隨著智能制造的深入推進(jìn)以及MES的廣泛應(yīng)用，APS（高級(jí)計(jì)劃排產(chǎn)）越來(lái)越得到制造企業(yè)的重視。APS是工業(yè)軟件的核心，具有復(fù)雜的技術(shù)內(nèi)涵。企業(yè)對(duì)實(shí)施APS都有一些困惑和困難，一直有很大的顧慮。困難這一方面今天先不說(shuō)，這次說(shuō)一下APA與效益指標(biāo)之間的關(guān)系，尤其是技術(shù)內(nèi)涵的分析。

  （1）縮短制造周期

  對(duì)于具體產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，純粹的加工周期其實(shí)是固定的，除非在工藝技術(shù)上做改進(jìn)。但對(duì)于一個(gè)訂單來(lái)說(shuō)，除了加工時(shí)間之外，還有很多的流轉(zhuǎn)時(shí)間，這個(gè)就涉及到資源的優(yōu)化配置，這就是APs要做的事情。APS縮短制造周期，主要采取如下的措施。

  一是：訂單一旦下發(fā)執(zhí)行，在工序之間能夠形成流水式的周轉(zhuǎn)，比如并不是前一道工序所有的數(shù)量都執(zhí)行完成之后下一道工序才開始，而是形成了一種搭接的生產(chǎn)接續(xù)關(guān)系（或者以某種批量的方式在工序之間進(jìn)行周轉(zhuǎn)），或者，即使不是流水式接續(xù)關(guān)系也是一種零等待的周轉(zhuǎn)方式，這種方式就要求前一道工序結(jié)束之后，后一道工序所用的資源能夠馬上開始生產(chǎn)任務(wù)。這兩種方式其實(shí)，都可以歸結(jié)到單元化生產(chǎn)。對(duì)于制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，可能配備了一些物理上的生產(chǎn)單元，當(dāng)訂單種類不多的時(shí)候，或者訂單批量比較大的時(shí)候，還是比較合適的，但是如果面向柔性生產(chǎn)，這些固定的物理的單元其實(shí)并不合適，這時(shí)候的制造單元應(yīng)該是隨著訂單任務(wù)而形成和產(chǎn)生動(dòng)態(tài)邏輯的制造單元，這就涉及到APS的資源優(yōu)化配置，技術(shù)內(nèi)涵是極其復(fù)雜的。筆者見過(guò)一個(gè)APS實(shí)施的法院判決案例，其核心就是用戶要求這種資源配置方式，但供應(yīng)商在技術(shù)上其實(shí)是做不到的。

  二是，訂單和工序的優(yōu)化分批。企業(yè)里面常見的做法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)的資源情況，對(duì)訂單進(jìn)行分批組織生產(chǎn)，絕大部分APS將這項(xiàng)優(yōu)化的內(nèi)涵拋給了上游的訂單輸入，也就是說(shuō)現(xiàn)在常見的APS將接受固定的訂單條目作為任務(wù)輸入，其實(shí)是沒有這方面的優(yōu)化考慮的。當(dāng)然從研究角度來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)極端的訂單和工序分析，也會(huì)一定程度上割裂訂單執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中的連貫關(guān)系，對(duì)于MES的生產(chǎn)組織過(guò)程提出了極其高的復(fù)雜動(dòng)態(tài)管理要求，但其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)極端的優(yōu)化方案的，不同的企業(yè)還是要根據(jù)自己的情況來(lái)決定。這些都對(duì)APS提出了非常復(fù)雜的技術(shù)內(nèi)涵要求，對(duì)資源的優(yōu)化配置規(guī)則、策略和算法要求非常高。

  （2）降低庫(kù)存

  其實(shí)我們說(shuō)到降低庫(kù)存的時(shí)候，意思是說(shuō)提高周轉(zhuǎn)利用率，減少庫(kù)存物料的呆滯停留時(shí)間，所謂的精益生產(chǎn)很多都是體現(xiàn)在這個(gè)方面的。與APS相關(guān)的，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

  一是，減少在制品庫(kù)存（WIP）。其實(shí)這個(gè)要求跟上面提到的縮短訂單制造流轉(zhuǎn)周期是密切相關(guān)的，當(dāng)訂單中各個(gè)執(zhí)行工序的周轉(zhuǎn)銜接非常緊密或零等待時(shí)，這時(shí)候的運(yùn)行局面就是物料停留等待時(shí)間是很短的，在制品庫(kù)存自然而然就降下來(lái)了。對(duì)于某個(gè)訂單這么進(jìn)行資源配置是很簡(jiǎn)單的，但難點(diǎn)在于大量的并發(fā)訂單，就復(fù)雜了。

  二是，減少原材料庫(kù)存。原材料庫(kù)存或者配套件庫(kù)存之所以能夠減少，是因?yàn)檫@些庫(kù)存物料能夠被快速地用于生產(chǎn)，其本質(zhì)上來(lái)說(shuō)也是對(duì)物料周轉(zhuǎn)利用率的要求。物料在庫(kù)存里面停留或者呆滯的時(shí)間是由生產(chǎn)計(jì)劃決定的，常見的情況，比如，為了保證生產(chǎn)，庫(kù)存里面堆積大量的物料，以免生產(chǎn)的時(shí)候出現(xiàn)物料短缺的情況，但在追求精益的情況下，企業(yè)采購(gòu)哪些物料最終應(yīng)該是由訂單需求驅(qū)動(dòng)的APS資源優(yōu)化配置決定的。當(dāng)資源能力被充分占用的時(shí)候（產(chǎn)能不足），很多訂單或者物料想要投入生產(chǎn)也是不可能的。因此必須通過(guò)APS建立生產(chǎn)計(jì)劃資源配置和物料供應(yīng)的協(xié)同關(guān)系。傳統(tǒng)的做法，或者說(shuō)狹義的APS，是當(dāng)物料準(zhǔn)備完備的情況下才進(jìn)行那些訂單的排產(chǎn)。但從APS本身的技術(shù)內(nèi)涵來(lái)說(shuō)，其包括兩個(gè)方面，一方面是計(jì)劃，另一方面是排產(chǎn)，里面說(shuō)的計(jì)劃，它的內(nèi)涵，就是要牽引出物料的需求或者實(shí)現(xiàn)某種形式的均衡，一般來(lái)說(shuō)都應(yīng)該考慮物料供應(yīng)的前置時(shí)間，將其統(tǒng)一的納入到APS當(dāng)中，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)精益的生產(chǎn)安排和物料供應(yīng)。其實(shí)這個(gè)涉及到，對(duì)于APs來(lái)說(shuō)，是將其當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，還是當(dāng)成一個(gè)工具來(lái)用，回頭有機(jī)會(huì)再詳細(xì)展開這方面的話題。不同的企業(yè)生產(chǎn)模式是不一樣的，根據(jù)自己的需求慎重的作出決定。

  （3）資源利用率

  資源是企業(yè)的重要資產(chǎn)，企業(yè)一定會(huì)想盡辦法充分利用。各種統(tǒng)計(jì)資料均顯示，制造企業(yè)的資源利用率其實(shí)是很低的。這方面的原因當(dāng)然有很多，但是通過(guò)APS進(jìn)行資源的優(yōu)化配置，是可以部分解決或緩解這個(gè)問(wèn)題的。

  比如，通過(guò)APS可以減少或者降低制造設(shè)備在不同訂單之間的切換次數(shù)，降低制造設(shè)備的非工作時(shí)間，可以通過(guò)合理的安排訂單工序時(shí)間計(jì)劃也可以通過(guò)小訂單的合批來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  比如，可以在提前投產(chǎn)和精益生產(chǎn)之間做出一個(gè)權(quán)衡，就是能夠部分接受某些訂單提前生產(chǎn)出來(lái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)制造資源的充分利用，但這樣的后果一定是增加了部分訂單的成品庫(kù)存，需要企業(yè)做出某種形式的權(quán)衡，也許對(duì)于MTS模式的企業(yè)來(lái)說(shuō)，是可以接受的。這個(gè)后臺(tái)的技術(shù)內(nèi)涵本身，其實(shí)也是計(jì)劃與排產(chǎn)的綜合考慮。

  （4）提高產(chǎn)出或產(chǎn)能

  提高產(chǎn)出和產(chǎn)能一般的衡量是盡可能多的出產(chǎn)產(chǎn)品，這個(gè)當(dāng)然也是有訂單需求驅(qū)動(dòng)的。一般來(lái)說(shuō)可能比較適用于大規(guī)模批量化生產(chǎn)的企業(yè)，多是那種MTS企業(yè)。但是，如果企業(yè)的類型是產(chǎn)品種類非常多，至于是否不計(jì)代價(jià)的，把所有產(chǎn)品都生產(chǎn)出來(lái)庫(kù)存里面，其實(shí)可能對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)并不合適。提高產(chǎn)出和產(chǎn)能其實(shí)是一個(gè)綜合指標(biāo)，應(yīng)該根據(jù)不同的情況進(jìn)行細(xì)化分解。

  簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，提高產(chǎn)出或產(chǎn)能提高跟資源利用率是密切相關(guān)的，盡量降低資源的等待時(shí)間，能夠形成流水式單元化的生產(chǎn)效果是最好的，形成一種節(jié)拍化的大規(guī)模批量化生產(chǎn)運(yùn)行效果。

  但是對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，在購(gòu)置資源的時(shí)候，或者說(shuō)隨著企業(yè)產(chǎn)品線的發(fā)展和豐富，現(xiàn)有的制造資源或產(chǎn)線并不是按照節(jié)拍化的方式在進(jìn)行配置的，尤其在當(dāng)多訂單并發(fā)的情況下，瓶頸資源的產(chǎn)生是不可避免的。對(duì)于瓶頸資源來(lái)說(shuō)，APS的優(yōu)化配置策略一般采用拉式生產(chǎn)，就是對(duì)瓶頸資源保證足夠的“喂活”，甚至施加一定的緩沖控制。TOC理論可以在這個(gè)方面發(fā)揮作用，但是TOC在多訂單并發(fā)情況下而不是只針對(duì)一個(gè)訂單，尤其在柔性的生產(chǎn)環(huán)境下，必須考慮動(dòng)態(tài)的瓶頸資源約束下如何實(shí)現(xiàn)綜合的優(yōu)化平衡，這方面還是需要進(jìn)一步豐富和發(fā)展技術(shù)處理機(jī)制的。

  （5）提高訂單的按期履約率

  訂單的按期履約率也是企業(yè)孜孜不倦追求的效益指標(biāo)。從系統(tǒng)工程的角度來(lái)說(shuō)，我們不能等到即成事實(shí)發(fā)生，而是應(yīng)該在前期接訂單的時(shí)候，就應(yīng)該進(jìn)行評(píng)估，從而在綜合考慮多訂單并發(fā)，以及資源統(tǒng)一優(yōu)化配置的情況下，給出的交貨期才是有效的。這也是APS貫徹WHAT－IF的一種運(yùn)用方式。當(dāng)然了，APS在運(yùn)用過(guò)程當(dāng)中，對(duì)各種生產(chǎn)擾動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)或者準(zhǔn)實(shí)時(shí)快速響應(yīng)調(diào)整，也是保證訂單按期交貨的必備技術(shù)要求。

作者信息：王愛民，北京理工大學(xué)數(shù)字化制造研究所所長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事MES、APS等技術(shù)研究、系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施應(yīng)用。

筆者公眾號(hào)：智能制造隨筆