隨著電子制造行業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)之間的競爭越來越激烈。然而，很多企業(yè)卻處于亞健康狀態(tài)，高交期、高庫存、高成本的“三高”現(xiàn)象十分普遍。隨著客戶需求提高和市場競爭加劇，多品種小批量、快速交付客戶定制產品、柔性智能制造的精益生產成為企業(yè)穩(wěn)固和拓展市場的核心競爭力。
現(xiàn)有企業(yè)資源計劃(ERP)、供應鏈管理(SCM)等生產經營管理系統(tǒng)多數(shù)存在依托靜態(tài)物料結構、缺乏資源能力約束、估算生產提前期所造成的生產計劃不準確、不能實時響應生產現(xiàn)場變化等問題，已不能滿足企業(yè)精益化、柔性化發(fā)展需求。而高級計劃排程(APS)能夠實時共享和更新數(shù)據(jù)，提高生產計劃和管理的效率和準確性。同時，APS還能夠預測和預警生產延誤、物料短缺等問題，提前采取措施減少損失，并通過數(shù)據(jù)分析和管理更好地掌握生產計劃的執(zhí)行情況和優(yōu)化方向。供應鏈優(yōu)化是消除企業(yè)“三高”的良方。
1 APS綜述
1.1 APS的定義及作用
APS是基于SCM和約束理論的先進計劃與排產工具，包含了數(shù)學模型、優(yōu)化及模擬技術，能夠為復雜的生產和供應問題提供優(yōu)化方案，解決生產調度和資源分配問題。APS能綜合考慮企業(yè)資源能力、時間、產品、約束條件、邏輯關系等生產中的真實情況，通過專用算法模型進行實時和動態(tài)響應，保證了供應鏈計劃和生產排產的精確性和有效性。
APS解決了企業(yè)計劃不能實時反映物料需求和資源能力動態(tài)平衡的問題，最大限度利用了生產能力和減少了庫存量，提高了市場反應速度，被廣泛應用于工業(yè)生產領域。
1.2 APS與企業(yè)其他信息系統(tǒng)的關系
APS是一種基于數(shù)據(jù)和模型的計劃排程系統(tǒng)，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和預測來制訂計劃，從而實現(xiàn)更高效、更精確的計劃排程。其與ERP、倉庫管理系統(tǒng)(WMS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、SCM等系統(tǒng)之間存在緊密的業(yè)務關系，如圖1所示。
ERP是一個集成了財務、物流、生產等模塊的綜合性系統(tǒng)，包括物料需求計劃(MRP)、制造資源計劃(MRP域)、主生產計劃(MPS)等子系統(tǒng)。ERP通過獲取APS的訂單輸入數(shù)據(jù)，能夠預測出物料的需求量和需求時間，從而為企業(yè)生產制訂詳細的計劃。
WMS能夠對倉庫內的物料進行入庫、出庫、庫存管理等操作。在APS中，MRP的輸出數(shù)據(jù)會同時傳遞給WMS，用于控制和調度物料的入庫、出庫等操作。
MES可以監(jiān)控和管理從生產計劃到生產執(zhí)行的全過程。在APS中，MES可以接收MRP的輸出數(shù)據(jù)，并將其傳遞給ERP，以便進行物料采購和庫存管理。
SCM能夠管理整個供應鏈上的物流和信息流，包括從供應商到客戶端的物料流和信息流。在APS中，SCM可以接收MRP的輸出數(shù)據(jù)，并通過APS中的供應鏈計劃模塊，優(yōu)化和調度物料的采購和配送等操作。
2 APS在電子制造型企業(yè)的應用分析
2.1 傳統(tǒng)電子制造型企業(yè)中存在的問題
現(xiàn)如今電子制造型企業(yè)進入高質量發(fā)展的關鍵時期，發(fā)展的主要推動力由規(guī)模紅利逐步轉向產業(yè)創(chuàng)新和數(shù)字化轉型增值。電子制造型企業(yè)通過信息系統(tǒng)來規(guī)范業(yè)務發(fā)展，穩(wěn)步向智慧型生產企業(yè)靠攏。如何制訂合理可執(zhí)行的計劃排程，調配各方資源，快速響應市場需求，是電子制造型企業(yè)數(shù)字化轉型都需要克服的難題，計劃排程需整合的資源如圖2所示。傳統(tǒng)電子制造型企業(yè)存在以下5個方面的問題。
(1)工廠產能問題?，F(xiàn)場機臺、人員忙閑不均，產量難以提高，生產成本居高不下，無法準確預測未來機臺產能負荷，無法均衡分配工廠產能。
(2)客戶訂單問題。企業(yè)無法滿足隨機插單的需求，生產計劃無法適應市場需求的變化，計劃調整困難，無法準確預測產品交期。
(3)物料庫存問題。無法精確預測各生產環(huán)節(jié)原材料、零部件的備貨需求。為滿足生產需求，半成品、原材料的庫存水平非常高。
(4)生產調度問題。無法快速、準確地判斷未來工廠生產狀況，無法有效平衡計劃、生產、物流部門之間的供需矛盾。在排滿計劃的車間，調度指令牽一發(fā)而動全身，插單和工序調整都會導致后面一連串的計劃調整。
(5)運營成本問題。無法精準評估產品的生產周期，計劃人員過多且工作協(xié)調性差，效率低，庫存較高，無法合理地調度現(xiàn)場人員、機臺。
2.2 APS應用的關鍵路徑分析
工廠運作的核心點是生產計劃和排程。在生產計劃和排程中，投放工序工單是確保提高客戶服務水平、資源效率和產出的核心。APS是生產信息化的核心子系統(tǒng)，是實現(xiàn)數(shù)字化工廠、提高服務水平和效率產出的不二之選。企業(yè)在應用APS時需要充分考慮以下5個方面。
(1)約束條件。工廠是在一定預算約束下運行的，不是無限制的資源應用。應用APS需要充分考慮物料、產能、工序3個基本約束，并建立相互制約的關系。
(2)產品建模。產品生產需要綜合考慮工廠日歷、工藝、物料、生產機臺等各類型要素，構建產品過程模型是快速、準確仿真工廠實例的最好辦法，也是耗時最短、精度最高的辦法。
(3)計劃排程。計劃和排程是兩個目標不同的管理動作，也是互相影響的管理過程。排程的規(guī)則、工單處理、資源處理、緩沖設置均會對計劃和調度產生影響。便捷地呈現(xiàn)操作和排產結果，是實現(xiàn)科學的計劃和調度，提高生產效率和客戶滿意度的有效方式。
(4)優(yōu)化規(guī)則。工廠運行是物料、工序和資源協(xié)同的過程，所以只有完美結合物料、工序與資源，促進物料流動，才是優(yōu)化的本質。而且可以根據(jù)工廠運行的最終目標，即在遷就客戶服務水平的前提下優(yōu)化資源利用和產出效率?？梢酝ㄟ^便捷地設置和調整標準化項目的權重、優(yōu)化項目組合來實現(xiàn)優(yōu)化和持續(xù)改善。
(5)集成和計算引擎。智能制造系統(tǒng)是一個集成化系統(tǒng)，需要將APS與ERP、MES等其他信息系統(tǒng)集成。與ERP和MES不同，APS僅有確定工序工單投放這一功能，因此，需要考慮集成其他信息系統(tǒng)。同時，因為運算的數(shù)量巨大，運算速度對可使用性的影響較大，需要重點考慮提升其運算速度。
2.3 APS的應用價值
對于電子制造型企業(yè)來說，APS是提升整體生產管理水平和質量水平的重要手段，其可以幫助企業(yè)自動化和智能化制訂生產計劃，在提高生產效率和庫存周轉率的同時，降低生產成本，提升產品質量。APS具體應用價值包括以下6點。
(1)支持工廠制訂中長期運營計劃，解決標準作業(yè)程序(SOP)中的兩大難點，包括在供應能力評估中結合物料供應評估產能，以及制訂相對準確的銷售要貨計劃。
(2)能夠合理分配多工廠以及外協(xié)工廠的工作，APS以各工廠可能的交付時間對比為依據(jù)，向管理層提供向各工廠分配訂單的建議方案。
(3)快速響應客戶需求，快速準確地承諾交期，積極應對緊急插單、訂單變更等問題，有助于銷售獲取訂單，提升對客戶詢單、客戶進度管控的反應速度。
(4)提升交付及時率。具體包括以下3點：①基于復雜的計算進行統(tǒng)籌安排，通過科學分配使資源(人、機、料)及時到位，直接提升計劃過程的效率。②優(yōu)化生產計劃，使其上下貫通，減少停工待料、停工待機(模)等情況。③提高快速計劃的能力，減少緊急變更、異常應對時的效率損失。
(5)減少庫存。完美協(xié)同物料與制造計劃到工序級，準確預見庫存水平，幫助用戶更好地控制庫存。
(6)縮短制造周期。通過優(yōu)化銷售訂單和工單的合并與分割、工藝工序之間的連接方式、多機與單機選擇等，縮短制造周期。
3 APS發(fā)展與優(yōu)化
在傳統(tǒng)控制論指導下，優(yōu)化集中算法能夠有效優(yōu)化制造流程，但是隨著電子制造型企業(yè)的制造需求日益復雜，尤其是多品種、小批量、短交期、個性化定制生產模式的到來，這種中央集中處理變得更為復雜，也極不穩(wěn)定。為了應對這種挑戰(zhàn)，可以考慮采用以下5種方法來進一步優(yōu)化APS算法模型。
(1)引入人工智能和機器學習技術。APS高級優(yōu)化算法可以與人工智能和機器學習技術結合，通過學習歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，自動調整生產計劃和排程，提高生產效率和質量。
(2)考慮分布式處理和邊緣計算。將中央集中處理分解成多個分布式處理節(jié)點，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸和處理速度，從而進一步提高系統(tǒng)性能。同時，邊緣計算可以減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和網絡帶寬消耗，提高系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。
(3)考慮制造流程的動態(tài)性和靈活性。制造流程是一個動態(tài)和靈活的過程，需要考慮各種變化和不確定性因素。因此，在優(yōu)化APS高級優(yōu)化算法時，需要考慮制造流程的動態(tài)性和靈活性，以便系統(tǒng)能夠適應不同的制造需求和變化。
(4)引入容錯機制。在制造過程中，可能會出現(xiàn)一些約束條件、隨機因素、因果關系不明顯的情況，引入容錯機制可以有效地處理這些不確定因素，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
(5)引入自適應算法。自適應算法可以自動調整優(yōu)化策略和參數(shù)，以適應不同的制造環(huán)境和需求，提高APS高級優(yōu)化算法的適應性和靈活性。
APS在電子制造型企業(yè)向著智能化、自動化和實時性快速發(fā)展，需要不斷優(yōu)化和改進APS高級優(yōu)化算法來應對復雜的市場需求和生產環(huán)境，以提供更加高效、精準的計劃和排程。
4 結語
本文對APS與其他信息系統(tǒng)的關聯(lián)進行了闡述，分析了電子制造型企業(yè)應用APS的迫切性和關鍵路徑，強調了APS在提升企業(yè)核心競爭力方面的必要性和重要性。雖然現(xiàn)有研究已經取得了一定成果，但是仍存在不足之處，需要進一步探索和完善。未來，隨著技術不斷進步和應用不斷深化，APS將在生產計劃和管理中發(fā)揮越來越重要的作用，給企業(yè)帶來更大的價值和效益。
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