[科普中國(guó)]-高級(jí)計(jì)劃與排程

APS起源與發(fā)展

從20世紀(jì)40年代以來(lái)，用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行精確計(jì)算來(lái)安排生產(chǎn)計(jì)劃,就一直是一個(gè)傳統(tǒng)的研究課題。高級(jí)計(jì)劃排程的一些主要思想早在計(jì)算機(jī)的存在前就已經(jīng)出現(xiàn)。對(duì) APS 貢獻(xiàn)最大的有兩個(gè)方面：一是早在 20 世紀(jì)初出現(xiàn)的甘特圖( Gantt Chart) ；二是運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型解決計(jì)劃問(wèn)題。美國(guó)和前蘇聯(lián)都應(yīng)用新的最優(yōu)化線性規(guī)劃技術(shù)解決與戰(zhàn)爭(zhēng)相關(guān)的物流管理問(wèn)題。這些思想和方法對(duì)于 APS的萌芽起到了奠基性的作用。

隨著跨國(guó)公司在世界各地的發(fā)展 ，制造業(yè)問(wèn)題變得越來(lái)越復(fù)雜 ,變量規(guī)模達(dá)到數(shù)以萬(wàn)計(jì)。雖然線性規(guī)劃等技術(shù)也擴(kuò)展成可以處理更加復(fù)雜的問(wèn)題 ，但仍然不能滿足企業(yè)的需要。因此 ，許多公司在內(nèi)部開(kāi)發(fā)自己的APS,另一些公司則在購(gòu)買(mǎi)解決線性規(guī)劃問(wèn)題的程序基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
60 年代中期 , IBM 開(kāi)發(fā)了基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解的MRP系統(tǒng)，并在 70 年代發(fā)展為閉環(huán) MRP系統(tǒng) ,除了物料需求計(jì)劃外 ，還將生產(chǎn)能力需求計(jì)劃、車(chē)間作業(yè)計(jì)劃和采購(gòu)作業(yè)計(jì)劃也全部納入 MRP ，形成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。這為 80 年代 MRPII的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，但實(shí)際上MRPII的這種閉環(huán)因是預(yù)設(shè)提前期、無(wú)限制的產(chǎn)能計(jì)劃排產(chǎn)與無(wú)約束的物料計(jì)劃，故只能是手工閉環(huán)，難以匹配實(shí)際復(fù)雜動(dòng)態(tài)的制造環(huán)境。這段時(shí)間 ,模擬技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入計(jì)劃領(lǐng)域，基于模擬的計(jì)劃工具開(kāi)始出現(xiàn)；而道理80 年代初 , 輪胎制造商Kelly Springfield 和煙草公司 Philip Morris 開(kāi)始應(yīng)用計(jì)劃和排程系統(tǒng)。隨后快速M(fèi)RP的模擬技術(shù)，能將復(fù)雜的生產(chǎn)作業(yè)模擬在獨(dú)立計(jì)算機(jī)上,部分采用以常駐內(nèi)存方式進(jìn)行批處理運(yùn)算，脫離了當(dāng)時(shí)占業(yè)務(wù)計(jì)算支配地位的主機(jī)，使制造企業(yè)完成生產(chǎn)計(jì)劃排程只用幾小時(shí)而不是當(dāng)時(shí)所公認(rèn)的20多個(gè)小時(shí)，大大縮短了計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間。1

1984年AT&T推出的 Karmarkar’s 算法，成為線性規(guī)劃突破性進(jìn)展，這個(gè)新技術(shù)解決了線性規(guī)劃的問(wèn)題，是AT&T作為“真正的突破”和“設(shè)計(jì)解決了以前未解決的問(wèn)題”。AT&T把這個(gè)算法綁定他們的計(jì)算機(jī)，價(jià)格達(dá)到了天價(jià)般的九百萬(wàn)美元！APS成為新興企業(yè)管理者的寵兒。許多大型化工公司巴斯夫等都開(kāi)始積極使用計(jì)劃和排程的工具， 甚至連許多大的航空公司如美航也實(shí)施了復(fù)雜的計(jì)劃和排程系統(tǒng)。而數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)SQL的引進(jìn)，允許APS工具和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)更動(dòng)態(tài)的互動(dòng)。APS開(kāi)始攻城略地了。1990年初,消費(fèi)品公司(CPG)開(kāi)始引入APS系統(tǒng)，他們需要更復(fù)雜的系統(tǒng)；電子裝配、金屬品制造等離散制造領(lǐng)域被i2、Fastman打開(kāi)洞門(mén)，蜂擁而進(jìn)入。半導(dǎo)體領(lǐng)域如IBM、Intel、TI、Harris公司等成為APS發(fā)展的重要推手。其中i2公司以彪悍的市場(chǎng)導(dǎo)向和銷(xiāo)售戰(zhàn)略，戲劇性地提高了APS的發(fā)展空間。

隨著APS引擎的成熟，使理論化的數(shù)學(xué)解析計(jì)劃方法達(dá)到了實(shí)用程度，生產(chǎn)計(jì)劃方法交替，ERP也出現(xiàn)了繼續(xù)完善和功能擴(kuò)充以及改變ERP的功能和性質(zhì)這兩種發(fā)展趨勢(shì)。隨著APS市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)，產(chǎn)生了ERP供應(yīng)商的新一輪的收購(gòu)APS公司或自己內(nèi)部開(kāi)發(fā)APS。許多專家認(rèn)為APS必須嵌入ERP系統(tǒng)，一些廠商也開(kāi)發(fā)了APS模塊。近些年來(lái)，幾乎每個(gè)外國(guó)的ERP軟件，都有了與之集成的APS引擎。如SAP 有了 SAP APO (Advanced Planning and Optimization), Baan 有Baan SCS (Supply Chain Solutions), Oracle 買(mǎi)了ILOG的產(chǎn)品, PeopleSoft 購(gòu)買(mǎi)了Red Pepper，JD Edwards 買(mǎi)了Numetrix，ERP和APS正在融合在一起。同樣，MES也在把APS納入自己的制造板塊，如GE 收購(gòu)了合作伙伴Novotech的Scheduler, 西門(mén)子收購(gòu)了Preactor，鋼鐵行業(yè)MES 巨頭PSI兼并了鋼鐵行業(yè)的APS Broner。

APS 的主要目標(biāo)是某一指標(biāo)(例如 設(shè)備資產(chǎn)回報(bào)率ROA) 的總優(yōu)化。這需要預(yù)先假定供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)和其各種不同的資源和邊界情況(例如能力限制)必須是可見(jiàn)的。實(shí)際上，APS 工具是以供應(yīng)鏈的跨組織模型為基礎(chǔ)的。這也是現(xiàn)在在數(shù)字化制造下，APS越加顯得耀眼的原因。2

市場(chǎng)各種APS軟件從上個(gè)世紀(jì)初到現(xiàn)在，是APS在中國(guó)的概念推廣階段，一些高校研究者將APS的理論從高校實(shí)驗(yàn)室里搬到企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，也有海外的APS實(shí)踐者們紛紛回到國(guó)內(nèi)進(jìn)行APS應(yīng)用推廣，同時(shí)值得關(guān)注的還有一些實(shí)踐APS的國(guó)內(nèi)企業(yè)先行者。這三類群體構(gòu)成了當(dāng)前國(guó)內(nèi)APS熱潮中主流力量。說(shuō)到優(yōu)化算法和排產(chǎn)軟件，就不得不提大名鼎鼎的ILOG（現(xiàn)隸屬于IBM旗下）和大名鼎鼎的Cplex。Cplex是IBM公司一款高性能的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題求解器。Cplex被許多公司做為APS的核心引擎，如ILOG的 PPO，SAP的APO，i2的優(yōu)化軟件。此外國(guó)外APS品牌有Asprova、FlexSche 、Preactor（西門(mén)子）、AspenTeech、Quintiq等。而國(guó)內(nèi)有施達(dá)優(yōu)、安達(dá)發(fā)、蘭光創(chuàng)新、永凱、元工國(guó)際等產(chǎn)品。
但也不得不提的尷尬的是，APS也沒(méi)有太大的公司，或者在它剛要長(zhǎng)大的時(shí)候，就被ERP廠商哐當(dāng)一口吃掉。想來(lái)要獨(dú)立發(fā)展的專業(yè)軟件，都會(huì)面臨著這般的成長(zhǎng)煩惱。

APS趨勢(shì)與展望APS的核心是優(yōu)化算法，目前已經(jīng)走過(guò)四代。最新第四代是智能算法融合人工智能動(dòng)態(tài)調(diào)整算法，以智能算法進(jìn)行靜態(tài)排程，以多Agent代理協(xié)商進(jìn)行分布計(jì)算動(dòng)態(tài)調(diào)整。迄今為止，以MPS和MRP運(yùn)算為核心思想的計(jì)劃管理已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)ERP的標(biāo)準(zhǔn)和核心功能，但是從幾十年的應(yīng)用效果看，依然難以滿足企業(yè)的計(jì)劃管理需求。其實(shí)MPS主生產(chǎn)計(jì)劃和MRP物料需求計(jì)劃的體系與方式，已很難適應(yīng)按需生產(chǎn)環(huán)境,尤其無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模個(gè)性化定制的工業(yè)4.0時(shí)代。而APS可以綜合考慮產(chǎn)能、工裝、加工批次等約束，并能結(jié)合MES實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)排產(chǎn)。這也說(shuō)明了，為什么在工業(yè)4.0時(shí)代，MES和APS系統(tǒng)，成為比ERP要耀眼得多的明星。APS分為供應(yīng)鏈級(jí)的APS和工廠級(jí)的APS兩類。而制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，最早期用于車(chē)間控制、管理工作中心,并下達(dá)派工單，主要靠手工匯報(bào)進(jìn)度和工時(shí)；隨著制造精益化，制造數(shù)字化，形成了MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。因此二者在智能排產(chǎn)功能是有重疊的。當(dāng)下作為代表當(dāng)今先進(jìn)管理思想的高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)，APS的核心是久經(jīng)磨練的數(shù)學(xué)算法或解決方案。在數(shù)字化經(jīng)濟(jì)，APS的發(fā)展呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)一個(gè)是與ERP、MES更加緊密結(jié)合。3

值得注意的是，APS的數(shù)據(jù)來(lái)源正在發(fā)生變革。APS數(shù)據(jù)如i2，Oracle的APS，都源自于ERP；而隨著MES的普及，生產(chǎn)系統(tǒng)同樣成為一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)池源發(fā)地。這對(duì)于APS是一個(gè)全新的發(fā)展機(jī)遇。一個(gè)是與多品種小批量訂單制造和項(xiàng)目制造結(jié)合：實(shí)際上，只有APS才能實(shí)現(xiàn)多品種小批量的個(gè)性化定制計(jì)劃模式。同樣值得注意的是云平臺(tái)化，由于APS的服務(wù)的間歇性，造成購(gòu)買(mǎi)的高昂的核心算法和服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間的閑置，為此，將APS云平臺(tái)化可以大大降低企業(yè)的計(jì)劃排產(chǎn)的投資，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有企業(yè)在部署SaaS的APS。

盡管APS具有強(qiáng)大的功能，非常適合于供應(yīng)鏈整體計(jì)劃問(wèn)題的解決，但在我國(guó)企業(yè)管理實(shí)際中，APS應(yīng)用仍然存在很多需要解決的問(wèn)題。例如APS功能的發(fā)揮主要在供應(yīng)鏈管理上，而我國(guó)企業(yè)的供應(yīng)鏈管理還停留在非常初級(jí)的階段，企業(yè)對(duì)于供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)的意識(shí)還很模糊，因此，APS難以找到真正的用武之地。而企業(yè)內(nèi)部信息化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、流程、計(jì)劃體系薄弱。APS的運(yùn)行需要有ERP、MES、PLM等系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)支持。此前，很多APS項(xiàng)目實(shí)施效果不好的原因大多是因?yàn)闆](méi)有MES幫助APS實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和滾動(dòng)排產(chǎn)，導(dǎo)致計(jì)劃兌現(xiàn)率較差。盡管如此，隨著市場(chǎng)針對(duì)大規(guī)模個(gè)性化定制的需求不斷的增加，APS已經(jīng)逐漸成為離散制造行業(yè)智能工廠的重要中樞。在一些行業(yè)，如按照分組加工的煙草行業(yè)、大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)的汽車(chē)和家電行業(yè)，如果沒(méi)有APS，人工已經(jīng)很難基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)劃的編制工作。隨著，個(gè)性化需求逐漸成為市場(chǎng)主流需求，預(yù)計(jì)未來(lái)三到五年內(nèi)，APS 在我國(guó)的應(yīng)用將開(kāi)始進(jìn)入大量實(shí)施階段，成為智能工廠的指揮中心3。