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APS和MES集成管理车间生产计划和调度方法研究

时间:2022-11-15 19:05:17 工作计划 浏览量:

摘要:通过对APS和MES的集成,加强对车间生产的管理和控制,使车间生产计划和调度活动更加快速准确。最大限度地发挥车间的生产能力,降低生产占用的库存费用。关键词:APS;MES;ERP;集成;体系结构分析中图分类号:TN431.2

文献标识码:A

文章编号:16723198(2009)190322011 APS和MES简介1.1 高级计划与排程(APS)排程就是排序,就是先做什么,后做什么的问题。你可以这样想象,大小几百台设备、几百人同时要完成各种任务,怎样才能在各种约束(设备能力、人员、时间、场地、物料等)条件下以及随时可能发生变化(动态)的,实现多个目标(交货期、设备有效使用率、最低成本等)?由于生产需求的随机性,生产需求发生变化时,人工生产排程将很困难;同时,当生产瓶颈无法预测时,人工排程很难操作,资源不能充分利用,订单不能按期交付。尤其是在小批量、多品种、工序复杂的制造型企业矛盾十分突出。这时人们可以求助强有力的精益生产解决方案:APS。APS就是高级计划排程。APS应该说本来是MES的一个模块,因为优化排产的重要性,拿出来单独作为一个功能软件使用。APS要满足资源约束,均衡生产过程中各种生产资源;要在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划;要实现快速排程并对需求变化做出快速反应。高级计划与排程系统是20世纪后50年发展起来的管理技术。它是一种基于供应链管理和约束理论的先进计划与排程工具,包含了大量的数学模型、优化及模拟技术,其功能优势在于实时基于约束的重计划与报警功能。在计划与排程的过程中,APS将企业内外的资源与能力约束都囊括在考虑范围之内,通过的智能化的运算法则,做常驻内存的计算。APS在提高企业经济效益方面的潜能是巨大的,它能及时响应客户要求,快速同步计划,提供精确的交货日期,减少在制品与成品库存,并发考虑供应链的所有约束,识别出潜在的瓶颈,提高企业资源的利用率,从而改善企业的整体生产管理水平。对于车间内短期的生产计划制订,如安排一台机器上的多种产品的生产次序等,APS常用约束规划CP(Constraint Programming)来解决。CP将存在的每一个资源约束表示为一个变量,然后用约束变量之间的逻辑关系找到满足所有约束的解决方案。APS根据大量精确数据的输入,对工作流程进行模拟,并提供实时监控功能。APS可将模拟的排程结果以甘特图的形式输出到可视化的计划板上,根据既定规则进行拖放式调整,以求达到最优化。1.2 制造执行系统(MES)制造执行系统是美国管理界20世纪90年代提出的新概念。中国 “十五”期间,国家863项目研究将MES作为重点研究课题,制造业领域MES成为技术研究的突破口。通过863 CIMS项目应用的研究和推广,大大提高了企业的竞争力,使中国的制造业水平上了一个崭新的台阶。MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层,在整个企业信息系统中起着承上启下的作用。MES对生产过程进行实时监视、诊断和控制,完成生产单元整合和系统优化,在生产过程层进行物料平衡、制订生产计划、实时排程、优化调度,进而对生产过程物料、能量、质量、设备、资金,甚至人力资源统一进行监测、分析、控制和优化,实现了从订单下达到产品完成整个生产过程的优化管理。当工厂里面有实时事件发生时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。与APS相比,MES是一个提供很多功能模块的整个解决方案,但是从优化的角度看,MES达不到APS提供的优化功能的水平。因此,将APS与MES集成更适合于复杂的实时性要求较强的车间生产计划和调度活动。2 现行车间生产计划和调度方法分析作为产品加工的具体执行部门,车间生产管理涉及到产品生产过程的方方面面,如:生产过程监控、生产调度、现场设备管理、人员安排、消耗统计、工时统计、动态成本核算、物料管理、在制品管理以及产品数据管理等等。一个典型的制造车间生产活动主要工作流程是:首先将接收到的主生产计划进行任务分解,然后根据一定的规则,确定各子任务的加工设备,而任务单的开工时间则根据定单下达日期、任务单计划入库日期、相关的工艺信息以及各加工单元的当前加工计划来统一决定。在编制出理论计划以后,就形成了对各加工单元的负荷。接着,要在各加工设备上进行加工能力与工作负荷的平衡,制订派工计划和相关物料准备计划等。同时,根据物料、工装等条件及各加工单元的反馈信息,制订出正式作业计划,并开始派工。计划下达后,在实际生产过程中,还要不断根据各个参数的变化,进行实时的调度,确保主生产计划的顺利实现。现行的传统生产管理系统中,生产决策层与车间执行层,计划层、调度层与控制层是独立分开的,信息采集大多只能通过人工录入的方式进行,车间生产信息的反馈周期较长。造成在生产调度与控制过程中缺乏必要的现场信息,不能及时根据实际生产情况的变化进行重新调度,更谈不上实时修订生产计划了。并且当实际生产情况无法实现原有生产计划时,传统的生产管理系统也往往不能及时发现这些问题并加以解决,最终导致企业产品的交货期延误。3 基于APS和MES集成的车间生产计划和调度通过前面两部分的阐述可以发现,在比较复杂的车间生产活动中,MES系统中的详细生产计划和生产调度模块的功能有限,而且不能根据实际生产情况的变化进行重新调度。我们以企业的ERP系统作为信息基础,采用APS和MES集成的方法,由MES提供实时的车间生产进度、在制品信息和现场设备运行状况等,然后利用APS的先进优化算法,可以初步解决现行车间生产计划和调度的优化问题。4 APS和MES集成的体系结构分析现代制造企业中,ERP已经成为必备的业务和数据平台,无论是APS,还是MES,都需要与ERP系统进行数据交互和信息共享,获得系统自身运行必需的相关数据。当将APS和MES集成时,也必须将ERP系统考虑在内,也就是将ERP、APS、MES三个系统进行集成,这其中不可避免地出现交叉和重叠的现象。因此基于ERP的APS与MES集成系统的框架确定,主要考虑企业的产品、生产模式、计划模式、已有系统与新构建系统的差异等因素。目前,国内外已经有学者提出了APS、MES与ERP集成的框架,但是现有的集成框架结构仍以供应链管理平台为界面,其中APS的应用偏重于供应链计划的管理,主要面向物料复杂、外协外购较多的企业生产环境。针对原材料供应相对简单、稳定的企业,可以把精力放在以车间生产计划与调度管理为重点的系统集成框架。该框架以APS和ERP的闭环系统集成为核心,通过MES系统控制车间生产活动,达到企业内部车间生产计划和调度的优化。5 结语随着市场竞争日渐激烈,制造企业受到了前所未有的挑战。为快速适应内、外部环境的快速变化,利用APS和MES等先进的企业生产管理模式和先进信息系统,充分利用企业的制造资源,优化企业车间生产的计划和调度算法,通过改变企业传统的生产模式来提高生产率,进而快速响应客户需求,是提高企业竞争力的重要手段。参考文献[1]马国钧.从ERP、MES到APS——寻找提高企业效率和效益的利器[J].中国军转民,2008,(8).

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