0 引言
 
    APS高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)從ERP的盲點(diǎn)發(fā)展而來(lái)。APS考慮生產(chǎn)過(guò)程中的多種因素，如班次、工時(shí)、工具、材料的可用性、可知／未知的設(shè)備維護(hù)、當(dāng)前負(fù)荷能力等。它可以根據(jù)工廠的目標(biāo)建立一個(gè)資源能力與生產(chǎn)設(shè)備能力的模型，并在模型設(shè)計(jì)好之后通過(guò)高級(jí)算法或模擬計(jì)劃規(guī)則，自動(dòng)地調(diào)配資源，達(dá)到優(yōu)化計(jì)劃排程的目標(biāo)；它還能自動(dòng)產(chǎn)生現(xiàn)在或?qū)��?lái)可視的詳細(xì)計(jì)劃。在流程制造業(yè)中，APS主要是解決順序優(yōu)化的問(wèn)題。典型的離散制造企業(yè)主要從事單件、小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品的工藝過(guò)程經(jīng)常變更；因此，在離散制造業(yè)中，APS主要是解決多工序、多資源的優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。在離散制造業(yè)APS中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)最普通但又是最重要的基本概念。它針對(duì)離散制造行業(yè)的需求特點(diǎn)，定制相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并按照工廠的生產(chǎn)邏輯將生產(chǎn)數(shù)據(jù)很好的關(guān)聯(lián)起來(lái)。一個(gè)良好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)離散制造企業(yè)成功實(shí)施APS具有決定性的作用。

1 APS概述

    APS高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)，是一種基于供應(yīng)鏈管理和約束理論的先進(jìn)計(jì)劃排程工具，它包含了大量的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)。在計(jì)劃排程的過(guò)程中，APS將綜合考慮企業(yè)內(nèi)外的資源和能力約束條件，并用復(fù)雜的智能化運(yùn)算法則，做常駐內(nèi)存的計(jì)算。它可以為物料、機(jī)器設(shè)備、人員等資源提供同步的、實(shí)時(shí)的、具有約束能力的計(jì)劃安排。因此，它能及時(shí)響應(yīng)客戶要求，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫(kù)存，提高資源利用率，挖掘出企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面的巨大潛能。

    進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，企業(yè)的計(jì)算機(jī)軟、硬件及IT技術(shù)的發(fā)展大大改善了APS的應(yīng)用環(huán)境，嵌入式SQL使APS實(shí)現(xiàn)了與相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)交互�，F(xiàn)今，APS軟件的市場(chǎng)需求量不斷膨脹，一些世界著名的軟件公司如Oracle，SAP等都成功開(kāi)發(fā)了自己的APS軟件；假是國(guó)內(nèi)的APS行業(yè)還只是起步階段，因此相關(guān)的成果比較少。

2 APS生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)梅

    在APS(在下文中，如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，APS均指應(yīng)用于離散制造業(yè)的APS)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)最基本概念，是表達(dá)和組織生產(chǎn)對(duì)象及其生產(chǎn)過(guò)程的信息體系。一般來(lái)說(shuō)，離散制造過(guò)程是非結(jié)構(gòu)化的，但是為了能利用APS進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的管理，首先必須將生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化——將離散制造過(guò)程中算設(shè)備、工具、人員、定單、工序和物料等對(duì)象的屬性用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字、符號(hào)來(lái)描述，而這然數(shù)字和符號(hào)的集合就是通常說(shuō)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在離散制造企業(yè)中，生產(chǎn)對(duì)象和生產(chǎn)過(guò)程彼此之間都存在著一定的邏輯關(guān)系，因此沒(méi)有結(jié)構(gòu)的APS，即使將生產(chǎn)數(shù)據(jù)組織得再好也無(wú)法得到很好的實(shí)際應(yīng)建。下面將著重扶APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述、生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型和生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)3個(gè)方面來(lái)探討APS生產(chǎn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

    2.l APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述

    APS中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述了離散制造企業(yè)內(nèi)各個(gè)對(duì)象的屬性信息，它是構(gòu)建企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的基本元素。在這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)中，有些數(shù)據(jù)不隨時(shí)的變化而變化的，被稱之為靜態(tài)數(shù)據(jù)；與之相反，有些數(shù)據(jù)是隨生產(chǎn)狀態(tài)的變化而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的，被稱之為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

    2.1.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)

    主要描述了離散制造企業(yè)內(nèi)一些靜態(tài)對(duì)象的相關(guān)信息，見(jiàn)表1。在生產(chǎn)過(guò)程中，這些對(duì)象信息更新很少，是企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

表l 靜態(tài)數(shù)據(jù)屬性表

    2.1.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

    主要描述了那些與時(shí)間密切相關(guān)的生產(chǎn)對(duì)象的信息，表2。它們更薪頻率快，是企業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象。

表2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)屬性表

    2．2 APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型

    生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型是計(jì)劃排程的基礎(chǔ)，APS通過(guò)對(duì)企業(yè)靜態(tài)對(duì)象建模，輔助以動(dòng)態(tài)對(duì)象信息即可進(jìn)行計(jì)劃排程。這使我們主要研究離散企業(yè)的4種基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型：時(shí)間模型、設(shè)備模型、人員模型和工具模型。

    2.2.1 時(shí)間模型

    時(shí)間模型定義了APS計(jì)劃排強(qiáng)對(duì)象——設(shè)備、人員、工具等的可用性，這使得APS計(jì)劃排程的結(jié)果更貼近于生產(chǎn)實(shí)際。時(shí)間模型定義可分為4個(gè)層次：企業(yè)日歷、日模型、班次模型和體患模型，圖l。

圖1 時(shí)間模型

    2.2.2 設(shè)備模型

    APS計(jì)劃排程的核心是設(shè)備，目標(biāo)就是均衡設(shè)備負(fù)載、最大設(shè)備產(chǎn)能。設(shè)備模型的好壞直接決定了計(jì)劃排程結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般情況下，企業(yè)ERP系統(tǒng)已經(jīng)為企業(yè)建立了相關(guān)的設(shè)備模型；如果企業(yè)沒(méi)有ERP系統(tǒng)，也可以手動(dòng)為APS系統(tǒng)建立設(shè)備摸型。設(shè)備模型按照設(shè)備功能將其劃分為不同的設(shè)備組，見(jiàn)圖2。同一設(shè)備組內(nèi)的設(shè)備可以加工相同的工序，彼此之間是可以互相替換的。設(shè)備組的父節(jié)點(diǎn)是部門成本中心，它包含1個(gè)完整的生產(chǎn)流程。該部門成本中心可以生產(chǎn)某種或某些產(chǎn)品，它定義了APS計(jì)劃排程的基本范疇。

圖2 設(shè)備模型

    但是在某些特殊情況下，企業(yè)生產(chǎn)并不完全是基于設(shè)備組進(jìn)行的。例如某企業(yè)有一系列設(shè)備組，這些設(shè)備組之間有1條固定的生產(chǎn)線路：A1-C2-B2-A1，工件在這些設(shè)備之間依次通過(guò)固定的傳送帶運(yùn)輸，即該生產(chǎn)流程是固定不變的。顯然，上述設(shè)備模型在此已變得不再適用，此時(shí)需要在APS中建立一條專門的生產(chǎn)線路，見(jiàn)圖3。

圖3 訂單計(jì)劃排程

    2.2.3工具模型

    工具主要用于輔助設(shè)備生產(chǎn)，不同工序需要不同工具來(lái)輔助其完成加工。工具按照功能劃分為不同的工具組，見(jiàn)圖4。

圖4 工具模型

    2.2.4人員模型

    在企業(yè)內(nèi)，設(shè)備的操控需要具備某種技能的人員，因此良好的人員計(jì)劃調(diào)度是保證設(shè)備正常運(yùn)作的基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，人員是按照其掌握的操作技能來(lái)劃分的，見(jiàn)圖5。一道工序可能對(duì)應(yīng)多個(gè)不同的工種，每個(gè)工種對(duì)應(yīng)某種特定的技能，每個(gè)員工可以對(duì)應(yīng)1個(gè)或多個(gè)特定的技能。

圖5人員模型

    2.3 APS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

    生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)可以幫助我們?cè)陟o態(tài)數(shù)據(jù)模型上合理的配置動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，使兩者之間達(dá)到很好的信息交互。圖6描述了APS中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)情況。生產(chǎn)訂單描述了對(duì)某種或某些產(chǎn)品的需求，而1個(gè)生產(chǎn)訂單總可以被分解為一系列工序集。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型，可以將工序?qū)��?yīng)到4類對(duì)象的需求：生產(chǎn)工具組、設(shè)備組、物料和工種。生產(chǎn)工具組和設(shè)備組都由一系列具備相同功能的生產(chǎn)工具和設(shè)備組成，時(shí)間模型決定了它們的可用時(shí)間段；具備相同技能資質(zhì)的人員屬于同一個(gè)工種，時(shí)間模型決定了他們的工作時(shí)間段：這樣就得到了每一步工序相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工具集、設(shè)備集、人員集和物料的需求。APS根據(jù)對(duì)象集內(nèi)單個(gè)對(duì)象的可用性以及工序之間的邏輯關(guān)系，使用內(nèi)置的算法即可計(jì)算出產(chǎn)品每一步工序的具體需求，實(shí)現(xiàn)將任務(wù)安排到最細(xì)粒度的生產(chǎn)資源。

圖6 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

3實(shí)例

    某汽車零件加工工廠有10臺(tái)加工設(shè)備：cuttel01、cuttel02、cuttel03是同類型的切割機(jī)；Pressel01、Pres—sel02是同類型的沖壓機(jī)；Millel01、Millel02、Miller03是同類型的打磨機(jī)；Assemblel01和Assemblel02是同類型的組裝機(jī)。按照設(shè)備分組原則可將它們分為4個(gè)設(shè)備組，見(jiàn)表3。

    相對(duì)應(yīng)的存在4個(gè)工種：切割、沖壓、打磨和組裝；4種技能：切割技能、沖壓技能、打磨技能和組裝技能。該工廠共有5名操作工，都具備一定的操作技能，見(jiàn)表4。

表4 員工技能表

    還有一定量的生產(chǎn)工具用于輔助人員和設(shè)備生產(chǎn)，根據(jù)工具分組原則可分為4組，見(jiàn)表5。此外，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)有一定量的鐵錠可用于產(chǎn)品生產(chǎn)。

表5 工具組表

    上述對(duì)象在一定時(shí)間范疇內(nèi)都存在可用性的問(wèn)題。工廠是三班倒工作制，時(shí)間模型見(jiàn)表6。模型設(shè)置到相對(duì)應(yīng)的對(duì)象上，再輔以工廠的工作日歷，就可以將工廠內(nèi)各個(gè)對(duì)象一整年內(nèi)的可用時(shí)間描述清楚。

表6 時(shí)間模型表

    現(xiàn)在有兩個(gè)客戶訂單——訂單1001和l002分別需要生產(chǎn)剎車片100件和200件。根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖的描述，APS系統(tǒng)首先從工廠的ERP系統(tǒng)得到客戶訂單表和訂單工序表，見(jiàn)表7。當(dāng)前訂單1001的第1步加工工序是切割。APS首先將來(lái)料放置到該切割設(shè)備組1000前的一個(gè)虛擬緩沖區(qū)內(nèi)。如果在同一時(shí)間1002訂單也在該工序進(jìn)行加工，則APS根據(jù)內(nèi)置的高級(jí)計(jì)劃調(diào)度算法或客戶定制的調(diào)度規(guī)則，并在考慮當(dāng)前工序所需生產(chǎn)人員、生產(chǎn)工具和物料的可用性(包括時(shí)間和能力)的約束條件下，為當(dāng)前設(shè)備組進(jìn)行計(jì)劃排程。完成該工序的加工后，APS將訂單送到?jīng)_壓設(shè)備組2000進(jìn)行下一步的計(jì)劃排程。以此類推，最終可以得到兩個(gè)訂單在設(shè)備上的詳細(xì)排程信息。

表7 訂單表

4 結(jié)束語(yǔ)

    好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是構(gòu)建APS的基石，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在一定程度上決定了APS軟件的優(yōu)劣。APS的運(yùn)作需要大量的數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，可是APS并沒(méi)有采購(gòu)計(jì)劃、庫(kù)存控制、成本控制及人力資源管理等功能。與此相反，ERP雖然在計(jì)劃與排程功能上存在著不足，但其系統(tǒng)所能提供的數(shù)據(jù)卻是相當(dāng)完備的。因此，如何將APS和ERP集成，使APS將所需數(shù)據(jù)從ERP中下載作常駐內(nèi)存處理，并將處理后的數(shù)據(jù)反饋給ERP，這將是我們今后研究的方向。

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本文標(biāo)題：離散制造業(yè)APS生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用

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