ERP生產(chǎn)計(jì)劃模塊優(yōu)化研究[1]

文/董 鵬 孔令夷 張曉良

美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（AMR）于2011年進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果顯示，53%的客戶反映ERP對(duì)工廠生產(chǎn)存在負(fù)面影響。這些負(fù)面影響大多體現(xiàn)在為滯后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析所付出的管理和人力成本的增加上。2012年上半年，我國對(duì)涉及石化、鋼鐵、飛機(jī)和船舶等387家企業(yè)就實(shí)施ERP情況開展調(diào)查，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用ERP的約占80%，所建立的系統(tǒng)或多或少能夠在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)揮實(shí)際效用，最起碼能用來處理流水賬。在已實(shí)施的案例中，有55%的被調(diào)查者認(rèn)為，最難實(shí)施的模塊是生產(chǎn)控制模塊，已經(jīng)應(yīng)用了生產(chǎn)計(jì)劃管理的企業(yè)不到5.8%，而且應(yīng)用效果一般。目前，對(duì)實(shí)施ERP的企業(yè)開展其應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果之一如圖1所示。總的來說，2011年我國制造企業(yè)應(yīng)用最多的，首先是ERP系統(tǒng)中與財(cái)務(wù)管理、庫存管理相關(guān)的模塊；其次是與生產(chǎn)計(jì)劃、成本管理相關(guān)的模塊；應(yīng)用最少的是車間管理與決策支持系統(tǒng)，而這恰恰是在ERP系統(tǒng)最能發(fā)揮其強(qiáng)大效力的領(lǐng)域。

一、ERP生產(chǎn)計(jì)劃模塊存在的主要問題

傳統(tǒng)的ERP產(chǎn)品實(shí)施將主要精力集中于各子系統(tǒng)和子模塊的建設(shè)，主要針對(duì)企業(yè)內(nèi)部各種資源的集成，卻忽視了ERP的基礎(chǔ)和核心——生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度。如何既滿足企業(yè)復(fù)雜多變的生產(chǎn)計(jì)劃需求，又能提高生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性，是ERP系統(tǒng)中生產(chǎn)計(jì)劃模塊面臨的主要問題。

圖1 ERP模塊應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，ERP生產(chǎn)計(jì)劃管理模型多采用制造資源計(jì)劃（MRPⅡ），這是在物料需求計(jì)劃的基礎(chǔ)上逐漸優(yōu)化形成的，但仍存在較大的局限性。具體體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

1.生產(chǎn)計(jì)劃模塊難以應(yīng)對(duì)不確定性干擾因素

ERP生產(chǎn)計(jì)劃模塊是在一定的假設(shè)有序理想條件下開發(fā)設(shè)計(jì)的，未考慮：①生產(chǎn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生突發(fā)事件，如訂單突然取消或急件的加入等；②實(shí)際生產(chǎn)中，加工時(shí)間的延誤和質(zhì)量異常是經(jīng)常發(fā)生的；③沒有將工裝、設(shè)備發(fā)生故障的可能性加以考慮；④一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)描述是隨客戶需求及市場(chǎng)需求的變化而變更的；⑤在實(shí)際生產(chǎn)中，所有這些資源數(shù)據(jù)庫都可能分布在不同的地理位置。

這些不確定性因素導(dǎo)致了“應(yīng)用確定性的ERP模型”難以取得預(yù)期的結(jié)果。由于生產(chǎn)需求存在隨機(jī)性，在生產(chǎn)需求發(fā)生變化時(shí)，人工生產(chǎn)排程與調(diào)度將很困難；當(dāng)生產(chǎn)瓶頸無法預(yù)測(cè)時(shí)，人工安排生產(chǎn)計(jì)劃很難操作，導(dǎo)致資源不能充分利用，訂單不能按期交付。這在小批量、多品種和工序復(fù)雜的制造型企業(yè)尤為突出。

2.無限能力的假設(shè)前提過于理想化

ERP的物料需求計(jì)劃主要以固定提前期和無限能力為前提，在編制過程中，不能受到企業(yè)生產(chǎn)能力及其分布情況的制約。ERP無法識(shí)別生產(chǎn)瓶頸，從而造成了生產(chǎn)系統(tǒng)缺乏均衡性和預(yù)警性。由此將致使生產(chǎn)計(jì)劃與能力計(jì)算分離。MRPⅡ能力約束考慮不足時(shí)，往往造成生產(chǎn)計(jì)劃無法完成；物料需求不切實(shí)際，從而產(chǎn)生額外費(fèi)用。

3.生產(chǎn)計(jì)劃和控制與實(shí)際相脫節(jié)

MRPⅡ制定計(jì)劃時(shí)不考慮控制，而是通過事后反饋進(jìn)行生產(chǎn)控制，使得生產(chǎn)計(jì)劃信息不能及時(shí)反饋到工作中心負(fù)荷能力上來。另外，MRPⅡ?yàn)槊康拦ば蚨季幣庞?jì)劃，每道工序都嚴(yán)格按照既定的計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)，而工序間又無協(xié)調(diào)機(jī)制，無法動(dòng)態(tài)保證每道工序間的關(guān)聯(lián)，造成工序間產(chǎn)量的不平衡、在制品庫存增加，以及需求與生產(chǎn)不一致等問題，使整個(gè)企業(yè)的信息不能得到很好的集成。

4.缺失企業(yè)用戶最需要的決策支持?jǐn)?shù)據(jù)

雖然ERP系統(tǒng)在做生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)對(duì)能力資源進(jìn)行了約束，但仍舊是一種羅列的校驗(yàn)處理，始終沒有實(shí)質(zhì)性的改變。很多情況下，企業(yè)希望軟件能夠提供決策支持功能。比如一個(gè)企業(yè)管理者往往希望了解：當(dāng)前的庫存多少？在什么時(shí)候完成且是否滿足客戶的交貨期？產(chǎn)量與負(fù)荷情況如何？需要多少原材料？需要多少人員和設(shè)備？利潤多少？……企業(yè)為此專設(shè)多個(gè)崗位手工計(jì)算這些數(shù)據(jù)，但是問題不少：第一沒有理論依據(jù)，要不斷根據(jù)不同情況和工藝流程隨機(jī)應(yīng)變；第二未能全面考慮約束條件，只是憑經(jīng)驗(yàn)找?guī)讉€(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行估算；第三是計(jì)算過程不嚴(yán)密，其結(jié)果只能是一個(gè)估計(jì)值，由此企業(yè)要承擔(dān)決策風(fēng)險(xiǎn)。這些不足必然在實(shí)際工作中造成很多問題。

5.缺乏供應(yīng)鏈生產(chǎn)計(jì)劃的協(xié)調(diào)

ERP生產(chǎn)計(jì)劃模塊只注重企業(yè)內(nèi)部資源的優(yōu)化，不能為供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)的運(yùn)作提供支持，因而缺乏供應(yīng)鏈生產(chǎn)計(jì)劃的協(xié)調(diào)。如何實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的集成？如何更有效地協(xié)調(diào)和控制企業(yè)間的價(jià)值流、物流、信息流、資金流和作業(yè)流？這就需要供應(yīng)鏈上的企業(yè)之間進(jìn)行有效地協(xié)同，然而ERP主要是面向企業(yè)內(nèi)部事務(wù)協(xié)調(diào)處理的系統(tǒng)集成軟件，無論在計(jì)劃調(diào)度技術(shù)或功能方面都不具備協(xié)調(diào)多個(gè)企業(yè)資源的能力，其自身的不足嚴(yán)重限制了企業(yè)制訂準(zhǔn)確而又切合實(shí)際的生產(chǎn)計(jì)劃，也是很多ERP系統(tǒng)實(shí)施失敗的重要原因。

二、優(yōu)化ERP生產(chǎn)計(jì)劃模塊的對(duì)策

生產(chǎn)活動(dòng)控制的目標(biāo)就是應(yīng)用反饋控制原理校正這種系統(tǒng)的偏差，使物料流動(dòng)和系統(tǒng)資源利用等盡可能地與生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度計(jì)劃所期望狀況相吻合。作業(yè)計(jì)劃必須滿足生產(chǎn)工藝要求，不能有半點(diǎn)差錯(cuò)。首先，工序之間必須滿足特定的邏輯關(guān)系，要求某些工序必須連續(xù)或者間隔進(jìn)行等，這是對(duì)作業(yè)計(jì)劃最基本的要求；其次，作業(yè)計(jì)劃必須滿足資源能力限制，一個(gè)資源在一個(gè)時(shí)間內(nèi)只干一件事情，作業(yè)計(jì)劃中不能有資源沖突；最后，作業(yè)計(jì)劃必須滿足物料供應(yīng)的限制，沒有原材料不能開始生產(chǎn)。APS技術(shù)和MES的出現(xiàn)為企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與控制帶來了新契機(jī)，它實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃與作業(yè)計(jì)劃的融合，解決了ERP的計(jì)劃缺乏柔性的問題。

1.引入APS

計(jì)劃就是排序，就是先做什么后做什么的問題?？梢韵胂?，上百臺(tái)各種設(shè)備、數(shù)千人同時(shí)要完成各種任務(wù)，怎樣才能在各種約束（設(shè)備能力、人員、時(shí)間、場(chǎng)地和物料等）條件下以及隨時(shí)可能發(fā)生變化（動(dòng)態(tài)）的情況下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)最優(yōu)化的選擇（交貨期、設(shè)備有效使用率和最低成本等）？APS被譽(yù)為供應(yīng)鏈優(yōu)化引擎，它對(duì)所有資源具有同步、實(shí)時(shí)和具有約束能力的模擬能力，對(duì)物料、機(jī)器設(shè)備、人員、供應(yīng)、客戶需求及運(yùn)輸?shù)扔绊懹?jì)劃因素，以及長期或短期計(jì)劃都具有可優(yōu)化、可對(duì)比和可執(zhí)行性。當(dāng)每一次改變出現(xiàn)時(shí)，APS就會(huì)同時(shí)檢查能力約束、原料約束、需求約束、運(yùn)輸約束和資金約束等，這就保證了供應(yīng)鏈計(jì)劃在任何時(shí)候都有效。APS是一種基于SCM和約束理論的先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)，包含大量數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)。對(duì)制造業(yè)而言，APS能及時(shí)響應(yīng)客戶要求，快速同步計(jì)劃，提供較精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，并自發(fā)考慮供應(yīng)鏈的所有約束，自動(dòng)識(shí)別潛在瓶頸，提高資源利用率，從而改善企業(yè)的管理水平。

美國AMR研究中心經(jīng)調(diào)查認(rèn)為，那些已經(jīng)采用APS模式的企業(yè)產(chǎn)生的投資收益率約為300%，并稱APS是日益復(fù)雜的商務(wù)環(huán)境下具有革命性進(jìn)步的企業(yè)計(jì)劃工具。APS在決策過程中考慮到包括客戶以及供應(yīng)商在內(nèi)的整個(gè)供應(yīng)鏈，其計(jì)劃范圍擴(kuò)展到了單個(gè)企業(yè)之外，并且APS系統(tǒng)采用智能優(yōu)化算法等決策技術(shù)，幫助企業(yè)對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的約束進(jìn)行模擬分析，并找出最佳計(jì)劃或解決方案。因而，APS成為支持企業(yè)協(xié)同計(jì)劃最主要的手段。ERP與APS的結(jié)合是ERP未來發(fā)展的必然方向，更是SCM集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能。這個(gè)核心部分的存在，直接影響了所有模塊的工作流程，改變了一些部門的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)方法。

2.實(shí)施ERP與MES系統(tǒng)集成

MES是根據(jù)APS的排程計(jì)劃去執(zhí)行并實(shí)時(shí)反饋，是針對(duì)每個(gè)人員、每臺(tái)設(shè)備和每件物料的生產(chǎn)資源的工作計(jì)劃。MES系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)監(jiān)控、限額發(fā)料和生產(chǎn)過程執(zhí)行的信息流在雙方系統(tǒng)之間的傳遞。MES對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、診斷和控制，完成生產(chǎn)單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行物料平衡、制訂生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)排產(chǎn)和優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)過程物料、能源、質(zhì)量、設(shè)備和資金，甚至人力資源統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、控制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品交付整個(gè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。當(dāng)工廠里面有實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES能及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使得MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力、提高物料的流通性，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率，使整個(gè)企業(yè)有了一個(gè)自上而下無縫鏈接的信息平臺(tái)，自動(dòng)執(zhí)行計(jì)劃層制定的生產(chǎn)計(jì)劃，從收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中提取ERP系統(tǒng)所需的正確信息，使企業(yè)中需要相互聯(lián)系的各信息系統(tǒng)和以產(chǎn)品生產(chǎn)為紐帶的各部門緊密聯(lián)系、協(xié)作，使企業(yè)獲得最大的效益，從而解決生產(chǎn)與計(jì)劃之間的“斷層”問題。

MES與PCS之間通過實(shí)時(shí)有效的信息交互來保證產(chǎn)銷之間信息的溝通與銜接，而由ERP的計(jì)劃系統(tǒng)和MES的作業(yè)調(diào)度模塊共同構(gòu)成的產(chǎn)銷一體化計(jì)劃系統(tǒng)可保證ERP與MES之間計(jì)劃的銜接與協(xié)調(diào)。因此，ERP與MES的集成首先是信息的集成，其次才是功能的集成。MES還向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關(guān)的生產(chǎn)線運(yùn)行的各種參數(shù)等，即MES與PCS集成之后，MES即時(shí)在線監(jiān)控車間各設(shè)備的運(yùn)作情況。生產(chǎn)工藝管理也可以通過MES的產(chǎn)品產(chǎn)出和質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.ERP、APS、MES和PCS的一體化集成模式

ERP、APS、MES、PCS的集成模式 （見圖2），能給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，使企業(yè)認(rèn)識(shí)到只有將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級(jí)（基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)）取出，穿過操作控制級(jí)，送達(dá)管理級(jí)，通過連續(xù)信息流實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息全集成，才能提高企業(yè)整體效益。

圖2 基于ERP、MES系統(tǒng)集成的生產(chǎn)計(jì)劃控制一體化

①更適應(yīng)精益生產(chǎn)的需求。APS、MES能提供全面計(jì)劃資源約束及生產(chǎn)能力限制，并可根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整約束條件，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的目標(biāo)計(jì)劃。APS的生產(chǎn)計(jì)劃技術(shù)以能力約束為計(jì)算依據(jù)，不再以大規(guī)模生產(chǎn)模式下的無限能力模型作為計(jì)算依據(jù)，更能夠適應(yīng)精益生產(chǎn)模式的需要。通過各種規(guī)則及需求約束自動(dòng)產(chǎn)生現(xiàn)在與將來的、可視的詳細(xì)計(jì)劃。APS的生產(chǎn)計(jì)劃能對(duì)延遲訂單進(jìn)行控制及行動(dòng)，管理控制能力及各種約束，其約束包括資源工時(shí)、物料、加工順序及自定義約束條件。

②能夠?qū)崿F(xiàn)靈活改變生產(chǎn)工序前提下的計(jì)劃編排。APS的生產(chǎn)計(jì)劃技術(shù)可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行再調(diào)度。實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的反復(fù)快速運(yùn)算或?qū)蛇x方案進(jìn)行及時(shí)評(píng)估，直至得到可行的或基本上可獲利的計(jì)劃或進(jìn)度表。

③能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中間品的細(xì)致管理。正因?yàn)镋RP、APS、MES技術(shù)可以為企業(yè)建立一種動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)工藝流程模型，這個(gè)模型把工序與資源與物料緊密連接在一起，中間品能夠找到自己的位置，因此用戶可以對(duì)中間品進(jìn)行有效管理。

④能夠提供管理者最需要的決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。正因?yàn)锳PS生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度基于企業(yè)實(shí)際的能力約束以及調(diào)度方法的動(dòng)態(tài)性和及時(shí)性，因此APS技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地回答諸如：已經(jīng)下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃如果發(fā)生某種變化，會(huì)造成什么結(jié)果？一個(gè)計(jì)劃如果取消，另外一個(gè)計(jì)劃能不能提前完成，能提前多長時(shí)間？從什么地方入手，增加哪些資源，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)能力？某個(gè)用戶發(fā)過來的緊急訂單是否有可能插入現(xiàn)有的生產(chǎn)計(jì)劃？最早什么時(shí)候能完成？這樣的問題，能夠?yàn)橛脩籼峁┳钚枰臎Q策支持?jǐn)?shù)據(jù)。

⑤具有計(jì)劃優(yōu)化能力。APS、MES的生產(chǎn)計(jì)劃技術(shù)通過優(yōu)化算法，自動(dòng)給出最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃，然后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的物料需求計(jì)劃。它可以通過生產(chǎn)的工藝路徑、訂單和能力等復(fù)雜情況自動(dòng)生成一個(gè)優(yōu)化的、符合實(shí)際的詳細(xì)生產(chǎn)計(jì)劃，而且能自主評(píng)估計(jì)劃的優(yōu)劣程度。

⑥能滿足企業(yè)管控需求。ERP、MES、APS、PCS系統(tǒng)間數(shù)據(jù)即時(shí)交互，使得管理和控制人員能夠即時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)采購、銷售和生產(chǎn)過程中的成本異常問題，能夠有效地給予指導(dǎo)和管控。

三、結(jié)語

在當(dāng)今顧客驅(qū)動(dòng)的環(huán)境下，制造商必須具有在面對(duì)不確定性的事件中不斷修改計(jì)劃的能力。要做到這一點(diǎn)，企業(yè)的制造加工過程、數(shù)據(jù)模型、信息系統(tǒng)和通信基礎(chǔ)設(shè)施必須無縫地連接且實(shí)時(shí)運(yùn)作，因而供應(yīng)鏈同步化是企業(yè)最終實(shí)現(xiàn)敏捷SCM的必然選擇。智能、協(xié)同、全局和集成必然是先進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃所應(yīng)具備的特點(diǎn)?，F(xiàn)代制造企業(yè)中，ERP已經(jīng)成為必備的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，無論是APS，還是MES，都需要與ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和信息共享，獲得系統(tǒng)自身運(yùn)行必須的相關(guān)數(shù)據(jù)。鑒于ERP、APS、MES、PCS集成的時(shí)候必須數(shù)據(jù)交換，企業(yè)在IT整體規(guī)劃的時(shí)候必須通盤考慮，因?yàn)椴皇撬械腅RP都可以和APS、MES等系統(tǒng)無縫集成，企業(yè)必須前期調(diào)研各個(gè)品牌的ERP產(chǎn)品的特性、APS與MES系統(tǒng)的特性，然后結(jié)合自身的行業(yè)特性及企業(yè)管理目標(biāo)做出合理選擇。

[1]夏穎.AMT企業(yè)供應(yīng)鏈環(huán)境下的生產(chǎn)計(jì)劃與控制研究[D].上海:復(fù)旦大學(xué)碩士論文,2011:9-15

[2]李光福.望江公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].重慶:重慶大學(xué)碩士論文,2008:4-10

[3]楊立熙.面向離散型制造業(yè)的訂單允諾策略研究[D].武漢:華中科技大學(xué)博士論文,2008:21-27

[4]程亮.旭通科技有限公司生產(chǎn)計(jì)劃管理研究[D].長沙:湖南大學(xué)碩士論文,2006:10-18