0 引言
生產排程(Production Scheduling)問題，又稱生產作業計劃或生產調度，是指生產部門為完成銷售部門下達的訂單，根據確定的生產計劃和訂單交貨期安排，按照產品的加工工藝路線，將有限資源安排給不同的工作，并決定何時開始，由哪部設備加工，并完成哪件工作，并設法達到預定的如交貨期要求和提高設備利用率的目標。當前國際國內市場瞬息萬變，企業要想在激烈的市場競爭中立于不敗之地，就要對客戶和市場的要求做出快速響應，按照市場的要求把低成本、高質量、短交貨期的產品交付到客戶手中。
面向訂單生產(Make to Order，MTO)方式，就是按照客戶訂單以及銷售合同來組織安排生產的，該生產方式對企業生產排程的能力具有較高要求。雖然目前我國很多企業都已經采用企業資源計劃(EntERPrise Resource Planning，ERP)系統進行生產管理，并且也取得了很好的成效，但是，由于傳統ERP系統生產計劃模型的計算不是十分準確，而且也不能及時反映車間的實際情況和訂單變化，ERP系統已經不能適應現代企業變化的需求。這一點對于MTO型企業尤其明顯。高級計劃與排程(Advanced Planning&Scheduling，APS)技術的出現，使得克服傳統ERP計劃模型缺點成為可能。
1 傳統ERP缺陷與APS的興起
1．1 ERP計劃模型的缺陷
ERP系統實際操作中，會在計算機幫助下按產品BOM(Bill of Materials)和工藝流程逐級推演，生成在一般平穩生產條件下可以應用的生產計劃。生產計劃編制仍然采用MRP(Material RequirementsPlanning)和MPS(Master Production Scheduling)計算物料的需求，并通過發布補充定單等手段進行調整。
這種從上世紀60年代一直沿用下來的計劃模型，存在許多固有的缺陷：模型建立在無限能力的假定之上；要求提前期已知，且是固定值；要求工藝路線固定；生產的優先次序只能根據交付周期或日期安排；計劃編制所需時間過長，而且對計劃的調整工作十分困難；缺乏對企業運營的決策支持能力。傳統ERP系統的計劃模型只是限于生產和采購領域，在大多數情況下不會考慮到目標函數的存在，更不要說優化的問題，它只是一個運作層面的連續計劃系統。
隨著社會的不斷發展，市場競爭逐步加劇，傳統ERP的計劃模型越來越不能適應企業適應市場變化的需求，尋找一種替代ERP的計劃模型勢在必行。高級計劃與排程(APS)技術的出現恰恰迎合了這一趨勢，提供了替代ERP計劃模型的一種選擇。
1．2 APS產生基礎及其特點
APS是20世紀后50年發展起來的革命性管理技術，它的發展是建立在線性規劃、計算機科學、人工智能、決策支持系統、工業工程、物流管理、管理科學、約束理論、操作研究和其他管理研究成果基礎上的，其核心是約束優化理論。
APS最顯著的特點是層次性計劃體系，也是其強大功能的最突出體現。供應鏈最優計劃涉及不同的時間跨度(長期、中期、短期)、不同的業務流程(采購、制造、分銷等)以及各個供應鏈成員企業，并且由于需求的不確定性，一次優化所有的計劃是不可能的。APS用層次計劃的思想把總的計劃任務分解成許多局部計劃模塊，然后分配給不同的計劃層，每一計劃層都涵蓋整個供應鏈，但層與層之間的任務不同。層次越低，計劃涵蓋的局部受到的限制越多，計劃時間跨度越短，計劃也越詳細。同時，各計劃模塊被水平和垂直信息流連接在一起，上層計劃模塊的結果為下層計劃設定了約束，而下層計劃也將相關性能數據(如成本、提前期、使用率等)反饋給上一層次的計劃，并接受上層綜合計劃的協調。經過比較發現，APS系統實際上可以取代ERP系統原有的主生產計劃、物料需求計劃、能力計劃等功能模塊，并為企業整體運營提供決策支持。這樣，經過“剪裁”的ERP系統成為APS系統的數據源，為APS計算提供各種數據，如訂單數據、庫存數據、工藝路線、BOM等；而APS則將按照規則處理完畢后的計算結果返回給ERP系統，由其負責執行。(如圖1所示)應當注意的是，由于ERP、APS兩種系統的設計理念完全不同，在進行集成時，必須對兩種系統的數據結構進行仔細的調整，以免產生“排異反應”。
圖1 APS與ERP的數據交互不意圖
2 面向訂單生產APS系統的關鍵流程分析
2．1 面向訂單生產企業的生產排程分析
面向訂單生產企業的生產排程以生產計劃為起點，綜合考慮企業整體目標和約束條件，目的是生成詳細的生產進度計劃，同時將這個計劃反饋給企業上層生產計劃系統。可以將從接受客戶訂單后到完成訂單出貨整個過程劃分為三個階段：
圖2 面向訂單生產企業的生產排程示意圖
圖3 銷售運營計劃示意圖
(1)訂單選擇與協調：按照主生產計劃的編排，并根據訂單交貨日期和其重要程度，從眾多的訂單中選擇出在下一時段安排生產的部分。同時，與主生產計劃協調，調整相關訂單的計劃交貨期。
(2)生產進度計劃排程：此階段生產排程依據產品工藝路線，確定計劃期內選擇的每一個訂單在所需資源上的加工開始時間和結束時間，即給出了在所有制造資源或工作中心上訂單的加工順序。生產進度計劃一般會通過直觀的甘特圖形式給出。
(3)現場重排程：在實際生產中，經常因出現緊急插單、訂單取消、物料短缺、設備故障等意外狀況，造成執行結果與原生產計劃的偏差。對于現場出現的一般問題，需要在現場快速調整加工任務，進行現場重排程，以確保生產進度計劃準確執行。當偏差過大時，則需要重新編制生產進度計劃直至修改主生產計劃。
2．2 面向訂單生產APS系統的關鍵流程分析
根據2．1的分析，對于面向訂單生產的APS系統，有三個關鍵點具有關鍵作用：
①訂單預測沖減
銷售訂單首先沖減當前區間的預測，如果該訂單數量大于當前區間預測，在當月之內先后向沖減，然后再前向沖減；如果該訂單數量大于當月預測，則前向沖減其他月份的預測；
根據訂單沖減后的結果，生成主計劃；
②銷售運營計劃
在考慮產能約束而不考慮物料約束的前提下，生成物料需求，在此基礎上進而與供應商交互、確定物料約束；
在同時考慮產能和物料約束的情況下，生成可執行的制造計劃、關鍵物料采購計劃和分配計劃，進而進行銷售運營計劃。
③工作重心詳細排程
假設每一工作中心具有無限產能，按照面向無限產能的方法進行排產，確定物料的采購計劃和送達時間；
在解決了物料問題之后，針對各工作中心的產能負荷，利用面向有限產能的相應規則來平衡工作中心的加工任務，確定各工作中心的加工計劃；
根據前兩個步驟得出的物料計劃和加工計劃，對企業的整個生產進行協調；
在計劃執行一段時間之后，根據反饋信息和新的訂單信息，重新進行排產操作。
2．3 面向訂單生產APS系統的生產能力檢查
由于APS系統可以集成應用企業的所有信息，因此，它可以對MTO型企業的各項生產能力指標進行檢查，從而為企業的銷售等行為提供強有力的支持。其中最典型的是：可供貨能力、可承諾能力、等等。如圖5所示。
圖4工作中心詳細排程示意圖
圖5 供貨能力與可承諾能力檢查
在簽訂供貨合同前進行供貨能力的檢查，提供比較準確的供貨時間，指導合同的簽訂；
合同簽訂后為客戶做出發貨和到貨時間承諾提供決策支持；
在供貨能力不足的情況下，為合同分批提供決策支持。
3 APS系統在企業生產排程中的應用方法研究
通過前面的闡述可以發現，以企業的ERP系統作為信息基礎，采用APS和ERP系統集成的方法，由ERP提供訂單數據、庫存數據、工藝路線、BOM等數據，利用APS的先進優化算法，可以初步解決面向訂單生產企業的生產計劃和調度優化問題。APS和ERP的集成系統框架如圖6所示。
圖6 APS與ERP系統集成的體系架構
ERP在生產計劃職能方面只是承擔一個數據存儲的作用，它里面存儲著產品的BOM表，庫存情況，訂單情況等各種生產的基礎數據。而APS則承擔著計算生產計劃的任務，計算出結果后將數據反饋給ERP系統，ERP接到反饋后釋放加工資源，生產作業人員通過查看ERP了解所需要完成的加工任務。而企業客戶則可以通過企業的供應鏈管理系統(SCM)及時查詢自己訂單的實時情況。
實際中，我們應用CORBA架構實現APS和MES系統的集成，整個體系結構由信息資源層、訪問接口層、請求服務代理層、對象通信服務層和網絡傳輸層五部分組成。其集成的層次體系結構如圖7所示。“公共對象請求代理結構”(Common 0bjectRequest Broker Architecture，CORBA)由對象管理組織(Object Management Group，OMG)提出。CORBA構建了一種讓對象與本地或網上的其他對象透明請求服務與接收信息的機制，以ORB為核心，達成分布異構環境中多個對象系統之間的無縫連接。此外，CORBA還提供獨立于編程語言的接口定義語言(Interface Definition Language，IDL)來描述對象和操作，從而使遠程分布應用可以通過ORB請求這些對象上的操作服務。具體實現時，首先確定應用對象及相關功能代理的主要內容；然后根據具體的應用系統實現其封裝，從中抽取需要的服務，形成了一系列功能代理，最終實現APS與ERP系統的集成。
4 結束語
在競爭日益激烈的市場中，為快速適應內、外部環境的快速變化，APS已經逐漸成為制造企業快速應對市場，進行企業內部生產計劃和排程的重要技術工具。對于面向訂單生產的企業，APS對訂單的強大處理和實施功能就更加重要。
圖7 基于CORBA技術的系統集成示意
實踐證明，在MTO型企業中，以ERP的企業制造資源數據為基礎，將APS與ERP集成，來優化企業的生產排程和調度算法，可以提高企業的生產效率，進而實現快速響應市場需求的目的。這對于新技術條件下，我國企業的信息化建設具有一定的借鑒意義。
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