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APS高级计划与排程原理(下)
APS高级计划与排程原理(下)
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

蔡颖PMP

APSS协会首席专家顾问

18. APS-高级计划
考虑时间较长的计划订单,部考虑已排程的订单。考虑订单的优先级和客户到期日,是基于订单任务(Job-based)订单贯穿全部多层物料清单的整个订单。它考虑工作中心能够处理物料和满足需求的能力。因为现在进行顺序设定还为时过早,所以可以使用准备时间的平均值,可以定义缓冲时间,尤其是在瓶颈设备上进行处理之前,从而能够允许可能发生的中断,最终的结果是一个“可排程”的计划。
高级计划的逻辑:它是基于订单的计划引擎。它的目标是根据订单类型(不计划过去的需求)和订单到期日期(可以选择限制并保留物料不限制能力或同时限制并保留物料和能力)建立可行的计划。要达到这些目标,引擎:在制造清单的全部层次一次计划一个订单。
APS引擎是如何工作的?
先对每个订单后排程;通过整个BOM;满足最小/最大/倍数;通过工艺路径;产生计划订单。
决定哪个供应(制造物料和采购物料),应该提供来满足当前的需求(订单、预测等)
决定什么时候需要和下达。
高级计划实现了很多主要计划概念:
1)物料和能力限制
2)物料和资源保留
3)拉动计划
高级计划产生的结果:
1)预计订单完成日期
2)订单预计迟到的识别
3)计划订单和下达日期
4)物料短缺、利用率和瓶颈
5)例外消息
高级计划由以下两个部分组成:
1)向客户做出承诺
2)履行承诺。
CTP按订单依次创建可完成生产计划。这意味着客户可根据给定的当前排程和订单优先级在几分钟内告诉客户公司能够完成订单的现实时间。这种类型的高级计划使用户能够:
1)立即提交并按时交货
2)理解优先级、订单对和能力更改的影响
3)最小化在制品和存货数量
4)最小化快速成本

19. APS高级计划优化采购
与生产计划同步生成最佳采购计划
承接订单之后,APS立刻就可以帮助用户制定相应的优化采购计划:
基于用户输入的需求订单计算出优化生产计划的同时,可根据生产计划中调用的采购制定相应的采购计划,让用户清晰地掌握哪些物料不足需要采购以免耽误生产、哪些物料存货充足不需要采购。
用户在执行生产计划之前就已经制定了最佳的采购计划,既能充分保障生产任务的顺利完成又节约了成本和产能。
充分考虑了已订购但还未到货的物料供应
APS不仅调用已有的库存,还充分考虑排程之前订购的、执行生产计划期间到货的采购订单对生产计划的影响。(线边量、现有量、在订量、采购提前期)

20. APS高级计划优化库存
企业制定合理库存量,需要精确计算,而不能仅凭经验估算。
APS把订单、市场预测和采购、生产、库存数据结合起来建立模型,使用模拟技术,可将库存值从0至无穷大之间调整,寻找出既可以满足市场需求有可以降低库存的最佳库存点。
从而在原来经验估算库存量的基础上再降低库存量及存货资金占用量的8%到45%。


用物料图形式展示排程结果,帮助企业直观的平衡各种能力,来达到既满足客户要求,又尽可能的降低各种物品库存量的目标。

21. 高级计划建模
1)建立资源模型:在工序中使用的资源、资源功能或技能集、资源的可用时间;
2)计划订单规则模型:将为其指定计划的物料、计划订单的大小限制;
3)提前期和物料工艺模型:工序、提前期、物料。
建立资源组和资源模型:为任何要计划的对象(班组、设备、夹具、工具甚至货位) 创建一项资源。仅将限制资源作为关键资源建立模型。超级资源可以同时执行无限数量的制造工序,但是仅适用于在班时间。
资源组:在一道工序所需的所有资源组都具有相同类型时,决定使用哪一个每件工时加工时间时使用。
APS高级计划的明显优势:实时、可行的物料和能力、可行的时间、完全的可视性,延迟,中断等对定单产生影响、生产和需求同步、模拟分析。

22. APS-高级排程
排程(scheduling)系对未来欲完成的工作给予设定时间,即是对资源分配的一种执行方式,它将产能规划与整体生产计划的结果(包括设备、人力与空间等),分配到各项工作、活动、或顾客上,并调和效率,存货水准与服务水准三个互相冲突的目标,求取一个适当的平衡点。
1)约束排程是实时的,集成的,基于内存计算引擎
2)它用于车间订单工序的排程
3)它是基于事件的有限排程,意味是实时的考虑目前的负荷和能力,和材料供应。
4)它支持不同的优化方法,考虑基于规则的资源和工序选择如最小闲散时间和尽可能的迟考虑排序的相关性(大小, 颜色等)
APS-高级排程的运作模式:
1)预见性排程:可以给一组订单预先准备优化的排程。
2)响应性排程:可以在多变的环境中适应变化以维护可行的排程。
3)交互式排程:可以用甘特图手工拖拉工序计划。
高级排程的类型:混合模式排程Mixed-model scheduling、基于节拍排程Rate-based scheduling、同步控制Synchronous control、工序排程Operations scheduling、项目排程Project scheduling。
APS-高级排程建模:物料、工艺路径、生产订单、班次,班次例外,假日、资源,资源组、规则。



图 APS-排程规则
排程的基本参数:
资源:生产安排中使用到的设备或者人力等,它可能是一个独立单元或者是一组性能相同的单元组成的工作中心,根据性质不同可细分为:
1)主要资源:完成一项工作的主要资源,如机器等
2)次要资源:辅助主资源完成工作的其他资源,如设置人员,模具等
3)外协资源:执行外加工服务的供应商
4)用户:通常可理解为客户与原材料供应商
5)库存:把物料的库存作为一个约束来看待,在生产计划时考虑其制约关系。
工艺路线:为生产某一个物料(成品)而经过的所有的工艺工序(工作中心)。
工序接续方式:根据工序间的关系,有些工作必须是前工序完成后工序才能开始,有些工作是前工序开始一段时间就可以开始下一工序的工作等多种接续方式,满足各种工艺要求。
工作日历:描述正常工作天数, 开始时间, 班次, 资源的在班时间。例外日历是描述假日或工休等。
生产订单:一个任务或生产的数量,时间、数量、优先级是制造订单的三要素。
正向排程:尽量从最早可分派时间从第一个工序开始分派,从第一工序的下达日期按每一个顺序向前计划开始日期。
逆向排程:从最后工序中离交货期尽可能近的日期开始向后分派,从最后一个工序和工作的需要的完成日期向后计划每一个加工工序的完成日期。
瓶颈资源双向:基于订单的优先度或者订单的指定的方向进行正向或者逆向的排程方式。
加工时间计算:可依据主资源、最长的资源、最长的副资源来安排计划。
移动时间:有移动时间最小值和最大值,可定义下工序在前工序完成后的开始时间范围。例如:热处理后的半成品需要冷却半小时才能开始,可定义移动时间最小值为30分钟;一些食品加工之后必须8小时内包装,可定义移动最大时间为8小时。
资源量:定义给定的资源量是每一天的每一班可用的小时和有多少个能力单元期间可用. 如, 工作中心有3台机器,每天运行8小时,所以工作中心有24小时的能力。计划安排的时候可选择安排到一台机器或者按资源量分派。根据不同的班次,可能资源能也不一致,比如一工作中心[白班]有100人同时作业,[晚班]只有50人作业,那么可根据班次的资源量设置工作日历。
资源顺序规则:工作存在多个候选资源时,可根据资源的优先或者评价值或者出现顺序来决定资源的使用。
下达规则:根据分派规则来决定订单安排的优先顺序,比如以交货期或者优先级为顺序安排订单。
资源选择规则:对候选资源参照评价式指定的评价指标进行评价,如制造时间最小、设置时间最小、等待时间最小等等。根据评价值的大小来决定资源的使用。
资源冻结:所谓资源冻结就是占用资源而不能安排其他工作。比如:一个储罐里装红色油漆,用3个小时而完成了本工作,但是在下一道涂装工序里需要用该储罐里的油漆并且大概需要5小时。那么在储罐里装完油漆之后也5个小时之内不能安排其他工作。此时可以使用资源冻结。
资源缓冲时间:所谓资源缓冲时间就是为了保证瓶颈资源的正常云转而在瓶颈资源上设置的缓冲时间。缓冲时间是在TOC理论里保护瓶颈资源的重要手段之一。可以设置前缓冲时间和后缓冲时间。
排列顺序优化:所谓排列顺序控制就是控制在指定资源上的工作的先后顺序。切割材料的时候,在满足交货期的情况下,要尽量从长度短的开始切割。在涂装工序里,在满足交货期的情况下,我要尽量从颜色浅的开始刷漆。
外设置:不停止主设备或者可以忽略主设备的停止时间的情况下,在外部所进行的设置工作。不影响主生产设备的情况下可以完成工作,所以可以提高设备的利用率。
内设置:为了完成某个工作而所需的准备工作,比如设备的调试等。跟外设置相比,进行内设置时候必须停止主生产设备,而外设置不用停止主生产设备情况下完成准备工作。

23. 高级排程如何工作?
按客户要求排产:当今的制造业,面向订单生产和无存货理念成为主流,客户往往不是简单地要求工厂生产出来一定数量的产品就可以了,而是对交货时间、批次、数量有严格的要求。
1)交货时间
既不能太晚,这样会影响生产进度和销售;也不能太早,这样会产生库存成本。一般地,客户的订单里需要写明三个时间:“要求时间”、“最早时间”、“最迟时间”,分别表征约定交货时间、最早交货时间、最迟交货时间。
2)是否允许延迟交货
如果客户在给定一个交货时间之外又给了一个最迟期限,则该订单是允许延迟交货的,如果客户要求必需在约定的时间准时交货则该订单是不允许延迟交货的。这些要求都可以在APS的供需编辑器中设定。
3)是否完整装运
根据客户要求同一个订单里的产品一次性交付还是可以分批次交付,APS可制定相应的最佳生产计划。
多订单整体优化:优化交货时间不同且存在不同优先级别和生产方式的多订单情形,比如某工厂2月份有三个订单需要生产:
•订单1:10个阀门,2月20日13:00:00交货,最多允许延迟三天,优先级别为3;
•订单2:20个拐头,2月27日14:00:00交货,不允许延迟,优先级别为2;
•订单3:15个转向器,2月25日9:30交货,延迟或提前均不能超过1小时,优先级别为1。
把这三个订单的交货时间、时限和优先级分别纳入优化范畴,从而得出该工厂2月份的最优生产方案,而不是只能分别计算出这三个订单的最优生产方案
自动识别瓶颈:APS能准确地找出这些瓶颈资源,以便用户准确而高效地提升整体产能。
1)可以人为设定瓶颈
2)自动识别瓶颈:
在按照客户订单命令生产的基础上,最合理的使用现有生产资源后,出现的负载最高的生产资源和操作是瓶颈。
瓶颈有两类,生产资源和操作。操作瓶颈是指不可更改的关键操作,生产资源瓶颈是指负载最高的设备资源。瓶颈是随产品变化而变化的,它是优化计算时的出的。
资源和物料替代:
1)资源替代
资源组功能用于实现生产资源的替代,比如机器1和机器2都可以进行操作A,二者是相互替代的。我们就可以创建一个资源组B,它有两个成员:机器1和机器2,我们可以分别给它们设定各自执行操作A所需的时间、各自的批量倍数以及二者的优先级,排产时优先使用优先级高的成员。
2)物料替代
该功能由物料组实现,物料组中的成员是可以相互替代的,用户也可给各成员设定优先级,APS优先使用优先级高的成员,优先级高的成员耗尽之后系统会自动起用优先级低的成员进行替代。
订单和资源优先级
1) 订单和产品优先级
用户可设定各订单或产品的优先级别,在无法全部按时交货的情况优先保障优先级高的订单和产品。
2)资源和物项优先级
资源(物项)集中各成员资源(物项)的优先级是不同的,用户可根据实际偏好设定相应的优先值。
资源多元能力
事实上,一个资源在同一时间里并不是只能执行一个任务,也就是说资源的能力有可能是多元的,比如某台多功能机器就可以同时执行多个操作。另外,实际生产中通常把执行同一个任务的同一种生产资源编为一个工作组/工作中心,这个工作组就可以看作是一个多元能力资源,如果其中的单个成员在同一时间里只能执行一个任务,那么该资源的能力数值就是成员数。能力单位,用户可以输入大于1的数值来表示该资源是多元能力的。
工具排程
在生产过程中,某些工序上需要用到一些附加的辅助器具,例如模具和夹具等。保证工序开始时确实有可用的工具。
工具计划的主要目标是:对生产工具进行结构化的定义;根据工具状态及有限性,制定切实可行的生产计划;根据生产计划,给出各件工具的计划使用安排
工具计划的步骤:
1)工具的定义:相同功能的工具被划分到同一个功能组中,工具的可用性由有效期与工序状态共同决定
2)工作订单的工具需求
3)工具计划结果的调整
人力排程
需要不同工种的操作人员。某些员工具备多种生产技能,而且即使在同一个工种内部,人员与产品之间也存在着优先级关系,即每位员工有最擅长的产品。
根据各工种的人数以及员工与产品之间的优先级关系,合理的安排日程,确保工序开始时,具有足够的人力资源可以使用。
人力排程功能的主要目标是:对各分厂的员工以及工种进行定义与管理;根据各工种的人数以及工序对工种的要求计算工序的计划开始时间;给出每位员工的每次值班的任务清单;给出每位员工的计划负荷率;根据精确计划结果,统计每班对不同工种在人数上的要求,以便合理的调配人力资源。
人力排程的步骤:
1)人员与工种的定义
每个工种可以分配给不同的人员,每个人也可以具备多个工种
2)工作订单的工种需求清单
在制定精确生产日程时,自动根据工种中的人数,每人的值班时间等因素对各工序的开始与结束时间进行计算。
3)人力资源计划的调整
在完成人力资源计划后,通过人力资源计划甘特图展示每位员工在计划区间内的计划值班任务清单,以及计划负荷量。
生产计划人员可以通过以下方式对人力资源计划进行手工的调整:将指定工序分配给指定的员工进行生产;设定指定人员的非正常可用时间段;在调整之后对计划进行刷新,自动根据计划结果,对计划的其它的部分进行重排。
中途紧急插单
一定时期内整个工厂的生产计划都排好并付诸执行之后,如果忽然接到新的订单或者原客户的追加订单,那么管理者就遇到了一个非常棘手的问题。中途紧急插单,不接的话不但影响利润还会丢失客户,接的话又不知是否能生产出来,可能存在很大的违约风险。
帮助用户妥善处理这类插单难题:盘点好计划的执行情况之后用户把新订单输入APS,立刻就可使用APS计算出能否插单以及插单后的最佳生产方案。
动态排程:实时修正计划
APS制定的生产计划下达执行之后,很可能在中途出现执行偏差或者原先的工序、工艺路线、需求订单等出现变化,这种情况下如果继续执行后面的计划往往就不是最优的了,偏差较大时甚至会导致无法继续执行后面的计划。这就需要APS软件能基于偏离的事实,对原计划进行修改,在保持已执行部分不变的情况下计算出使总体最优的后续计划。动态排程功能可以很好地解决插单、变更订单产品的时间或数量、变更工艺路线、变更库存、变更供应的时间或数量等问题。

24. APS详细功能
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。
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。
1)向前,向后和双向的订单的加载计算.
2)可以定义简单加载规则如按完成日期排序和设定优先级)
3)工序间的人机交互拖拉,编辑,批量分割
4)根据资源和时间对单独工序加锁/解锁
5)可以按工序的最早开始日期或订单的最早完成日期计算.
6)可以人机交互的替换,增加工序,交互处理故障,计划维修.
7)可以处理单一的加工工序,平行工序,可以对工序的单一资源进行约束
8)根据物料,时间,批量的生产率来排生产计划
9)可以对有限资源和无限资源或单个班次或假日来计划排程
10)可以在工作中心里自动选择资源,用户也可以定义资源
11)可以显示图形,文本,报表,可以订单跟踪,甘特图,等待表。

第二阶段的功能特征:基于各种资源约束优化计算。
1)用户可以定制、配置数据、菜单、报表;
2)可以按工序和计划增加约束使用率;
3)具有换装时间距阵的排序,可以选择最小化换装时间;
4)具有计算批量,计算运输批量和自动重复和自动停止订单的功能;
5)具有CTP(能力可用量)的查询;
6)可以自动连接其它软件。

第三阶段的功能特征:基于多重资源约束优化和建模。
1)具有每个工序的多重约束;
2)基于当前工序的子工序的约束;
3)可以使用优先资源选择规则;
4)最大工序跨度和间隔,也可以延迟到下一个工序;
5)可以计算在每个加工过程的顺序和平行批量;
6)可以对装配线的建模和子装配线建模。

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。
1)提供强大的模拟功能,支持多种生产情景的模拟分析;
2)能够处理复杂的、多级别的BOM运算;
3)支持多工厂级别的现货可承诺交货数量运算(ATP)和计划可承诺交货数量运算(CTP);
4)能够合理分派生产任务单、降低生产等待时间、提高瓶颈资源的利用率;
5)通常包含了行业运用的业务实际,从而保证和加快高级计划系统的实施;
6)具有同各种ERP系统间集成,保证物料信息数据的更新;
7)优化供应链需求计划,分销配置计划,运输计划。

25. APS现在面临的挑战:
1)APS运用和发展的的三个重要因素是1,速度性能;2,集成性;3,可视化图。
2)在性能方面:APS计算方式采用针对多核的并行计算方法,将使APS的计算速度达到革命性的突破。
3)在集成方面:对异构系统的集成方式已经从点对点的集成达到平台集成总线的方式。
4)在可视化图形方面:可以采用大型游戏的三维图形模拟仿真技术,改变了传统的平面甘特图模式。
5)通用化的APS产品很难面面俱到解决各行业的问题,而且越是考虑的行业多,越会导致系统参数很多,使用难度加大,系统友好性变差,计算效率降低,最终实施效果变差。
6)传统的排程软件很难发展壮大。APS软件可以整合了工艺BOM、物料需求计划、高级排程、产能预测、发运计划、甚至现场管理等一系列附加功能的综合体。
7)APS软件一定要是平台化、可快速客制化修改。生产管理本来就复杂多变,精细化的生产就更是复杂多变。如果不能快速客制化修改,则很难解决好客户的实际问题。
8)APS高级排程解决之道就是APS集成MES,未来很可能会取代ERP中传统的计划、生产模块。

三、基于ERP的APS、MES、精益生产结合模式

图ERP,精益,APS组合的关系

ERP+精益方式:一般针对企业的生命周期分成长型企业、成熟企业、挑战精益企业。

1、ERP成长企业(财务物流):强化基础管理。精益思想的培训。5S和现场管理。
2、ERP成熟企业(财务物流+计划):有限约束计划、VSM,单元流,看板,推拉结合。
3、ERP精益企业(财务物流+计划+车间MES):节拍均衡,有限约束计划,电子动态看板、车间跟踪执行,市场拉动式供应链优化系统。

图15 APS+精益生产
四、如何利用APS缩短交货期
通过APS高级计划排程,满足资源约束,均衡生产过程中各种生产资源;在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划;实现快速排程并对需求变化做出快速反应。
1)通过有限能力自动设定生产排程到秒和分钟的动态提前期,改变无限能力的固定提前期为天的生产排程。可以有效的缩短生产交货期。
2)通过分割制造订单,缩短制造提前期。
3)通过分割工作使其分派到别的资源上,可以缩短制造提前期。
4)通过工序的接续方法,缩小批量,使各工序的工作重叠分派,由此,缩短了制造提前期,
5)通过设定前准备和后准备时间的连接点,来缩短制造提前期。
6)通过有效的作业人员的排程,来提高生产力,来缩短制造提前期。
7)通过对瓶颈中心的优化排程,前工序向后推分配,将后工序前推分配。提高生产力,来缩短制造提前期。
8)通过先进的数学约束优化算法,来优化生产过程,缩短了制造提前期。

五、如何实施APS系统
1. 如何实施用可视化的APS实现精益制造:
当精益运作拓展到敏捷供应链的按需生产时,使得物料最终客户的需求所拉动快速客户反应时,将会给企业带来巨大利益,但是,实施所需要的投入和精力也是巨大的。
实现APS的一般三个步骤:
1)实现无约束物料,无约束能力的计划
2)实现约束物料,约束能力的计划
3)实现优化的计划:优化单一目标:最大化交货率、最大化库存周转率、最大化收益率、多目标加权优化。
2. 实施APS需准备的资料:
1)设备基本资料(机台、产线等):主要包括:工作中心代号、工作中心名称、效率指数、资源组与替代关系等。
2)产品工艺与BOM资料:主要包括:完成品品号、工艺、首选工作中心、前置工时、标准工时与产量、分批加工批量数、工序损耗率、物料用量、物料损耗率等。
3)依赖资源:工装,模具,夹具,刀具等
4)客户优先级:给每个客户一个优先级,用于排程时优先服务大客户。
5)班次:班次是每天连续的工作时间段。
6)设备工作日历:用于定义每个设备在每一天的工作时间。
7)工人基本资料:工人代码与班组成员与技能,
8)与ERP对接:包括品号料号、库存、生产单等。

3. 实施APS的重要原则
遵守7个重要原则:具有正确的期望非常重要,同时采用主要的计划原则也至关重要。
原则1:对重要的资源建立模型。
在为资源建立模型时,应控制受约束资源的数量。记住80/20规则-20% 的资源或物料会引起80% 的问题。将注意力集中在妨碍你关注重要问题的事情上。避免建立过于复杂的模型。这有助于让您建立能够正常运行的系统并避免注意力的分散。
原则2:做出现实的承诺
实时地承诺和保留。为“保障订单”保留能力,而限制接受的订单数量。如果必须在无法验证可行性的情况下接受订单,应确保必须每日检查瓶颈工序及时发现存在问题的区域。
原则3:最小化批量设定和顺序设定
分配时合并批次。分配时决定生产单的顺序。试着考虑时间和周转率,不仅仅是数量和准备时间节省。
原则4:修改流程,而不要修改订单
重点是分析发现潜在问题,而不是加速订单发货。每日检查瓶颈和迟到订单,及时预见问题。
原则5:持续更新状态
及时准确地记录人工和物料处理。及时地关闭作业订单。建立切实可行的工作中心能力模型。保持工艺和物料清单的准确性。建立切实可行的采购物料提前期模型。维持正确的存货水平。
原则6:到期下达生产订单
尽可能晚些下达。但仍然需要一些闲置时间使无法预料的资源故障或物料发货延迟引起的风险降低到最小限度,但是不要因为具有闲置资源而提前下达。遵守高级计划创建的排程计划下达生产订单。不要通过提前提供的车间订单对系统进行再评审,从而限制能力或预计需要。
原则7:保持统一
需要每个人都遵守所有这些原则。
在国外这些原则已经过成功使用APS系统的客户的验证。他们发现为获得一个固定过程所花费的大部分时间用在了改变人们的思维方式上,即让人们习惯使用一些主要的计划原则。实施这些原则对于成功地使用APS计划排程非常重要,将这些原则应用到实际的业务中。
4. APS实施方法
尽管计划排程的实施比较复杂,只要掌握系统的方法,也可以较顺利完成。这里列出几个步骤:
1)有软件供应商评估客户的需求
2)决定和现存的计划环境的结合点
3)对关键用户进行初次培训
4)由咨询顾问帮助建立模型
5)建立数据接口程序和可能的客户化程序
6)准备数据
7)根据实际计划环境培训
8)切换上线

我们在运用APS的系统时,也不能大而全。每一个企业的类型和计划难度不一样。如物料驱动型企业(组装),其计划的重点是物料约束。对产能驱动型企业(加工),其计划重点是能力约束。对优化的追求,也不能太理想化,满意取代最优。现场动态变化复杂业务可以用可视模拟技术来取代优化算法求解。