APS和MES集成管理车间生产计划和调度方法研究

APS和MES集成管理车间生产计划和调度方法研究

通过对APS和MES的集成，加强对车间生产的管理和控制，使车间生产计划和调度活动更加快速准确。最大限度地发挥车间的生产能力，降低生产占用的

库存费用。标签：APS；MES；ERP；集成；体系结构分析中图分类号：TN431.2 文章编号：16723198(2009)190322011APS和MES简介 1.1高级

计划与排程(APS)排程就是排序，就是先做什么，后做什么的问题。你可以这

样想象，大小几百台设备、几百人同时要完成各种任务，怎样才能在各种约束(设备能力、人员、时间、场地、物料等)条件下以及随时可能发生变化(动态)的，实现多个目标(交货期、设备有效使用率、最低成本等)？由于生产需求的随机性，生产需求发生变化时，人工生产排程将很困难；同时，当生产瓶颈无法预测时，人工排程很难操作，资源不能充分利用，订单不能按期交付。尤其是在小批量、多品种、工序复杂的制造型企业矛盾十分突出。这时人们可以求助强有力的精益生产解决方案：APS。APS就是高级计划排程。APS应该说本来是MES的一个模块，因为优化排产的重要性，拿出来单独作为一个功能软件使用。APS要满足资源约束，均衡生产过程中各种生产资源；要在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划；要实现快速排程并对需求变化做出快速反应。高级计划与排程系统是20世纪后50年发展起来的管理技术。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，通过的智能化的运算法则，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，识别出潜在的瓶颈，提高企业资源的利用率，从而改善企业的整体生产管理水平。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(Constraint Programming)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。中

国“十五”期间，国家863项目研究将MES作为重点研究课题，制造业领域MES 成为技术研究的突破口。通过863 CIMS项目应用的研究和推广，大大提高了企业的竞争力，使中国的制造业水平上了一个崭新的台阶。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，实现了从订单下达到产品完成整个生产过程的优化管理。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。与APS相比，MES 是一个提供很多功能模块的整个解决方案，但是从优化的角度看，MES达不到APS提供的优化功能的水平。因此，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。2现行车间生产计划和调度方法分析

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。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。3基于APS和MES集成的车间生产计划和

调度通过前面两部分的阐述可以发现，在比较复杂的车间生产活动中，MES

系统中的详细生产计划和生产调度模块的功能有限，而且不能根据实际生产情况的变化进行重新调度。我们以企业的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。4APS和MES集成的体系结构分析现代制造企业中，ERP已

经成为必备的业务和数据平台，无论是APS，还是MES，都需要与ERP系统进行数据交互和信息共享，获得系统自身运行必需的相关数据。当将APS和MES 集成时，也必须将ERP系统考虑在内，也就是将ERP、APS、MES三个系统进行集成，这其中不可避免地出现交叉和重叠的现象。因此基于ERP的APS与MES集成系统的框架确定，主要考虑企业的产品、生产模式、计划模式、已有系统与新构建系统的差异等因素。目前，国内外已经有学者提出了APS、MES 与ERP集成的框架，但是现有的集成框架结构仍以供应链管理平台为界面，其中APS的应用偏重于供应链计划的管理，主要面向物料复杂、外协外购较多的企业生产环境。针对原材料供应相对简单、稳定的企业，可以把精力放在以车间生产计划与调度管理为重点的系统集成框架。该框架以APS和ERP的闭环系统