APS高级计划与排程系统在生产管理中的应用

华北电力大学机械工程系 林乾涛

在生产制造业中，高级计划与排程（APS）作为生产调配的一种创新工具。在生产型的企业（建筑、机械、电子、服装、食品、医药等行业）中得到广泛的应用。它能够实现“人机交互”，可对所有的资源实现实时监控，可以输出综合设备、人、物料及客户订单信息的一份准确的生产计划。通过简洁的方式搭建产销一体化平台。但由于目前许多单位仅停留于应用层面，以至于学术界和产业界对APS的认识和理解还存在着一些差异。为了构建对APS的全面认识，基于国内外各大数据库及相关的专业书籍，简要的对APS的起源、理论研究和制造业应用的现状，做出5个主要研究的内容。并结合APS在国内的应用实践，从战略、系统和集成3个角度展望APS的发展前景，希望对高级计划与排程的学术研究和产业应用提供参考与指导。

为了应对日前日益增长的订单需求、市场竞争及众多不确定因素给生产型企业的事业环境因素带来的变化。生产型企业在排产的工作上需要采用一定的策略与工具，来实现准确、快速的调度与调配，从而不断优化和改进现有的业务流程，以维持企业自身在行业中的竞争优势。高级计划与排程（Advanced Planning and Scheduling，APS）作为一套产销一体化的计划平台，在生产型企业中已被广泛地使用。然而，在经过多年的推广与实践，受到了一些理论层面的不同解读，一线的使用者也仅停留在自己职责范围内的使用，而导致还有更多可以使用的功能和可以改善升级的地方没有被挖掘出来。因此，回顾APS的起源于发展，对APS将来的发展前景是十分必要的。

1 生产管理和APS的起源与发展

1.1 生产管理的历史起源与发展

现代生产管理的理念起源于18世纪末期，从第一次工业革命开始一直持续发展至今，由于越来越多的学生，乃至管理者投入到生产管理的学习中来，以至于其大大提升了制造业的生产效率。关于早期对生产管理的描述是由英国的经济学家亚当·史密斯于1776年出版的《探究国富论的本质和原因》一书中给出的[1]。其对生产管理给出的解释是劳动分工是如何使生产更有效率。根据他的意思，如果每个人都只负责某产品某一块零件的生产，而不是从头到尾负责生产这整个产品的生产，那么整条产线就会变得更有效率。

直到现代的20世纪初，亨利·福特推动了生产分工和可替换零件的使用，由此使得装配线的生产方法诞生。这帮助福特能够以当时较低的价格生产大量的汽车。这种方法也已被许多其他生产制造商采用，从而能够批量生产成本廉价的产品，实现了生产的精益。

经过了这些年的发展，如今生产管理的方法早已超越汽车制造业，扩展至建筑、物流、服装、食品、医药等多个行业领域。并且发展了多样化的生产管理体系与操作方法。这些体系的重点是在生产活动中创造更大的效率。一些比较知名的体系包括摩托罗拉开发的六西格玛，由丰田开发的精益制造，以及由国际标准化组织制定的ISO9000等。

1.2 APS的历史起源与发展

随着生产管理方法的发展，最早在20世纪90年代中期的时候高级计划与排程首次被美国先进制造研究机构提出[2]。然而，截至目前为止，APS系统还没有一个能够被普遍接受的定义。这个术语至今仍有歧义。有些机构在概念层面定义了这个术语，认为它是生产计划的一种新方法。例如，日本PSLX（Planning and Schedule Language on XML Specification）协会对APS的定义为“一种系统和方法，如工业的计划和调度，在企业内部或企业之间不同部门的配合和同步，以实现全面和自主的优化”。根据这个定义，APS系统不是ERP的一部分，而是企业内部的一个完整的计划和调度系统。因此，计划与调度被认为是制造企业决策的一个主要方面。

目前的APS系统已覆盖了许多制造型企业，目前它还具备企业间的计划与调度功能。APS现已能够计划并安排相应的劳动力、采购、分销、销售和其他制造相关流程。APS系统的开发主要是为了改善生产计划和车间的调度，从而实现整体生产成本精益化，交货达成率高。

2 生产管理和 APS的结合

生产计划排程是在有限产能的基础上，综合来自市场、物料、产能、工序流程、资金、管理体制、员工行为等多方的对生产的影响，经过APS的优化得出合理有效的生产计划[3]。

通过将生产管理的理念与方法与APS系统结合，可以有效地提升生产管理人员及流程中的各相关方的合作与调度工作。可解决生产排程和生产调度问题，常被称为排序问题或资源分配问题[4]。

生产制造企业可以分为两种：一种是流程制造业，另一种是离散制造业。在离散行业，APS是为解决多工序、多资源的优化调度问题；而流程行业，APS则是为解决顺序优化问题。它通过为流程和离散的混合模型同时解决顺序和调度的优化问题，从而对项目管理与项目制造解决关键链和成本时间最小化，具有重要意义[5]。

3 APS的应用

3.1 APS的应用现状

APS高级计划与生产排程以局限的资源能力管理方法为基础，能够运用到制造生产型企业的多个需要计划、协调的工作环节中，使用的比较成功的方向主要是生产排产、物流资源平衡优化，也就是具备的供应链板块的功能。国内软件开发行业中能成功通过应用其方法来研发管理软件的目前还是屈指可数的，不过现在一些企业已经发现了APS用于计划排程管理工作的重要性，并已开展了相关调研。

与ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）不同的是，一个是以局限资源能力的动态工作为基础，另一个则以事务处理的静态工作为基础进行相关的计划与排程工作。举个例子，比如排产，APS是将人力、时间、物料按特定的逻辑顺序进行生产计划与排产的工作，只要有了订单信息，那么需要排产的物料与设备其生产数量与时间也就会自动生成。相比之下，仅通过BOM（Bill of Material，物料清单）计算的订单就显得没有那么智能了。

3.2 APS的应用案例

通常在APS系统开始排程工作前，会由前端SAP输出有关的资源、物品、BOM及订单信息，如图1所示。这些基础数据对于APS来说，都是非常重要的基础数据。在经过后端排程规则的约束后，就会输出生成的采购和制造订单、资源情报可视化甘特图，以及排产相关的工艺工序报表。通过生成的这些BI（Business Intelligence，商业智能）数据，可以进一步的下达生产计划。与此同时，也会实时反馈生产实绩，以此修正过程中产生的物料使用误差。

图1 C公司的APS应用流程Fig.1 APS application process of company C

但是，APS对从SAP阶段输入的有关资源、物品、BOM及订单信息准确度要求很高。如有诸如前后端物料编码不一致或者排产日期等重要数据与系统中的不一致，则会卡在SAP阶段无法输入APS中。发生这样的状况通常会发生繁琐的变更流程去解决这些问题，这样一来无法避免的就会增加生产交付时间的延误风险。

3.3 APS工艺路线的自动生成

有些还未使用APS的公司，在引入该系统的前期阶段还是很艰难的。这是因为很难清晰的看出有关方法和工艺路线不可用的报警，可能仅仅是一种基础的形式，没有发挥出其完整的功能。例如，公司的ERP系统可能将工艺路线存储为资源序列，然而，并没有关于替代资源或替代路线的信息；还有一些公司为每一个订单都创造一条路线，这意味着当订单还没输入时，仅基于需求排程是不容易进行的。可能有的时候由于公司原先的生产计划方式无需像APS自动生成的那样详细。为了改进工艺数据，可以配合采用丰富工艺路线、生成工艺路线、定义工艺路线模板等策略来改进。

4 APS的发展前景

目前，企业的计划和控制活动正变得越来越复杂，这一领域的管理者不断受到压力，以降低经营成本，保持足够的库存水平，充分满足客户的需求，并有效地应对发生的变化。计划和调度任务对大多数公司来说都是重要的，在生产计划和控制系统开发的背景下，APS系统的一般理论是有可能发展的。由于APS必须先从MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）系统获取相关生产基础数据和生产管理需求。所以APS系统的广泛应用的同时，MES也已在各行各业中被广泛使用，它们是相辅相成的关系。目前越来越多的生产型企业都开始有了与APS相兼容的引擎。相信在不久的将来随着各行各业的发展需求，客制化、本土化的APS系统也将全面覆盖我国的各类生产型企业中。

5 总结

APS系统的历史相对较长，但其理论仍处于相当初级的阶段。虽然关于面向APS的优化模型、方法和步骤已经有了大量的文献，但是对于特定的APS系统，仍然缺乏一个能够设计出协作算法的理论框架。APS系统的具体建模和实现问题也只得到了少量的研究。例如，当前APS系统的一个重要限制是处理不确定性。另一个问题是，他们在供应链上优化贸易伙伴计划的能力仍然是一个巨大的挑战。所有这些问题都应进行更详细的研究，设计并纳入信息系统工程的主要理论中，从理论上解决这些问题。