0 引言
APS高級計劃排程系統從ERP的盲點發展而來。APS考慮生產過程中的多種因素，如班次、工時、工具、材料的可用性、可知／未知的設備維護、當前負荷能力等。它可以根據工廠的目標建立一個資源能力與生產設備能力的模型，并在模型設計好之后通過高級算法或模擬計劃規則，自動地調配資源，達到優化計劃排程的目標；它還能自動產生現在或將來可視的詳細計劃。在流程制造業中，APS主要是解決順序優化的問題。典型的離散制造企業主要從事單件、小批量生產，產品的工藝過程經常變更；因此，在離散制造業中，APS主要是解決多工序、多資源的優化調度問題。在離散制造業APS中，生產數據結構是一個最普通但又是最重要的基本概念。它針對離散制造行業的需求特點，定制相對應的數據模型，并按照工廠的生產邏輯將生產數據很好的關聯起來。一個良好的生產數據結構對離散制造企業成功實施APS具有決定性的作用。
1 APS概述
APS高級計劃排程系統，是一種基于供應鏈管理和約束理論的先進計劃排程工具，它包含了大量的數學模型、優化及模擬技術。在計劃排程的過程中，APS將綜合考慮企業內外的資源和能力約束條件，并用復雜的智能化運算法則，做常駐內存的計算。它可以為物料、機器設備、人員等資源提供同步的、實時的、具有約束能力的計劃安排。因此，它能及時響應客戶要求，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，提高資源利用率，挖掘出企業經濟效益方面的巨大潛能。
進入20世紀90年代以來，企業的計算機軟、硬件及IT技術的發展大大改善了APS的應用環境，嵌入式SQL使APS實現了與相關數據庫的動態交互�，F今，APS軟件的市場需求量不斷膨脹，一些世界著名的軟件公司如Oracle，SAP等都成功開發了自己的APS軟件；假是國內的APS行業還只是起步階段，因此相關的成果比較少。
2 APS生產數據結梅
在APS(在下文中，如果沒有特殊說明，APS均指應用于離散制造業的APS)中，數據結構是一個最基本概念，是表達和組織生產對象及其生產過程的信息體系。一般來說，離散制造過程是非結構化的，但是為了能利用APS進行生產過程的管理，首先必須將生產數據結構化——將離散制造過程中算設備、工具、人員、定單、工序和物料等對象的屬性用計算機能夠識別的數字、符號來描述，而這然數字和符號的集合就是通常說的生產數據。在離散制造企業中，生產對象和生產過程彼此之間都存在著一定的邏輯關系，因此沒有結構的APS，即使將生產數據組織得再好也無法得到很好的實際應建。下面將著重扶APS的生產數據描述、生產數據模型和生產數據關聯3個方面來探討APS生產數據的結構。
2.l APS的生產數據描述
APS中的生產數據描述了離散制造企業內各個對象的屬性信息，它是構建企業生產信息化系統的基本元素。在這些生產數據中，有些數據不隨時的變化而變化的，被稱之為靜態數據；與之相反，有些數據是隨生產狀態的變化而發生動態變化的，被稱之為動態數據。
2.1.1 靜態數據
主要描述了離散制造企業內一些靜態對象的相關信息，見表1。在生產過程中，這些對象信息更新很少，是企業生產的基礎。
表l 靜態數據屬性表
2.1.2 動態數據
主要描述了那些與時間密切相關的生產對象的信息，表2。它們更薪頻率快，是企業生產關注的重點對象。
表2 動態數據屬性表
2．2 APS的生產數據模型
生產數據模型是計劃排程的基礎，APS通過對企業靜態對象建模，輔助以動態對象信息即可進行計劃排程。這使我們主要研究離散企業的4種基本生產數據模型：時間模型、設備模型、人員模型和工具模型。
2.2.1 時間模型
時間模型定義了APS計劃排強對象——設備、人員、工具等的可用性，這使得APS計劃排程的結果更貼近于生產實際。時間模型定義可分為4個層次：企業日歷、日模型、班次模型和體患模型，圖l。
圖1 時間模型
2.2.2 設備模型
APS計劃排程的核心是設備，目標就是均衡設備負載、最大設備產能。設備模型的好壞直接決定了計劃排程結果的準確性。一般情況下，企業ERP系統已經為企業建立了相關的設備模型；如果企業沒有ERP系統，也可以手動為APS系統建立設備摸型。設備模型按照設備功能將其劃分為不同的設備組，見圖2。同一設備組內的設備可以加工相同的工序，彼此之間是可以互相替換的。設備組的父節點是部門成本中心，它包含1個完整的生產流程。該部門成本中心可以生產某種或某些產品，它定義了APS計劃排程的基本范疇。
圖2 設備模型
但是在某些特殊情況下，企業生產并不完全是基于設備組進行的。例如某企業有一系列設備組，這些設備組之間有1條固定的生產線路：A1-C2-B2-A1，工件在這些設備之間依次通過固定的傳送帶運輸，即該生產流程是固定不變的。顯然，上述設備模型在此已變得不再適用，此時需要在APS中建立一條專門的生產線路，見圖3。
圖3 訂單計劃排程
2.2.3工具模型
工具主要用于輔助設備生產，不同工序需要不同工具來輔助其完成加工。工具按照功能劃分為不同的工具組，見圖4。
圖4 工具模型
2.2.4人員模型
在企業內，設備的操控需要具備某種技能的人員，因此良好的人員計劃調度是保證設備正常運作的基礎。一般來說，人員是按照其掌握的操作技能來劃分的，見圖5。一道工序可能對應多個不同的工種，每個工種對應某種特定的技能，每個員工可以對應1個或多個特定的技能。
圖5人員模型
2.3 APS的生產數據關聯
生產數據關聯可以幫助我們在靜態數據模型上合理的配置動態數據，使兩者之間達到很好的信息交互。圖6描述了APS中生產數據的關聯情況。生產訂單描述了對某種或某些產品的需求，而1個生產訂單總可以被分解為一系列工序集。根據生產數據模型，可以將工序對應到4類對象的需求：生產工具組、設備組、物料和工種。生產工具組和設備組都由一系列具備相同功能的生產工具和設備組成，時間模型決定了它們的可用時間段；具備相同技能資質的人員屬于同一個工種，時間模型決定了他們的工作時間段：這樣就得到了每一步工序相對應的生產工具集、設備集、人員集和物料的需求。APS根據對象集內單個對象的可用性以及工序之間的邏輯關系，使用內置的算法即可計算出產品每一步工序的具體需求，實現將任務安排到最細粒度的生產資源。
圖6 數據關聯
3實例
某汽車零件加工工廠有10臺加工設備：cuttel01、cuttel02、cuttel03是同類型的切割機；Pressel01、Pres—sel02是同類型的沖壓機；Millel01、Millel02、Miller03是同類型的打磨機；Assemblel01和Assemblel02是同類型的組裝機。按照設備分組原則可將它們分為4個設備組，見表3。
相對應的存在4個工種：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，見表4。
表4 員工技能表
還有一定量的生產工具用于輔助人員和設備生產，根據工具分組原則可分為4組，見表5。此外，倉庫內有一定量的鐵錠可用于產品生產。
表5 工具組表
上述對象在一定時間范疇內都存在可用性的問題。工廠是三班倒工作制，時間模型見表6。模型設置到相對應的對象上，再輔以工廠的工作日歷，就可以將工廠內各個對象一整年內的可用時間描述清楚。
表6 時間模型表
現在有兩個客戶訂單——訂單1001和l002分別需要生產剎車片100件和200件。根據數據關聯圖的描述，APS系統首先從工廠的ERP系統得到客戶訂單表和訂單工序表，見表7。當前訂單1001的第1步加工工序是切割。APS首先將來料放置到該切割設備組1000前的一個虛擬緩沖區內。如果在同一時間1002訂單也在該工序進行加工，則APS根據內置的高級計劃調度算法或客戶定制的調度規則，并在考慮當前工序所需生產人員、生產工具和物料的可用性(包括時間和能力)的約束條件下，為當前設備組進行計劃排程。完成該工序的加工后，APS將訂單送到沖壓設備組2000進行下一步的計劃排程。以此類推，最終可以得到兩個訂單在設備上的詳細排程信息。
表7 訂單表
4 結束語
好的生產數據結構是構建APS的基石，數據結構的設計在一定程度上決定了APS軟件的優劣。APS的運作需要大量的數據作基礎，可是APS并沒有采購計劃、庫存控制、成本控制及人力資源管理等功能。與此相反，ERP雖然在計劃與排程功能上存在著不足，但其系統所能提供的數據卻是相當完備的。因此，如何將APS和ERP集成，使APS將所需數據從ERP中下載作常駐內存處理，并將處理后的數據反饋給ERP，這將是我們今后研究的方向。
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本文標題：離散制造業APS生產數據結構的研究及應用
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