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APS高级计划与排程原理(上)

APS高级计划与排程原理(上)
作者:蔡颖
来源:APSS
日期:2012-10-16 20:00:32
网址:
阅读:512

APS高计划与排程原理
APS Asprova 生产排程 生产计划 永凯APS
蔡颖PMP

APSS协会首席专家顾问

一、分析制造工厂多品种小批量按单生产难题
1. 多品种小批量生产的特点
多品种小批量生产主要特征为:
多品种并行、资源共享、定单结果和生产周期的不确定性、物料需求变化多变,导致采购延迟严重。
多品种小批量的按单生产,生产环境的流程是:
1)接单评审,如果插单,可能有个模拟过程。
2)对非标的零件进行设计,采购,生产。
3)对一些提前期长零件的预测计划的按单冲消,有约束的物料计划和约束的能力的预排程。
4)对定单池的里所有定单进行规则优化排程,以达到服务最大化(交货期优先)
5)跟踪与执行交付,监控可以采用可视化定单甘特图。

2. 多品种小批量评估分析
主要解决目标:
1)缩短交期、及时交货
2)准确灵活的生产计划与排程
3)降低物料短缺与改善物料不准确
分析七个核心可赢利流程:
1)需求与订单处理流程
2)工程管理流程
3)生产计划与生产控制流程
4)采购计划与采购控制流程
5)仓储与物流管理流程
6)精益生产现状
7)多品种小批量按单生产模式组织结构适应性

3. 制造工厂多品种小批量按单生产主要问题:
需求与销售处理主要问题:如何更好的管理预测?如何得到合理的交期?如何提高交货绩效?如何全局的跟踪订单的状态?
工程管理主要问题:如何更好、更准的配置客户化的BOM?如何更快的转化E-BOM到ERP的生产BOM?如何跟有效的控制ECN?如何在工序中调用工艺文件与图纸?

生产计划与控制主要问题:如何保证交货期”和“资源瓶颈”及“物料短缺”之间的冲突?如何资源瓶颈与物料瓶颈优化排程?如何插单与订单变更的处理?

采购计划与控制主要问题:如何避免物料延迟、缺料?如何供应商的管理?如何避免物料时间与数量不准?如何采用JIT/JIS配送计划?

库存管理主要问题:如何避免ERP系统的库存业务与实物不统一?如何使物料配套并预警?如何分析组合物料的ABC和FMR分析?如何改善库存周转率?

精益生产主要问题:交货期的价值流分析与改善、标准化、可视化、设备布局与库存的布局优化。

4. 快速响应运作组织模式
建立“快速响应”项目小组,融合ERP、APS、精益、6西格码、供应链管理思想和工具,来缩短交货期,快速响应客户需求。

二、APS高级计划排程原理
1. 工厂主要存在的问题:
1)交期不准、订单延迟;
2)计划不准、产能不够、物料短缺;
3)浪费严重,效率低;
4)库存不准、积压严重,失控;
5)无法精细成本核算。

2. APS主要解决方案概述
1)需求预测与S&OP
2)合理的CTP
3)高级约束计划
4)详细约束车间排程(与计划相互关联)
5)多种可视化甘特图(人机交互,定义颜色查询提前或延期)
6)快速重排
7)使用基于规则或优化算法来计划排程
8)反复模拟what if

3. 经营中的挑战
今天,在众多领域的制造业者所共同面临的挑战和困难是一二十年前所无法想象的,技术的发展瞬息万变,全球化的竞争四处涌现,客户的需求也上升到几乎不容许你出错甚至苛刻的水平。要想在这样的环境中取得成功,所以制造企业面临的新挑战是:
1)按需生产:具有高效敏捷的计划与排程,能够接受客户最后时刻的修改和客户订单的变化
2)快速精益制造:实现精益企业的流动和6西格码技术的质量控制;
3)柔性企业:实现运作过程的柔性,管理结构的柔性,企业战略的柔性。
制造企业的主要目标:质量高可靠性、交货周期缩短、准时交货率、降低库存(周转天数)、降低成本、柔性即灵活性


图1 企业管理系统ERP系统的历史和今天

4. MRP的困境


MRP具有十大缺陷:
1)、BOM的模型缺陷
BOM(Bill of Material)只是说明了产品与物料的逻辑与数量构成,没有反映工序、设备、资源的使用物料的量和地点位置。
2)预设生产提前期的缺陷。生产提前期或提前期偏置不可能预先假设的。应为影响提前期的因素很多,如批量多少、投入的设备与资源多少、是否平行移动或工序重叠比例、同时混合生产的品种等。所以生产提前期应该是预计划排程的结果。
3)MPS/MRP是基于无限约束的计划。它是假设资源(机器、人员、物料)无限的计划排程,是不可行的计划排程,通过CRP能力需求计划分析手工调整,计划与执行的落差太大,不能匹配生产车间现场的资源产能与产线节拍。
4)MPS/MRP/RCCP/CRP计划层次之间是顺序的手工闭环。需求计划需要RRP检查能力; MPS需要RCCP来检查能力;MRP需要CRP检查能力,只能正向关联,一旦车间设备等资源能力出现问题,不能反向关联,只能手工来调整MPS,这就是所谓的闭环MRP(Close loop MRP),根本不是自动闭环,难以适应多品种小批量的变化。
5)不能动态的、滚动的计划排程车间实际执行时,一旦没有按照生产订单的开工或完工日期完成,不能根据实际开工或完工日期来进行自动的滚动计划排程。ERP的生产任务一旦下达,日期只能手工修改。
6)资源不能可视化的监控和调度管理人员不能使用甘特图交互运作,调整的效果显示不直观和实时,必须重新运行计划(批处理)才能反映出来。
7)不能处理优先级等工厂规则的插单排程,不能模拟分析工厂不可避免的插单、设备故障、缺料等意外的情况,不能提供类似what-if的情景分析与模拟等事前计划、模拟、及比较分析等功能,帮助计划人员做出正确的决策。
8)没有基于规则优化(如交货期、最短加工时间),不支持算法优化。没有生产订单下达规则,如解决哪个订单先下达,如按交货期,优先级,生产订单合并与分割等。没有加工顺序规则如当资源不够用时, 生产订单和负荷在排队,解决排队的顺序,如最短加工时间,最小工序数等。没有优化选择规则:当资源需要动态选择加工时,也就是对顺序规则从新选择时,如最小准备时间规则等。没有现场调度资源组成员分配规则:如当须选择多个资源,替代资源时,如最小资源利用率资源。不能支持优化算法的多目标计划:如在满足交货期的前提下,延迟订单最小化、资源负荷利用最大化、成品、在制品、原料库存最小化、成本最小化的优化的计划排程。
9)不能计算CTP合理的交期(考虑物料、能力、模具、人员等)接到销售订单,应该根据物料需求展开与工单排程,再回溯配对订单的方式,推算出更准确的订单交期,支持业务即时回覆订单CTP (Capable to promise/ produce)的可用量承诺交期与生产能力承诺交期,提高交货准确度与客户满意度。
10)计划排程均不准确,何来有效的、准确的库存计划控制。如供货计划JIT/JIS到工位,物料配送计划、控制再制品。

5. 为什么生产计划排程如此之难?
计划排程常出现的问题有:多品种少批量的生产,混合排产难度大;无法如期交货,太多“救火式”加班;订单需要太多的跟催;生产优先顺序频繁改变,原定计划无法执行;库存不断增加,却常常缺关键物料;生产周期太长,提前期无限膨胀;生产部门往往成为市场表现不佳的替罪羊……
1)相互冲突的生产计划排程的目标-满足客户交货期与生产成本之间的矛盾-产能最大化与浪费最小化之间的矛盾-库存成本最小化与客户需求的矛盾-批量采购与库存最小化之间的矛盾
2)复杂多约束的生产现场:复杂的工艺路径对各种设备的特殊需求各不相同;有限的生产设备,物料,库存,人员的约束;小批量多品种的生产模式;精益生产的多品种混排模式;
3)动态变动的生产环境:临时订单改变,紧急插单的需求;产品流程变化,新产品研制流程的不确定性:机器设备故障检修,员工生病请假等。

6. 什么是APS?
APS: Advanced Planning and Scheduling 高级计划与排程
APS :Advanced Planning System 高级计划系统
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。
APS会同时检查能力约束,原料约束,需求约束,运输约束,资金约束,这就保证了供应链计划在任何时候都有效。并具有模拟能力。不论是长期的或短期的计划具有优化,对比,可执行性。
基于内存计算模式,快速反应:APS系统最初运用是在一个企业的范围内进行计划的运算和优化,但它也被扩展到供应链的计划上,这包括供应商、分销商和出货点的需求。不同的软件供应商选用不同的优化算法搭建自己的高级计划系统软件,需要根据解决不同的问题来决定采用哪种算法引擎。
排程分为无限与有限:无限负荷需求只是证明能力的存在。它允许超出可用能力。有限排程只在可用能力内计划。
1)基于能力约束:有限产能
工厂的实际产能是有限的:
(1)工人人数有限;
(2)每个工人的劳动能力有限;
(3)机器数有限;
(4)每台机器每天的运转时间有限;
(5)生产作业的场地有限、库房的容纳能力有限;
APS用日程表真实模拟生产资源的可用性安排:比如工人的上下班时段;机器的运转、中断和停工时段等等。这也反映了实际生产中的有限产能约束。
2)基于物料约束:物料库存有限、工厂的物料存货是有限的、供应商在一定时间内的供货能力是有限的、工厂自身的采购实力也是有限的(线边量、现有量、在订量、采购提前期),因此可供生产的原料并不是取之不尽的,工厂的生产必然受到有限存货的约束。


一般APS软件都由5个主要的模块组成:需求计划、分销计划、生产计划和排程、运输计划、企业或供应链分析。

7. APS的历史与发展
1)计算机出现之前的APS:甘特图;线性规划
2)1950-1960初,计算机已出现:线性规划优化
3)1960中期-1970初计算机应用程序的进步:复杂优化,人
机交互
4)1980年-APS软件的出现:约束理论,图形用户界面
5)1990年-APS市场繁荣和产品增值:I2等专利产品
6)大多数ERP供应商收购APS公司和开发APS。

APS产品的功能特征的演变有以下四个阶段:
第一阶段的功能特征:人机交互可视化排产,简单的有限资源计算。
第二阶段的功能特征:基于各种资源约束优化计算。
第三阶段的功能特征:基于多重资源约束优化和建模。
第四阶段的功能特征: 多重资源约束,物料的动态约束,需求计划,分销网络配置计划,运输计划,全局CTP,ATP。

8. APS的优化算法
优化(Optimization)是用系统的方法,在业务约束基础上,来改善计划或排程。优化的主要算法有:
1)数学规划(线性和混合整数规划),较适用于战略计划如网络选址,寻源等;
2)启发式算法(约束理论或模拟仿真等),较适用于战术计划或运作计划如生产排程等;
3)基因算法,较适用于有大量的可能方案选择;
4)穷举法是在所有替代的可能的方案寻找,较适用于教简单的供应链。

9. APS的主要过程:
1)承诺:现在我能为客户合理地承诺做到哪些事情?同时可以考虑物料和能力;
2)高级计划:客户今后的需求有可能是什么?什么样的计划能满足客户将来求?即使生产中断我们仍然可以正常工作吗?如何调整和保证我的承诺并达到目标?在计划中作出的更改如何影响每个订单?
3)确认下达生产订单:近期需要下达哪些订单?
4)顺序排程:如何实现数量/日期承诺和的运营目标?在瓶颈上最优化的加工顺序是什么?我们需要对类似的加工需求进行成批加工吗?
5)精益执行:且分析今天需要完成哪些生产订单?应使用哪些资源?在单元生产线上,动态看板的执行。
APS和传统的生产排程区别:高级排程是一个多重约束的排程,包括更多的排程方法,可视化的拖拉排程,基于能力和相关能力排程,实时的能力承诺CTP和高级物料计划。

10. APS的三种模式
1)基于模拟仿真模式:基于订单任务(Job-based) ;基于事件(Event-based)。
2)基于TOC的模式和扩展:TOC的建模可以通过有限能力建模基于所有约束,同步化物流。任何资源均可以定义为瓶颈资源或关键资源及次瓶颈资源.对瓶颈资源采取双向计划,对非关键资源采用倒排计划.缓冲时间可以设置任何在复杂资源之间。DBR(Drum-Buffer-rope)逻辑是对关键工序同步化所有资源和物料。
3)基于数学建模-基因算法:数学建模包括神经网络、基因运算、线性规划、进化运作(ECOP)、渐进迭代和人工智能。

11. APS软件主要的模块
制造业APS:高级计划模块、高级排程模块、动态CTP/ATP、高效模拟分析器

12. APS和MRP的区别
APS是同步的,约束的,优化实时的计划。
MRP是顺序的,无约束的,无优化的,批处理的计划。

13. APS和ERP



图 APS和ERP集成

14. APS解决企业管理难题
问题一:CTP能力可承诺客户要求交期是否可达成?
物料的可用量和瓶颈能力可以准确承诺客户订单的交期.对提高客户服务至关重要.
问题二:是否可接受插单?会对已接订单造成什么影响?
插单是不可避免的, 插单势必导致物料和能力再分配,需模拟分析影响原来订单的排程。
问题三:在满足交期情況下是否能力利用率也能达到最优化?
在满足交期情況下,按一定的约束规则向后排程和向前排程,优化计划排程。
问题四:计划排程是考虑产能力约束优先还是物料约束优先?
在现有能力下,考虑物料约束.在现有物料下,考虑能力约束.也可以同时考虑多重资源的约束。
问题五:产能负荷是否可以自动搜寻替代加工及替代工艺路线?
计划产品自动分配到生产线和自动选择工作中心.对调度人员帮助非常大。
问题六:客户、供应商的频繁变更,排程应如何快速回应?
在供应链的环境下,必须要实时考虑客户的变化和供应商的变化,实时分析预警。
问题七:当品种改变时,物料的约束模拟和动态分配和替换?
通常计划会因各种原因而改变,使品种的变化对物料的影响最小.能定义替换规则自动计划替换物料。
问题八:当品种排序时的模具调配时间的优化?
在精益生产环境下,品种的排程顺序可以考虑换品种调配时间最小。

实际上,在制造实践中,以上问题是不可回避的.从事生产第一线的生产管理者们都知道每天都被这些问题所困扰。那么,我们制造信息化如何应对呢?

15. 按需生产,我们准备好了吗?
按需生产,需要重新设计供应链信息化系统,传统的主生产计划和物料需求计划的方式,已佷难适应按需生产环境,很多企业正在转向按需生产环境。按需生产的最大的挑战是模拟计算CTP可以承诺的交货期和准时交货。不仅需要订单需求直接进入计划排程的物料和能力系统,还要和供应商互动供应信息。
1)CTP功能,模拟计算交货期.
2)订单可以设置优先级,且可以进行模拟插单分析
3)计划穿透性,从采购的延迟或缺料等异常情况,可以反查到哪个销售单.
4)支持订单成本,也就是先进先出FIFO.
5)按单计划和复杂的按单配置等
企业可以通过使用可视化APS技术,来模拟交货的有效性。快速优化排程和重排能力。
按需生产,需实现精益拉式生产系统:
对工厂重新布局,设计具有流动拉式节拍的单元制造系统和互动的供应商联盟,最小化制造提前期,以适应快速响应客户需求。如:
1)单元生产方式。布局灵活,距离短,人员少,团队精神,工作丰富.灵活多变,象细胞一样,可以复制,移动。
2)一个流的节拍生产方式。象溪流一样,有节奏持续流向市场的海洋,大大减少了中间库存,和移动时间。

16. 制造业APS要解决的问题:
1)如何承诺客户订单?
2)怎样制作物料和能力计划?
3)车间的生产订单如何排序?
ATP: 一般情况下,企业都只能根据自身的可用存货(或半成品)来许诺,有多少存货接多少订单,没有可用存货的话管理者就因为担心违约而不敢接单了。
CTP:在APS的帮助之下,管理者能经准掌握企业的生产能力。对于没有相应可用存货的订单,用户只需在的供需编辑器中输入订单的订货数据,就可按生产能力迅速计算出企业能否按时生产出来,从而决定是否许诺这些订单。
通过需求甘特图非常直观地告诉用户基于现有的资源和生产能力,哪些订单能按客户要求的时间准时交货、哪些需要延迟(只能在客户要求的最迟交货时间之前生产出来)、哪些是基于现有条件怎么也完成不了的,这可以帮助用户决定是否许诺订单、如何许诺,既不会因为没把握而错过订单也不会超出自身能力贸然承诺订单。

17. APS的三步法:自动识别关键路径
1)从承诺日期反向开始,并且保留每道工序需要的工作中心的能力和物料。如果所需要的物料是已经生产的组件,则同样从其需求点开始对其进行反向计划。如果在此途径结束时,开始日期在计划时间范围的开始或之后,则继续执行下一个订单。
2)如果反向途径失败,则意味着生成的开始日期可能已经过去,则从计划开始日期保留能力和物料。
3)如果生成的截止日期在计划时间范围内(虽然有可能在承诺日期之后),则完成对此订单的计划。

需求甘特图,展示了每个需求订单的完成情况,精准至每个产品是由哪些工人使用哪些机器生产出来的、何时开工何时完工、使用了多少数量的哪些原料零件,等等。
APS Asprova 生产排程 生产计划 永凯APS