计划排程APS系统的几大问题,与国内同行分享自己的经验和观点。

    1.排程的目标

    制造企业如果想实现生产计划自动排程,或者说改进自己企业的生产计划排程,就要明确排程中的一些重要问题。第一个问题就是生产目标,笔者认为生产有以下三个目标:

  • 第一个目标是满足客户的交货期。只有满足了客户交货期要求,才能实现销售收入。
  • 第二个目标是设备利用率。设备利用率越高,生产成本越低,设备投资回收也就越快。企业间的竞争也是生产成本的竞争,谁的生产成本越低,谁的价格就更有优势。生产计划排程的目标就是要设法提高设备的利用率,降低生产成本。
  • 第三个目标是控制合理的库存。 一般说,库存也不是越少越好。库存多了占用企业资金,无益于企业经营;如果没有库存可能无法满足客户增加的需求。客户的需求,往往具有波动性。例如季节性很明显的产品,如电扇,夏季销量多,冬季销量少。这样企业在冬季安排生产时就会留有库存,以备夏季销售旺季。

    2.各项计划安排的顺序

    生产型企业按照产品类型可分为两类:一类是产品组装型生产,例如电视机、自行车、汽车的生产都属于这种类型,另一类是单品型生产,最终产品是单个的零件。从生产的复杂性来说,最终产品是组装品的生产更复杂,而生产计划排程这个课题的研究就要从复杂的问题入手。对于离散型的最终生产产品是组装品的企业,它的整个生产计划可以分为四个计划:组装计划、外协零件采购计划、公司内部零件加工计划和原材料采购计划。排程顺序是先排组装计划,有组装计划之后,再引出公司内部零件的加工计划,外协计划和原材料采购计划。为什么要先排组装计划?组装品是将不同零件按照一定比例组装而成,形成一个产品才能对客户发货。如果不先从组装计划去分解很难保证零件齐套,会出现有的零件多、有的零件少、比例不协调的情况。多的零件无法生产发货也没有意义,势必会造成不必要的浪费,所以在排计划时需遵循上述顺序原则。

    3.排程周期

    从时间长度来分析,年计划为长期计划,月计划为短期计划。长期计划是根据企业发展战略制定的,而短期计划关系到企业日常的生产经营活动,生产变数多,是难点所在,因而需要重点研究。短期计划排程跨度是生产企业需要考虑的问题,有一个月、两个月或者三个月几种选择。依据四个排程的先后顺序,先考虑组装计划。笔者的观点是排三个月的组装计划,因为原材料采购需要周期,公司内部零件生产加工也需要周期。以机械加工为例,它的原材料是毛坯,给毛坯厂家下达毛坯的采购计划,毛坯厂家可能一个月才能交货。毛坯加工到零件加工完,或许又要10多道工序,需要1个月。只有组装计划排3个月,用第1个月的计划指导组装车间生产,第2个月的组装计划安排本月的零件加工计划,第3个月的组装计划安排本月原材料采购计划,在组装前需要的零件才能到位。3个月组装计划滚动循环,实现从原材料到组装产成品生产过程的紧密衔接。

    4.瓶颈设备的确定

    瓶颈设备指的是整个生产系统卡脖子的设备,一个企业可能有很多设备,但是不会所有的设备都是瓶颈设备。瓶颈设备是对工序的能力有严重制约的设备,例如一个零件有二三十道工序,可能有两三个工序是瓶颈工序,这两三个工序所使用的设备就是瓶颈设备,整个企业的生产能力实际上是由这些瓶颈设备决定的。企业要实现设备能力的充分利用,重点就在于发挥这些瓶颈设备的最大产能。可以用excel图表的方式这种简单的手段来识别瓶颈设备(图表如下)。统计出一段时间,例如一个月,企业需要生产的产品,累积计算出各个设备需要的设备能力。图中粉线表示设备理论能力,柱形表示设备需要能力。如果柱形突破粉线表示能力不足,反之,未达到粉线表示能力尚有富余。

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图1 用excel图表方式识别瓶颈设备

    5.排程的算法

    排程的算法有很多,有启发式算法,遗传算法等。每种算法都有各自的特点。启发式算法是基于设定的规则进行的算法,规则是基于直观或经验构造的。遗传算法是对非线性问题求解比较好的可行解,但计算量很大。笔者认为启发式算法较好,因为一般企业的数据计算量非常大,而且整个生产现场的形势不断变化,排程要在极短的时间内算出结果,最好在几分钟内完成计算。如果整个计算过程耗时过长,也就失去了它的指导意义,因此时间因素非常重要。启发式算法可以根据特定的问题设定特定的规则,相对来说是计算快速,比较实用的算法。

    6.库存控制的原则

    研究库存问题,首先要对不同形态的物料进行分类,不同类别的物料由不同的规则来控制。具体可以分为三类:
    (1)产成品。完成了客户订单需要,可以发货的,为产成品;
    (2)公司内部的半成品。产成品之前的为半成品;
    (3)外协品。直接采购的零件和采购原材料都算外协品。

    产成品的库存和客户订单的波动性有关系,如果客户订单在不同月份波动很大,那么产成品的库存相对要多。公司内部加工的半成品,原则上越少越好,零库存最好,但是由于零件有前后工序的制约往往做不到。举个例子,如果零件前工序快后工序慢,那么通常前后工序可以同时加工,前工序半成品的库存数就是零。但是如果前工序慢后工序快,往往就不能同时加工。因为如果同时加工的话,后工序会是一种待料加工的状态,会造成设备能力的浪费,必须前工序库存累积到一定的程度,后面的工序才能开始加工。加工节拍的不平均势必会造成半成品库存,这是无法避免的事情。外协品的库存跟采购周期有关,采购周期越长,库存就越多。例如发出采购订单后,外协厂如果一个月才能供应到货,那就意味着企业自己至少需要一个月库存,才能保证生产不间断。

    7.APS的实施

    企业购买APS系统或者自行开发之后,接下来的问题就是具体实施。笔者负责所在企业的APS系统开发和实施,这里以笔者所在的企业为例,介绍一下实施过程。

    首先是对使用人员的培训,任何信息系统都需要由人来操作。使用人员对APS的概念、功能和操作方法的了解程度,对实施效果有直接影响,可以采用集中培训和个别培训相结合的方式。

    APS实施的总体原则是先易后难,先从简单的模块入手然后再扩展到更难的模块。前面已经介绍过生产计划的四个部分,在实施时也存在一定的先后顺序。第一步,先实施组装计划部分,因为组装计划是源头,并且组装品数量相对少,实施容易。第二步,组装计划之后实施外协采购计划,外协采购计划不涉及生产能力计算,比公司内零件加工计划简单。第三步,是实施公司内零件加工计划和原材料采购计划,这两部分可以一起推进。

    APS是一个复杂系统,无论开发还是实施都相当复杂,对复杂问题的解决方法是分而治之,将复杂问题分解为多个小问题,每个小问题依次处理。APS的开发和实施需要遵循这样的方法,开发时划分多个模块,实施时分多个步骤,这样才能获得成功。

责任编辑:田耘
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