研究及應用離散制造業(yè)APS生產數(shù)據結構

1、研究及應用離散制造業(yè)APS生產數(shù)據結構本文闡述了 APS(advanced planning system)高級計劃排程系統(tǒng)的概念、功能及其在離散制造 業(yè)中的巨大潛力。提出了針對離散制造業(yè)的APS生產數(shù)據結構，它包括生產數(shù)據描述、生產數(shù)據模型和生產數(shù)據關聯(lián)。這個結構可以有效地描述離散制造業(yè)中生產數(shù)據的邏輯關系，可 為APS與ERP集成的實施奠定基礎。最后用實例說明了它的可行性與實用性。1 APS概述APS高級計劃排程系統(tǒng)，是一種基于供應鏈管理和約束理論的先進計劃排程工具，它 包含了大量的數(shù)學模型、優(yōu)化及模擬技術。在計劃排程的過程中，APS將綜合考慮企業(yè)內外的資源和能力約束條件，并用復雜的智能化

2、運算法則，做常駐內存的計算。它可以為物 料、機器設備、人員等資源提供同步的、實時的、具有約束能力的計劃安排。因此，它能 及時響應客戶要求，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，提高資源利用率，挖 掘出企業(yè)經濟效益方面的巨大潛能。進入20世紀90年代以來，企業(yè)的計算機軟、 硬件及IT技術的發(fā)展大大改善了 APS的 應用環(huán)境，嵌入式SQL使APS實現(xiàn)了與相關數(shù)據庫的動態(tài)交互?，F(xiàn)今，APS軟件的市場需求量不斷膨脹，一些世界著名的軟件公司如Oracle, SAP等都成功開發(fā)了自己的 APS軟件;假是國內的APS行業(yè)還只是起步階段，因此相關的成果比較少。2 APS生產數(shù)據結構在APS(在下文中，如果

3、沒有特殊說明，APS均指應用于離散制造業(yè)的APS)中，數(shù)據結構是一個最基本概念，是表達和組織生產對象及其生產過程的信息體系。一般來說，離 散制造過程是非結構化的，但是為了能利用APS進行生產過程的管理，首先必須將生產數(shù)據結構化將離散制造過程中算設備、工具、人員、定單、工序和物料等對象的屬性用 計算機能夠識別的數(shù)字、符號來描述，而這然數(shù)字和符號的集合就是通常說的生產數(shù)據。 在離散制造企業(yè)中，生產對象和生產過程彼此之間都存在著一定的邏輯關系，因此沒有結 構的APS,即使將生產數(shù)據組織得再好也無法得到很好的實際應建。下面將著重扶APS的生產數(shù)據描述、生產數(shù)據模型和生產數(shù)據關聯(lián)3個方面來探討APS生產

4、數(shù)據的結構。2.1 APS的生產數(shù)據描述APS中的生產數(shù)據描述了離散制造企業(yè)內各個對象的屬性信息，它是構建企業(yè)生產信 息化系統(tǒng)的基本元素。在這些生產數(shù)據中，有些數(shù)據不隨時的變化而變化的，被稱之為靜 態(tài)數(shù)據；與之相反，有些數(shù)據是隨生產狀態(tài)的變化而發(fā)生動態(tài)變化的，被稱之為動態(tài)數(shù)據。2.1.1靜態(tài)數(shù)據主要描述了離散制造企業(yè)內一些靜態(tài)對象的相關信息，見表1。在生產過程中，這些對象信息更新很少，是企業(yè)生產的基礎。表l靜態(tài)數(shù)據屬性表 看 性設開 設界的號，設備號,武備名工并號用網程 型號工同 工具舞號，工國號.二羯/股艮，植毒工序入她 員工%苑門匕謾事號.時國澳地狀患.工神& 人時間一生目工林 工

5、好號，工m看日越琳盯同模r號，時同他爨告、開的工作的同、西榮1.作時同，輪跳橫禁號電次植型號.開始了瘴酎間結單工九時司.休息科甘C com cn犁Fnnuf*.；聿 -e 野守開日樸告H陋界J2.1.2動態(tài)數(shù)據主要描述了那些與時間密切相關的生產對象的信息，表2。它們更薪頻率快，是企業(yè)生產關注的重點對象。表2動態(tài)數(shù)據屬性表村象舄 性生產訂單1 號.狀會、產品號.產品名、昵產敷.計劃開城加工時間，計ft!結束加工時同.優(yōu)先嫌，煙開 始征工時制, AFS蠟束址工時航、實際舞始旅工時 阿、其后玷我想工時梅訂單工序訂單號，工界號*工序出解四號.梅料效.工科號.,工時修1具號9dnm/QEOfgn物科物科

6、號、物，、物版“ 3L2.2 APS的生產數(shù)據模型生產數(shù)據模型是計劃排程的基礎，APS通過對企業(yè)靜態(tài)對象建模，輔助以動態(tài)對象信息即可進行計劃排程。這使我們主要研究離散企業(yè)的4種基本生產數(shù)據模型：時間模型、設備模型、人員模型和工具模型。2.2.1時間模型圖1時間模型2.2.2設備模型APS計劃排程的核心是設備，目標就是均衡設備負載、最大設備產能。設備模型的好壞直接決定了計劃排程結果的準確性。一般情況下，企業(yè)ERP系統(tǒng)已經為企業(yè)建立了相關的設備模型；如果企業(yè)沒有 ERP系統(tǒng)，也可以手動為 APS系統(tǒng)建立設備摸型。設備模型按照設備功能將其劃分為不同的設備組，見圖2。同一設備組內的設備可以加工相同的工

7、序,彼此之間是可以互相替換的。設備組的父節(jié)點是部門成本中心，它包含1個完整的生產流打一 周六.H 法定性U時間模型定義了 APS計劃排強對象 設備、人員、工具等的可用性，這使得 APS計劃排程的結果更貼近于生產實際。時間模型定義可分為4個層次：企業(yè)日歷、日模型、班次模型和體患模型，圖1。虹日歷雌粒d2424<M>ACO-24 WIf 2mm A_n：oo*njo現(xiàn)次供M隼 h 9fH)0-2tkM程。該部門成本中心可以生產某種或某些產品，它定義了APS計劃排程的基本范疇。圖2設備模型但是在某些特殊情況下，企業(yè)生產并不完全是基于設備組進行的。例如某企業(yè)有一系列設備組，這些設備組之間有

8、 1條固定的生產線路：A1-C2-B2-A1 ,工件在這些設備之間依 次通過固定的傳送帶運輸，即該生產流程是固定不變的。顯然，上述設備模型在此已變得不再適用，此時需要在 APS中建立一條專門的生產線路，見圖3。AI設備1F/)01 匚VO圖3訂單計劃排程2.2.3工具模型工具主要用于輔助設備生產，不同工序需要不同工具來輔助其完成加工。工具按照功 能劃分為不同的工具組，見圖 4。圖4工具模型2.2.4人員模型在企業(yè)內，設備的操控需要具備某種技能的人員，因此良好的人員計劃調度是保證設備正常運作的基礎。一般來說，人員是按照其掌握的操作技能來劃分的，見圖5。一道工序可能對應多個不同的工種，每個工種對應

9、某種特定的技能，每個員工可以對應1個或多個特定的技能。工序工什鈔 "ftl工什技18ionoya圖5人員模型2.3 APS的生產數(shù)據關聯(lián)生產數(shù)據關聯(lián)可以幫助我們在靜態(tài)數(shù)據模型上合理的配置動態(tài)數(shù)據，使兩者之間達到很好的信息交互。圖 6描述了 APS中生產數(shù)據的關聯(lián)情況。生產訂單描述了對某種或某些 產品的需求，而1個生產訂單總可以被分解為一系列工序集。根據生產數(shù)據模型，可以將 工序對應到4類對象的需求：生產工具組、設備組、物料和工種。生產工具組和設備組都 由一系列具備相同功能的生產工具和設備組成，時間模型決定了它們的可用時間段；具備相同技能資質的人員屬于同一個工種，時間模型決定了他們的工

10、作時間段：這樣就得到了每一步工序相對應的生產工具集、設備集、人員集和物料的需求。APS根據對象集內單個對象的可用性以及工序之間的邏輯關系，使用內置的算法即可計算出產品每一步工序的具體 需求，實現(xiàn)將任務安排到最細粒度的生產資源。圖6數(shù)據關聯(lián)3實例某汽車零件加工工廠有10臺加工設備：cuttelOI、cuttel02、cuttel03是同類型的切割機PresselOI、Pres sel02是同類型的沖壓機；Millel01、Millel02、Miller03是同類型的打磨機Assembled 和Assemblel02是同類型的組裝機。按照設備分組原則可將它們分為4個設備組，見表3。相對應的存在4個

11、工種：切割、沖壓、打磨和組裝；4種技能：切割技能、沖壓技能、打磨技能和組裝技能。該工廠共有5名操作工，都具備一定的操作技能，見表4。表4員工技能表技能號指 述901切割4H -mU- Mkl1! £J1 J . com cn iEifrlUVv縱裝還有一定量的生產工具用于輔助人員和設備生產，根據工具分組原則可分為4組，見表5。此外，倉庫內有一定量的鐵錠可用于產品生產。表5工具組表|工廂fl號工具顯名 I X號描述10檔頭1UI方頭榔頭I10梅%102 U U20扳手201隔板門上述對象在一定時間范疇內都存在可用性的問題。工廠是三班倒工作制，時間模型見 表6。模型設置到相對應的對象上，

12、再輔以工廠的工作日歷，就可以將工廠內各個對象一整 年內的可用時間描述清楚。表6時間模型表現(xiàn)在有兩個客戶訂單 一一訂單1001和1002分別需要生產剎車片 100件和200件。根據 數(shù)據關聯(lián)圖的描述，APS系統(tǒng)首先從工廠的 ERP系統(tǒng)得到客戶訂單表和訂單工序表，見表 7。當前訂單1001的第1步加工工序是切割。 APS首先將來料放置到該切割設備組1000前的一個虛擬緩沖區(qū)內。 如果在同一時間1002訂單也在該工序進行加工，則APS根據內置的高級計劃調度算法或客戶定制的調度規(guī)則，并在考慮當前工序所需生產人員、生產工具和物料的可用性(包括時間和能力)的約束條件下，為當前設備組進行計劃排程。完成該工序的加工后，APS將訂單送到沖壓設備組 2000進行下一步的計劃排程。以此類推，最終可以得 到兩個訂單在設備上的詳細排程信息。表7訂單表客戶訂單*“副號55 聲品號 產此名 依青 優(yōu)先鍛一叵一丁 f ：魚 萬一 ,二. ii =一工一， _ .二 一 7 lootoroxooi軻本片loo11820UDXOOI判車片200I討單號計號開ilrtW_計劃第-*5wi 200MSOI200605251002300605M20(25打隼工序表 _U加工時阿 J訂單。工序號工聲名狀£ ntittt工，工具(d)4結束語好的生產數(shù)