ERP生產計劃模塊的現(xiàn)狀、問題及優(yōu)化研究*

董 鵬，張曉良，李光輝，麻盧劍，李鵬舉，陳賀璋

（1.卡萊（梅州）橡膠制品有限公司計劃部，廣東 梅州 514759；2.清華大學軟件學院，北京 100084；3.中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心，北京 100943；4.吉林大學軟件學院，長春 130012；5.蘇州工業(yè)園區(qū)服務外包職業(yè)學院共學科部，江蘇 蘇州 215123；6.廣西職業(yè)技術學院傳媒系，南寧 530000）

1 引言

2012年1月～4月，在對全國企業(yè)（涉及石化、鋼鐵、電子、飛機和船舶等387家）實施ERP情況的調查數(shù)據(jù)來看，應用ERP的約占80%（見圖1）。經過仔細研究，發(fā)現(xiàn)大部分企業(yè)ERP只在財務管理、進銷存管理等環(huán)節(jié)應用比較成熟，在生產管理環(huán)節(jié)的應用主要是以事后的數(shù)據(jù)補錄和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能為主，生產計劃、生產綜合產能預估和生產實況反饋等功能的應用比較簡單，真正實現(xiàn)生產計劃控制的則更少。其中還有部分ERP系統(tǒng)是企業(yè)內部自行定制開發(fā)，品質難以保證。ERP實施的成功率之所以普遍不高，其中一個很重要的原因就是忽略了生產計劃和控制系統(tǒng)的落地與改進。生產計劃和控制系統(tǒng)是ERP軟件的核心，也是企業(yè)運營管理的基礎。好的生產計劃和控制系統(tǒng)能讓企業(yè)生產、供應、銷售等環(huán)節(jié)保持暢通無阻的實時互動，提高對緊急訂單和突發(fā)事件的反應速度，為企業(yè)的經營決策提供快速準確的實況信息。如果生產計劃和控制系統(tǒng)成為ERP系統(tǒng)的瓶頸，那么ERP系統(tǒng)自“生產計劃單”之后的生產狀況就處在ERP系統(tǒng)的信息化之外，使得生產狀況的統(tǒng)計在時間上嚴重滯后，決策時無法獲取即時全面的生產狀況，只能憑經驗做決定，導致非常大的誤差。這樣ERP整體性的功能根本無法發(fā)揮出來，只能算做一個事后統(tǒng)計數(shù)據(jù)的簡單工具?？梢?，要使得ERP系統(tǒng)完美地發(fā)揮整體的效力，生產計劃、控制模塊的建設和使用完善與否關乎整個ERP系統(tǒng)的成敗。

近年來，ERP系統(tǒng)上線完全失敗的案例在調查中發(fā)現(xiàn)已不存在，所建立的系統(tǒng)或多或少能使用某幾個模塊或功能，能夠在一段時間內發(fā)揮實際效用，最起碼能用來處理流水賬。在已實施的案例中，有55%的被調查者認為最難實施的模塊是生產控制模塊，已經應用了生產計劃管理的企業(yè)不到5.8%，而且應用效果一般。美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）于2011年調查結果顯示，53%的客戶反映ERP對工廠生產存在負面影響[1]。這些負面影響多體現(xiàn)在為滯后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析所付出的管理和人力成本的增加上。目前實施ERP的企業(yè)中，在ERP應用現(xiàn)狀方面，調查顯示：10%的企業(yè)在整個公司中全面應用了信息化，7%的企業(yè)已經進入到深化應用階段，另有20%的企業(yè)在核心業(yè)務部門進行了廣泛應用；但仍然有55%的企業(yè)處于局部應用階段，而且在企業(yè)生產管理職能方面，ERP系統(tǒng)的應用僅以基本的物料管理模塊為主，核心功能模塊的應用并不多；還有8%的企業(yè)仍處于信息化的起步階段，如圖2所示?？偟膩碚f，2011年中國制造企業(yè)應用最多的，首先是ERP系統(tǒng)中與財務管理、庫存管理相關的模塊；其次是與生產計劃、成本管理相關的模塊；應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)最需發(fā)揮其強大效力的領域卻出現(xiàn)了問題。

2 ERP生產計劃模塊存在的主要問題

傳統(tǒng)的ERP產品實施將主要精力集中于各子系統(tǒng)、子模塊的建設，主要針對企業(yè)內部各種資源的集成，卻忽視了ERP的基礎和核心——生產計劃和生產調度。如何既滿足企業(yè)復雜多變的生產計劃需求，又能提高生產計劃的準確性，是ERP系統(tǒng)中生產計劃模塊面臨的主要問題。目前，ERP生產計劃管理模型多采用制造資源計劃（Manufacturing Resource Planning，MRPⅡ），這是在物料需求計劃（Material Requirement Planning，MRP）的基礎上逐漸優(yōu)化形成的，但仍存在較大的局限性。

圖1 ERP的區(qū)域使用現(xiàn)狀（資料來源：自調查統(tǒng)計）

圖2 中國制造業(yè)ERP模塊應用現(xiàn)狀（資料來源：自調查統(tǒng)計）

2.1 ERP生產計劃模塊難以應對不確定性干擾因素

ERP生產計劃模塊是在一定的假設條件下開發(fā)設計的：（a）假定生產計劃的工件集合是確定的，沒有考慮到生產過程中可能會產生突發(fā)事件，如預先確定訂單的取消或急件的加入等；（b）假定工件的加工時間是確定的，并且在安排計劃時，全部工件都已經到達可用。這是一種很理想化的狀態(tài)，但是在實際生產中，加工時間的延誤和質量異常經常發(fā)生；（c）假定用以加工工件的工裝、設備是連續(xù)可用的，沒有將工裝、設備發(fā)生故障的可能性加以考慮；（d）假定所有參與生產計劃產品的工藝設計描述和約束都不變，然而一個產品的設計描述，是隨客戶需求及市場需求的變化而變更的；（e）假定在生產計劃過程中所需要的知識庫與數(shù)據(jù)庫都集中在一個地方，然而在實際生產中，所有這些資源都可能分布在不同的地理位置[2]。

ERP模型的提前期是推式計劃的結果，需要提前設定，因而勢必造成與實際情況不符，導致在制品庫存增加，進而增加倉儲管理成本。在實際生產過程中，存在著各種不確定性干擾因素，如設備損壞、負載能力有限、工序延誤、原材料延期到達、操作人員不穩(wěn)定等。這些不確定因素，通常會導致生產計劃方案無法按預定目標正常執(zhí)行，即使可執(zhí)行，也會嚴重影響生產計劃的準確性[3]。一般來說，ERP系統(tǒng)收集到的車間加工生產能力是根據(jù)以往實際生產能力得出的經驗值，或者來自整條生產線中“瓶頸設備”、“瓶頸工序”的標準值，但在實際執(zhí)行計劃時，總會出現(xiàn)各種特殊情況，導致車間當前的生產能力發(fā)生改變，也就是說，ERP系統(tǒng)中關于車間生產能力的信息實際上已“過時”。這樣常常會導致任務到達以后被擱置，時常出現(xiàn)系統(tǒng)中任務到期而實際卻并未排產的情況，造成生產線設備負荷不均勻、生產能力不平衡，極大地影響了車間生產任務的按時完成和產能的充分利用。它根本無法自動得到具體準確而又復雜的生產作業(yè)過程，從而造成車間作業(yè)計劃與生產調度計劃的脫節(jié)，進而引起企業(yè)內部的連鎖反應，波及到倉儲、采購等相關業(yè)務部門，極容易造成大量庫存積壓和資金占用。所以這些不確定性因素導致了“應用確定性的ERP模型”成為不可能，難以取得預期的理想結果。由于生產需求的隨機性，生產需求發(fā)生變化時，人工生產排程與調度將很困難；同時，當生產瓶頸無法預測時，人工排產很難操作，資源不能充分利用，訂單不能按期交付。尤其是在小批量、多品種、工序復雜的制造型企業(yè)矛盾十分突出。

2.2 ERP系統(tǒng)內部運行機制與算法陳舊

ERP系統(tǒng)假定提前期是已知的，而提前期批量等參數(shù)是預先設定的。由于ERP系統(tǒng)軟件是針對原來特定環(huán)境設計的，而企業(yè)運營始終處在動態(tài)變化的市場環(huán)境中，當企業(yè)業(yè)務流程優(yōu)化時，該系統(tǒng)沒有與之相應進行調整，以適應企業(yè)的發(fā)展，即在動態(tài)環(huán)境下應用靜態(tài)的系統(tǒng)，系統(tǒng)缺乏柔性，這已經成為企業(yè)信息化管理的一個瓶頸。生產提前期一般由生產準備時間、加工時間、運輸時間和等待時間構成，在實際的生產環(huán)境中，等待時間是不確定的參數(shù)，目前的MRPⅡ系統(tǒng)無法處理等待時間的不確定性，只能按照統(tǒng)計平均值將等待時間設為固定時間[4]。實際上，等待時間是系統(tǒng)負荷的函數(shù)，應隨系統(tǒng)負荷的變化而改變，系統(tǒng)負荷的變化又與任務量以及任務的協(xié)作相關度有關。ERP中的MRPⅡ運算，其需求時間按所謂“提前期（Lead Time）”進行運算，而在實際生產中則會根據(jù)實際生產情況組織排產，甚至將若干小規(guī)模訂單進行合并生產，以達到減少生產時間的目的。這就可能使實際生產情況無法與系統(tǒng)編制生成的生產計劃相匹配。各種物料的提前期難以確定，且不能得到及時更新。實際上，影響自制件提前期的因素包括：（a）零件加工批量；（b）單道工序的加工時間；（c）準備結束時間；（d）生產能力；（e）零件換線的等待時間；（f）零件周轉等待時間；（g）外協(xié)件的等待時間。ERP軟件都沒有充分考慮這些因素。大多數(shù)ERP軟件能夠讓用戶了解其工廠的當前運行狀況，但對于生產資源（如設備、工件和人力等）的實際能力卻未予以考慮，也就是說，無論生產資源是否超負荷使用，ERP都采用相同的備貨時間來計算投產時間。

MRPⅡ系統(tǒng)要求固定的工藝路線，實質上等于回避了由物料清單（Bill of Material， BOM）展開的生產任務的規(guī)劃問題，根據(jù)MRPⅡ系統(tǒng)要求，任務規(guī)劃直接由工藝路線確定，使得后期制訂的生產計劃優(yōu)化空間有限。實際上，工藝部門通常會給出多個能夠滿足工藝要求的柔性工藝路線，但ERP缺少面向柔性工藝路線的任務規(guī)劃模塊，無法對滿足工藝要求的生產任務在協(xié)作制造單元之間進行優(yōu)化分配[5]。

2.3 無限能力的假設前提過于理想化

ERP的物料需求計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)生產能力及其分布情況的制約。ERP無法識別生產瓶頸，從而造成了生產系統(tǒng)缺乏均衡性和預警性。無限能力計劃是在考慮生產計劃、采購計劃的時候，不考慮企業(yè)實際的生產能力，只管物料需求。這樣將致使生產計劃與能力計算的分離。MRPⅡ能力約束考慮不足，往往造成生產計劃無法完成，物料需求不切實際，從而產生額外費用，也正是很多ERP系統(tǒng)實施未能成功的重要原因之一。ERP在進行BOM展開時，以無限能力的假設使生成的生產計劃有缺陷，盡管MRPⅡ系統(tǒng)有能力需求計劃（Capacity Requirement Planning，CRP）模塊的閉環(huán)反饋機制，然而物料需求計劃和能力需求計劃是分開編制的，在發(fā)生能力沖突時無法自動平衡沖突，只能由計劃人員憑經驗調整MPS來平衡能力負荷，它只能被動地校核。因為MRPⅡ模式下給出的生產計劃是按照訂單順序即生產優(yōu)先級給出的計劃，在得到了優(yōu)先級計劃以后，無法得知此MRPⅡ計劃是否可行或者是否足夠合理，還需要運行能力計劃來進行確認，再對比結果進行人工調整，使負載與能力盡可能地平衡，來達到計劃合理性的確認或者優(yōu)化生產計劃的要求。顯然，當系統(tǒng)比較復雜、能力沖突嚴重時，手工調整只能部分地而不能全面地解決問題，并且可能造成更大的沖突。顯而易見，MRPⅡ邏輯沒有優(yōu)化機制，它的主生產計劃（Master Production Schedule，MPS）、MRPⅡ和CRP是順序執(zhí)行的，缺乏相互的協(xié)調和優(yōu)化，因此制訂出的生產計劃往往缺乏可執(zhí)行的基礎。對生產能力相對緊張的復雜生產系統(tǒng)，該邏輯甚至無法產生一個可執(zhí)行的生產計劃。由于ERP的BOM在方法及功能上的不足，企業(yè)必須用人工方式或者其他工具才能決定生產數(shù)量及時間，或者由ERP系統(tǒng)中的其他部分來進行生產計劃，ERP再依據(jù)此制定相應的物料需求計劃。因此，MRPⅡ-BOM算法得出的物料需求計劃無法對生產計劃進行細化、補充，而且BOM算法的目標只是生成物料需求計劃，而不是生產作業(yè)計劃[5]。

由于在生產任務進排序時未考慮工藝約束、裝配約束、資源能力以及各協(xié)作制造單元的任務排序決策的相互影響等，加上這些因素存在沖突或需要反復地協(xié)調優(yōu)化，結果就是任務排序過程中的尋優(yōu)效果與速度無法令人滿意[6,7]。在未劃分關鍵件的情況下得到的生產計劃，不能合理充分地使用有限資源。在MRPⅡ的編制過程中并沒有考慮不同零部件在產品中的重要程度，使得所有零部件不分主次地競爭有限的生產能力與資源。當能力不足時，不可避免地會出現(xiàn)一些關鍵件生產不出來，而生產了許多非關鍵件，無法裝配出所要的產品，也無法預先采用外協(xié)、外購等方法來加以彌補?？傊珽RP建立在提前期固定并且無資源和能力約束的前提下，計劃的能見度較低，計劃模型粗略、難以優(yōu)化。

2.4 生產計劃與控制相分離

MRPⅡ制定計劃時不考慮控制，而通過事后反饋進行生產控制，這相對于生產實際來說存在著無法避免的滯后。生產計劃與控制的分離，使得生產訂單的生產計劃信息不能及時反饋到工作中心負荷能力上來。另外，MRPⅡ為每道工序都編排計劃，每道工序都嚴格按照既定的計劃進行生產，而工序間又無協(xié)調機制，無法動態(tài)保證每道工序間的關聯(lián)，造成工序間產量的不平衡、在制品庫存增加以及需求與生產不一致等問題。由于ERP生產管理系統(tǒng)中，生產決策層與車間執(zhí)行層，計劃層、生產計劃層與控制層是獨立分開的，車間生產信息反饋周期長，實際的加工結果大多要等待人機交互錄入后才能進入計算機以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，往往是因為計劃管理層系統(tǒng)不能夠從生產層及時地獲取充足的第一手現(xiàn)場數(shù)據(jù)，使生產和管理無法緊密結合，產生斷層，無法對企業(yè)生產過程的主體——生產現(xiàn)場進行有效的管理，缺乏必要的現(xiàn)場信息，不能及時根據(jù)實際生產情況的變化（如機床出現(xiàn)故障、訂單變化等），進行重新制定生產計劃或修訂生產計劃，從而導致管理信息系統(tǒng)的應用效果不夠理想，甚至失敗。實際生產進度滯后于計劃進度時也不能及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，有可能導致交貨期被迫延誤。由于ERP本身的限制、工廠層的動態(tài)變化性及生產過程的大量不確定性使得生產計劃常常和工廠層的實際情況相脫節(jié)，使整個企業(yè)的信息不能得到很好的集成。

2.5 底層功能較弱

現(xiàn)在的ERP軟件大多只是對MPS、物料需求計劃做了大量的工作，而對車間內的工序作業(yè)計劃涉及的很少。由于車間的工序作業(yè)計劃要與車間的實際情況相聯(lián)系，具有很大的動態(tài)變化性，ERP系統(tǒng)不能及時獲得這些變化信息，從而使車間數(shù)據(jù)不能及時向上層計劃反饋，割斷了MPS、物料需求計劃與車間生產的聯(lián)系。有些ERP軟件雖然對MPS、物料需求計劃及車間工序作業(yè)計劃都有涉及，但是在車間工序作業(yè)計劃這一層，只是先按照以往各車間的生產能力來編制能力需求計劃，再來推導各零部件的工序作業(yè)計劃，不能動態(tài)反應車間生產能力的變化，使得工序作業(yè)計劃編制中數(shù)據(jù)不準確，這顯然不能滿足生產的時間要求。計劃的編制沒能從車間的實際出發(fā)，使計劃與現(xiàn)實生產不統(tǒng)一。ERP系統(tǒng)對每臺設備、工人的工作情況無法即時了解，無法即時得知產品目前的具體位置、加工到哪一道工序，不清楚車間當前的加工能力。無法自動調節(jié)造成的結果是牽一發(fā)而動全身，在生成計劃時，一下全下，由于誤差的累積，生成的作業(yè)計劃很容易和實際脫節(jié)。其中，對那些生產能力已無法保證完成的產品，再進行分解和計算已毫無意義。計劃調整時，一改全改，問題由底向上層反饋和所有計劃從頂?shù)降讓又嘏?，造成生產計劃的抗擾動能力差。另外，MRPⅡ通常以周或天為運行周期，無法對每周或每天之內發(fā)生的變化做出迅速的響應，致使計劃難以修改。

按零件組織生產，不利于需求反查。MRPⅡ是按零件組織生產的，在編制物料需求計劃時合并零部件的不同來源的需求數(shù)量，當生產能力不足時，在無法按預期的時間和數(shù)量生產出所需的所有零部件時。由于不能確定零部件在具體產品中的需求數(shù)量，則無法確定具體影響哪些客戶訂單，無法針對具體情況作出相應的處理。其主要原因就是系統(tǒng)底層功能弱，無法動態(tài)快速應對市場及生產現(xiàn)場的變化。

2.6 缺失企業(yè)用戶最需要的決策支持數(shù)據(jù)

我國現(xiàn)行的ERP系統(tǒng)的決策支持能力匱乏，令很多高層不滿，雖然對這些缺陷也在進行不斷的改進。雖然ERP系統(tǒng)在做生產計劃時對能力資源進行了約束，但仍舊是一種羅列的校驗處理，始終沒有實質性的改變。很多情況下，企業(yè)希望軟件能夠給出建議，也就是能夠提供決策支持功能。比如一個企業(yè)管理者往往希望了解：當前的庫存多少、在什么時候完成且是否滿足客戶的交期及產量與負荷情況、需要多少原材料、由哪個車間完成、需要多少人員和設備、利潤多少等。類似的問題都有一個共同點，就是企業(yè)還沒有決定要干什么，只是企業(yè)主管需要了解“如果這樣將會如何”。有了這個了解以后才能作出合理決策，所以這個功能主要就是給決策提供依據(jù)。企業(yè)為此設了幾個人專職用手工方法計算這些數(shù)據(jù)，但是問題很多，第一是沒有理論依據(jù)，要不斷根據(jù)不同的情況和工藝流程隨機應變；第二是沒有考慮全部約束條件，只是憑經驗找?guī)讉€關鍵設備進行估算；第三是計算過程不嚴格，計算結果只能是一個估計值，不是嚴密的結論，企業(yè)要承擔決策風險。這樣的不足必然在實際工作中造成很多問題。而大多數(shù)企業(yè)一直使用的ERP軟件只能用BOM方法制定物料需求計劃，沒有完善的決策支持功能，無法滿足用戶的要求。

2.7 不適應精益生產的要求

在當今市場競爭的形勢下，大部分企業(yè)的運營策略已經從產品中心轉向客戶中心，運營策略中的首要問題是如何滿足客戶不斷變化的需求。與傳統(tǒng)生產方式的推式生產模式不同，精益生產采用拉式生產，而不像傳統(tǒng)的生產主要由預測/安全庫存驅動。為了實現(xiàn)精益生產，傳統(tǒng)的MRPⅡ計劃方式已不再適應。而且，源自于大批量生產模式的MRPⅡ，其目的之一在于降低運營成本，包括降低分攤到每件成品的人工費用、固定資產折舊損耗等，考慮經濟批量，非常重視安全庫存，目的是在滿足需求的基礎上充分發(fā)揮人力、機器資源的能力。同時，這種生產計劃方法也不利于跟蹤單個客戶訂單的執(zhí)行情況，不利于對某個可能接受的訂單進行交貨期預測，不利于進行實時的生產計劃預測性重排，在客戶中心的市場形勢下，這一缺陷往往會導致企業(yè)在客戶關系、市場開拓等方面的被動。

2.8 缺乏供應鏈生產計劃的協(xié)調

ERP生產計劃模塊是適合于中長期的MPS，對于產銷協(xié)調、產能規(guī)劃很有優(yōu)越性，但也存在諸多局限。在細化管理和溝通的環(huán)節(jié)，如設備能力差異、原材料輔料供給、臨時變化等，計劃人員的作用不可替代。ERP生產計劃模塊只注重企業(yè)內部資源的優(yōu)化，卻忽視了整個供應鏈的生產計劃和控制，沒能給企業(yè)提供周密的供應鏈計劃，難以為供應鏈管理（Supply Chain Management，SCM）系統(tǒng)的運作提供支持，因而缺乏供應鏈生產計劃的協(xié)調。如何實現(xiàn)供應鏈的集成？如何更有效地協(xié)調和控制企業(yè)間的價值流、物流、信息流、資金流和作業(yè)流？這就需要在供應鏈上的企業(yè)之間進行有效的協(xié)同，然而ERP主要是面向企業(yè)內部事務協(xié)調處理的系統(tǒng)集成軟件，無論在計劃調度技術或功能方面都不具備協(xié)調多個企業(yè)資源的能力，其自身的不足嚴重限制了企業(yè)制訂準確而又切合實際的生產計劃，也是很多ERP系統(tǒng)實施失敗的重要原因。

2.9 中小企業(yè)ERP系統(tǒng)實施難度較大

國外大型廠商的ERP軟件價格過高，大多數(shù)中小企業(yè)難以承受。而國內一些公司的軟件雖然價格實惠，但對企業(yè)生產過程缺乏足夠的研究，且生產計劃模塊不理想，所以這類軟件的應用往往不能令人滿意。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（a）單一的計劃方式不能夠滿足多種生產類型企業(yè)的需要。這主要包括不同生產類型的企業(yè)會采用不同的計劃方式，如固定周期計劃、滾動計劃等類型，同時在產品生命周期不同階段的生產計劃的制定方式也不同。（b）生產計劃對企業(yè)內外部環(huán)境變化缺乏動態(tài)響應。這主要包括MPS功能不能及時應對生產經營環(huán)境變化所帶來的挑戰(zhàn)；物料需求計劃功能不能及時應對個性化、多樣化的市場需求變化。（c）計劃員只能按以往產能狀況進行重新生成或調整生產計劃，但這又與計劃人員的經驗、素質密切相關。

總之，MRP、MRPⅡ以及ERP都是集中式生產計劃管理，未將企業(yè)內的各生產車間作為自治主體進行研究和管理，其生產計劃的下達是行政命令式的，與車間生產作業(yè)計劃常處于脫節(jié)狀態(tài)，在復雜多變的制造環(huán)境中計劃的靈敏度和柔性不高，也造成實際生產計劃的指導性和預見性不強。從本質上看，ERP僅僅是一個大的資源優(yōu)化器而已，對于未來的探索是無能為力的。由于生產計劃問題本身的復雜性和生產過程的多變性，一般的車間管理系統(tǒng)在解決生產計劃問題時往往大幅度簡化生產計劃模型，使得生產計劃問題的解決過于理想化。系統(tǒng)構建的數(shù)學模型縱然高級，但在復雜多變的現(xiàn)實生產面前，總是過于簡單與理想化?！愕纳a計劃問題都是對于現(xiàn)實生產環(huán)境中復雜、動態(tài)、多目標調度問題的一種抽象和簡化。由于實際生產環(huán)境是千差萬別的，所以排程算法就需要根據(jù)其是否能適合對應的生產環(huán)境的重要特征進行評估。實際上，這種看似穩(wěn)定、實則偏離車間生產環(huán)境的管理系統(tǒng)大都喪失了準確、快速響應生產擾動的能力，從而弱化了整個ERP的系統(tǒng)功能。ERP系統(tǒng)是個復雜的集成系統(tǒng)，其中的生產計劃集成更為復雜。同時，企業(yè)的生產業(yè)務流程和工藝特點各不相同，企業(yè)的基礎管理也各不相同，使得ERP系統(tǒng)的應用存在著較大難度。生產計劃如果離開了工藝、設備和人員，那就變成不可執(zhí)行的擺設。ERP要解決生產計劃問題，不但需要計劃與動態(tài)的訂單、設備、人員等進行關聯(lián)，而且還要將計劃制定流程簡單化、易于操作與管理。對一個用戶來講，能解決他們所遇到的和想解決的各種生產計劃問題，才是關鍵。

3 優(yōu)化ERP生產計劃模塊的對策

上述的生產計劃與控制都只是為運行層內物料的流動做出計劃，即使在規(guī)劃時期望系統(tǒng)能運行在最優(yōu)（或次優(yōu)）狀態(tài)，但實際系統(tǒng)運行中總會出現(xiàn)各種隨機的擾動，從而使系統(tǒng)的實際狀態(tài)與目標狀態(tài)之間產生偏差。所以，生產活動控制的目標就是應用反饋控制原理校正這種系統(tǒng)的偏差，使物料流動和系統(tǒng)資源利用等盡可能與生產計劃和調度計劃所期望狀況吻合。作業(yè)計劃必須滿足生產工藝，不能有半點差錯。首先，工序之間必須滿足特定的邏輯關系，以及要求某些工序必須連續(xù)或者間隔進行等，這是對作業(yè)計劃最基本的要求；其次，作業(yè)計劃必須滿足資源能力限制，一個資源在一個時間內只干一件事情，生產作業(yè)計劃中不能有資源沖突；最后，作業(yè)計劃必須滿足物料供應的限制，沒有原材料不能開始生產[8]。而高級計劃與調度（Advanced Planning and Scheduling，APS）技術和制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）的出現(xiàn)為企業(yè)生產計劃與控制帶來了新契機，它實現(xiàn)了生產計劃與作業(yè)生產計劃的融合，解決了ERP的計劃缺乏柔性的問題。

3.1 引入APS

計劃就是排序，即先做什么、后做什么的問題?？梢韵胂螅习倥_各種設備、數(shù)千人同時要完成各種任務，怎樣才能在各種約束（設備能力、人員、時間、場地、物料等）條件下以及隨時可能發(fā)生變化（動態(tài)）的情況下，實現(xiàn)多個目標最優(yōu)化的選擇（交貨期、設備有效使用率、最低成本等）？ APS被譽為供應鏈優(yōu)化引擎。其對所有資源具有同步的、實時的、具有約束能力的模擬能力，對物料、機器設備、人員、供應、客戶需求、運輸?shù)扔绊懹媱澮蛩?，長期或短期的計劃都具有可優(yōu)化、可對比和可執(zhí)行性[9]。當每一次改變出現(xiàn)時，APS就會同時檢查能力約束、原料約束、需求約束、運輸約束、資金約束等，這就保證了供應鏈計劃在任何時候都有效。APS是一種基于SCM和約束理論的先進計劃與調度系統(tǒng)，包含大量數(shù)學模型、優(yōu)化及模擬技術。對制造業(yè)而言，APS能及時響應客戶要求，快速同步計劃，提供較精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，并自發(fā)考慮供應鏈的所有約束，自動識別潛在瓶頸，提高資源利用率，從而改善企業(yè)的管理水平。

美國AMR研究中心經調查認為[10]，那些已經采用APS模式的企業(yè)產生的投資收益率約為300%，并稱APS是日益復雜的商務環(huán)境下具有革命性進步的企業(yè)計劃工具。APS在決策過程中考慮到包括客戶以及供應商在內的整個供應鏈，其計劃范圍擴展到了單個企業(yè)之外，并且APS系統(tǒng)采用智能優(yōu)化算法等決策技術，幫助企業(yè)對整個供應鏈的約束進行模擬分析，并找出最佳計劃或解決方案。因而，APS成為支持企業(yè)協(xié)同計劃最主要的手段。ERP與APS的結合是ERP未來發(fā)展的必然方向，與當前BOM-MRPⅡ的簡單運算和進銷存財務功能相比，APS占據(jù)了ERP的核心功能，APS系統(tǒng)處于整個企業(yè)信息系統(tǒng)架構的核心地位，起到一個決策支持的作用，同時也是整個系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)流必經的核心部分，整合所有模塊的功能，有極深的技術含量，更是SCM集成系統(tǒng)的基礎功能[11]。這個核心部分的存在，直接影響了所有模塊的工作流程，改變了一些部門的業(yè)務驅動方法。

3.2 實施ERP與MES系統(tǒng)集成

MES是根據(jù)APS的排程計劃去執(zhí)行并實時反饋對每個人員、每個設備、每個物料的生產資源的工作計劃。MES系統(tǒng)集成實現(xiàn)生產任務監(jiān)控、限額發(fā)料、生產過程執(zhí)行的信息流在雙方系統(tǒng)之間的傳遞。MES對生產過程進行實時監(jiān)視、診斷和控制，完成生產單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，在生產過程層中進行物料平衡、制訂生產計劃、實時排產、優(yōu)化生產計劃，進而對生產過程物料、能源、質量、設備、資金，甚至人力資源統(tǒng)一進行監(jiān)測、分析、控制和優(yōu)化，實現(xiàn)了從訂單下達到產品交付整個生產過程的優(yōu)化管理。當工廠里面有實時事件發(fā)生時，MES能及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使得MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、提高物料的流通性，又能提高生產回報率，使整個企業(yè)有了一個自上而下無縫連接的信息平臺，自動執(zhí)行計劃層制定的生產計劃，從收集的實時數(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)和以產品生產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，從而解決了生產與計劃之間的“斷層”問題。ERP與MES系統(tǒng)的集成解決了生產計劃的適應性，增加了底層生產過程的信息流動，并提高了生產管理的實時性和靈活性，從而使企業(yè)內部的信息傳遞順暢，能夠對瞬息萬變的市場變化做出快速響應[12～14]。

MES與過程控制系統(tǒng)（Process Control System，PCS）之間通過實時有效的信息交互來保證產銷之間信息的溝通與銜接，而由ERP的計劃系統(tǒng)和MES的作業(yè)調度模塊共同構成的產銷一體化計劃系統(tǒng)可保證ERP與MES之間計劃的銜接與協(xié)調。因此，ERP與MES的集成首先是信息集成，其次才是功能集成。MES還向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產指令控制及有關的生產線運行的各種參數(shù)等，即MES與PCS集成之后，MES即時在線監(jiān)控車間設備運作情況。生產工藝管理也可以通過MES的產品產出和質量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。

3.3 ERP、APS、MES、PCS的一體化集成模式

ERP、APS、MES、PCS（見圖3）的集成模式給企業(yè)帶來經濟效益，使企業(yè)認識到只有將數(shù)據(jù)信息從產品級（基礎自動化級）取出，穿過操作控制級，送達管理級，通過連續(xù)信息流實現(xiàn)了企業(yè)信息全集成，才能提高企業(yè)整體效益。

（1）更適應精益生產的需求。APS、MES能提供全面計劃資源約束及生產能力限制，并可根據(jù)需要及時調整約束條件，產生動態(tài)的目標計劃。APS的生產計劃技術以能力約束為計算依據(jù)，不再以大規(guī)模生產模式下的無限能力模型作為計算依據(jù)，更能夠適應精益生產模式的需要。通過各種規(guī)則及需求約束自動產生現(xiàn)在與將來的、可視的詳細計劃。APS的生產計劃能對延遲訂單進行控制及行動，管理控制能力及各種約束，其約束包括資源工時、物料、加工順序及自定義約束條件。

圖3 基于ERP、MES系統(tǒng)集成的生產計劃控制一體化

（2）能夠實現(xiàn)靈活改變生產工序前提下的計劃編排。APS的生產計劃技術可以實時、動態(tài)地進行再調度。實現(xiàn)計劃的反復運算或對可選方案進行評估，直至得到可行的或基本上可獲利的計劃或進度表。由于這些系統(tǒng)通常不存在數(shù)據(jù)庫查詢和存取的問題，APS的反復運算可以很快完成。相對于傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)的BOM模式下重新修改MPS、重新產生優(yōu)先級計劃與能力計劃再進行調整的方法，在靈活性和時間性上具有很大的優(yōu)勢[15～16]。

（3）能夠實現(xiàn)對中間品的細致管理。正因為ERP、APS、MES技術可以為企業(yè)建立一種動態(tài)的生產工藝流程模型，這個模型把工序、資源與物料緊密連接在一起，中間品能夠找到自己的位置，因此用戶可以對中間品進行有效管理[17]。

（4）能夠提供管理者最需要的決策支持數(shù)據(jù)。正因為APS生產計劃調度基于企業(yè)實際的能力約束，以及調度方法的動態(tài)性和及時性，因此APS技術可以快速、準確地回答諸如以下問題：已經下達的生產計劃如果發(fā)生某種變化，會造成什么結果？一個計劃如果取消，另外一個計劃能不能提前完成，能提前多長時間？從什么地方入手，增加哪些資源，可以提高企業(yè)的生產能力？某個用戶發(fā)過來的緊急訂單是否有可能插入現(xiàn)有的生產計劃？最早什么時候能完成？因此能夠為用戶提供最需要的決策支持數(shù)據(jù)。

（5）具有計劃優(yōu)化能力。APS、MES的生產計劃技術通過優(yōu)化算法，自動給出最優(yōu)生產計劃，然后產生對應的物料需求計劃，不需要像傳統(tǒng)的MRPⅡ-BOM模式在優(yōu)先級計劃與能力計劃之間做手工調整然后人工選出相對較優(yōu)的計劃。降低了計劃對于人工確認、調整的依賴程度，降低了計劃員的能力對于計劃質量的影響程度。它可以通過生產的工藝路徑、訂單和能力等復雜情況自動生成一個優(yōu)化的、符合實際的詳細生產計劃，而且能自主評估計劃的優(yōu)劣程度。

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

4 結論

利用APS和MES等先進的企業(yè)生產計劃管理模式和信息管理系統(tǒng)，充分利用企業(yè)的制造資源，優(yōu)化企業(yè)車間生產計劃和調度算法。通過改變企業(yè)傳統(tǒng)的生產計劃模式來提高生產效率、降低庫存、提高交貨速度，進而快速響應市場需求，是提高企業(yè)競爭力的理想方法。在按訂單生產（Make To Order，MTO）制造企業(yè)內，車間訂單的計劃與執(zhí)行情況決定了生產物流的速度和效率，從而影響到整個供應鏈運作的速度和質量。生產計劃和集成系統(tǒng)架構，可以在業(yè)務優(yōu)化流程基礎上，通過ERP、APS、MES、PCS四者的集成，實現(xiàn)對生產計劃的同步化和執(zhí)行管理的優(yōu)化，最終提高供應鏈的敏捷性。

在當今顧客驅動的環(huán)境下，制造商必須具有在面對不確定性的事件中不斷修改計劃的能力，要做到這一點，企業(yè)的制造加工過程、數(shù)據(jù)模型、信息系統(tǒng)和通信基礎設施必須無縫地連接且實時運作，因而供應鏈同步化是企業(yè)最終實現(xiàn)敏捷SCM的必然選擇。智能、協(xié)同、全局以及集成四方面必然是先進生產計劃所應具備的特點?，F(xiàn)代制造企業(yè)中，ERP已經成為必備的業(yè)務和數(shù)據(jù)平臺，無論是APS，還是MES，都需要與ERP系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和信息共享，獲得系統(tǒng)自身運行必需的相關數(shù)據(jù)。鑒于ERP、APS、MES、PCS集成的時候必須的數(shù)據(jù)交換，在企業(yè)IT整體規(guī)劃的時候必須通盤考慮，因為不是所有的ERP都可以和APS與MES等系統(tǒng)無縫集成，企業(yè)必須前期調研各個品牌的ERP產品、APS與MES系統(tǒng)的特性，然后結合自身的行業(yè)特性及企業(yè)管理目標做出合理選擇。

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