0 引言

    在激烈的市场竞争中，企业的生产经营思路已由“以产定销”转为“以销定产”，以市场和用户的需求为导向安排生产，特别是客户需求的个性化与多样化，面向订单(Make to order，MTO)的生产方式成为制造企业产品生产的重要方式之一，该生产方式对企业生产排程的能力有较高要求。虽然目前国内很多制造商企业都已采用ERP系统进行生产管理，但传统的ERP系统的生产管理存在许多固有的缺陷：如生产计划排程建立在无限能力的假定上，生产的优先次序只能根据交付期安排，计划编制所需时间长，对计划的调整工作十分困难；不能及时反映车间的实际情况和订单的变化。这对于多品种、小批量和按订单生产的企业显然不太合适。为适应市场多变的需求，寻找一种替代ERP的计划模型势在必行。高级生产计划排程(Advanced Planning&scheduIing，APS)是20世纪50年代发展起来的革命性管理技术，是一种基于供应链管理和约束理论的先进计划与排产工具。APS高级计划排程系统从ERP的盲点发展而来，其考虑生产过程中的多种因素，如班次、产能、当前负荷能力等，并能根据车间生产现状实时对生产进行调度的出现解决了ERP的计划缺乏弹性的难题。本文利用APS理念，研究基于产能约束下的生产计划排程管理系统的应用。

1 生产计划排程管理系统运行流程

    MTO型制造业企业生产计划排程管理系统运行流程分析如图1所示。流程图表达了从接受客户订单到完成订单的整个过程，主要分为以下四个阶段：生成主生产计划、生产计划预排程、生产现场重排程、作业进度管理。

图1 生产计划排程管理系统运行流程图

    (1)生成主生产计划：总计划员根据销售订单的数量和交货期，运行SAP系统主生产计划，经粗能力平衡，将平衡后的订单通过MRP运算分解到各部门或装配车间，形成主生产计划。

    (2)生产计划预排程：根据生产线生产能力计算，确定计划期内选择的每一张订单的开工时间和结束时间，即给出每条生产线上订单的加工顺序。形成的生产进度计划通过直观的甘特图形给出。

    (3)生产现场重排程：在生产实际中，经常会出现因紧急插单、订单取消、物料短缺、设备故障等意外状况，造成执行结果与原生产计划的偏差。对于现场出现的意外情况，需要在现场快速调整生产任务，进行现场重排程，以确保生产进度计划准确执行。当偏差过大时，则需要重新编制生产进度计划直至修改主生产计划。

    (4)作业进度管理：装配车间完成生产作业后，通过条码扫描，将生产订单完工信息传递回生产计划排程管理系统，系统按照一定的生产计划周期对尚未完工的生产计划进行重新排程。

2 生产计划排程管理系统(APS)功能设计

    生产计划排程管理系统功能模块如图2所示。

图2 生产计划排程管理系统功能模块

    2.1 基础数据设置

    生产计划排程管理系统基础数据配置包含以下几个内容：

    (1)定义计划区域，生产线组和生产线的关系

    一个计划区域可以包含多个工厂和生产线组；一条生产线只能属于一个生产线组；一个生产线组只能属于一个计划区域。其关系如图3所示。

图3 计划区域，生产线组和生产线的关系

    (2)生产线工作日历

    系统要求为每条生产线按班次创建独立的工作日历，在该工作日历中定义生产线开始时间，结束时间、休息时间、开动率、借用能力等信息。

    (3)生产线和物料的关系

    生产线和物料关系用于定义以下内容：物料可以在哪些生产线进行加工或装配；物料在不同生产线上的加工节拍，产品在不同生产线上进行生产时的优先顺序。

    2.2 基于产能约束的生产计划排程

    2.2.1 基于产能约束的生产计划排程的业务规则所谓产能约束是将生产线的有限生产能力作为生产计划排程的约束条件，即在限定的生产能力范围内进行运作。生产能力的公式为：生产能力丁=每日班次×每班工作时数×节拍×利用率。根据生产计划排程管理系统运行流程，结合本次生产计划排程系统以产能作为硬约束，确定生产计划排程规则为：

    (1)以生产线最大瓶颈工序的生产节拍作为该生产线的生产节拍，不再考虑具体的每道工序的生产节拍；

    (2)按照生产订单的先后原则，预排加工顺序；

    (3)采用顺排的逻辑进行计划排程，按开工时间进行排程。

    2.2.2生产计划排程的算法本文研究的生产计划排程管理系统是基于生产线有限产能约束下的生产计划排程，并且采用顺排的逻辑进行排程。图4为订单在生产线上的排程在时间轴上的排序图。

图4 生产订单在时间轴上的排序图

    按照生产计划排程规则，生产订单按照先到期先做的原则，对排程订单进行筛选排序，并以计划排程开始时间作为排序在第一位的订单的开始时间，以排序为第一位的订单的完成时间作为第二位订单的开始时间，以此类推，直至将所有需要排程的生产订单排完为止。

假定生产线节拍为K1生产线利用率为A，订单数量为Qi，订单能力需求为

    当所排计划订单能力总需求小于生产线所能供给产能时，即该计划为可执行计划，否则，则需对计划进行重新排程

    2.3 例外信息管理

    对生产计划进行更新排程后，系统对排程结果进行检查，主要检查生产订单末件完工时间是否满足订单需求时间，如果不满足，则将该订单的警告标识置为“Y”，并将例外信息插入例外信息表中。计划员可通过计划工作台查阅订单的例外信息，决定是否需要通过人工干预调整排程。

    2.4 计划工作台

   由于ERP系统对生产计划的调整十分困难，生产计划排程管理系统的计划工作台很好的解决了这一缺陷。计划工作台能为计划员提供一个一站式的工作界面，计划的调整、下达、取消、优化以及作业进度监控，都可以通过计划工作台完成。

    2.5 作业进度监控

    为了将生产计划编制与制造过程紧密、有机联系一个信息平台，利用条码扫描技术，在车间完工工序设立条码扫描仪。生产者每完工一个工件，即进行一次扫描，其结果反映到生产排程管理系统，并直观的体现在计划工作平台，计划员可对现场作业进度进行实时监控。

    2.6 第三方软件接口

    通过接口表程序，实现ERP系统与生产计划排程管理系统的数据通讯，从ERP读取生产订单信息，将排程结果返回ERP系统。

3 结论

    本文研究了基于产能约束下的生产计划排程管理系统在MTO型制造业企业的应用，弥补了ERP的多种不足之处，较好地解决了制造业企业实施ERP以来，长期困扰企业生产计划模型计算不准确的难题，同时也为敏捷制造的先进生产模式的实施奠定了良好的基础。