advanced planning & scheduling system

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先進規劃與排程系統介紹及APS 系統簡介2010/08/26Sean Lin


綱要生產規劃與排程系統演進流程生產計畫與管制 (PPC) 架構MRP I/II v.s APSERP 面臨的挑戰供應鏈管理 (SCM) 的出現供應鏈與先進規劃系統矩陣APS 補強了 ERPERP 與 APS 結合APS 的簡介、特色、系統類別APS 操作 -- 優化目標 ( 時間、成本導向 ) 、解APS 廠商 : 寶元科技、天心資訊、亞巽科技、鼎誠資訊


APS 誕生


生產規劃與排程系統演進流程物料需求規劃(material requirement planning, MRP I)

製造資源規劃(manufacture resources planning , MRP II)

企業資源規劃(enterprise resources planning, ERP)

先進生產規劃與排程(advanced planning and scheduling , APS)


生產計畫與管制 (PPC) 架構財務計畫企業計畫資源計畫

(RP)

行銷計畫

粗略產能計畫(RCCP)

產能需求計畫(CRP)

總體計畫(AP)

主排程 (MPS)

需求管理

物料需求計畫(MRP)

生產活動管制(PAC)

長期中期

短期

產能計畫

MRP I( 物料需求計畫 )

MRP II( 製造資源規劃 )

Roadmap by APICS


MRP I/II v.s APS

MRP I/II 的缺點 :–其系統使用批量導向 (batch-oriented) 流程，因此若須調整排程，則必須花費較多的時間。 (APS, rapidly reschedule)–無法利用模擬方式來輔助決策。 (APS, what-if analysis)–物料配置法則，先來先服務 (APS, assign priority)

假設 MRP I/II APS

顧客、產品或原物料的優序性均相同可指定

前置時間(lead time) 已知且固定

因可聯絡供應商即時補貨，故可以降低前置時間

流程循序式可調整流程結購


ERP 面臨的挑戰ERP 仍然執行 MRP 的規劃邏輯，使得生產計劃與現今少量多樣的生產模式脫節。ERP 無法在接單前有效安排正確的可承諾交期及可允諾量 (Available To Promise , ATP) 。ERP 系統提供了周邊各項以表單為基礎的功能，但是生產作業衍生出的各種複雜問題，卻是大多數 ERP 系統無法解決的。APS 的出現，並不是要取代 ERP ，而是要與其互相搭配，才能幫助企業解決現今快速且少量多樣的生產問題。


供應鏈管理的出現 (Supply Chain Management , SCM)SCM 是利用一連串有效率的方法來整合供應商、製造商、倉庫和零售商，使得商品可以正的數量生產 (right quantity) 並在正確的時間 (right timing) 配送到正確的地點 (right location) ，為的就是在一個令顧客滿意的服務水準下使得整體系統成本最小化。

因現今少量多樣的生產模式，以及產品生命週期的縮短，SCM 越來越受企業所重視，而在供應鏈管理中企業所需要規劃的對象不再只是企業個別的資源，還包括了供應商與顧客的整體資源；規劃範圍也不再只侷限於企業本身，而是涵蓋了整個供應鏈，面對如此的改變，傳統上基於某些假設下且利用較為簡單的規劃技術與方法，已不再能夠滿足企業的需求，取而代之的是新一代的技術 --APS


供應鏈與先進規劃系統矩陣採購(Procurement

)

生產(Production)

配銷(Distribution)

銷售(Sales)策略網路規劃

(Strategic Network Planning)

主規劃 (Master planning) 或供應網路規劃 (Supply Network Planning) 需求規劃(Demand Planning)採購

(Purchasing) 和物料需求規劃(MRP)

生產規劃(ProductionPlanning)

排程(Scheduling)

配送規劃(Distribution

Planning)

運輸規劃(Transport Planning)

需求履行(Demand

Fulfillment &ATP)

長期中期

短期

1

2

3


APS 補強了 ERP

APS 使規劃人員可即時且快速的處理類似物料供給延誤、生產設備當機、緊急插單等例外事件。APS 提供了 what-if分析，令規劃者快速結合生產資訊（ ex:訂單、途程、存貨、用料需求表與產能限制等），做出平衡企業利益與顧客權益的最佳規劃與決策。客戶通常會預先詢問可承諾的交貨日期然後才決定是否正式下單，此時需要在 APS 中可執行承諾交期 ATP功能，依據尚未確定的訂單資料產生 ATP 製令在系統中進行規劃與排程得知交期，並且評估對生產作業及既有訂單交期的影響程度。若確定接入訂單則將前述 ATP 製令轉為正式製令依計劃進行生產，如果最後結果並未接到訂單則將前述 ATP 製令刪除，讓系統重新依據最新狀況進行排程。


ERP 與 APS 結合


APS 介紹


APS 簡介APS分為規劃與排程兩大部分：

–規劃 (Planning)：主要依據需求 (訂單、預估計劃、樣品、接單前預估交期 (due date)) 規劃出適當的生產數量及前後製程生產作業關係。–排程 (Scheduling)：依據規劃所得資訊參考產線可用用的產能狀況、原料供應狀況、各項設備與模具的使用率等相關因素，安排最佳生產計劃，以最有利的條件及時生產出適當產品滿足各項出貨需求。

APS 利用先進的 (advanced) 資訊科技 (IT) 及規劃技術，例如遺傳學演算法(GA)、限制理論(TOC)、作業研究(OR) 等技術，根據企業所設定的目標（例如最佳的顧客服務），同時考量企業的整體供給與需求狀況，提供可行的物料需求規劃與生產排程計畫，以滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。


APS 特色同步規劃 (synchronized planning)

–進行需求規劃時，須考慮整體的供給情形，而進行供給規劃時亦應同時考慮全部需求的狀況。考慮企業資源下最佳化

–APS 系統應用數學、網路模式或模擬技術等先進的規劃技術與方法，因此在進行生產規劃時能夠同時考量到企業限制 ( 有限產能與原料 ) 與目標，以擬定出一可行且最佳化的生產規劃。即時性規劃

–資訊科技的發展使得生產相關資料能即時的取得 (例如透過現場控制或MES( 製造生產執行系統 )) ，而 APS 系統能夠利用這些即時性資料，進行即時的規劃 (real-time planning) 。支援決策能力

–What-if分析能力，供規劃人員進行事前模擬分析或者是事後規劃結果的分析比較，以幫助規劃人員作出正確的決策。


APS 系統的類別 ( 物料導向 v.s 產能導向 )

物料導向–當產業屬於原物料取得不易、原物料成本價格易波動且產品生命週期極短的生產模式時，對於詳細的作業排程較不注重而著重於投入產出的規劃時，其排程規劃系統則適用以先進物料規劃

(Advance MRP) 為主，以先進產能規劃 (Advance CRP) 為輔的排程系統，如 : 電子裝配業、系統組裝業、服飾業等。常見的APS 系統如 : DigiChain APS-A 、 SAP_APO 、 Oracle_APS 、i2_FP等

產能導向–當產業屬於製程複雜且設備成本高昂，企業營運目標追求的是高設備移動率、低存貨水準及高產出的績效，如何詳細且完全考量產業製程特性、排程限制與派工法則以規劃出各設備日排程成為生管人員主要的工作任務時，其排程規劃系統則適用以產能規劃與詳細作業排程導向之排程規劃系統，如 : 半導體產業、光電產業及光碟產業等。常見的 APS 系統如 :

DigiChain_APSX、 Asprova 、 Adexa 、 i2_DS等。


APS 優化目標—時間導向 (1/2)

Make span 即完成所有訂單或工作所需的時間，常見應用為多機排程問題，其優化目標為最小化 make span 。Lateness 即訂單完成與到期時間的時間差，常見應用為使所有訂單 lateness 總和最小或是單一訂單中最大lateness者最小。 (即大中取小 )

Flow time 即一個訂單在生產系統中所花費的時間，常見應用為使所有訂單的 flow time 最小。Setup time 即每個訂單所需的 ( 生產 )設置時間，常見應用為使所有訂單的 setup time 最小。


APS 優化目標—成本導向 (2/2)

生產成本( 生產 )設置成本懲罰成本 (penalty) ，亦稱缺貨成本若想要同時追求好幾個優化目標，這樣可行的答案通常是不存在，因為有些目標是矛盾的 ( conflict) 。此時，只好利用加權的方式組合各優化目標來尋求一個妥協方案，此法稱為多目標規劃法 (multi objective programming approach) 。


APS 所產生的解表達一個模型的解即一詳細的生產計劃，通有幾種方式 :

–任務清單，上面清楚顯示每個任務在分配給它的資源上的起始和完成時間–甘特圖 (Gantt Chart) ，其可以在一定的時間間隔上平行地顯示所有資源


APS 系統商


APS 廠商


目標：–有效提昇生管執行排程速度–加強訂單管理與 ERP 整合，協助規劃訂單允諾之工作

特色：–提供長、中、短期生產規劃與排程機制，提昇供應鏈反應速度。–系統模組化設計，使長、中、短期規劃互相串連。–提供有限物料與有限產能之同步規劃。–What-if 模擬分析，提供多個模擬情境比較，選出最佳方案。

寶元科技 (Inforeveresrt IET) (1/2)


寶元科技 (Inforeveresrt IET) (2/2)

優點：–現場資訊即時回饋到生產規劃系統，達到智慧型的製造資訊系統運作模式。–協助掌握企業現有資源，針對客戶訂單進行快速且精確的答交，提升服務水準。

架構：


天心資訊 (Attention Develop Co.,Ltd.) (1/2)

特色：–通過MRP 物料計畫重整，使得企業生產所需的物料得到最快的顯示與正確的數量。–當庫存不足時，系統自動產生相應的材料採購建議與加工產品的製令開工建議。–在有限產能的基礎上進行全面的物料分析–將數據資料圖型化、直觀化，便於生管人員比對、分析後，快速地安排各項生產工作。


天心資訊 (Attention Develop Co.,Ltd.) (2/2)

系統流程圖：


亞巽科技—神燈 (Spot Light)APS專家系統 (1/5)

特色：–依據個人編號所對應的設定與權限範圍 , 讀取發放給產線的生產計劃資料 , 自動輪流播放出來供現場作為實際生產作業的執行依據 , 以即時傳送溝通資料取代發給現場的紙本生產計劃資料。–依據參數自動連結 MES 系統的資料庫 , 讀取其中合於神燈界面規格的資料 , 將MES 系統在生產現場收集到的生產回報資訊自動轉入神燈 , 以此節省人為輸入作業。



系統架構：



Demo— 系統操作應用 (00:52)



Demo--電子組裝專業 (18:10)



Demo—機械加工產業 (20:17)


鼎誠資訊 ( DigiChain Information)—APeS 系統(1/2)特色 :

–簡化繁雜且耗時的規劃作業，提供有用資訊加速產銷之協調–提供規劃問題的分析資訊，使規劃重心放在執行、控制和改善上–以客戶的需求同步拉動生產作業和供應商的供料，使供應鏈上的每一份子能分享資訊而協同運作–模式和功能設定簡易：透過簡易之設定，可彈性改變各種規劃模式和功能–資料找尋容易：強化資料的連結和連結能力，猶如使用 Web 一般，簡單易用且迅速–問題容易發現：結合實務經驗，深入分析規劃作業的問題和提供可能的原因–適用於以複雜之物料規劃為主，產能充裕或彈性較大之產業


鼎誠資訊 ( DigiChain Information)—APeS 系統(2/2)系統架構：


培基數碼 (BroDigit)—i2 APS 系統 (1/2)

特色：–直覺化的操作界面能讓使用者透過設定系統輕易地完成工作。使用者也可依個別使用習慣與需求做個人化的設定及調整。每位工作人員可因角色及分工不同，設計自己的工作台。–Web Based 的操作介面，使用者可隨時隨地利用瀏覽器來操作

i2 APS 系統。–安全性，系統提供一套完整的安全機制來規範使用者對資料的異動權限。–直接整合 ERP ，直接架構在現有的 ERP 應用系統上，提供企業先進的生產規劃與排程系統（ APS）的解決方案。這套整合性的做法能協助企業以最低的建置成本及最短的導入時間，立即產生系統投資回報，顯現營運效益。


培基數碼 (BroDigit)—i2 APS 系統 (2/2)

操作畫面

情境比較


參考資料寶元科技 (Inforeverest IET)

–http://www.inforeverest.com/iet2/product/aps/index.htm

天心資訊 (Attention Develop Co.,Ltd.)–http://www.attn.com.tw/SunlikeWeb/Internet/main.aspx?left=prod

ucts.htm&right=ERP1.12.1.htm

亞巽科技–http://www.action-soft.com.tw/index_TrdCn.htm

鼎誠資訊–http://www.digichain.com.tw/apes.html

http://www.inforeverest.com/iet2/product/aps/index.htm

http://www.attn.com.tw/SunlikeWeb/Internet/main.aspx?left=products.htm&right=ERP1.12.1.htm

http://www.attn.com.tw/SunlikeWeb/Internet/main.aspx?left=products.htm&right=ERP1.12.1.htm

http://www.action-soft.com.tw/index_TrdCn.htm

http://www.digichain.com.tw/apes.html


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總體計畫 ( Aggregate Production Planning , APP)

主要專注在每一期間內各產品族的生產量–例：製造腳踏車與滑板的製造商， APP 只顯示出腳踏車與滑板的生產量，不需要考慮各產品族型號

規劃詳細度不高，只顯示主要的產品族或產品群規劃者需在公司資源可達成的範圍制定足以滿族市場需求的生產計畫 ( 以最大利潤或最小成本滿足需求，即最佳化生產量 )已知市場需求 (assumption) ，提供為生產所需要的各種資源輸入；簡言之，是供給與需求的平衡工具：試算表、線性規劃…等


主生產排程 (Master Production Schedule, MPS)

針對各項生產具體排定何時生產、生產多少的計畫，此時詳細程度細分至各種產品族的型號 ( 如：登山車、公路車 )MPS依據現有庫存、已接訂單、訂單 ( 需求 )預測，衡量公司現有物料與產能限制，產出一個和生產優序與產能有密切關係的供給計畫期初存貨

=100

週1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

需求預測 80 90 110 40 20 80 30 20 90 20

客戶訂單(Orders)

60 60 70 30 40 70

預計庫存 20 40 40 110 70 100 70 50 70 50

MPS 110 110 110 110 110

ATP 40 50 40 40 40 110

安全存貨： 5

可允諾量 (Available-To-Promise, ATP): 此資訊主要在提供給銷售業務人員來決定未來某個時期的顧定新訂單是否可以答應


粗略產能計畫 (Rough-Cut Capacity Planning , RCCP)主要功能為評估MPS 是否可行，並嘗試平衡產能供給與需求 MPS

RCCP

產能計畫產能 > 需求

No,修改 MPS或提出新的 MPS

MRPYes,實行 MRP


物料需求計畫 (Material Requirement Planning , MRP)目的：將正確的物料以正確的數量在正確的時間提供給正需要的地方 ( 需求什麼 ? 需要多少 ?何時需要 ?)

主生產排程(MPS)

MRP展開物料清單檔(BOM)

存貨記錄檔

計畫訂單排程訂單開立變更通知

例外報表計畫報表績效管制報表

存貨異動

椅子椅腳組裝椅座組裝


產能需求計畫 (Capacity Requirement Planning, CRP)CRP 是詳細決定需要多少人工和機器以完成生產工作的過程

排定計畫訂單發放途程檔

(routing file)

已發放製令單檔

工廠工作日曆

工作中心檔計畫訂單發放

工作中心負載產能需求計畫

(CRP)


遺傳學演算法（ Genetic Algorithm ,GA）又稱為基因演算法1975年由 John Holland 提出主要目的在於利用達爾文進化演論”物競天擇，適者生存”的方式為一種有效的最佳化搜尋方法近來被廣泛的應用於搜尋各類問題的最佳解 ( 對於排程問題很有效 )其演算方法是藉由生物物種的基因概念，在每代間進行演化，終而尋得適當問題的最佳解


限制理論 (Theory of Constraint, TOC)

1980年代， Eliyahu Goldratt博士發展出一套系最佳化生產技術 (Optimized Production Technology, OPT) ，在學術上常將此技術以限制理論 (Theory of Constraint, TOC)稱之。該系統主要是透過生產加工過程，並考慮所有的限制因素來規劃排程。藉由產能的分析，找出整個製程的瓶頸，而瓶頸的產能決定了整個生產流程的產能。其主要目的就是藉由對瓶頸的控制與管理，來達成增加產出、降低庫存及作業費用的目標。


物料需求規劃 (Material Requirement Planning, MRP I)大多數企業的整體營運策略普遍採用計劃性大量生產壓低成本，所以製造業所接到的訂單通常是少數的品項規格長期大量生產。依據客戶要求的出貨時程及數量參考預估的生產所需時間之後，逆向推算應該上線生產的時間安排出生產計劃，然後以生產計劃展開算出需要投入原料的日期與數量。MRP 系統概念強調以投入原料為主要管理重點，只要能解決原料問題 ( 有限原料 ) ，一定有足夠的產能 ( 無限產能 ) 搭配進行生產，又因為訂單狀況通常是穩定不變並且有足夠的生產作業時間，故每週進行一次檢討並且小幅調整即可正常運作。此種環境下， MRP 可以發揮一定程度的效益。


製造資源規劃 (Manufacture Resources Planning, MRP II)當供應鏈的觀念漸漸成型，企業競爭模式演變成為不同供應鏈之間的競爭。此階段的企業運作逐漸依據市場需求狀況下訂單生產後交貨 (make to order) 以避免成品庫存損失侵蝕獲利。因此，進行生產的時間也逐步縮短，導致更有效率的生產過程才有可能降低庫存風險並且爭取更多訂單。生產過程中，原料與產能必須互相搭配，才能以最高的效率完成生產並且將成本控制在一個合理可接受的範圍之內，原先所奉為圭臬的 MRP I 在此遇到挑戰，僅規劃原料而不考慮其他因素顯然不足，所以出現了製造資源計劃MRPII 的觀念，其強調除了供應足量的原料之外還要考慮採購成本與必要的製造成本，完整規劃製造過程中所需的各項資源，才能有效提升製造業競爭力。


企業資源規劃 (Enterprise Resources Planning, ERP)ERP 是”以財務為基礎全面整合各項作業流程”的資訊系統，此系統中雖有生產管理模組與 MRP 模組，卻無法發揮預期的效益，主因在於隨著網路的發展全球經濟發生了巨大的變化，各項資訊透明而且強調快速與個人化，所有的製造業均面臨少量多樣短交期的挑戰，客戶普遍要求製造業在接單前快速回覆交期，並且要能信守承諾才有機會爭取更多訂單。在此同時；由於各項技術的演進速度加快，各種新原料不斷推陳出新的結果導致庫存風險大幅攀升，資材控管與採購作業面臨更大的難題，製造業的運作顯得更為複雜。

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