高级计划与排程APS在供应链中的应用
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一、APS概述
(一)APS的概念
APS(Advanced Planning&Scheduling 高级计划与排程)是供应链管理软件中的一种优化决策辅助系统，它是基于约束理论、采用多种数学解析优化算法、常驻内存运行的交互式计算机系统。它借助一些复杂的数学运算方法来处理多种变量，使供应链的优化成为现实。APS是建立在决策规则与优化算法基础上的．主要用于解决计划与排产优化问题的方法或相应的解决方案。体现为一套基于模型库和规则库的计划与排产决策支持系统；其决策规则建立在启发式规则和约束理论的基础上。优化算法则采用多种数学解析算法，如线性规划(1inearprogramming)、整数混合规划(mixed-integer programruing)、推理(heuristics)、约束理论(theory of constraints)、模拟(simulation)等，视需要解决的问题的类型而定。APS覆盖了供应链管理战略层、战术层及操作层3个计划层次。其中战略层包括供应链战略、供应链计划，战术层包括需求计划与预测、制造计划、操作计划、分销计划，操作层包括可承诺能力(Capable to Promise，CTP)、车间作业排产、运输计划、承诺可供货量(Available to Promise，ATP)。
APS的主要目标是某一指标(例如ROA)的总优化。这需要预先假定供应链的结构和其各种不同的资源和边界情况(例如能力限制)是可见的。因此，APS是以供应链的跨组织模型为基础的。
(二)APS系统的主要特点
(1)整体规划：它一次性考虑业务流程的横向和纵向协调，针对不同的业务流程，不同的时间跨度，并折中考虑了实用性和计划任务之间的独立性，给出了分层次的总体最优方案。
(2)采用最优化规划法：合理确定不同规划问题的可选方案、目标和约束条件。并使用精确或启发式的最优化规划方法。
(3)实时计划：采用常驻内存技术，运算速度很快。在每一次意外发生时。可以实时针对所有约束和现有规则重排计划。
(三)APS的功能
APS的强大功能主要表现在以下几个方面：
1．同步性
APS系统的同步计划指根据组织所设定的目标(如最佳的顾客服务)，同时考虑组织的整体供给与需求状况，制订组织的供给计划与需求计划。即在进行需求计划时，须考虑整体的供给情况．也就是考虑由需求满足和订单承诺模块产生的结果：而进行供给计划时亦应同时考虑全部需求的状况。
APS系统的同步计划能力，不但使得计划结果更具备合理性与可执行性。亦使组织能够真正达到供需平衡。
2 综合性
APS是整个供应链的综合计划．从企业、企业的供应商、供应商的供应商到企业的客户、客户的客户。计划范围不限于生产，还包括采购、分销、销售等一系列计划。这些计划分为长期、中期和短期3种．分别对应战略计划、战术计划和执行计划。APS协调各种计划，保证供应链有关各企业、部门的正常运行。
3．最优化
APS定义了各种计划问题的选择、目标和约束，采用线性规划等数学模型，使用精确的或启发式的优化算法，保证计划的优化。供应链计划的可行方案数量巨大，想通过简单枚举来找到最优方案是不可能的。甚至要找到一个可行的方案都很困难。在这种情况下。可应用运筹学(operationsresearch)的数学方法来支持计划流程。线性规划或网络流算法能找到精确的最优解．然而．大多数组合问题只能通过启发式算法(heuristics)来计算近似最优解(局部最优)。
APS计划的优化思想和企业资源计划(ERP)计划有很大不同。ERP强调计划的可行性。只限于生产和采购领域．只考虑能力约束而不做优化，在大多数情况下甚至不考虑目标函数，因此是一个运作层面的连续计划系统。而APS试图在直接考虑潜在瓶颈的同时。找到跨越整个供应链的可行最优计划。
4．层次性
供应链最优计划涉及不同的时间跨度(长期、中期、短期)、不同的业务流程(采购、制造、分销等)甚至不同的供应链成员企业，由于需求的不确定性。不可能一次优化所有的计划。而层次计划折中考虑了实用性和计划任务之间的独立性。对于不同的计划采用分层次优化的方法。层次计划的主要思想是把总的计划任务分解成许多计划模块(即局部计划)，然后分配给不同的计划层，每一层都涵盖整个供应链．但层与层之间的任务不同。在最顶层只有—个模块，是企业范围的、长期的、粗略综合的战略发展规划。层次越低，计划涵盖的局部受到的限制越多，计划时间跨度越小。计划也越详细。在层次计划系统的同一计划层中．供应链各局部计划之间通过上一层的综合计划来协调。各计划模块被水平信息流和垂直信息流连接在一起。上层计划模块的结果为下层计划设定了约束，而下层计划也将有关性能的信息(如成本、提前期、使用率等)反馈给上一层次的计划。
5．支持决策能力
在APS系统中。具备有what if之情境分析及模拟分析等工具。这类工具可提供给计划人员进行事前模拟分析或者事后计划结果的分析比较，以帮助计划人员做出正确的决策，例如决定最适当的订单承诺与时间。
总的来讲。APS的主要功能是实现对计划与排产优化的目的。它能代替ERP系统中预测计划、MPS、MRP、CRP、DRP及
生产计划的功能。但它具有更大的功能优势：计算速度很快，可以并发考虑供应链的所有约束，并将基于约束的计划结果传达给上游和下游的合作伙伴。在交互的环境中实施解决问题和供应链优化的方法。
(四)APS与EILP的联系。
由于大多数企业采用ERP作为基本的管理系统。单纯应用APS的企业很少．因此APs在很多企业作为ERP的补充。用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。APS应用各种优化技术。并根据企业的商业目标来改进计划。
APs提供的高级计划逻辑是嵌入ERP系统的。而不是取代ERP系统。APS只是局限在计划决策领域，它需要一个闭环的集成系统如ERP系统。APS需要从ERP系统取出所需的计划数据，来执行计划优化活动。一旦在APS产生计划，如采购订单、生产订单、分销补货单，就输入到ERP系统去执行，见图l。
APS与ERP的集成有两种系统数据的集成方式：一是分散数据的模式；二是共用数据的模式。
1．分散数据的模式
此种模式是典型的集成方式。从ERP数据库里实时提取数据，导入到APS的数据库，进行快速的优化计算．形成多个优化方案，通过交互的人机界面，提交给计划员进行决策，再导回ERP系统，进行业务处理。它的好处是可以灵活配置，可以选择不同APS软件和不同的数据库进行集成。缺点是数据在多个数据库之间交换．给实施者带来一定的困难。
2 共用数据模式
这种模式是较先进的方式。也是未来发展的趋势。ERP厂商把APS技术嵌入ERP系统里．改变基于无限约束理论的MRP技术。用基于约束理论的APS技术来有效规划企业的资源。
二、APS在供应链中的应用
供应链管理就是优化和改进供应链活动。其管理的对象是供应链的组织(企业)和它们之间的“流”，目标是满足用户需求，最终提高供应链的整体竞争能力。供应链管理有两大技术支柱：集成(Integration)协同(Coordination)阿。供应链的协同则以3项技术为基础： ①现代的信息和通讯技术；②过程标定(基准卜以行业最佳实践企业的运行效果为基准模板，实施供应链改造的后来者向这个模板看齐；③高级计划与排程技术(APs)。APs能够统一协调企业之间的长期、中期、近期的计划。是SCM的核心。
如今，全球企业均遇到同样的挑战——全球化的市场与竞争、专业化分工、产品生命周期缩短、知识资本化、研发协同化。因而敏捷性是2l世纪企业在不确定性市场环境中生存的必备条件。供应链强调包括供应商、制造商、销售商等企业在内的各节点企业组成的一个直接面向市场和用户的动态联盟式企业。它们应像一个企业内部的不同部门一样主动、默契地协调工作。
而APS能够帮助企业达到供应链管理的协同和优化。主要体现在以下几个方面：
1．通过整个供应链进行成本和服务的优化用APs建立有效的客户响应(ECR)模式．使制造商和零售商之间的协作为消费者提供更好的价值服务。
2 最大化满足客户和消费者需求
APS可以在考虑约束规则的情况下．实时平衡优化需求、供应。具有实时报警和实时基于约束的重计划两种关键能力。APs充分考虑以下的信息：供应链的具体物理设置(如供应链地点——工厂、分销中心、外加工厂、客户、供应商)及物料清单、工艺路径、分销路径以及提前期和每一项供应链经营成本或资源成本以及能力约束、供应约束、运输约束等，还包括非物理约束如客户或优先区域、安全库存、批量；另外还有供应链中所有的需求信息如销售预测，客户订单和补充订单以及供应链中所有的供货渠道、原材料库存、半成品、成品库存、确认的分销订单、确认的生产订单和确认的采购订单等。APS同时使用这些信息。并比较需求信息和存在的约束，当3个要素未满足时。立刻产生警告信息并通过供应链，例如几十个工厂、几十个分销中心和几百个销售渠道实时地平衡和优化需求、供应和各种约束。这意味着一旦有出乎意料的变化．改变了需求、供应及约束，APS就能立刻识别到它的影响。APS可以实时、智能地再同步所有的需求、供应及供应链约束．可以帮助决策者重新计划，自动解决问题。当然，它考虑了所有约束规则。这两种关键的能力——实时报警和实时基于约束的重计划可以使公司达到“零等待”状态．提高与客户的沟通，减少供需缓冲，减少供应链内部的操作。最大化满足
客户和消费者需求。
3．使需求信息以最小的变形传递给上游企业
计划依赖于销售预测，然而，销售预测本身有许多不确定因素，即使预测准确，但如果供应链中的供应商、制造商、分销商没有足够的供货能力、生产能力和运输能力。那么销售计划也可能会导致企业失去销售和超出成本。利用APS通过计划时区持久地平衡需求、供应、约束．同时看到发生的供应链问题。由于实时、双方向的重计划能力．计划员有能力执行各种模拟以满足优化计划。这些模拟提供实时响应。如我的安全库存水平应是多少?这是最低成本计划吗?我使用的资源已经优化了吗?这个计划满足我的
客户服务水平了吗?我已经最大化利润了吗?我可以承诺什么?APs在供应链中的每—个阶段，把最终用户的需求(实际需求)传递回去，因此，一旦实际需求变化．供应链所有环节都会知道，并实时产生适当的行动。
4．促进新产品的开发和新产品的推出
新产品的引进必须与需求、能力计划、供应能力集成，并在供应链上有效地传递，使产品周期缩短。为了达到这些高级的计划能力，APS依赖一组核心的能力：
(1)并发考虑所有供应链约束。当每一次改变出现时，APs就会同时检查能力约束、原料约束、需求约束，而不像MRPII每一次计划只考虑一种类型的约束。这就保证了供应链计划的有效性。
(2)基于硬约束和软约束的计划。硬约束不太灵活(如每天三班运行的机器或从一个供应商处分配的物料)。软约束较灵活(如一台加班的机器可以增加能力或一个非关键客户的交货13期)。APs应用如下独特的核心计划逻辑：当软约束不行时，实行硬约束来执行优化。
(3)同时传播。这种同时传播影响到上游和下游，如计划员想要延迟一份生产订单，那么就会影响到下游的活动。如最终产品的可获得和最后交货给客户，也会影响到上游的活动。如其他生产订单可能推迟、原料的库存水平变化和将来的采购需求的安排。
(4)在交互的计划环境中解决问题和实行优化供应链的算法。因此，它有能力产生反映所有约束的有效计划，而且有能力产生最大利润的计划。