基于ERP+MES平臺(tái)協(xié)同的實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃研究?

馬澤鋒 吳智慧 沈忠民

（1. 南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，南京 210037； 2. 昆山市白玉蘭家具有限公司，昆山 215345）

定制家具產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成為市場(chǎng)消費(fèi)主流，伴隨而來(lái)的，是企業(yè)制造由傳統(tǒng)的大批量、少品種、長(zhǎng)周期，轉(zhuǎn)向小批量、多品種、短周期的模式[1]。實(shí)木定制家具企業(yè)面對(duì)來(lái)自市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，經(jīng)營(yíng)成本的挑戰(zhàn)，不得不尋求突破。企業(yè)在制造端進(jìn)行降低成本，提高效率的改革，是提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。排產(chǎn)計(jì)劃作為統(tǒng)籌車間產(chǎn)品制造的第一步，對(duì)整個(gè)制造進(jìn)程是否高效、順暢起到了至關(guān)重要的作用[2]。目前實(shí)木定制家具企業(yè)，基本依據(jù)時(shí)間變量，粗略地制定生產(chǎn)計(jì)劃，最后往往與最初計(jì)劃的數(shù)量、質(zhì)量和進(jìn)度，相去甚遠(yuǎn)[3]。在信息化程度較高的企業(yè)也面臨著平臺(tái)各自為陣，協(xié)同性不夠的問(wèn)題。因此本文通過(guò)實(shí)地調(diào)研，提出了基于ERP+MES平臺(tái)協(xié)同框架的搭建，將排產(chǎn)計(jì)劃制定的所需數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到協(xié)同平臺(tái)，提高實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃制定的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

1 實(shí)木定制家具生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)品較為復(fù)雜

實(shí)木定制家具總體可概括為：種類復(fù)雜[4]、造型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝復(fù)雜、材料復(fù)雜[5]。

1） 種類復(fù)雜。實(shí)木定制家具基本包含了室內(nèi)的所有木質(zhì)家具產(chǎn)品，其中包括木門、樓梯、吊頂、護(hù)墻、柜、桌、椅、凳、沙發(fā)等。

2）造型復(fù)雜。亦可稱為風(fēng)格復(fù)雜，實(shí)木家具往往具有豐富的造型變化，特別是歐式、美式古典家具，擁有大量曲面變化、雕刻紋樣[6]。

3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為滿足實(shí)木定制家具豐富的造型變化及應(yīng)力強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜，其中連接結(jié)構(gòu)就有榫卯連接、膠合連接、五金連接等[7]。

4）工藝復(fù)雜。免漆板式定制家具往往只需開(kāi)料、封邊、打孔三大主要工藝，而實(shí)木定制家具的工藝有備料、銑型、開(kāi)榫、打孔、打磨、油漆，相比較起來(lái)更為復(fù)雜。

5）材料復(fù)雜。實(shí)木定制家具所用材料種類、規(guī)格多樣，就常用木材種類已多達(dá)十幾種。如圖1 的一款實(shí)木定制床頭柜，其結(jié)構(gòu)、材料等在同類床頭柜產(chǎn)品中復(fù)雜程度更高，定制難度更大。

圖1 一款實(shí)木定制床頭柜的爆炸圖Fig.1 Explosion view of a customized solid wood nights table

1.2 生產(chǎn)周期較長(zhǎng)

圖2 實(shí)木定制家具業(yè)務(wù)流程Fig.2 Business process of solid wood customized furniture

由于實(shí)木定制家具的復(fù)雜性，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程變動(dòng)性大[8]。實(shí)木家具訂單中通常每個(gè)品類的產(chǎn)品只有一件，同品類的多件產(chǎn)品，其尺寸、結(jié)構(gòu)、配件等也不同，因此具有不可重復(fù)和替代性，加工風(fēng)險(xiǎn)大大增加，一旦某個(gè)工件出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響整個(gè)訂單的生產(chǎn)進(jìn)度[9]。此外還有采購(gòu)、庫(kù)存、設(shè)計(jì)需求變更等因素都會(huì)延長(zhǎng)實(shí)木定制家具的生產(chǎn)周期[10]。

1.3 自動(dòng)化水平低

目前，實(shí)木定制家具生產(chǎn)設(shè)備，自動(dòng)化水平相對(duì)較低，在備料工段、打磨工段、組裝工段、油漆工段都存在著大量的手工勞動(dòng)。因此形成了大量不可控的因素，生產(chǎn)不穩(wěn)定性大幅提高[11]。

2 實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)遇到的問(wèn)題

2.1 約束條件繁雜

車間排產(chǎn)計(jì)劃的制定，一般是依據(jù)車間生產(chǎn)效率處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的前提，然而車間不穩(wěn)定的因素很多，因此排產(chǎn)計(jì)劃應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的計(jì)劃。實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)的約束條件可概括為人（Men）、機(jī)（Machine）、物（Material）、法（Method）、環(huán)（Environment）五個(gè)方面[12]。

人指的是車間工人，是最大的影響因素。由于車間工人每個(gè)時(shí)間段的工作強(qiáng)度是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，因此使得生產(chǎn)計(jì)劃完成率也成為一個(gè)非穩(wěn)定值。此外工人的生理、情感等因素，也會(huì)影響整個(gè)班組的生產(chǎn)效率。機(jī)指的是生產(chǎn)設(shè)備，物指的是生產(chǎn)物料，法指的是加工方法，環(huán)指的是生產(chǎn)環(huán)境，由于不能保證生產(chǎn)設(shè)備綜合效率（OEE）[13]處于一個(gè)穩(wěn)定的水平；生產(chǎn)物料隨時(shí)處于充足的供應(yīng)狀態(tài)；每個(gè)工件的加工方法相同；生產(chǎn)環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此車間的生產(chǎn)計(jì)劃完成情況也是動(dòng)態(tài)的。以上五個(gè)因素任何一個(gè)都約束著排產(chǎn)計(jì)劃的制定，如何時(shí)刻掌握這些數(shù)據(jù)變得尤為重要。

2.2 各工段排產(chǎn)規(guī)則不一

實(shí)木定制家具生產(chǎn)大致可分為：備料工段、機(jī)加工工段、手工工段、白身工段、油漆工段、打包工段。

車間完成作業(yè)計(jì)劃所用的排產(chǎn)規(guī)則主要分為：正排法、反排法、平行法、偏置法、覆蓋法。

1）正排法，以訂單下達(dá)車間的日期，按工藝路線結(jié)點(diǎn)正向推移，計(jì)算得出各工序的開(kāi)始和完成日期，例如，備料工段適用于正排法。

2）反排法，是以工件最晚完成日期，按工藝路線節(jié)點(diǎn)反向推移，計(jì)算各工序的開(kāi)始和完成日期，例如，白身工段適用于反排法。

3）平行法，不考慮工序的前后關(guān)系，只考慮最后完成日期，例如，手工工段適用于平行法。

4）偏置法，是反排法的改進(jìn)，是為各工序之間留出合理的時(shí)間偏移量，為各工序順利流轉(zhuǎn)，提供合理的時(shí)間區(qū)間，例如機(jī)加工工段適用于偏置法。

5）覆蓋法，是指在前一工序結(jié)束前便開(kāi)始下一工序，例如油漆工段適用于覆蓋法[14]。

實(shí)木定制家具企業(yè)通常運(yùn)用正排法來(lái)排產(chǎn)，未考慮各工段的特殊性，導(dǎo)致排產(chǎn)計(jì)劃相對(duì)不合理。

2.3 缺乏數(shù)據(jù)支撐

在工業(yè)4.0 的背景下，目前多數(shù)實(shí)木定制家具企業(yè)車間，采集不到數(shù)據(jù)或是不能有效地處理數(shù)據(jù)，信息化管理還處于薄弱狀態(tài)，車間的排產(chǎn)計(jì)劃還是依據(jù)原有模糊的手法。數(shù)據(jù)的收集、處理與挖掘，建立排產(chǎn)計(jì)劃與數(shù)據(jù)的相關(guān)性模型，對(duì)提高排產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性、合理性具有重要作用,也是未來(lái)實(shí)現(xiàn)智能工廠的基礎(chǔ)。

3 ERP、MES的局限和協(xié)同

ERP系統(tǒng)是企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning）的簡(jiǎn)稱，是集信息技術(shù)與先進(jìn)管理思想于一體，以系統(tǒng)化為理論基礎(chǔ)，為企業(yè)提供管理的平臺(tái)[15]。ERP最大的特點(diǎn)是改變企業(yè)內(nèi)部信息孤島的狀態(tài)。ERP是一個(gè)廣域的平臺(tái)[16]，主要面向的是企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理和決策，通過(guò)它對(duì)資源進(jìn)行合理規(guī)劃, 為企業(yè)的資源調(diào)度和生產(chǎn)提供巨大便利，但是在制定排產(chǎn)計(jì)劃時(shí)會(huì)出現(xiàn)全而不精的情況[17]。MES（Manufacturing Execution System）是面向生產(chǎn)制造企業(yè)車間的一套制造執(zhí)行信息化管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，由美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research，AMR）提出。MES系統(tǒng)主要面向企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行，可制定更詳盡的排產(chǎn)計(jì)劃給工段、班組和設(shè)備，可對(duì)車間及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的管理，但是其視角趨向狹窄[18]。

4 實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同框架構(gòu)建

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

排產(chǎn)計(jì)劃的制定需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，因此數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵的第一步?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的采集方式包括人工錄入、自動(dòng)采集、系統(tǒng)衍生數(shù)據(jù)?；鶖?shù)數(shù)據(jù)可分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)[19]，其來(lái)源包括車間數(shù)據(jù)和車間外圍數(shù)據(jù)。然后區(qū)分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)屬性如工單數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，客戶數(shù)據(jù)[20]，建立對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)檔案，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將ERP與MES的數(shù)據(jù)通過(guò)接口匯總到協(xié)同平臺(tái)[21]。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和傳輸架構(gòu)Fig.3 Basic data acquisition and transmission architecture

4.2 數(shù)據(jù)處理與反饋

數(shù)據(jù)通過(guò)完整的算法模型，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大運(yùn)算能力, 抓取平臺(tái)內(nèi)有用的數(shù)據(jù)信息，并將錯(cuò)誤信息或者缺失信息反饋給數(shù)據(jù)來(lái)源地，最后得出科學(xué)合理的排產(chǎn)決策，這避免了人工制定排產(chǎn)計(jì)劃出現(xiàn)的誤差，也減輕了計(jì)劃部門的工作強(qiáng)度[22]。

4.3 計(jì)劃下達(dá)與執(zhí)行

通過(guò)協(xié)同平臺(tái)制定的排產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，向上通過(guò)ERP傳遞給企業(yè)管理層、財(cái)務(wù)部門、采購(gòu)部門、銷售部門等，向下通過(guò)MES傳遞給車間的工段、班組、設(shè)備等。此外將計(jì)劃執(zhí)行情況實(shí)時(shí)反饋給平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)再做出動(dòng)態(tài)調(diào)整[23]。

4.4 進(jìn)度跟蹤與優(yōu)化

圖4 排產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同框架Fig.4 Collaborative framework for scheduling

進(jìn)度跟蹤是計(jì)劃執(zhí)行的重要工作，過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)各種影響因素，或快或慢，甚至停止，需要對(duì)每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤反饋，如有異常需反饋給協(xié)同平臺(tái)，將處理指令通知發(fā)給特定的部門，避免因某個(gè)工件的異常耽誤整個(gè)訂單的生產(chǎn)進(jìn)度[24]。此外車間工人的生產(chǎn)效率，設(shè)備的綜合效率是一個(gè)波動(dòng)狀態(tài)，排產(chǎn)計(jì)劃需要統(tǒng)籌考慮這些意外情況，及時(shí)對(duì)排產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，使整個(gè)車間生產(chǎn)效率處于最優(yōu)水平[25]。

4.5 任務(wù)池

實(shí)木定制家具的制造是分段流水的形式，并且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，特別是油漆工藝普遍要經(jīng)歷3 次以上的噴漆打磨，因此每個(gè)訂單一般生產(chǎn)周期為10～15 d，其結(jié)果是許多工件會(huì)停留在生產(chǎn)線上，這增加了每日甚至是小時(shí)排產(chǎn)計(jì)劃制定的難度[26]。因此，引入任務(wù)池的概念，任務(wù)池是一個(gè)工段任務(wù)結(jié)束的暫緩區(qū)，也是下一工段進(jìn)行的起始區(qū)，是一個(gè)相對(duì)較為穩(wěn)定的區(qū)域，在此存放的是訂單產(chǎn)品的工件，工件的進(jìn)出都會(huì)形成數(shù)據(jù)上傳到MES，由MES再上傳到協(xié)同平臺(tái)[27]。當(dāng)排產(chǎn)計(jì)劃需要精確到天或者小時(shí)時(shí)，便可通過(guò)任務(wù)池的數(shù)據(jù)信息來(lái)制定。

5 結(jié)語(yǔ)

在大規(guī)模定制和智能制造的背景下，實(shí)木定制家具企業(yè)普遍意識(shí)到信息化建設(shè)的必要性，但在實(shí)施過(guò)程往往和預(yù)期效果有差距。本文基于實(shí)木定制家具企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，闡述了ERP與MES協(xié)同平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用，通過(guò)協(xié)同平臺(tái)制定科學(xué)、合理、精確的企業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃，并引入任務(wù)池概念，使企業(yè)可以在更小的時(shí)間區(qū)間內(nèi)制定排產(chǎn)計(jì)劃。該研究可為實(shí)木定制家具企業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃的制定與優(yōu)化提供一定借鑒，然而實(shí)木定制家具的排產(chǎn)計(jì)劃制定仍有待深入研究。