现
代
计
算
机
(总
第
二
五
七
期
)
0引 言
以广东江门某企业为例,结合约束理论、准时生
产、高级数学模型与算法,对按订单生产的离散型生
产企业的高级计划与排产系统应用进行分析与研究。
1项目背景
江门某公司主要业务是生产塑胶类工艺品,属于
典型的按订单生产。公司下辖多个部门,主要工序有
冲割、定型、染色、注塑及组装等。生产计划主要是按
订单驱动,以销定产,即按客户订单设计模具和配方,
进行产品制造。
产品为多品种小批量,表现为产品更新快,交货
周期短,产品系列多,品种规格复杂。目前品种规格已
达3万多种,每年生产的品种数中有1∕3为新产品。
生产计划排产难度大,多品种小批量生产,工艺
过程差别大;产能计算异常复杂,设备要求细化到每
个机台,时间要求细化到分钟;经常性的紧急插单和
需求变动(占正常生产计划的45%)更增加了排产的难
度。如何根据企业的资源限制合理地确定生产作业计
划,减少制造提前期,满足快速多变的市场需求,排程
已成为生产管理的瓶颈问题。
2解决方案
根据生产经营特点和管理上存在的瓶颈问题,该
公司ERP系统解决方案主要有:个性化的生产管理
系统、BOM的分层配置、仓库管理等,其中个性化生
产管理系统是重点。
个性化生产管理系统构成
标准ERP是无限能力计划方式。对于多品种、小
批量和按订单制造的公司,采用无限能力生产计划管
理方式显然不太适合,需要引入基于有限能力的生产
管理系统。为此,该公司在标准ERP的基本框架之
上,引进了基于 TOC约束理论的高级计划与排程
(AdvancedPlanningandScheduling,APS)技术,形成
了具有企业个性化特点的有限能力顺排生产管理系
统。
该公司的ERP生产管理系统主要由主生产计划
子系统(MPS)、高级排产管理子系统(APS)、生产管理
子系统、仓库管理子系统组成。
生产计划子系统(MPS)
生产计划子系统一般包括主生产计划、物料需求
计划两大功能模块。
主生产计划 (MPS):MPS是 ERP工作的逻辑起
点,因此ERP在企业的应用必须从MPS开始,也就是
说,企业必须具有完整的MPS。
物料需求计划(MRP):ERP对零部件和物料的控
制是通过 MRP展开进行的,因此 MRP是 ERP系统
的核心模块。
生产计划和主生产计划的编制解决了企业要生
产什么的问题;物料清单表明了产品的构造;工艺路
线说明了产品是如何生产的;库存管理则指出生产此
类产品已有了什么?还缺少什么?还必须先制造什么?
采购什么?
MRP为生产和采购给出了详细的活动内容,这些
活动反映了日常处理状况,以及按生产计划的需要所
划分的时间阶段进行编辑,并产生报告。通过MRP就
将整体的主生产计划与详细的物料级计划联系在一
起。
主要功能:根据销售订单的数量和交货期形成主
生产计划;对主生产计划进行粗能力平衡;将平衡后
的订单通过MRP运算分解到各事业部或车间。
高级排产管理子系统(APS)
各事业部或车间利用APS系统分解后的主生产
计划,按照产品的工艺过程和资源约束条件,自动分
按订单生产的
高级计划与排程系统研究
摘 要:分析离散型按订单生产的中小企业生产过程,建立生产计划系统模型,采用模拟退火算
法设计了基于订单的生产计划和排程系统。
关键词:高级计划与排产系统;模拟退火算法;企业资源计划
现
代
计
算
机
(总
第
二
五
七
期
)
MODERN
实践与经验
配资源(机器设备和人力资源),并根据资源的工作日
历及班次,自动安排生产作业计划和物料需求计划。
管理人员还可以根据安排结果,在APS系统上进行
手工调整。
主要功能:生成日自制件生产计划、外购(外协)
件以及胶料日需求计划;通过产能计算和产能平衡对
生产任务进行排产,产生日机台作业计划;通过自动
生成作业记录卡,实现对各工作中心的生产进度的跟
踪与监控,确保作业计划按时完成。
功能特点:集成了物料需求和细能力需求以及车间
任务和车间作业功能,使生产计划———物料需求计
划———能力平衡———车间执行———生产调度一气呵成。
排产简述:
(1)总计划员运行 MPS主生产计划,经粗能力
平衡后,将可以安排的任务设置为锁定状态,以防止
确认的计划被修改;
(2)APS模块读入主生产计划已经锁定的任务;
(3)按产品BOM结构展开到APS,进行生产任务
排序,确定优先级;
(4)将设定好的优先级,按由高到低的顺序遍历
任务队列;
(5)根据产能定义和计算,将每一任务按机台与
模具资源分配到单个机台上;
(6)如果当天没有可用机台,就顺延到下一天,以
此类推直到队列中的任务全部被安排;
(7)如有些任务被安排到订单的交货期之后,系
统自动通知销售公司,使其与客户重新协商订单的交
货日期,并根据重新确定的交货日期进行排产;
(8)APS排产见图1。
图1生产管理系统 APS排产示意图
3算法分析
APS有两种计划排产方法:(1)算法任务顺序计
划:一次一个定单或任务;(2)模拟顺序计划:一次一
个工序或操作。排产计划的一般程序可简单地描述为
如图2所示的6个步骤。
图2排产计划的一般程序
算法设计
APS系统一般是由k(1,2,⋯,k)台机器与n(1,2,⋯,
n)件不同的工件所组成,所有的工件都必须根据处理
计划,按照工艺流程进行大量的装配与处理,每个工
件要求一系列的操作,每个工作的操作顺序可以用有
向无环图来表示,这样就可以用拓扑排序来解决排产
问题,从而将排产问题转换为线性规划的数学模式来
求解。每个工件的排产可以选择任何一台机器。任何
一张给定的生产订单,可以看成是工件与机器的一个
集合。
假设作业 Ji需要处理的时间为 ti(i=1,2,⋯,m),若
作业i分配到处理机j上处理,则令xij=1,否则为0,
m
i=1
!xijti表示处理机Jp完工时间,
n
j=1
!xij=1表示作业i只
能分配到一个处理机上,因此其排产数学模型为:
minmax
1≤j≤n
m
i=1
!xijti而
n
j=1
!xij=1(i=1,2,⋯,m)=0,1。
模拟退火算法来源于固体退火原理,将固体加温
至充分高,再让其徐徐冷却,加温时,固体内部粒子随
温升变为无序状,内能增大,而徐徐冷却时粒子渐趋
有序,在每个温度都达到平衡态,最后在常温时达到
基态,内能减为最小。用固体退火模拟组合优化问题,
将内能E模拟为目标函数值f,温度T演化成控制参
数t,即得到解组合优化问题的模拟退火算法:由初始
解i和控制参数初值t开始,对当前解重复 “产生新
解→计算目标函数差→接受或舍弃”的迭代,并逐步
衰减 t值,算法终止时的当前解即为所得近似最优
解,这是基于蒙特卡罗迭代求解法的一种启发式随机
搜索过程。
模拟退火算法的流程
求解排产问题的模拟退火算法模型可描述如下:
step1:给定起始温度 T、终止温度 T0和退火速度
!"#
现
代
计
算
机
(总
第
二
五
七
期
实践与经验
(上接第 104页)
ImplementMethodofHighPerformance
DynamicArrayInC++
SUNJian,WANGYu-ting
(CollegeofComputer,LiaochengUniversity,Liaocheng252000China)
Abstract:
Keywords:DynamicArray;TemplateClass;PlacementNew
Compareswithstaticarray,dynamicarraycanchangeitscapacityatanymomentbasedon
-
rayinC++theexperimentalresultshowsthatthismethodcanpromotetheefficiencyofthe
program.
ResearchonAPSSystemBasedonBuild-To-Order
DUANChuan-lin
(DepartmentofInformationTechnology,JiangmenPolytechnicCollege,Jiangmen529000China)
Abstract:
Keywords:APS(AdvancedPlanningandScheduling);SimulatedAnnealingAlgorithm;
ERP(EnterpriseResourcePlanning)
AnalyzesdiscreteBuild-to-Ordermanufactureprocessofsmallandmiddle-sizedenterprise,buildsa
modelofmanufactureplanningsystem,usessimulatedannealingalgrithmtodesignamanufacture
planschedulesystembasedonorder.
a,处理机数n作业数 m,随机给出一个调度方案 X0=
(xij)n×m,计算完工时间f0。
step2:若T>T0,转step3;否则算法停止,输出X0。
step3:随机产生作业 j和处理机 i,令 xkj=0(k=1,2,
⋯,n,k≠i),xij=1,此时变量记为X1。
step4:计算完工时间f1,△E=f1-f0,若△E<=0,接
受新值,转step2,否则转step3。
该算法结构简单,但其中所有的判断和操作都要
与现场诸多限制条件紧密结合才能有实际意义。
4结 语
本文采用离散型按订单生产的中小企业生产模
型的设计思想建立了生产计划系统的用户需求模型,
并采用模拟退火算法设计了基于订单的生产计划算
法以及在此基础上设计了排产信息系统,重点描述了
在该系统中运用模拟退火算法解决问题。
参考文献
[1]姜铁虎.APS中生产计划排程的基本原理.2002(9):
56~58
[2]YoungHaeLee,
planningandschedulingwithoutsourcingin
&Industrial
(2002):351~374
[3]高尚、杨静宇著,群智能算法及其应用.中国水利
水电出版社.:2~6
[4]张树槐等.中国机电工业.2005年(9):70~71
[5]中国制造业网.2004-2005年中国制造业ERP产业技术
研究报告
[6]林国辉,马正新等.基于蚂蚁算法的拥塞规避路由
算法.清华大学学报,2003(1):1～4
[7]曾相戈、周勇.揭开先进计划系统的神秘面纱.工
业工程.2005(1):54~55
(收稿日期:2007-02-13)
################################################
