0 引言
2012年1月到4月期間，在對全國企業(yè)(涉及電子、石化、鋼鐵、飛機和船舶等387家)實施ERP情況的調查數據來看，應用ERP的約占80％(見圖1)。ERP系統(tǒng)上線完全失敗的案例在調查中發(fā)現已不存在，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。這些負面影響多體現在為滯后的數據統(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。總之，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，卻出現了問題。
圖1 ERP的區(qū)域使用現狀
圖2 ERP模塊應用現狀
1 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。
1.1 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：(1)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；(2)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是經常發(fā)生；(3)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；(4)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；(5)假定在生產計劃過程中所需要的知識庫與數據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。
1.2 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，它只能被動地校核能力。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的平衡，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，手工調整只能部分而不能全面解決問題，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。
1.3 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、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據庫管理系統(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場數據，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——生產現場進行有效管理，缺乏必要的現場信息，不能及時根據實際生產情況的變化(如：機床出現故障、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。
1.4 缺失企業(yè)用戶最需要的決策支持數據
我國現行的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。如：一個企業(yè)管理者應掌握當前的庫存；何時完成且是否滿足客戶的交期和產量及負荷情況；需要的原材料；何車間完成；需要的人員和設備；利潤等等，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做出合理決策，所以這個功能主要就是給決策提供依據。企業(yè)為此設了專職人員用手工方法計算上述數據，但是問題很多，第一是沒有理論依據，要不斷根據不同情況和工藝流程隨機應變；第二是沒有考慮全部約束條件，只是憑經驗選取關鍵設備進行估算；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，沒有完善地決策支持功能，無法滿足用戶的要求。
1.5 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)之間進行有效地協(xié)調，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 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。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)的出現為企業(yè)生產計劃與控制帶來了新契機，它實現了生產計劃與作業(yè)生產計劃的融合，解決了ERP的計劃缺乏柔性的問題。
2.1 引入APS
計劃就是排序，就是先做什么，后做什么的問題。可以想象，上百臺各種設備、數千人同時要完成各種任務，如何才能在各種約束(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，實現多個目標最優(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、客戶需求和運輸等影響計劃因素，還是長期的或短期的計劃都具有可優(yōu)化、可對比和可執(zhí)行性。當每一次改變出現時，APS就會同時檢查能力約束、原料約束、需求約束、運輸約束和資金約束等，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，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)務數據流必經的核心部分，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。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。
2.2 實施ERP與MES系統(tǒng)集成
MES是根據APS的排序計劃去執(zhí)行并實時反饋，其對每個人員、每臺設備、每件物料的生產資源的工作計劃。MES系統(tǒng)集成實現生產任務監(jiān)控、限額發(fā)料和生產過程執(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、實時排產和優(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，并用當前的準確數據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，從收集的實時數據中提取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隨。
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)布生產指令控制及有關的生產線運行的各種參數等，即MES與PCS集成之后，MES即時在線監(jiān)控車間各設備的運作情況。生產工藝管理也可以通過MES的產品產出和質量數據進行優(yōu)化。
2.3 ERP、APS、MES、PCS的一體化集成模式
ERP、APS、MES、PCS(見圖3)的集成模式，并給企業(yè)帶來經濟效益。使企業(yè)認識到只有將數據信息從產品級(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)信息流實現了企業(yè)信息全集成，才能提高企業(yè)整體效益。
圖3 基于ERP、APS、MES、PCS系統(tǒng)集成的生產計劃控制一體化
(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，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，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。
(2)能夠實現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)的進行再調度。實現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)通常不存在數據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。
(3)能夠實現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，這個模型把工序與資源與物料緊密連接在一起，中間產品能夠找到自己的位置，因此用戶可以對中間產品進行有效管理。
(4)能夠提高管理者最需要的決策支持數據。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：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有的生產計劃？最早什么時候能完成？這樣的問題，能夠為用戶提供最需要的決策支持數據。
(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)之間數據即時交互，使得管理和控制人員能夠即時準確地發(fā)現采購、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。
3 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行的速度和質量。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。
在當今客戶驅動的環(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、數據模型、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)最終實現敏捷SCM的必然選擇。智能、協(xié)同、全局和集成四方面必然是先進生產計劃所應具備的特點。現代制造企業(yè)中，ERP已經成為必備的業(yè)務和數據平臺，無論是APS，還是MES，都需要與ERP系統(tǒng)進行數據交互和信息共享，獲得系統(tǒng)自身運行必需的相關數據。鑒于ERP、APS、MES、PCS集成的時候必須的數據交換，所以在企業(yè)IT整體規(guī)劃的時候必須全面考慮，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產品的特性、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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