什么是 APS?





    着全球化和数字经济的不断演进,全球范围内的消费者都对产品功能、质量和个性化和快速可得性提出了更高要求。产品更新换代的周期越来越短,产品的复杂程度也随之增大,传统的大批量生产方式受到了前所未有的挑战。与此同时,越来越多的制造业企业发现原有的人工管理乃至 ERP 系统都难以应对日益碎片化的订单需求,究其根源,在于传统模式下的生产计划,无论是人工排程还是 ERP 中基于资源无限的计划排程,往往都无法落地到实际生产环境中,而频繁变动的订单状态,也对排程计算的实时性、快速性要求提升到前所未有的高度。在这样的背景下,越来越多的专家学者和资深行业人士都把目光投向了被誉为供应链优化引擎、未来智能制造数字大脑APS—— 高级生产计划与排程系统(Advanced Planning & Scheduling System)




   什么是 APS?


    APS指的是高级生产计划与排程系统(Advanced Planning & Scheduling System),主要利用众多先进的规划管理技术,包括限制理论(Theory Constraints, TOC)、运筹学(Operations Research, OR)、遗传算法(Genetic Algorithms, GA)等,来解决生产排程和生产调度问题,也可以具体理解为排序问题或资源分配问题。在离散行业如机械制造业、汽车制造业和家电制造业等,APS是为解决多工序、多资源的优化调度问题;而流程行业如医药、石化、电力、钢铁等行业,APS则是为解决顺序优化问题。流程和离散的混合行业则可通过 APS 同时解决顺序和调度的优化问题,对项目管理与项目制造优化流程、实现成本时间最小化,贡献突出作用。




传统手工排产有何局限?


  • 排产工作量大,往往只能得出可行解,而非较优或最优解。人工排产勉强能够满足各种限制条件,但由于运算数据庞大,根本没有时间和精力由人工进行优化。此外,周计划这个级别的排产工作量往往已经很大,除了需要专人来完成数据录入、多部门沟通之外,某种产品型号的订单量、订单号还要打开ERP等其他系统查找。除此以外,周计划以上还有月计划和季度计划。理论上三个级别的计划是需要不断同步的——从季度计划和月度计划来看,制造企业的产能是否满足(是否需要提前沟通外协)、是否需要招工、是否需要提前采购,并且需要为周计划或三天计划提供框架性指导;而周计划或三天计划的数据要汇总分析后用于调整、纠正季度计划和月计划对公司产能的实际估测值。但往往因为工作量大,这三个级别的计划之间相互关联不足,计划信息之间出现断层。

  • 对熟练工的依赖程度高。很多制造企业的排产需要具备知识积累,人员工作年限一般比较长,初学者没有能力胜任排产工作。如果遇到人员变动,部门甚至整个企业的计划工作都会受到巨大影响。

  • 业务沟通过程繁复,协同难度大。在排生产计划时,先要与物控人员确认物料是否齐套,而物控人员又需要与库管确认;排产的周计划或三天计划需要每天更新,计划员需要每天沟通以了解生产车间执行进度,便于不断调整排程计划,来回往复,往往消耗大量时间。




APS 如何工作?


      APS基于需求约束、资源能力约束、原料约束、工序逻辑约束等诸多约束条件,运用数学模型与优化算法,主要解决车间多工序、多资源的优化调度及顺序优化等问题,进行多种目标为交期最短、成本最低、机器负载最均衡优化方案的优化方案比较,从成千上万可行性方案中选择最优,并自动分解到人、机,并根据需求变化做出快速反应。一般而言,APS主要功能包括订单交期预测、计划可视化、主计划排程、投料需求计划、产能负荷分析、抽插单和滚动排程等内容。



APS 如何分类?


     行业内一般将APS系统分为供应链级的APS系统和工厂级的APS系统。供应链级的APS侧重于SCP(供应链合作关系)计划的优化,包括网络配置计划、需求计划、库存计划、多工厂计划、供应计划等的优化。工厂级的APS侧重于交期承诺、计划与排产、加工顺序调度、物料准时配送等的优化。有的行业品牌则会分将 APS 分为AP(Advanced Planning)和AS(Advanced Scheduling)两个系统,AP是高级计划系统,AS是高级排产系统。AP一般与ERP配合使用,是从生产计划层面确定需要生产数量、物料采购数量及交货期等,它侧重于宏观,主要面向客户,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。AS是考虑较短的生产订单,根据优化规则排程提高高利用率,是基于事件(Event-based)的车间排程。偏重车间执行层,是基于车间有限资源而制订的详细排产,是与MES配合使用或者单独使用的排产系统。大部分解决方案则推荐 AP 和 AS 同时提供,最大化两个模块间的协同效应。


      在拓展性和独立性方面,目前也出现APS被MES软件厂家纳入为MES中的一个子模块,同时ERP软件厂家也将APS作为ERP中的拓展模块的情况。而有的品牌则专注于做APS,而使其成为一个完整软件,使其可以更独立而高效地解决客户计划排程过程当中的难点问题。


APS 能给工厂带来什么好处?


  • 缩短计划时间,提高计划准确率和达成率。通过算法大为缩短排程计算时间,同时能提供精确到工序、机台、人员和物料需求级的排程计划。

  • 提升生产效率,缩短订单交期。基于有限资源进行优化排程,最大化提升设备利用率,减少产线切换、资源等待造成的时间浪费问题,避免由于瓶颈工序等待造成的产能浪费。

  • 改善服务水平,提升市场竞争力。快速响应客户询单,灵活应对客户订单变动(抽插单等),可以有效提升服务水平,增加客户满意度。

  • 改善内部协同,提升组织效率。通过生产数据的及时互联互通,各部门可以第一时间获知生产实际进度,摆脱过往「生产线黑箱」现象的困扰,生产车间不再是内部供应商,订单状态透明化实时化,助力企业实现管理提升。

  • 降低库存成本,改善企业利润。通过APS 计算出投料的准确时间,指导采购部门进行科学采购,有利于加快库存周转,缩减在制品库存,显著降低采购成本,增加企业投资回报率。



哪些企业需要导入 APS?


      无论是离散型、流程型,还是混合型的制造行业企业,如果在制作生产计划方面遇到困难,如多品种小批量、设备多、物料多、工序多等特性的制造企业经常面临的排程计算量大计算困难的问题,或由于供应或生产情况变动频繁导致计划需要频繁修改的问题,都可以尝试通过部署 APS 系统来解决。



MES 是否是 APS 导入的前提?


       APS 与 MES 对接的逻辑是APS 要求产线实时生产进度能及时反馈到系统,从而实现根据实际情况进行调整的订单重排。而由于数据录入的方式多种多样,如手机报工、现场报表、PDA 报工等都可以实现生产进度的数字化录入,同时考虑到 MES 系统导入难度大,时间长且费用高,企业可以根据自身情况,不必拘泥于 MES 系统部署后再导入 APS。




有了 MES,还需要 APS 吗?


       从企业的实用角度上看,APS是MES向精细化、智能化方向发展的一个重要提升,否则,计划排产只能停留在凭借经验进行手工排产的阶段,造成了计划不科学、大量等待时间、设备生产负荷不均衡、计划透明性差、交货期不能保证等问题,不能满足智能制造高效灵活、快速响应的要求,影响了企业的竞争力。MESA协会认为MES中的一个重要的模块就是“工序级详细生产计划:通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。”这实际上就是APS最擅长的地方,基于设备、工具、人员等车间有限资源,按照不同的排产算法,将工序分解到每一设备、每一分钟上精确执行。对于离散企业来说,如果只凭经验、凭感觉,是很难满足MESA本条定义的。MES是以生产计划为主线的一个执行系统,如果没有精确、精细、最优的计划,系统显然无法执行,而计划的源头都不准确、不及时,生产过程如何得到精细、及时、准确地管理?一套成熟的APS系统中,蕴含着大量的制造业与算法技术等隐性知识,可以很好地帮助制造企业进行科学化、智能化地计划排产,是实现车间生产计划精细化、准确化的有效手段,是实现整个生产过程智能化的前提。在离散制造业,可以说只有通过APS,才能使得MES中的计划精确、科学,才能使MES流畅地运行起来。



如何评估 APS 系统是否满足需求?


      在正式部署 APS 系统前,建议企业先定位目前生产过程中关于计划的具体问题,将内部生产数据进行完善后,再导入到 APS 系统中,以测试是否适合自身需求。比如,拿出过去某一个月实际生产计划的历史数据,指定一个优化指标序列,让APS软件供应商进行试排。可以提出一个目标序列,如第一要满足订单最少延迟;第二要满足最大设备使用率;第三要满足最短订单生产周期等。企业只要给APS供应商提供统一的基本数据和必需的约束条件即可,然后从各供应商提供的排程结果就可以判断这个APS系统是否适合自己企业应用。


(完)


参考资料:

《APS 走向实践》(蔡颖编著)

《智能生产管理实战手册》(党争奇编著)

《智能制造之路:数字化工厂》(陈明等编著)

《落地生根:让智能制造回归价值》(于琪著)

公众号:让工厂管理变简单