供應(yīng)鏈高級計劃系統(tǒng)APS

1、供應(yīng)鏈高級計劃系統(tǒng)（APS ）APS與傳統(tǒng)的企業(yè)資源計劃（ERP）不同，它試圖在直接考慮潛在瓶頸的同時，找到跨越整個供應(yīng)鏈的可行最優(yōu)（或近似最優(yōu)）計劃、刖言近年來，許多企業(yè)開始把注意力放在自己的核心競爭能力上，對一些非強項業(yè)務(wù)則盡可能外包給別的公司。結(jié)果，銷售給顧客的產(chǎn)品或服務(wù)，其特征和質(zhì)量在很大程度上取決于供應(yīng)鏈上的所有相關(guān)企業(yè)。這便帶來了新的挑戰(zhàn)：如何實現(xiàn)供應(yīng)鏈的集成？如何更有效地協(xié)調(diào)和控制企業(yè)間的物流、信息流和資金流？對于這些問題，需要有一個全新的管理理念和方法-供應(yīng)鏈管理。SCM方法的研究和實施為企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟效益，今天，許多企業(yè)都選擇了供應(yīng)鏈和物流管理作為獲取新的競爭優(yōu)勢所必須

2、采取的戰(zhàn)略步驟。在過去十年中，信息技術(shù) （如強大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ），通信手段（如通過INTERNET 的電子數(shù)據(jù)交換），以 及復雜數(shù)學模型的各種求解方法（如數(shù)學規(guī)劃）的發(fā)展為計劃和控制供應(yīng)鏈流程開闊了新的視野。顧客訂單、需求預測或市場趨勢可以被分解成必要的活動，立刻送到供應(yīng)鏈各組織當中，并通過高級計劃系統(tǒng) （APS）生成準確的生產(chǎn)計劃和程序來保證按時完成訂單。APS與傳統(tǒng)的企業(yè)資源計劃 （ERP）不同，它試圖在直接考慮潛在瓶頸的同時，找到跨越整個供應(yīng)鏈的可行最優(yōu)（或近似最優(yōu)）計劃。本文通過對層次計劃（HIERARCHICAL PLANNING）和供應(yīng)鏈計劃任務(wù)的闡述，介紹了高級計劃系統(tǒng)（AP

3、S）。二、什么是計劃？為什么要計劃？整個供應(yīng)鏈中每分鐘都有成百上千個決策需要制定和協(xié)調(diào)，這些決策的重要性不盡相同，既有相當簡單的問題如下一步各機床計劃完成哪項工作？”，也有非常重要的決策如是否新開或關(guān)閉一家工廠。一個決策越重要，就越需要更好地準備，這種準備工作就是計劃。計劃通過識別將來的各種可行活動，選擇其中好 的甚至最好的來支持決策。計劃過程可分為幾個階段：認識和分析決策問題；定義目標；預測未來狀況；識別和 評估可行活動；最后是選擇最優(yōu)方案。供應(yīng)鏈非常復雜，現(xiàn)實中要處理的每個細節(jié)并非都能（或應(yīng)當）在計劃中考慮，因此，有必要根據(jù)現(xiàn)實建立一個模型，以此作為制定計劃的基礎(chǔ)。建模的藝術(shù)就是要盡可能簡

4、單、盡需要詳細地表現(xiàn)真實，也即簡單而又不忽 略現(xiàn)實中的重要約束。預測和仿真模型用于預測未來的狀況，解釋復雜系統(tǒng)輸入和輸岀之間的關(guān)系，但它不支持從大量可行活動中根據(jù)標準來選擇最優(yōu)方案，這一工作通常由優(yōu)化模型來完成，它與前者的差別在于增加了一個可用來求最大或最小的目標函數(shù)。計劃不是一成不變的，計劃的有效期受到預定計劃范圍的限制。當達到計劃范圍時，需要重新制定一個新的計劃來反映當前供應(yīng)鏈的狀況。根據(jù)計劃范圍的跨度和所做計劃的重要性，計劃任務(wù)通?？煞譃槿齻€不同的計劃層次：長期計劃：這一層次的決策也稱為戰(zhàn)略決策，它制定了未來企業(yè)/供應(yīng)鏈開發(fā)所必要的框架，通常涉及供應(yīng)鏈的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，對今后幾年有長期影響。

5、中期計劃：在戰(zhàn)略決策的范圍內(nèi)，中期計劃決定常規(guī)運作的框架，特別是決定了供應(yīng)鏈中流程和資源的總的數(shù)量和時間，其計劃范圍從 6個月到24個月，考慮了需求的季節(jié)性變化。短期計劃：最低計劃層應(yīng)當把所有活動明確為可供立刻執(zhí)行和控制的詳細指令，因此，短期計劃模型要求高度的詳細和準確。短期計劃范圍在幾天到3個月之間，受到來自上層有關(guān)結(jié)構(gòu)和數(shù)量范圍決策的限制。對供應(yīng)鏈的實際性能（如提前期，顧客服務(wù)，和其它策略問題）而言，短期計劃是一個很重要的因素。按給定的標準進行比較，然后選擇最好的方案。不幸的是這一簡單最簡單的計劃方法是查看所有可選活動, 計劃程序至少會遇到三個主要困難：首先，計劃活動中常常同時有幾個標準，

6、目標之間存在沖突，各方案之間的優(yōu)先選擇也不明確。例如，顧客服務(wù)水平應(yīng)盡可能高，而與此同時又要保持庫存最少，這種情況就沒有最優(yōu)解（也即不能同時使兩個目標最優(yōu) ）。處理這種多目標決策問題的常用方法是設(shè)定一個目標在最小或最大的滿意水平，然后優(yōu)化另一個目標。在上面的例子中，人們可以在保證一個最低顧客服務(wù)水平的同時使庫存最少。另一種處理多目標問題的有用方法是對所有目標按財務(wù)收入或成本定價，然后使結(jié)果的邊際利潤最大，但不是每個目標都能以財務(wù)價值的形式來表達（如顧客服務(wù)）。還有一個更常用的方法是給每個目標定義一個系數(shù)值，然后加權(quán)求和，這種方法的缺陷是有可能產(chǎn)生 偽最優(yōu)解，因為它在很大程度上取決于任意的權(quán)值。

7、供應(yīng)鏈高級計劃系統(tǒng)（APS）從原理上支持上面各種多目標尋優(yōu)方法。其次，供應(yīng)鏈計劃的可行方案數(shù)量巨大。例如，對連續(xù)決策變量（如訂單大小或工作的開始時間），可選方案的數(shù)量實際上是無限的。對離散變量也是如此，如幾個工作在機床上的加工順序，可選的數(shù)量是一個組合大數(shù)。在這些例子中想通過簡單枚舉來找到最優(yōu)方案是不可能的，甚至要找到一個可行的方案都很困難。在這種情況下，可應(yīng)用運籌學（OPERATIONS RESEARCH）的數(shù)學方法來支持計劃流程。線性規(guī)劃或網(wǎng)絡(luò)流算法能找到精確的最優(yōu)解，然而，大多數(shù)組合問題只能通過啟發(fā)式算法（HEURISTICS）來計算近似最優(yōu)解（局部最優(yōu)），這些方法的成功也取決于問題的建

8、模方法。第三，最難的恐怕還是處理不確定性。計劃通過分析與未來狀況相關(guān)的數(shù)據(jù)來安排將來的活動，這些數(shù)據(jù)通過預測模型估計得到，或多或少存在預測誤差。這種誤差降低了產(chǎn)品的可用性（AVAILABILITY），因而也降低了企業(yè)提供的顧客服務(wù)水平。為了改進服務(wù)，安全庫存被用來緩沖實際需求與預測之間的誤差。當然，安全庫存并 非處理需求不確定性的唯一方法。需求的不確定性使計劃與現(xiàn)實之間存在偏差，因此必須進行控制，如果偏差過大，計劃就要重新修改?；瑒臃秶啊?（ROLLING HORIZON BASIS）的計劃方法就是這種計劃-控制-修改的交互實施。計劃范圍（如1年）被分成若干時間段（如12個月），計劃在1月份

9、開始時制定，涵蓋 12個月，但 只在第一個時段（1月份，稱為凍結(jié)時段）計劃才真正被付諸實施。新的計劃在第二個時段（2月份）開始時重新制定，新計劃考慮了第一個時段中的實際變化，并更新未來時段的預測。新計劃的范圍與原先的計劃重疊，但延伸 了一個時段（從2月份到第二年的1月份），如此類推。在傳統(tǒng)計劃系統(tǒng)和APS中，這種方法是處理運作計劃中不確定性的常用方法。圖1給岀了這種不斷滑動計劃范圍的計劃方法。第一牛計如的徐結(jié)時段另一種更有效地更新計劃的方法是面向事件的計劃（EVENT-ORIENTED PLANNING）。新計劃不是在正常間隔，而是在出現(xiàn)重要事件時制定，例如意外銷售，顧客訂單變化，機器故障等等

10、。這種方法要求計劃需要的所 有數(shù)據(jù)（如存貨，工作進程等）被連續(xù)更新，以便在事件發(fā)生的任何時刻都有數(shù)據(jù)可用。這種方法的一個例子就是 APS，它利用來自ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)事件來更新計劃。APS有下面三個主要特點：它是整個供應(yīng)鏈的綜合計劃，從企業(yè)（甚或更廣泛的企業(yè)網(wǎng)絡(luò) ）的供應(yīng)商到企業(yè)的顧客； 它是真正優(yōu)化的計劃,定義了各種計劃問題的選擇、目標和約束，使用精確的或啟發(fā)式的優(yōu)化算法；它是一個層次計劃系統(tǒng)，結(jié)合了上面兩個特點：供應(yīng)鏈最優(yōu)計劃既不能靠冋時執(zhí)行所有計劃任務(wù)的單一系統(tǒng)形式獲得（根本不切實際），也不可能靠依次執(zhí)行各種計劃任務(wù)取得（達不到最優(yōu)）。層次計劃折衷考慮了實用性和計劃任務(wù)之間的獨立性。

11、值得注意的是，ERP系統(tǒng)中的傳統(tǒng)物料需求計劃 （MRP）在概念上沒有上面這些特點：MRP只限于生產(chǎn)和采購領(lǐng)域，不做優(yōu)化，在大多數(shù)情況下甚至不考慮目標函數(shù)，它是一個運作層面的連續(xù)計劃系統(tǒng)。層次計劃的主要思想是把總的計劃任務(wù)分解成許多計劃模塊（即局部計劃），然后分配給不同的計劃層，每層都涵蓋整個供應(yīng)鏈，但層與層之間的任務(wù)不同。在最頂層只有一個模塊，是企業(yè)范圍的、長期的、但卻是粗略 綜合的發(fā)展規(guī)劃。層次越低，計劃涵蓋的供應(yīng)鏈局部受到的限制越多，計劃時間范圍越短，計劃也越詳細。在層 次計劃系統(tǒng)的同一計劃層中，供應(yīng)鏈各局部計劃之間通過上一層的綜合計劃來協(xié)調(diào)。圖2給岀了計劃任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)框圖。10 J1

12、1J «r中期謹細廣泛信皚腕L'圖2計劃任瓠勺層次結(jié)構(gòu)在層次計劃中向下（向上）分解（綜合）數(shù)據(jù)和結(jié)果，可以取得計劃詳細程度的增加（減少）。綜合主要涉及：產(chǎn)品（組合成批），資源（組合成產(chǎn)能組），和時間（把分段時間組合成更長的時間段）。各計劃模塊被水平和垂直信息流連接在一起，上層計劃模塊的結(jié)果為下屬計劃設(shè)定了約束，而下層計劃也將有關(guān)性能的信息（如成本，提前期,使用率）反饋給更高的層次。層次計劃系統(tǒng)（HPS）的設(shè)計需要仔細定義模塊結(jié)構(gòu)，模塊計劃任務(wù)的分配，和模塊間信息流的詳細說明。HPS通常采用滑動范圍的計劃方法，在不同層次上計劃間隔和范圍的復雜協(xié)調(diào)方法可參 閱文獻2。面向事件的計

13、劃簡化了HPS的使用，使它更加靈活， 但前提條件是有一個通信系統(tǒng)能對有關(guān)的計劃層和任務(wù)模塊發(fā)出 事件”報告，此外，一個計劃任務(wù)的結(jié)果也應(yīng)能對其它計劃任務(wù)發(fā)出事件報告。APS有三個主要優(yōu)點：信息可視化，減少計劃時間，和允許方便地應(yīng)用優(yōu)化方法。正因為如此，許多計劃 人員或許會擔心自己的工作會被計算機所代替。然而，模型只是現(xiàn)實的近似，人們的知識，經(jīng)驗和技能仍然需要 來彌合模型和現(xiàn)實之間的差距。計劃系統(tǒng)無論多么高級也只是支持人們制定決策的決策支持系統(tǒng)。在面向事件的計劃中，通常要由計劃人員來決定是否需要修改計劃，此外，每一個計劃模塊也需要由人來負責它的功能、數(shù)據(jù) 和結(jié)果。三、供應(yīng)鏈計劃任務(wù)整個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)

14、由網(wǎng)絡(luò)中每個伙伴的內(nèi)部供應(yīng)鏈組成，內(nèi)部供應(yīng)鏈包括四個主要的供應(yīng)鏈流程，其計劃任務(wù)不盡相同。采購流程包括所有為生產(chǎn)提供必要資源（如物料和人力等）的子流程，資源的有限能力是生產(chǎn)流程的輸入，生產(chǎn)流程也由許多子流程組成。分銷流程彌合了生產(chǎn)地點和顧客（零售商或其它進一步處理產(chǎn)品的企業(yè)）之間的距離，銷售流程確定顧客需求和訂單數(shù)量，驅(qū)動其它三個流程。供應(yīng)鏈計劃矩陣（SCP-MATRIX） 根據(jù)計劃范圍長短和供應(yīng)鏈流程對計劃任務(wù)進行分類（如圖3所示），圖3給岀了大多數(shù)供應(yīng)鏈類型中常見的計劃任務(wù)，任務(wù)的內(nèi)容隨各行業(yè)不同而不同。圖中長期任務(wù)只用一個長方框， 體現(xiàn)了戰(zhàn)略計劃內(nèi)容廣泛綜合的特點，其他方框是矩陣輸入，表

15、示不同的流程計劃任務(wù)。SCP-MATRIX 可供APS開發(fā)商用來定位他們的軟件模塊，以便涵蓋矩陣中所有的供應(yīng)鏈計劃任務(wù)。生產(chǎn)長期娜1規(guī)創(chuàng) 俱應(yīng)商遴澤-TJ-是磴ItU中期-物料冷文K1勘曲1卜加工怖產(chǎn)k-年間控制磴翳雪V中葫昭11創(chuàng)軻喰運斜劃n圖3供應(yīng)鏈計劃矩陣在圖3的層次計劃系統(tǒng)中，各計劃模塊之間通過信息流協(xié)調(diào)和集成，可分為水平信息流和垂直信息流:水平信息流：從供應(yīng)鏈下游向上傳遞，包括顧客訂單，銷售預測，倉庫補貨訂單，各部門之間的內(nèi)部生產(chǎn)訂單，和給供應(yīng)商的采購訂單，整個供應(yīng)鏈受顧客需求驅(qū)動。計劃模塊之間（不僅限于相鄰模塊）更多信息的雙向交換能夠大大改進供應(yīng)鏈性能 （如長鞭效應(yīng)”）這些信息主要

16、包括實際庫存，可用能力，提前期和銷售點數(shù)據(jù)。垂直信息流：從上層向下流動，通過高層計劃的結(jié)果協(xié)調(diào)下層的從屬計劃，主要信息包括分配給生產(chǎn)車間、部門或流程的綜合數(shù)據(jù)，而協(xié)調(diào)則通過能力分配和設(shè)定交付日期來取得。從下層向上流動， 提供上層有關(guān)供應(yīng)鏈性能更詳細的數(shù)據(jù)，如實際成本，生產(chǎn)率和設(shè)備使用率，提前期等等，這些信息在上層計劃中用來預測下層更詳 細的流程結(jié)果。四、APS 實例：i2 RHYTHM位于德州達拉斯的i2 Techonolgy公司通過它的 RHYTHM 軟件包提供各種 APS軟件模塊。i2成立于1988年，它的第一個軟件產(chǎn)品是Factory Planner，最初在金屬工業(yè)中取得很大成功，目前i

17、2為汽車、消費品和高科技工業(yè)提供各種優(yōu)化B2B流程的軟件模塊。最近，i2推岀一套新的解決方案TradeMatrix，提供公共和私營電子市場所必須的軟件和服務(wù)。i2在2000年與Aspect Development公司合并，并與 IBM和Ariba結(jié)成了伙伴關(guān)系。根據(jù)供應(yīng)鏈計劃矩陣給岀了i2 RHYTHM 的部分APS模塊，不同模塊之間通過RhythmLink協(xié)調(diào)和集成，物料需求計劃的任務(wù)則由其它ERP系統(tǒng)完成。Supply Chain Strategist（供應(yīng)鏈戰(zhàn)略）:支持整個供應(yīng)鏈上的"what-if" 戰(zhàn)略分析，決定生產(chǎn)地點、分銷中心和其它設(shè)施的最優(yōu)組合和定位，根據(jù)不

18、同方案建立有關(guān)成本和約束的物流模型。Dema nd Pla nn er（需求計劃）:提供各種統(tǒng)計方法，隨機因素的包含，以及不同組織單位的多輸入管理。提供POS（銷售點）數(shù)據(jù)集成并能以不同方式查看需求信息。此外，OLAP（在線分析處理）工具能有效存取有關(guān)數(shù)據(jù)，PRO（產(chǎn)品關(guān)系對象）模塊支持相關(guān)預測的生成。相關(guān)預測是指通過對產(chǎn)品組的預測來導岀單個產(chǎn)品的預測。Supply Cha in Pla nner（供應(yīng)鏈計劃）:根據(jù)物料、能力、運輸和顧客服務(wù)的約束建模和優(yōu)化供應(yīng)鏈。SDP（策略驅(qū)動計劃）模塊允許計劃人員定義問題類型和應(yīng)用適當?shù)乃惴ǎㄈ缇€性規(guī)劃、啟發(fā)式推理和基因算法）進行優(yōu)化。Dema nd F

19、ulfillme nt（需求滿足）：生成約束驅(qū)動計劃，提供所有分銷和生產(chǎn)地點的成品、半成品、原材料和資源能力在整個供應(yīng)鏈范圍的可視性。Factory Planner（工廠計劃）：根據(jù)需要日期向后排產(chǎn)或當考慮物料和能力約束時從當前日期向前排產(chǎn)來生成最優(yōu)生產(chǎn)計劃。在生成無限能力計劃之后，有限能力計劃由i2的專利產(chǎn)品Constraint AnchoredOptimizatio n（約束優(yōu)化模塊）決定，不過計劃人員也可以通過分析能力短缺和執(zhí)行"what-if"分析施加影響。Optimal Scheduler（最優(yōu)排產(chǎn)）：建立基于基因算法的加工工序和排產(chǎn)計劃。約束定義和優(yōu)化算法的分開

20、允許處理大量約束，這些約束包括車間能力，工作負荷平衡，物料可用性等等，此外，交互排產(chǎn)編輯器允許手動 更改。Transportation Modeler, Optimizer and Manager（運輸建模、優(yōu)化和管理 ）：是支持分銷計劃流程的工具。運輸建模幫助企業(yè)有效地利用它的運輸網(wǎng)絡(luò)，實際數(shù)據(jù)被用來做"what-if" 分析。運輸優(yōu)化根據(jù)交付、設(shè)備和人力約束自動建立和發(fā)送貨物，決定裝貨和交付時間，此外，它也考慮了成組約束和自動選擇接駁（cross-dock in g）機會。最后，運輸管理器執(zhí)行和管理從訂單到顧客服務(wù)和財務(wù)結(jié)算的整個運輸流程活動。為了使供應(yīng)鏈伙伴之間能互相

21、協(xié)作，i2還推岀了 TradeMatrix 和Global Logistics Manager（全球物流管理）模塊。TradeMatrix支持采購服務(wù)（如電子商務(wù)市場）、協(xié)作計劃流程、談判和其他B2B解決方案。全球物流管理模塊是一個流程建模和監(jiān)控系統(tǒng)，它提供多模式多企業(yè)物流運作的可視性，這一模塊的功能包括：訂單和庫存的可見和跟蹤，性能測量，失效報警和改進顧客服務(wù)。供應(yīng)鏈全局優(yōu)化-高級計劃排程系統(tǒng)（APS）APS是應(yīng)用啟發(fā)式的方法和線性規(guī)劃模型（LP）制定基于約束的供應(yīng)鏈計劃.因此APS的重點是基于約束理論對整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)進行優(yōu)化.一個企業(yè)要實施 APS至少應(yīng)該 MRP或MRPII實施的比較完善

22、而且沉淀有 2-3年的時間，ITEM/BOM等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完備而且具備較高的數(shù)據(jù)準確性（90%以上）.如果這些基本條件都無法達到,APS是很難實施成功的.現(xiàn)在大型的ERP系統(tǒng)如Oracle和SAP等本身就有 APS功能,單獨的APS提供商中I2是比較專注做 APS這塊 的,很多500強企業(yè)上APS時候基本也選擇的I2的解決方案.過來的聯(lián)想和華為也采用的 I2的解決方案，12有 專門的ODS,實施的時候重點是要采用 ETL工具對數(shù)據(jù)進行抽取和整合 .聯(lián)想用的SAP系統(tǒng)而華為用的 Oracle ERP,可見I2本身對大型ERP系統(tǒng)的集成是比較好的.上APS的目的就是要進行供應(yīng)鏈的優(yōu)化 ，我們談集成供應(yīng)

23、鏈就是要從系統(tǒng)的角度出發(fā)，從整個供應(yīng)鏈過程去尋找最優(yōu)化方案而不是單純的去追求某一點上業(yè)務(wù)流程的最優(yōu)化.對于一個兩個月后要交付的訂單,以下是常見問題1. 按正常途徑能否履行承諾（ATP）2. 如果延誤其它訂單是否可以滿足承諾（需求優(yōu)先級）3. 是否使用替代物料增加采購成本可以滿足承諾?（替代）4. 增加設(shè)備，增加工人加班或替代工藝路線是否可滿足承諾？4. 全球化時候客戶訂單應(yīng)該選擇在哪個工廠生產(chǎn)是最優(yōu)的5. 需求和供應(yīng)間能否進行有效的追蹤?（MRP運算邏輯）6. 能否用歷史的產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)來指導后期預測?（預測模型）7. 設(shè)備的產(chǎn)能和現(xiàn)有資源能否很好滿足訂單履行（CP）8. 訂單數(shù)量太大供應(yīng)商產(chǎn)能

24、能否滿足？APS重點就是通過模型運算得岀參考數(shù)據(jù)，給岀多種可選方案協(xié)助你進行各種決策.在MRP分解這一塊，傳統(tǒng)的MRP逐層分解并按時間點進行歸并，再進行庫存沖減和能力的檢查.而APS計劃邏輯強調(diào)了在分解過程中需求和供應(yīng)的匹配，可以在后期較好的實現(xiàn)銷售合同和采購訂單間的全程可追蹤性.對于MRPII考慮了能力和資源約束，但是在排產(chǎn)過程中只考慮關(guān)鍵工序的能力，而APS在排產(chǎn)過程中可以考慮到需求的有先級，而不僅僅是考慮需求的時間先后順序.APS更多的可以說是一個決策支持系統(tǒng).因此它不能完全取代ERP.所有的ITEM/BOM/工藝路線/工序/資源/供應(yīng)商/客戶等基礎(chǔ)信息仍然需要從ERP系統(tǒng)中獲取.APS

25、通過ETL將這些數(shù)據(jù)抽取和同步到自己獨立的數(shù)據(jù)庫,然后基于相關(guān)的約束理論和線性模型進行運算（出于性能考慮，整個運算往往全部在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中進行，如I2）,APS所采用的并不是單一的技術(shù)和算法，具體應(yīng)用的算法視需要解決問題的類型而定。也就是說不同的供應(yīng)鏈過程和環(huán)節(jié)可以使用不同的供應(yīng)鏈優(yōu)化技術(shù)。從采購到制造，到分銷；優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到整個計劃過程。對于運算的結(jié)果經(jīng)過人工稍微調(diào)整后得到的滿意可以的計劃就可以用來指導后期的采購和生產(chǎn)一個典型的APS計劃系統(tǒng)應(yīng)該具備的主要功能有：1. 同時考慮物料和工廠生產(chǎn)能力的約束2. 在計劃中考慮供應(yīng)鏈合作伙伴的能力，如關(guān)鍵供應(yīng)商、外包商的生產(chǎn)能力等。3. 提供一個

26、在計劃流程中將業(yè)務(wù)規(guī)則、約束和目標一體化的模型；4. 基于業(yè)務(wù)目標進行最優(yōu)化，提供多種不同優(yōu)化邏輯算法的計劃方法；5. 利用基于內(nèi)存的計劃方法，提供實時的計劃、重計劃和排程；6. 利用“ Wha-if ”析進行模擬，支持實時的決策；7. 提供強大的、實時的訂單可承諾能力，同時物料、生產(chǎn)能力、發(fā)運進行能力的檢查8. 提供基于不同業(yè)務(wù)規(guī)則的車間排程，可以進行手工交互式的排程；高級計劃系統(tǒng)(APS，AdvancedPlanningSystems )作為ERP的補充，用于協(xié)調(diào)物流、開發(fā)瓶頸資源和保 證交貨日期。APS應(yīng)用各種優(yōu)化技術(shù)，并根據(jù)企業(yè)的商業(yè)目標來改進計劃。下文主要介紹 APS中生產(chǎn)計劃排程(

27、ProductionPlanningandScheduling)基本原理。被譽為供應(yīng)鏈優(yōu)化引擎，有稱高級計劃系統(tǒng)(Advaneed Planning System)，也有叫高級計劃與排程(Adva need Pla nning and Scheduli ng)。定義不是最重要的。最重要的是對所有資源具有同步的，實時的，具有約束能力的，模擬能力，不論是物料，機器設(shè)備，人員，供應(yīng)，客戶需求，運輸?shù)扔绊懹媱澮蛩?。?論是長期的或短期的計劃具有優(yōu)化，對比，可執(zhí)行性。其將要采用基于內(nèi)存的計算結(jié)構(gòu)，這種計算處理可 以持續(xù)的進行計算。這就徹底改變了批處理的計算模式?？梢圆l(fā)考慮所有供應(yīng)鏈約束。當每一次改變出

28、 現(xiàn)時，APS就會同時檢查能力約束，原料約束，需求約束，運輸約束，資金約束，這就保證了供應(yīng)鏈計劃在任何時候都有效。也將采用基因算法技術(shù)，它是一種搜索技術(shù)，它的目標是尋找最好的解決方案。這 種搜索技術(shù)是一種優(yōu)化組合，它以模仿生物進化過程為基礎(chǔ)?；蛩惴ǖ幕舅枷胧沁M化就是選擇了最優(yōu) 種類?；蛩惴▽?yīng)用在 APS上，以獲得最優(yōu)”的解決方案?，F(xiàn)在 APS系統(tǒng)以將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 APS主要是 基于多層代理技術(shù)與制造內(nèi)部的APS主要是基于模擬仿真結(jié)合起來，使得網(wǎng)絡(luò)導向結(jié)構(gòu)的 APS解決制造同步化問題，模擬仿真APS的優(yōu)化順序器解決工廠的順序沖突問題。這樣，APS計劃的編制與順序的安排就可以提供給制造商解決

29、全球的優(yōu)先權(quán)和工廠本地的優(yōu)化順序問題，來滿足制造業(yè)對客戶響應(yīng)越來越強烈 的需求。APS應(yīng)包括哪那些內(nèi)容？1. 基于訂單任務(wù)(Job-based)訂單優(yōu)先級計劃2. 基于事件(Event-based)資源利用率最大化計劃3. 基于資源(Resource-based ，TOC)瓶頸約束計劃4. 基于物料約束的可行的計劃5. 基于歷史，現(xiàn)在，未來的需求計劃6. 基于供應(yīng)資源優(yōu)化的分銷配置計劃APS為制造業(yè)的四類制造模型提供解決方：1. 流程式模型，APS主要是順序優(yōu)化問題。2. 離散式模型，APS主要是解決多工序，多資源的優(yōu)化調(diào)度問題。3. 流程和離散的混合模型，APS同時解決順序和調(diào)度的優(yōu)化問題。

30、4. 項目管理模型，APS主要解決關(guān)鍵鏈(資源約束)和成本時間最小化問題。APS考慮不同行業(yè)的解決方案。APS的主要著眼點是工序邏輯約束和資源能力約束，物料和工序流程緊密聯(lián)結(jié)，各種優(yōu)化規(guī)則，計算最早可能開始時間和最遲可能開始時間，物料可重分配和可替代，資源可第7頁共16頁重分配和可替代，計劃排程考慮柔性 （緩沖 ），考慮成本約束，考慮非確定流程和統(tǒng)計概率論，考慮多種優(yōu)化 方案的比較分析。一般 APS 軟件都由 5 個主要的模塊組成：需求計劃、生產(chǎn)計劃和排程、分銷計劃、運輸計劃，企業(yè)供 應(yīng)鏈分析等。近年來，許多企業(yè)開始把注意力放在自己的核心競爭能力上，對一些非強項業(yè)務(wù)則盡可能外包給別的公 司。結(jié)

31、果，銷售給顧客的產(chǎn)品或服務(wù)，其特征和質(zhì)量在很大程度上取決于供應(yīng)鏈上的所有相關(guān)企業(yè)。這便 帶來了新的挑戰(zhàn)：如何實現(xiàn)供應(yīng)鏈的集成？如何更有效地協(xié)調(diào)和控制企業(yè)間的物流、信息流和資金流？對 于這些問題， 需要有一個全新的管理理念和方法 供應(yīng)鏈管理。 SCM 方法的研究和實施為企業(yè)帶來了很 大的經(jīng)濟效益，今天，許多企業(yè)都選擇了供應(yīng)鏈和物流管理作為獲取新的競爭優(yōu)勢所必須采取的戰(zhàn)略步驟。在過去十年中，信息技術(shù) （ 如強大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ），通信手段 （如通過 Internet 的電子數(shù)據(jù)交換 ），以及 復雜數(shù)學模型的各種求解方法 （如數(shù)學規(guī)劃 ）的發(fā)展為計劃和控制供應(yīng)鏈流程開闊了新的視野。顧客訂單、 需求

32、預測或市場趨勢可以被分解成必要的活動，立刻送到供應(yīng)鏈各組織當中， 并通過高級計劃系統(tǒng) （APS） 生成準確的生產(chǎn)計劃和程序來保證按時完成訂單。APS 與傳統(tǒng)的企業(yè)資源計劃 （ERP） 不同，它試圖在直接考慮潛在瓶頸的同時，找到跨越整個供應(yīng)鏈的可行最優(yōu)（或近似最優(yōu) ）計劃。原理篇高級計劃系統(tǒng)（ APS ， AdvancedPlanningSystems ）作為 ERP 的補充，用于協(xié)調(diào)物流、開發(fā)瓶頸資源 和保證交貨日期。 APS 應(yīng)用各種優(yōu)化技術(shù)， 并根據(jù)企業(yè)的商業(yè)目標來改進計劃。 下文主要介紹 APS 中生產(chǎn) 計劃排程（ ProductionPlanningandScheduling ）基本原

33、理。決策狀況描述生產(chǎn)計劃排程的目的是為車間生成一個詳細的短期生產(chǎn)計劃。排產(chǎn)計劃（ Productionschedule ）指明了 計劃范圍內(nèi)的每一個定單在所需資源上的加工開始時間和結(jié)束時間，也即指出了在給定資源上定單的加工 工序。排產(chǎn)計劃可以通過直觀的甘特圖（ Ganttchart ）形式給出。排產(chǎn)計劃的計劃間隔可以從一天到幾周， 取決于具體的工業(yè)生產(chǎn)部門。 合理的計劃長度取決于幾個因素： 一方面，它至少應(yīng)當涵蓋與一個定單在生產(chǎn)單元中最大的流動時間（ flowtime ）相對應(yīng)的時間間隔；另一方 面，計劃間隔受到已知顧客定單或可靠需求預測的可用性限制。很顯然，只有當排產(chǎn)計劃適度穩(wěn)定時，在 一個

34、資源上進行定單排程才是有用的。也就是說，它們不應(yīng)受不期望事件經(jīng)常變化的影響（如定單數(shù)量改 變或中斷）。對某些生產(chǎn)類型（如 jobshop ），生產(chǎn)計劃排程需要對（潛在）瓶頸資源上的任務(wù)定單進行排序和計劃； 而對另一些生產(chǎn)類型（如成組技術(shù)） ，生產(chǎn)計劃排程要能自動地、按時段檢查資源組的能力，看其是否能夠 在下一個時間段內(nèi)完成成組加工的一組定單。然后，可以手工排序這組定單在下一個時間段內(nèi)的加工次序。排產(chǎn)計劃任務(wù)能夠而且也應(yīng)當分散來做，這樣可以利用每個地點人們的專業(yè)知識和車間當前狀況的知識（例如人員的可用性）生產(chǎn)計劃排程受到上層主生產(chǎn)計劃的約束，主生產(chǎn)計劃設(shè)立了在分散的決策單位中執(zhí)行生產(chǎn)計劃排程的

35、框架。從主計劃中可獲得的相應(yīng)指導包括：使用超時或加班的數(shù)量；在不同時間點上來自供應(yīng)鏈上游設(shè)施 物料項的可用性；涉及來自供應(yīng)商輸入物料的采購協(xié)議。此外，由于主生產(chǎn)計劃在供應(yīng)鏈上有更寬的視點 和更長的計劃區(qū)間，從中我們還可以得到：計劃結(jié)束時需要建立的各物料項的季節(jié)性庫存量；交付給供應(yīng)鏈下游設(shè)施的定單截止日期（下游設(shè)施可以是緊接著的下一級生產(chǎn)單位，分銷商或最終顧 客）。排產(chǎn)計劃生成6個步驟（如圖1所示）。圖1排產(chǎn)計劃的一般步驟由車間模型生成排產(chǎn)計劃的一般程序可簡單地描述為下面1、建模-也即車間模型必須詳細地捕捉生產(chǎn)流程的特征和相應(yīng)的物流，以便以最小的成本生成可行的計劃。由于一個系統(tǒng)的產(chǎn)出率只受潛在瓶

36、頸資源的限制，因此，我們只需對車間現(xiàn)有全部資源的一部分那些可能成為瓶頸的資源，建立一個清晰的模型。關(guān)于建模方法的細節(jié)我們將在后面進一步闡述。2、提取需要的數(shù)據(jù)生產(chǎn)計劃排程使用的數(shù)據(jù)來自ERP系統(tǒng)、主生產(chǎn)計劃和需求計劃。生產(chǎn)計劃排程僅利用這些模塊中可用數(shù)據(jù)的一個子集，因此，在建立一個給定生產(chǎn)單元的模型時，必須指明它實際需要哪些數(shù)據(jù)。3、生成一組假定（生產(chǎn)狀況）除了從ERP系統(tǒng)、主生產(chǎn)計劃和需求計劃這些數(shù)據(jù)源中接收的數(shù)據(jù)之外，車間或生產(chǎn)單位的決策者或許對車間當前或未來的狀況會有更進一步的知識或期望，這些信息在其它地方（如軟件模塊中）是不能得 到的。再者，對車間的可用能力或許也可以有多種選擇（如柔性

37、的倒班安排等）。因此，決策人員必須有 能力修改數(shù)據(jù)和建立某種生產(chǎn)狀況（見圖1中的第三步，點劃線框表示這一步必須由決策人員執(zhí)行，并且是可選的）。4、生成一個（初始）排產(chǎn)計劃在有了模型和數(shù)據(jù)之后，就可以針對給定的生產(chǎn)狀況，利用線性規(guī)劃、啟發(fā)式算法和基因算法等各種復雜的優(yōu)化方法來生成排產(chǎn)計劃。這項工作可以一步完成，也可以通過兩級計劃層次（先綜合的生產(chǎn)計劃， 后詳細的排產(chǎn)計劃）完成。5、排產(chǎn)計劃分析和交互修改如果通過兩級計劃層次完成，也即先生成綜合資源的上層生產(chǎn)計劃。那么，在生成一個詳細的排產(chǎn)計劃 之前，人們或許首先要對這個生產(chǎn)計劃進行分析。特別地，如果生產(chǎn)計劃不可行，決策人員可以交互地指 定一些計劃

38、途徑來平衡生產(chǎn)能力（如增加班時或指定不同的加工路徑）。這或許要比修改在單個資源上的 加工工序（下層排產(chǎn)計劃）更加容易。APS采用了例外管理（Management Byexception ）的技術(shù)，如果出現(xiàn)問題和不可行性（如超過定單交 貨期或資源過載），APS就會發(fā)出警告（alerts ）。這些警告首先被 過濾”然后，正確的警告被傳遞到供 應(yīng)鏈中正確的組織單位。此外，針對一種生產(chǎn)狀況產(chǎn)生的排產(chǎn)方案還可以通過結(jié)合決策者的經(jīng)驗和知識交互地改進。當然，為了提供真正的決策支持，必要的修改次數(shù)應(yīng)當受到限制。6、生產(chǎn)狀況核準當決策人員確定已經(jīng)評估了所有可選方案時，他/她將選擇那個體現(xiàn)最佳生產(chǎn)狀況的排產(chǎn)計劃去

39、執(zhí)行。7、執(zhí)行和更新排產(chǎn)計劃決策人員選定的排產(chǎn)計劃將被傳遞給：MRP模塊（分解計劃）、ERP系統(tǒng)（執(zhí)行計劃）和運輸計劃模塊（在顧客定單完成時安排裝運車輛）。MRP模塊把在瓶頸資源上計劃的所有活動分解成在非瓶頸資源上生產(chǎn)的那些物料或由供應(yīng)商交付的物料；此外，對某些加工定單所必需的物料也將被預定。排產(chǎn)計劃將持續(xù)執(zhí)行到某個事件信號發(fā)生時才進行更新，也即直到修改一個排產(chǎn)計劃看來是可取的時候（見圖1中的Loopll ）。這個事件可以是一個新定單的到來、機器故障或凍結(jié)的計劃部分已執(zhí)行完畢（后 面我們還將對排產(chǎn)計劃的更新作詳細討論）。改變車間生產(chǎn)模型的情況不太經(jīng)常（如圖1中的LoopI ）。如果結(jié)構(gòu)保持不變

40、和只是數(shù)量上受到影響（例如一個機床組中的機床數(shù)或某些已知產(chǎn)品的新變種），那么，通過下載ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，APS能自動更新模型。但當變化很大時（例如具有某些新特征的新生產(chǎn)階段的引入），那么，由專家對模型進行手動 調(diào)整則是可取的。下面我們將對車間生產(chǎn)流程模型的建模方法作更詳細的闡述：生產(chǎn)流程建模車間模型必須結(jié)合所有必要的生產(chǎn)流程細節(jié)來決定顧客定單的完成時間，模型需要的輸入來自有關(guān)的物料和潛在的瓶頸資源。排產(chǎn)計劃中每一步的時間間隔通常很?。ㄈ鐜讉€小時），有時甚至可以是連續(xù)的。1、模型我們可以把建模的范圍限制在（潛在）瓶頸上執(zhí)行的運作，因為只有這些資源限制了車間的產(chǎn)出。由于生產(chǎn)計劃排程并不打算控制車

41、間（這個任務(wù)留給了ERP系統(tǒng)），一些車間的細節(jié)（如監(jiān)視定單當前狀況的控制點）可以被忽略。在模型的兩個連續(xù)活動之間，在非瓶頸資源上執(zhí)行的所有流程步驟都只被表達為固定的提前期差度（fixedleadtimeoffset ）。這種處理方法與眾所周知的髙級計劃給出提前期只是作為計劃的結(jié)果而不是一個事先給定的常數(shù)”這一敘述并沒有矛盾。在這里，提前期差度僅包括前述非瓶頸資源上的加工和運輸時間， 因為等待時間不會存在。模型可以通過關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)來定義，這些數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（structuraldata ）和狀況相關(guān)數(shù)據(jù)（situati on depe nden tdata ）。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)地點，工件，物

42、料單，工藝路徑和相關(guān)的操作指令，（生產(chǎn)）資源，供應(yīng)商清單， 準備時間矩陣，和時間表（工廠日歷）。對車間分布在不同地方的一個大型供應(yīng)鏈，把所有數(shù)據(jù)歸集到一個專門地點或許會有好處。這樣的話， 一個零件就可以通過它的生產(chǎn)地點來識別，盡管它在顧客眼中是一樣的。物料清單通常是基于單層描述（存放在一個物料文件中），也即每一個零件號只連接到它下一層物料的 那些零件號。一個給定零件的完整物料清單很容易在計算機上通過連接這些單層表達來構(gòu)造。每個工件的資源消耗可以從工藝路徑和操作說明中得到。每個定單的工件數(shù)以及每個工件的資源消耗是計算單個定單順序和排程所必須的。因此，可以用生產(chǎn)流程模型（PPM，Productio

43、nProcessModel ）來清晰地表達物料加工路徑和生產(chǎn)操作。圖2給出了一個PPM的例子，它描述了一個特定尺寸和商標的瓶裝蕃茄醬的兩級生產(chǎn)流程。第一個PPM表達液體蕃茄醬的生產(chǎn)，包括清洗攪拌池，攪拌配料，和等待裝瓶。一旦蕃茄醬準備好了，它將在24小時內(nèi)被裝瓶。蕃茄醬可同時用于不同尺寸的瓶子，每一種尺寸都將對應(yīng)一個PPM。圖2兩級蕃茄醬生產(chǎn)流程模型（PPM ）一個PPM至少由一個運作（operation ）組成，而每個運作包含一個或幾個活動（ activities ）。一個運 作總是與一個基本資源相關(guān)（如攪拌池）。二級資源-比如人員-也可歸屬于一個活動?；顒踊蛟S要求一些輸入物料并能產(chǎn)生一些物

44、料作為輸出。當然，我們必須指明什么時候需要輸入物料和什么時候輸出物料可 用。在一個運作中，活動的技術(shù)順序（也稱為優(yōu)先關(guān)系）可以用箭頭線表示，就如同在項目計劃活動中一 樣，可以用結(jié)束開始，結(jié)束結(jié)束，開始結(jié)束，開始開始關(guān)系和最大最小時間距離來連接。這就允許非常準 確地建立包括平行執(zhí)行活動（重疊的活動）在內(nèi)的兩個生產(chǎn)活動之間的時間約束模型。一個顧客定單的計時、 資源和物料需求可以通過有向標界線 （peggingarcs ）連接相關(guān)的PPMs導出（見 圖3中的粗體線和虛線）。有向標界線把一個 PPM的輸出物料（節(jié)點）與后一級PPM的輸入物料（節(jié)點） 連在一起。結(jié)果，從最后一級生產(chǎn)流程開始展開一個定單（

45、如圖3中的定單C505X ）和相應(yīng)的PPMs,就可以在各時間窗中生成關(guān)于資源和物料消耗的信息。這些時間窗可直接用于成生可行排產(chǎn)計劃。集二貿(mào)理:廷本翼醸！:18拌池Oh I等特嗇先働俏逢人員S24l關(guān)子C50?X雖九時河滯若:0 Lf or s圖3標界線：連接兩個生產(chǎn)流程模型（ PPMs ）工廠日歷指明了休息日和其它資源工時的中斷，另外還包括車間（或資源）是否以一班，兩班或三班運 作的信息。高級計劃系統(tǒng)（APS ）通常提供幾個典型日歷可供選擇。狀況相關(guān)數(shù)據(jù)隨車間當前的狀況而變，它包括：初始庫存（含在制品庫存）、資源的準備狀態(tài)、和給定 時間間隔內(nèi)要加工的一組定單。由用戶指定的運作規(guī)則數(shù)據(jù)包括：批量

46、規(guī)則，優(yōu)先規(guī)則和加工路徑選擇。盡管建立批量規(guī)則最好是根據(jù)實際生產(chǎn)情況-例如資源的利用和相關(guān)成本的情況，但APS通常要求事先輸入一些簡單規(guī)則。這些規(guī)則可以是固定批量、最小批量或給定定單間隔時間的批量。APS軟件包或是提供一組規(guī)則可供選取，或是以高級編程語言的形式來編寫它。在某個資源上決定定單優(yōu)先次序的規(guī)則以類 似的方式處理。如果執(zhí)行一個生產(chǎn)定單存在可選路徑，那么人們會期望APS在生成排產(chǎn)計劃的過程中選擇最佳路徑。但經(jīng)驗表明，用戶得自己選擇一個適當?shù)穆窂?。有時可選路徑是作為一個優(yōu)先列表輸入，只有當一個寧愿 的路徑導致不可行計劃，求解器才會去試第二個最佳路徑，然后試第三個最佳，等等。2、目標最后還要

47、指定一個優(yōu)化目標。這些目標指導尋找一個好的、期望能接近最優(yōu)的計劃方案。在生產(chǎn)計劃排 程模塊中選擇優(yōu)化目標時，我們看到主要有下面一些面向時間的目標：Makespan，完成所有定單任務(wù)所需要的時間。使makespan最小是多機床任務(wù)排序問題中常見的優(yōu)化目標。Lateness ,定單任務(wù)完成時間和它的到期時間之差。使所有定單的lateness總和最小，或使單個定單中最大的lateness最小，是常見的排程目標。Flowtime，一個定單任務(wù)在生產(chǎn)系統(tǒng)中花費的時間。使所有定單的flowtime總和最小也是一個優(yōu)化目標。Setuptime，每個定單任務(wù)的生產(chǎn)準備時間。使所有定單的setuptime總和最

48、小也可以作為一個優(yōu)化目標。另外，還有三個與成本相關(guān)的目標，分別是：使可變生產(chǎn)成本總和最??；使生產(chǎn)準備成本總和最??；和 使懲罰成本總和最小。盡管在排產(chǎn)這個計劃層對成本的自由度影響很有限，但我們可以看到，對于不同加工路徑的選擇（例如,是安排標準定單或是緊急定單），也還是要以貨幣的術(shù)語來評估。如果需要對 軟約束”建模（例如，為備貨生產(chǎn)定單履行計劃的交貨時間），我們可以把懲罰成本包含在目標函數(shù)中。懲罰成本也稱為缺貨成本，它是當需求出現(xiàn)時沒有足夠的現(xiàn)貨來滿足需求所招致的成本。如果決策人員想要同時追求上面幾個優(yōu)化目標，使每個目標都達到最優(yōu)，這樣理想”的解答通常是不存在的。那么，只好尋求一個妥協(xié)方案。一種方法是建立上面單個目標的加權(quán)和，這個組合目標函數(shù)可以象 單目標函數(shù)一樣對待，因此，可以應(yīng)用同樣的求解方法。3、解的表達表達一個模型的解也即詳細的排產(chǎn)計劃，有幾種選擇。它可以簡單地表達為一個任務(wù)清單，上面列出了 每個任務(wù)在分配給它的資源上的起始和完成時間。要把排產(chǎn)計劃傳送到其它模塊中，這是最恰當?shù)谋磉_方 式。決策人員通常更喜歡排產(chǎn)計劃以甘