基于APS与MES集成的车间生产计划和调度方法研究

基于APS与MES集成的车间生产计划和调度方法研究摘要：介绍了APS和MES的基本概念，并在分析现行车间生产计划和调度方法的基础上，提出了基于APS和MES集成的车间生产计划和调度方法。关键词：高级计划与排程，制造执行系统，生产计划，生产调度本次报告的内容可以分为以下三个部分：1、APS和MES简介。2、现行车间生产计划和调度方法分析。3、基于APS和MES集成的车间生产计划和调度。1、APS和MES简介1.1、高级计划与排程（APS）高级计划与排程系统是20世纪后50年发展起来的革命性管理技术。它是一种基于供应链管理和约束理论的先进计划与排程工具，包含了大量的数学模型、优化及模拟技术，其功能优势在于实时基于约束的重计划与报警功能。在计划与排程的过程中，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，做常驻内存的计算。APS在提高企业经济效益方面的潜能是巨大的，它能及时响应客户要求，快速同步计划，提供精确的交货日期，减少在制品与成品库存，并发考虑供应链的所有约束，自动识别潜在瓶颈，提高资源利用率，从而改善企业的整体生产管理水平。如图1的APS计划层次模型所示，APS覆盖了供应链管理战略层、战术层、操作层3个计划层次。其中战略层包括供应链战略、供应链计划；战术层包括需求计划与预测、制造计划、操作计划、分销计划；操作层包括可承诺能力CTP（CapabletoPromise）、车间作业排产、运输计划、承诺可供货量ATP（AvailuabletoPromise）。对于车间内短期的生产计划制订，如安排一台机器上的多种产品的生产次序等，APS常用约束规划CP（ConstrainedProgramming）来解决。CP将存在的每一个资源约束表示为一个变量，然后用约束变量之间的逻辑关系找到满足所有约束的解决方案。APS根据大量精确数据的输入，对工作流程进行模拟，并提供实时监控功能。APS可将模拟的排程结果以甘特图的形式输出到可视化的计划板上，根据既定规则进行拖放式调整，以求达到最优化。1.2、制造执行系统（MES）制造执行系统是美国管理界20世纪90年代提出的新概念。MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层，在整个企业信息系统中起着承上启下的重要作用。MES对生产过程进行实时监视、诊断和控制，完成生产单元整合和系统优化，在生产过程层进行物料平衡、制订生产计划、实时排程、优化调度，进而对生产过程物料、能量、质量、设备、资金，甚至人力资源统一进行监测、分析、控制和优化。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MESA给出了MES的11个主要的功能模块，其一般功能模型如图2所示，而在实际MES系统产品可能只包含其中一个或几个功能模块。同时，MES也定义了当前MES系统的技术模型，如图3所示。1.3、APS和MES的对比我的观点是：MES功能很多，几乎可以实现从订单下达到产品完成整个生产过程的优化管理，但是这么多的功能必定不可能每一项都很突出，而众所周知，优化排产在整个流程中起到了相当重要的作用，因此APS相当于对MES优化排产功能上的一个强化。（这种情况就好像手机和MP3的关系，手机上集成了众多功能，其中就包括了音乐的播放功能，而对于一些音乐发烧友，音质对于他们而言是非常重要的，因此选择MP3来实现他们对音乐播放这一项功能的需求。）说到底，我觉得APS的作用就是基于供应链及企业自身生产能力及不确定因素制定出最优方案，MES则以监控反馈为主。2、现行车间生产计划和调度方法分析2.1、理论上的方法流程作为产品加工的具体执行部门，车间生产管理涉及到产品生产过程的方方面面，如：生产过程监控、生产调度、现场设备管理、人员安排、消耗统计、工时统计、动态成本核算、物料管理、在制品管理以及产品数据管理，等等。一个典型的制造车间生产活动模型如图4所示。其主要工作流程是：首先将接收到的主生产计划进行任务分解，然后根据一定的规则，确定各子任务的加工设备，而任务单的开工时间则根据定单下达日期、任务单计划入库日期、相关的工艺信息以及各加工单元的当前加工计划来统一决定。在编制出理论计划以后，就形成了对各加工单元的负荷。接着，要在各加工设备上进行加工能力与工作负荷的平衡，制订派工计划和相关物料准备计划等。同时，根据物料、工装等条件及各加工单元的反馈信息，制订出正式作业计划，并开始派工。计划下达后，在实际生产过程中，还要不断根据各个参数的变化，进行实时的调度，确保主生产计划的顺利实现。2.2、实际情况与理论的差别现行的传统生产管理系统中，生产决策层与车间执行层，计划层、调度层与控制层是独立分开的，信息采集大多只能通过人工录入的方式进行，车间生产信息的反馈周期较长。造成在生产调度与控制过程中缺乏必要的现场信息，不能及时根据实际生产情况的变化进行重新调度，更谈不上实时修订生产计划了。并且当实际生产情况无法实现原有生产计划时，传统的生产管理系统也往往不能及时发现这些问题并加以解决，最终导致企业产品的交货期延误。2.3、自己对现行车间生产计划和调度方法的总结（1）费时费力不讨好。（2）理论和实际存在巨大差距。3、基于APS和MES集成的车间生产计划和调度3.1、我的看法将APS与MES集成更适合于复杂的实时性要求较强的车间生产计划和调度活动。MES：a、“监控摄像头”:对进行实时监控b、“数据采集器”:收集生产过程的即时数据反馈给APS。APS：“高级计算器”：a、制定起初的最优方案。b、根据MES反馈的数据对现行的计划进行调整。3.2、专业的看法以企业的ERP系统作为信息基础，采用APS和MES集成的方法，由MES提供实时的车间生产进度、在制品信息和现场设备运行状况等，然后利用APS的先进优化算法，可以初步解决现行车间生产计划和调度的优化问题。