摘要：生产排程是生产运作管理的基本问题，通过智能算法及仿真技术等方法可编排和优化生产排程，提高准时交货率及设备利用效率。在应用智能算法及仿真技术解决生产排程问题过程中，生产模型构建是核心和基础。本文针对生产模型构建中的关键对象进行了分析，包括产品结构对象、制造工艺对象、资源对象及订单、日历对象等，这些对象可以有效地描述制造业中生产流程的逻辑关系，最后以永凯APS为实例说明了生产模型的可行性与实用性。
关键词：生产模型 生产排程 永凯APS
参考资料：永凯APS http://www.yukontek.com
1 引言
随着科学技术进步的加快，技术更新和产品更新的速度也大大加快，产品的生命周期和技术设备的使用寿命大为缩短，顾客对产品和服务的期望（低成本、高质量、周到的服务）越来越高，由此引起世界市场发生了巨大的变化：市场需求由传统的相对稳定向迅速多变和多样化发展。动荡多变的市场一方面给企业带来了机遇；另一方面又使市场竞争变得十分激烈，对企业的生存和发展构成严重的威胁，使企业面临各种各样的挑战。原有的适用于市场需求相对稳定的传统的生产和管理模式已不再适用，企业必须寻求适应新市场和技术环境的生产和管理模式。与此同时，信息、电子、自动化、计算机、通讯等现代科学技术的发展给企业摆脱传统生产方式，创造新的管理体制和方法提供了可能性。
高级生产计划排程（Advanced Planning & Scheduling，APS）是20世纪50年代发展起来的革命性管理技术，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。APS从ERP的盲点发展而来，其考虑生产过程中的多种因素，如班次、产能、当前负荷能力等，并能根据车间生产现状实时对生产进行调度。
2 APS的生产模型构建
在许多生产管理者眼中，生产计划是不重要的。如果我们只停留在小加工作坊的规模，大脑就能把一个月的订单、物料、资源记得清清楚楚，那么生产计划的必要性确实不太大。但事实上，随着生产规模的扩大，人脑已经不可能完成如此大数据量的存储功能，这时就到了生产管理的Excel时代。许多生产管理人员对Excel使用非常熟悉，并乐在其中，但如果要问他生产计划的详细信息，计划的优劣以及可执行性等问题，他就显得一片茫然。因为道理很简单，Excel只是将数据的存储从大脑移到了电脑，增大了容量，却仍然没有实质性的改进。Excel是生产计划数据准备的重要手段，但相对于文本来说只是多了一个方便操作的表格，并没有严格的二维数据关系，不能反映工厂的生产模型，即反映生产中所涉及的各个对象之间数据的关联性。
这些模型对象主要包括如下几种：
（1）所有产品结构对象。
即生产管理中BOM管理，清楚产品是由什么部件构成的，每个部件的数量是多少等。有了产品结构才能方便的进行订单分解，分解成实际生产的加工任务。
图1 产品结构对象
（2）所有产品的制造工艺对象。
简单来说，就是要能知道任何一个制造任务（如一个零件）可以分解为几步加工以及每一步之间的逻辑关系，每一步用到哪些物料、需要哪种设备、需要哪些辅助工具，即是生产管理中常说的工艺流程。
图2 产品制造工艺对象
（3）所有使用的资源对象。
资源是必备的生产主体，没有资源，生产无从谈起。所以需要对生产过程中所需要的全部资源进行管理，这里所说的资源包含车间、工作中心、设备组、设备、工具及对应人员等。对资源的管理主要是对资源能力和成本的管理。资源的能力分为两个方面，一是资源的单位能力，即一个资源能同时加工的任务数，比如说有些设备一次只能加工一个任务，而有的设备能同时加工多个同样的任务。因此，这两台设备的单位能力是不同的，能力的另一方面是资源的数量，如果一种设备有同样的五台，另一种设备只有一台，如果它们的单位能力都是相同的话，显然五台的设备能力大于一台的能力。这就是生产管理中常说的设备能力。比如有些数控设备是多主轴，可以同时加工多个零件，这就是设备的单位能力，另一方面资源的数量就是指资源库存了。资源拥有生产能力、使用能力则必定产生成本。成本的定义根据资源的类型决定，非消耗性的资源用时间定义成本，使用的时间越长，消耗的成本越大，消耗性资源则用消耗的数量进行定义，消耗的数量越多，消耗的成本越大。
图3 资源层级结构
（4）其它对象，包括订单、班次及日历等对象。
订单是生产计划的源头，是生产执行的驱动力，所以其重要性是不言而喻的。订单主要信息包括数量，交货期等。班次及日历是生产制造正常进行的规则，所以也是必须的数据。
上面所列出的模型对象决定了生产模型的完备性，缺少任意一种均不能进行有限资源能力的排程，同时所有对象数据也需要准确性，对象数据的准确性决定着计划的可执行性。
图4 生产模型对象之间的逻辑关联
3 生产模型在永凯APS应用
（1）精细化的制造BOM
传统ERP的MRP计算所采用BOM（Bill of Material）只说明了产品与物料的构成逻辑与数量构成，没有反映工序、设备所使用的物料的量及对应使用的具体位置，只称得上是“花拳绣腿”。而永凯APS将工艺与产品结构相结合，设计可精细化到工序级别的制造BOM，有利于订单的快速展开，为有限能力排程奠定基础，并且考虑每道工序的物料投入、所用设备以及产成品等，使得生产与物料计划更为精细，即可明确每道工序详细的物料需求，因此更适应多品种、多工序、多订单、小批量等生产类型的制造企业。
图5 精细化的制造BOM示意图
图6 永凯APS精细化的制造BOM
（2）建立统一资源模型
永凯APS将工作中心、设备、辅助工具（如模具、夹具等）以及操作人员等对象抽象为资源对象，并建立统一的资源模型，进行统一调度，以灵活适应于各类制造型企业。同时，将具有相同加工能力，可替换的资源虚拟为一个资源组，同一个资源组内任意一种资源都可以和组内其它资源互换，资源组决定了资源调度的多样性和灵活性。
图7 永凯APS资源模型的层次结构
图8 永凯APS资源模型属性分类说明
（3）构建多样化的订单对象
永凯APS的订单对象包括销售订单、制造订单、库存订单、采购订单及维护订单，将生产相关的各个环节，如销售、制造、采购、库存统一纳入排程考虑范围，从而确保计划的一致性和联动性，使销售、制造、采购、库存各个环节一起贯通，提高了模型的适应性和有效性。
图9 永凯APS的销售、制造、采购及库存关联显示
（4）可视化的日历模型
日历模型定义了APS排程对象——设备、人员、工具等的可用性，这使得APS计划排程的结果更贴近于生产实际。日历模型分为四个层次，工厂日历，日模型、班次模型和休息模型。
永凯APS以甘特图的形式将工厂日历可视化显示，计划人员新增、修改及删除日历时，能够及时、直观地在甘特图上看到工厂日历的变化。
图9 永凯APS的工厂日历可视化显示
图10 永凯APS日历管理
4 结论
生产模型是构建APS的基石，本文针对生产模型构建中的关键对象进行了分析，抽象出了模型对象的关联关系，并以永凯APS为例介绍了生产模型的实际应用，并针对永凯APS所构建的生产模型的独特之处加以说明，对APS实践及应用具有宝贵的参考价值。