摘要：針對傳統(tǒng)的MRPII系統(tǒng)使用無限能力計(jì)劃的缺陷，有限能力計(jì)劃近來得到深入研究和應(yīng)用。本文對有限能力計(jì)劃的概念、內(nèi)容和模型進(jìn)行了闡述，并總結(jié)出利用基于MSProject實(shí)現(xiàn)交互式有限能力計(jì)劃的方法和軟件實(shí)現(xiàn)。 
    
    能力需求計(jì)劃的基本概念

    能力需求計(jì)劃（CRP）是MRPII系統(tǒng)中的重要部分。它是一個(gè)將生產(chǎn)計(jì)劃和各種生產(chǎn)資源連接起來管理和計(jì)劃的功能。MRPII系統(tǒng)的能力平衡一般分為兩種：無限能力計(jì)劃和有限能力計(jì)劃，前者不考慮能力的限制，而將各個(gè)工作中心負(fù)荷進(jìn)行相加，找出超負(fù)荷和少負(fù)荷；后者則根據(jù)優(yōu)先級(jí)分配給各個(gè)工作中心負(fù)荷。目前大多數(shù)的商品軟件并沒有解決有限能力的問題，即按MRP生成的計(jì)劃是無限能力計(jì)劃，雖然進(jìn)行了能力計(jì)劃，但是在解決能力沖突上并沒有提出更好的解決方法，這樣產(chǎn)生的計(jì)劃在實(shí)施中必然與實(shí)際產(chǎn)生偏差，有些偏差可以通過車間的實(shí)時(shí)調(diào)度排除，但是如果不能排除則對生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響，從另一個(gè)角度講，這種偏差是由于計(jì)劃的不合理性引起的，它導(dǎo)致了生產(chǎn)的混亂、無序。因而如何產(chǎn)生合理的MRP計(jì)劃將是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，也是系統(tǒng)是否實(shí)用的關(guān)鍵。
    由于無限能力計(jì)劃在這些方面的局限性，人們開始重視對有限能力計(jì)劃策略的研究和開發(fā)。同時(shí)JIT和OPT等思想的涌現(xiàn)和應(yīng)用也促進(jìn)了有限能力計(jì)劃的研究和發(fā)展。
    目前有限能力計(jì)劃的研究內(nèi)容和范圍已經(jīng)不局限于對MRP計(jì)劃的能力評估，它已經(jīng)擴(kuò)展到解決制造系統(tǒng)的資源、能力和物料的實(shí)際可用性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃和資源利用的優(yōu)化。文獻(xiàn)[3]中，StephenFranks根據(jù)對時(shí)段和計(jì)劃的優(yōu)先極的考慮，把有限能力計(jì)劃闡述為三個(gè)層次，分別是仿真、計(jì)劃和調(diào)度，三個(gè)層次相輔相成。仿真面向企業(yè)的戰(zhàn)略性計(jì)劃和中長期計(jì)劃，而計(jì)劃和調(diào)度則著眼于作業(yè)計(jì)劃的制定。每個(gè)層次的功能和特點(diǎn)如下：
    仿真：它用來為系統(tǒng)提供預(yù)測未來的功能。預(yù)測的時(shí)間周期大小根據(jù)當(dāng)時(shí)細(xì)節(jié)的需要而定。
    計(jì)劃：它是仿真的子集，在更具體的細(xì)節(jié)上考慮任務(wù)排序的處理。
    調(diào)度：它是前面兩個(gè)階段的子集，確定必須完成并且經(jīng)過充分排序和優(yōu)先級(jí)界定的任務(wù)的日程安排。
    三個(gè)層次的功能和范圍可以用圖一明確表示：
    
    圖一有限能力計(jì)劃層次圖
    有限能力計(jì)劃致力于解決資源、能力和物料的實(shí)際可用性，因此有限能力計(jì)劃實(shí)際上是在資源有限情況下的車間生產(chǎn)調(diào)度，也可稱為有限能力調(diào)度。可以認(rèn)為它是調(diào)度問題的子類。調(diào)度問題可以形式化定義如下：
    一個(gè)約束化問題是一個(gè)三元組（S，C，G）。其中S是狀態(tài)的集合，稱為狀態(tài)空間。C是S上的謂詞函數(shù)，稱為約束。若S中某個(gè)狀態(tài)使C為真，則該狀態(tài)滿足約束，否則不滿足約束。G是S上的函數(shù)，其值域是實(shí)數(shù)集，稱為目標(biāo)函數(shù)。約束優(yōu)化問題的解是S0∈S,它應(yīng)滿足C（S0）=true（真）和對所有S1∈S有G（S0）≤G（S1）。
    具體到有限能力調(diào)度就是對一個(gè)可用的工作中心集合在時(shí)間上進(jìn)行加工任務(wù)集合分配，以滿足一個(gè)性能指標(biāo)集。從數(shù)學(xué)規(guī)劃的角度看，車間調(diào)度問題可表達(dá)為在等式或不等式約束下，對目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。典型的車間調(diào)度問題包括一個(gè)要完成的作業(yè)集，每個(gè)作業(yè)由一個(gè)操作集所組成，各操作的加工需要占用機(jī)床或其他資源，并且必須按一些可行的工藝次序進(jìn)行加工；每臺(tái)機(jī)床可加工工件的若干操作，并且在不同的機(jī)床上能加工的操作集可以不同。調(diào)度的目標(biāo)是將作業(yè)合理地安排到各機(jī)床，并合理安排作業(yè)的加工次序和加工開始時(shí)間，使約束條件被滿足，同時(shí)優(yōu)化一些性能指標(biāo)。

    有限能力計(jì)劃的約束考慮

    制造系統(tǒng)中，各種生產(chǎn)任務(wù)之間總會(huì)存在許多不同類型的約束關(guān)系。這些約束分別來自產(chǎn)品配套、工藝、資源使用以及管理目標(biāo)等。它們直接影響了每個(gè)零件的各個(gè)工序操作的生產(chǎn)流程安排順序，也同時(shí)影響了系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度中的優(yōu)化決策，因?yàn)樯�產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的實(shí)質(zhì)正是根據(jù)這些管理目標(biāo)和約束條件尋求一個(gè)優(yōu)化的作業(yè)安排結(jié)果。因此有限能力計(jì)劃必須考慮這些約束的制約，即在滿足約束的基礎(chǔ)上進(jìn)行資源、能力、物料的統(tǒng)籌安排，進(jìn)行優(yōu)化決策。
    制造系統(tǒng)中的約束關(guān)系主要有六類：
    配套約束：產(chǎn)品訂單的配套關(guān)系使各零件在生產(chǎn)中有數(shù)量和加工先后順序的約束要求。
    工藝約束：零件的制造過程是按照工藝路線進(jìn)行的，因此工序任務(wù)間存在工藝規(guī)程方面的約束。
    主資源約束：每個(gè)操作都要使用一定的資源和設(shè)備，形成設(shè)備資源上的操作安排隊(duì)列從而產(chǎn)生的約束。
    輔資源約束：每個(gè)操作都要占用一定的輔助資源，形成輔助資源上操作占用安排隊(duì)列從而產(chǎn)生的約束。
    計(jì)劃時(shí)間約束：由于任務(wù)計(jì)劃安排的開始和結(jié)束時(shí)間要求而產(chǎn)生的約束。
    系統(tǒng)性能和管理目標(biāo)約束：調(diào)度的最終系統(tǒng)要求和管理目標(biāo)對任務(wù)安排產(chǎn)生的約束。
    因此，建立有限能力計(jì)劃系統(tǒng)，進(jìn)行有限能力計(jì)劃仿真，必須滿足計(jì)劃目標(biāo)、相關(guān)的物料和能力約束，獲得與實(shí)際生產(chǎn)情況符合的可行的計(jì)劃，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃的結(jié)果。因此，進(jìn)行有限能力計(jì)劃需要在能夠反映資源、能力和約束的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行，相關(guān)的數(shù)據(jù)包括；
    ● 已下達(dá)車間定單
    ● 訂單的交貨期
    ● 生產(chǎn)率目標(biāo)
    ● 資金約束
    ● MRP計(jì)劃定單
    ● 工作中心信息：它是各種生產(chǎn)或加工單元和成本計(jì)算單元的統(tǒng)稱，作為平衡任務(wù)負(fù)荷與生產(chǎn)能力的基本單元
    ● 工藝路線信息
    ● 資源日歷
    ● 下發(fā)定單的執(zhí)行情況
    ● 工作中心的任務(wù)隊(duì)列

    有限能力計(jì)劃的應(yīng)用

    筆者參與開發(fā)了基于MsProject98軟件的有限能力計(jì)劃環(huán)境。MsProject98是一個(gè)功能強(qiáng)大的項(xiàng)目管理軟件，它能夠?qū)��?xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃，對項(xiàng)目需要的資源和成本進(jìn)行管理、維護(hù)和統(tǒng)計(jì)，資源日歷的管理，支持活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖的分析，提供關(guān)鍵路徑法進(jìn)行工期核算，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行資源平衡等特點(diǎn)。該環(huán)境的特點(diǎn)主要有：
    生產(chǎn)系統(tǒng)的全部計(jì)劃采用滾動(dòng)式編制。按照編制滾動(dòng)計(jì)劃的原理，計(jì)劃層次分為三個(gè)時(shí)段，即執(zhí)行期、準(zhǔn)備期和展望期，分別對應(yīng)于有限能力的計(jì)劃的仿真、計(jì)劃和調(diào)度。
    利用Project支持在不同項(xiàng)目間共享資源的特點(diǎn)同意管理資源的能力信息，即準(zhǔn)備展望期和執(zhí)行層次共享準(zhǔn)備層次的資源信息。這樣計(jì)劃的每個(gè)層次都建立在資源的實(shí)際負(fù)荷和能力信息的基礎(chǔ)之上。
    利用Project提供的項(xiàng)目管理和工作分解結(jié)構(gòu)能力維護(hù)相關(guān)的約束關(guān)系，包括資源共享、任務(wù)間的物料約束、工期約束等。
    充分利用Project提供的關(guān)鍵路徑法進(jìn)行工期核算，利用Project的能力平衡功能進(jìn)行資源平衡。
    利用Project的可視化特性，充分了解每種資源當(dāng)前的負(fù)荷情況，從中找出超負(fù)荷或者少負(fù)荷的資源，進(jìn)行資源的能力再分配。
    在執(zhí)行層次提供了基于不同排序規(guī)則的排序功能，包括接受已下發(fā)定單的反饋等信息，在制定新的計(jì)劃和滾動(dòng)已有的計(jì)劃最短加工時(shí)間、先來先、最長加工時(shí)間等。
    該環(huán)境作為開發(fā)的MRPII系統(tǒng)的一部分已經(jīng)在航空部某工廠實(shí)施和應(yīng)用，在企業(yè)計(jì)劃制定、作業(yè)安排和能力平衡方面取得了較好的效果。

    總結(jié)

    由于無限能力計(jì)劃的MRPII系統(tǒng)缺乏對生產(chǎn)的實(shí)際反映和實(shí)時(shí)控制，從而導(dǎo)致計(jì)劃執(zhí)行中沖突過多、無法滿足計(jì)劃目標(biāo)和客戶要求的缺點(diǎn)。而有限能力計(jì)劃能夠在一定程度上解決這些問題，但是由于生產(chǎn)過程的復(fù)雜性和對柔性生產(chǎn)要求的提高，以及如何提高生產(chǎn)計(jì)劃的可行性，如何處理生產(chǎn)中的各種干擾和突發(fā)情況，還需要進(jìn)一步研究相應(yīng)的方法，譬如引入智能化的方法等，以提高生產(chǎn)過程的自治性和柔性。

    

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本文標(biāo)題：MRPII系統(tǒng)中的有限能力計(jì)劃研究

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