離散型制造智能工廠 課件 CH5 高級計劃與排程

05高級計劃與排程目錄/Contents01生產(chǎn)計劃與控制總體框架02生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制03APS系統(tǒng)概念與功能04APS調(diào)度算法與排程策略05部分APS產(chǎn)品的功能與特點生產(chǎn)計劃與控制總體框架階段層次計劃時段主要內(nèi)容編制依據(jù)編制人員宏觀計劃經(jīng)營規(guī)劃年經(jīng)營戰(zhàn)略，產(chǎn)品發(fā)展，市場占有率,銷售收入，利潤等市場分析、市場預(yù)測、技術(shù)發(fā)展企業(yè)最高管理層

銷售與運作計劃(S&OP)月產(chǎn)品系列（品種、數(shù)量、成本、售價、利潤），控制庫存經(jīng)營規(guī)劃、銷售預(yù)測企業(yè)最高管理層

主生產(chǎn)計劃（MPS）周、日最終產(chǎn)品預(yù)測、合同主計劃員微觀計劃物料需求計劃周、日組成產(chǎn)品的全部零件MPS、產(chǎn)品信息、庫存信息主生產(chǎn)計劃員或分管產(chǎn)品的計劃員執(zhí)行計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃日、時執(zhí)行計劃、確定工序優(yōu)先級、派工、結(jié)算物料需求計劃、工作中心生產(chǎn)能力車間計劃員目錄/Contents01生產(chǎn)計劃與控制總體框架02生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制03APS系統(tǒng)概念與功能04APS調(diào)度算法與排程策略05部分APS產(chǎn)品的功能與特點生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制生產(chǎn)作業(yè)計劃是企業(yè)生產(chǎn)計劃的延續(xù)和具體化，是生產(chǎn)計劃的具體執(zhí)行方案。通過生產(chǎn)作業(yè)計劃，將生產(chǎn)計劃中規(guī)定的產(chǎn)品任務(wù)分解為各車間、工段、班組以及工作地或個人的作業(yè)任務(wù)，以具體指導(dǎo)和安排日常生產(chǎn)活動。在生產(chǎn)作業(yè)計劃階段，做什么、做多少的問題都已經(jīng)確定了，作業(yè)計劃相當于回答兩種問題:應(yīng)該分配哪些資源來執(zhí)行每個任務(wù)?每個任務(wù)應(yīng)該在什么時候執(zhí)行?生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制（1）數(shù)字化車間從企業(yè)生產(chǎn)部門獲取車間生產(chǎn)計劃（或通過接口自動接收ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)訂單），根據(jù)生產(chǎn)工藝形成工序作業(yè)計劃，根據(jù)生產(chǎn)計劃要求和車間可用資源進行詳細排產(chǎn)、派工；（2）將作業(yè)計劃下發(fā)到現(xiàn)場，通過工藝執(zhí)行管理模塊指導(dǎo)生產(chǎn)人員/或控制設(shè)備按計劃和工藝進行加工；（3）生產(chǎn)執(zhí)行過程中，實時獲取生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)、跟蹤生產(chǎn)進度，并根據(jù)現(xiàn)場執(zhí)行情況的反饋實時進行調(diào)度；（4）根據(jù)生產(chǎn)進度偏差對未執(zhí)行的計劃重新優(yōu)化排產(chǎn)，并將生產(chǎn)進度和績效相關(guān)信息反饋到企業(yè)生產(chǎn)部門或ERP系統(tǒng)，完成車間計劃與調(diào)度的閉環(huán)管理。生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制目錄/Contents01生產(chǎn)計劃與控制總體框架02生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制03APS系統(tǒng)概念與功能04APS調(diào)度算法與排程策略05部分APS產(chǎn)品的功能與特點APS系統(tǒng)概念與功能1.APS的概念A(yù)PS（AdvancedPlanningandScheduling），即高級計劃與排程。迄今為止，APS還沒有一個統(tǒng)一的定義。也有人將APS解釋為AdvancedPlanningSystem，即高級計劃系統(tǒng)。APS系統(tǒng)概念與功能2.APS的功能特征下圖為規(guī)劃層次和職能領(lǐng)域APS系統(tǒng)概念與功能APS的技術(shù)特征強大的計劃引擎：基于優(yōu)化和約束算法的計劃引擎，能夠生成接近最優(yōu)的生產(chǎn)計劃方案，并支持仿真技術(shù)，允許在計劃發(fā)布之前模擬不同方案的效果?；诩s束的規(guī)劃與優(yōu)化的區(qū)別在于基于約束的規(guī)劃產(chǎn)生可行但不一定是最優(yōu)的規(guī)劃，因為只有約束而不考慮規(guī)劃優(yōu)化目標或準則。多目標規(guī)劃能力：能夠綜合考慮企業(yè)和工廠層面的各種約束條件，根據(jù)企業(yè)的財務(wù)和其他戰(zhàn)略目標，創(chuàng)建滿足多重目標并盡可能接近最佳方案的生產(chǎn)計劃。瓶頸識別與處理能力：能夠明確識別生產(chǎn)過程中潛在的瓶頸環(huán)節(jié)，并制定有效的策略加以解決，確保生產(chǎn)流程的順暢進行。資源統(tǒng)籌調(diào)度能力：能夠統(tǒng)籌考慮可用材料、人員和產(chǎn)能等資源的狀況，制定合理的生產(chǎn)計劃和排程，提高資源的利用效率。車間層面的有限產(chǎn)能計劃能力：能夠針對車間層面的有限產(chǎn)能情況進行精細化規(guī)劃，充分利用產(chǎn)能資源，提升生產(chǎn)效率。分層計劃與集成能力：支持從戰(zhàn)略計劃到業(yè)務(wù)計劃等各個層面的分層計劃，并能夠有效協(xié)調(diào)和集成各領(lǐng)域之間的信息流，實現(xiàn)總體優(yōu)化?？珙I(lǐng)域調(diào)度能力：能夠?qū)㈩A(yù)測、制造、分銷和運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域的調(diào)度任務(wù)進行集成，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的銜接，優(yōu)化供應(yīng)鏈整體運作。典型離散制造工廠APS系統(tǒng)功能典型離散制造工廠APS系統(tǒng)功能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理公共代碼管理包括但不限于系統(tǒng)代碼類型維護、編碼規(guī)則維護等功能；

標準數(shù)據(jù)管理管理制造運行中的各種資源及其能力數(shù)據(jù)；

規(guī)則管理包括但不限于業(yè)務(wù)參數(shù)維護、業(yè)務(wù)規(guī)則維護等功能；

安全管理包括但不限于程序管理、用戶管理、角色管理、權(quán)限管理等功能。生產(chǎn)訂單管理生產(chǎn)訂單信息管理接收并管理訂單基本信息、制造標準信息、產(chǎn)品交付條件等生產(chǎn)訂單信息；

產(chǎn)品替代管理根據(jù)生產(chǎn)訂單信息匹配庫存中符合要求的產(chǎn)品，調(diào)整相應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求量；

訂單合并管理對具有相同制造標準及交付條件的訂單進行合并處理，便于生產(chǎn)計劃與排程；

原料需求管理根據(jù)生產(chǎn)訂單制造標準，計算原料的需求信息及需求量；

生產(chǎn)需求管理對經(jīng)過需求量調(diào)整和訂單合并的生產(chǎn)訂單的凈需求量進行計算和管理。生產(chǎn)計劃管理工藝設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)訂單信息進行生產(chǎn)工藝相關(guān)的設(shè)計，如坯料料型設(shè)計；

物料需求計劃根據(jù)產(chǎn)品工藝生成物料需求計劃；

產(chǎn)能計劃根據(jù)訂單的制造標準信息、制造資源等信息，計算產(chǎn)能，編制產(chǎn)能計劃；

生產(chǎn)訂單跟蹤接收作業(yè)及生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，以訂單為中心管理各工序的生產(chǎn)進程量，提供訂單的生產(chǎn)進度信息。作業(yè)排程管理滾動作業(yè)計劃基于生產(chǎn)計劃、業(yè)務(wù)規(guī)則、基本約束等因素，實時更新各工序作業(yè)順序；

滾動作業(yè)調(diào)度監(jiān)控和協(xié)調(diào)各工序作業(yè)計劃，在滿足生產(chǎn)計劃的前提下協(xié)調(diào)優(yōu)化各工序的生產(chǎn)節(jié)奏，并實時更新；

運輸計劃根據(jù)采購來料、作業(yè)計劃、工序產(chǎn)出與發(fā)貨計劃等物料需求，編制入庫、出庫和移庫運輸計劃。資源管理物料管理對生產(chǎn)工序中的原料、在制品、產(chǎn)品進行管理；

設(shè)備資源管理對設(shè)備資源進行管理，跟蹤設(shè)備和相關(guān)工序的運行狀態(tài)；

人員管理維護人員的能力資質(zhì)、所操縱設(shè)備、工作時間等信息。APS調(diào)度算法與排程策略啟發(fā)式算法是一種基于經(jīng)驗和直覺構(gòu)建的算法，能夠在可接受的計算時間和空間成本內(nèi)，為每個待解決的問題實例提供一個可行解。雖然這種算法不保證找到最優(yōu)解，但在實際應(yīng)用中，它能在合理時間內(nèi)產(chǎn)生質(zhì)量相對較高的解。常見的啟發(fā)式算法主要有以下幾種：（1）先到先服務(wù)（FirstComeFirstServed,FCFS）：按照接到需求任務(wù)的時間順序確定生產(chǎn)順序，就像購物時先到達收銀臺的顧客先結(jié)賬，不允許插隊。（2）后到先服務(wù)（LastComeFirstServed,LCFS）：與FCFS相反，優(yōu)先安排最晚接到的需求任務(wù)，類似于彈匣中的子彈，最后被壓入的子彈最先被射出。（3）最短加工時間（ShortestProcessingTime,SPT），也叫最短工期，該規(guī)則按照每個需求任務(wù)的耗時長短來確定加工順序，耗時越短的任務(wù)越先安排。（4）最早交貨期（EarliestDueDate,EDD），該規(guī)則是按照接收到的需求任務(wù)所要求的交貨時間來進行排程，交貨期越靠前的任務(wù)越早被安排生產(chǎn)。（5）工期和交貨期之間距離最小規(guī)則，這種方法的基本原理是將每個生產(chǎn)任務(wù)的交貨期減去當前的日期，然后再除以該任務(wù)的工期，以此來衡量每個任務(wù)的緊急程度。具體來說，如果一個任務(wù)的交貨期減去當前日期的差值越小，那么這個任務(wù)就越緊急，應(yīng)該優(yōu)先進行排程。反之，如果一個任務(wù)的交貨期減去當前日期的差值越大，那么這個任務(wù)就不那么緊急，可以稍微延后進行排程。這種方法的優(yōu)點是既考慮到了交貨期的緊迫性，又考慮到了工期的長短。也就是說，它既保證了生產(chǎn)的及時性，又保證了生產(chǎn)的效率。（6）緊迫系數(shù)最小規(guī)則，也叫做CR（criticalratio）值最小規(guī)則。計算方法為交期減去當前日期之差,再除以工期。數(shù)值越小，表示任務(wù)的緊急程度越高，排程優(yōu)先級也越高。APS調(diào)度算法與排程策略元啟發(fā)式算法例如遺傳算法：APS調(diào)度算法與排程策略下面用一個使用遺傳算法進行優(yōu)化排程的案例來說明在APS中如何應(yīng)用遺傳算法求解混流生產(chǎn)線產(chǎn)品分組指派問題。APS調(diào)度算法與排程策略案例來源是一家冰箱生產(chǎn)企業(yè)，該冰箱生產(chǎn)企業(yè)有9種產(chǎn)品和3條生產(chǎn)線，生產(chǎn)計劃期為15天，冰箱裝配時箱體發(fā)泡工序需要特定的發(fā)泡設(shè)備完成，不同的產(chǎn)品需要在設(shè)備上更換模具。每條生產(chǎn)線可以安裝模具的模位數(shù)量為18個，模具每次調(diào)整費用為50元/臺單副模具每日生產(chǎn)量為120臺。圖511是其中一條冰箱裝配線的部分布局示意圖，冰箱首先從裝配線右側(cè)開始裝配，然后在中間的發(fā)泡設(shè)備上進行加工，發(fā)泡完成后從左側(cè)輸出到裝配線繼續(xù)裝配其他零部件。9種產(chǎn)品的計劃期需求量（單位：臺）分別為9000，9000，5400，16200，9000，16200，14400，7200，7200；生產(chǎn)線初期模具的分布狀況為L1有5副產(chǎn)品1，3副產(chǎn)品5和10副產(chǎn)品7，L2有7副產(chǎn)品3，5副產(chǎn)品9和3副產(chǎn)品4，L3有8副產(chǎn)品2，7副產(chǎn)品4和2副產(chǎn)品8；冰箱的零部件有幾十種，考慮到研究的方便性，選取其中10種關(guān)鍵零部件進行計算。APS調(diào)度算法與排程策略終止代數(shù)40染色體[123312123]L1產(chǎn)品號1，5，7L2產(chǎn)品號3，6，8L3產(chǎn)品號2，4，9目標最大綜合值27.65產(chǎn)品分組指派結(jié)果APS調(diào)度算法與排程策略排程策略：1.正向排查：2.逆向排程：3.雙向排程：目錄/Contents01生產(chǎn)計劃與控制總體框架02生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制03APS系統(tǒng)概念與功能04APS調(diào)度算法與排程策略05部分APS產(chǎn)品的功能與特點部分APS產(chǎn)品的功能與特點AsprovaAPS特點：創(chuàng)建調(diào)度規(guī)則，按照優(yōu)先級順序分配任務(wù)。合并作業(yè)以減少每個生產(chǎn)步驟的準備時間。以最小化總準備時間的方式安排工作順序?？紤]緩沖時間，前向或后向排程。創(chuàng)建預(yù)排計劃，平衡工作負荷，但暫不固定任務(wù)順序?；谄款i分析進行排產(chǎn)。部分APS產(chǎn)品的功能與特點SiemensOpcenterAPS部分APS產(chǎn)品的功能與特點SiemensOpcenterAPS部分APS產(chǎn)品的功能與特點SiemensOpcenterAPS部分APS產(chǎn)品的功能與特點SiemensOpcenterAPS（1）實時性和靈活性（2）可視化和協(xié)同（3）信息集成和預(yù)測性分析（4）高效性和智能性（5）簡化產(chǎn)品開發(fā)活動部分APS產(chǎn)品的功能與特點DelmiaOrtems部分APS產(chǎn)品的功能與特點使用DELMIAOrtems調(diào)度系統(tǒng)的公司通常有以下目標：提供更好的客戶服務(wù)，并實現(xiàn)更可預(yù)測的交貨時間；提高生產(chǎn)力并減少浪費?？s短生產(chǎn)周期并減少在制品庫存。對負荷波動（執(zhí)行過程中的固有現(xiàn)象）進行更嚴格的控制。在生產(chǎn)中斷和需求波動面