ERP生产计划模块优化研究[1]

文/董 鹏 孔令夷 张晓良

美国先进制造研究机构（AMR）于2011年进行的调查结果显示，53%的客户反映ERP对工厂生产存在负面影响。这些负面影响大多体现在为滞后的数据统计和分析所付出的管理和人力成本的增加上。2012年上半年，我国对涉及石化、钢铁、飞机和船舶等387家企业就实施ERP情况开展调查，调查数据显示，应用ERP的约占80%，所建立的系统或多或少能够在一段时间内发挥实际效用，最起码能用来处理流水账。在已实施的案例中，有55%的被调查者认为，最难实施的模块是生产控制模块，已经应用了生产计划管理的企业不到5.8%，而且应用效果一般。目前，对实施ERP的企业开展其应用现状的调查结果之一如图1所示。总的来说，2011年我国制造企业应用最多的，首先是ERP系统中与财务管理、库存管理相关的模块；其次是与生产计划、成本管理相关的模块；应用最少的是车间管理与决策支持系统，而这恰恰是在ERP系统最能发挥其强大效力的领域。

一、ERP生产计划模块存在的主要问题

传统的ERP产品实施将主要精力集中于各子系统和子模块的建设，主要针对企业内部各种资源的集成，却忽视了ERP的基础和核心——生产计划和生产调度。如何既满足企业复杂多变的生产计划需求，又能提高生产计划的准确性，是ERP系统中生产计划模块面临的主要问题。

图1 ERP模块应用现状

目前，ERP生产计划管理模型多采用制造资源计划（MRPⅡ），这是在物料需求计划的基础上逐渐优化形成的，但仍存在较大的局限性。具体体现在如下几点：

1.生产计划模块难以应对不确定性干扰因素

ERP生产计划模块是在一定的假设有序理想条件下开发设计的，未考虑：①生产过程中可能会产生突发事件，如订单突然取消或急件的加入等；②实际生产中，加工时间的延误和质量异常是经常发生的；③没有将工装、设备发生故障的可能性加以考虑；④一个产品的设计描述是随客户需求及市场需求的变化而变更的；⑤在实际生产中，所有这些资源数据库都可能分布在不同的地理位置。

这些不确定性因素导致了“应用确定性的ERP模型”难以取得预期的结果。由于生产需求存在随机性，在生产需求发生变化时，人工生产排程与调度将很困难；当生产瓶颈无法预测时，人工安排生产计划很难操作，导致资源不能充分利用，订单不能按期交付。这在小批量、多品种和工序复杂的制造型企业尤为突出。

2.无限能力的假设前提过于理想化

ERP的物料需求计划主要以固定提前期和无限能力为前提，在编制过程中，不能受到企业生产能力及其分布情况的制约。ERP无法识别生产瓶颈，从而造成了生产系统缺乏均衡性和预警性。由此将致使生产计划与能力计算分离。MRPⅡ能力约束考虑不足时，往往造成生产计划无法完成；物料需求不切实际，从而产生额外费用。

3.生产计划和控制与实际相脱节

MRPⅡ制定计划时不考虑控制，而是通过事后反馈进行生产控制，使得生产计划信息不能及时反馈到工作中心负荷能力上来。另外，MRPⅡ为每道工序都编排计划，每道工序都严格按照既定的计划进行生产，而工序间又无协调机制，无法动态保证每道工序间的关联，造成工序间产量的不平衡、在制品库存增加，以及需求与生产不一致等问题，使整个企业的信息不能得到很好的集成。

4.缺失企业用户最需要的决策支持数据

虽然ERP系统在做生产计划时对能力资源进行了约束，但仍旧是一种罗列的校验处理，始终没有实质性的改变。很多情况下，企业希望软件能够提供决策支持功能。比如一个企业管理者往往希望了解：当前的库存多少？在什么时候完成且是否满足客户的交货期？产量与负荷情况如何？需要多少原材料？需要多少人员和设备？利润多少？……企业为此专设多个岗位手工计算这些数据，但是问题不少：第一没有理论依据，要不断根据不同情况和工艺流程随机应变；第二未能全面考虑约束条件，只是凭经验找几个关键因素进行估算；第三是计算过程不严密，其结果只能是一个估计值，由此企业要承担决策风险。这些不足必然在实际工作中造成很多问题。

5.缺乏供应链生产计划的协调

ERP生产计划模块只注重企业内部资源的优化，不能为供应链管理（SCM）系统的运作提供支持，因而缺乏供应链生产计划的协调。如何实现供应链的集成？如何更有效地协调和控制企业间的价值流、物流、信息流、资金流和作业流？这就需要供应链上的企业之间进行有效地协同，然而ERP主要是面向企业内部事务协调处理的系统集成软件，无论在计划调度技术或功能方面都不具备协调多个企业资源的能力，其自身的不足严重限制了企业制订准确而又切合实际的生产计划，也是很多ERP系统实施失败的重要原因。

二、优化ERP生产计划模块的对策

生产活动控制的目标就是应用反馈控制原理校正这种系统的偏差，使物料流动和系统资源利用等尽可能地与生产计划和调度计划所期望状况相吻合。作业计划必须满足生产工艺要求，不能有半点差错。首先，工序之间必须满足特定的逻辑关系，要求某些工序必须连续或者间隔进行等，这是对作业计划最基本的要求；其次，作业计划必须满足资源能力限制，一个资源在一个时间内只干一件事情，作业计划中不能有资源冲突；最后，作业计划必须满足物料供应的限制，没有原材料不能开始生产。APS技术和MES的出现为企业生产计划与控制带来了新契机，它实现了生产计划与作业计划的融合，解决了ERP的计划缺乏柔性的问题。

1.引入APS

计划就是排序，就是先做什么后做什么的问题。可以想象，上百台各种设备、数千人同时要完成各种任务，怎样才能在各种约束（设备能力、人员、时间、场地和物料等）条件下以及随时可能发生变化（动态）的情况下，实现多个目标最优化的选择（交货期、设备有效使用率和最低成本等）？APS被誉为供应链优化引擎，它对所有资源具有同步、实时和具有约束能力的模拟能力，对物料、机器设备、人员、供应、客户需求及运输等影响计划因素，以及长期或短期计划都具有可优化、可对比和可执行性。当每一次改变出现时，APS就会同时检查能力约束、原料约束、需求约束、运输约束和资金约束等，这就保证了供应链计划在任何时候都有效。APS是一种基于SCM和约束理论的先进计划与调度系统，包含大量数学模型、优化及模拟技术。对制造业而言，APS能及时响应客户要求，快速同步计划，提供较精确的交货日期，减少在制品与成品库存，并自发考虑供应链的所有约束，自动识别潜在瓶颈，提高资源利用率，从而改善企业的管理水平。

美国AMR研究中心经调查认为，那些已经采用APS模式的企业产生的投资收益率约为300%，并称APS是日益复杂的商务环境下具有革命性进步的企业计划工具。APS在决策过程中考虑到包括客户以及供应商在内的整个供应链，其计划范围扩展到了单个企业之外，并且APS系统采用智能优化算法等决策技术，帮助企业对整个供应链的约束进行模拟分析，并找出最佳计划或解决方案。因而，APS成为支持企业协同计划最主要的手段。ERP与APS的结合是ERP未来发展的必然方向，更是SCM集成系统的基础功能。这个核心部分的存在，直接影响了所有模块的工作流程，改变了一些部门的业务驱动方法。

2.实施ERP与MES系统集成

MES是根据APS的排程计划去执行并实时反馈，是针对每个人员、每台设备和每件物料的生产资源的工作计划。MES系统集成实现生产任务监控、限额发料和生产过程执行的信息流在双方系统之间的传递。MES对生产过程进行实时监视、诊断和控制，完成生产单元整合和系统优化，在生产过程中进行物料平衡、制订生产计划、实时排产和优化生产计划，进而对生产过程物料、能源、质量、设备和资金，甚至人力资源统一进行监测、分析、控制和优化，实现从订单下达到产品交付整个生产过程的优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、提高物料的流通性，又能提高生产回报率，使整个企业有了一个自上而下无缝链接的信息平台，自动执行计划层制定的生产计划，从收集的实时数据中提取ERP系统所需的正确信息，使企业中需要相互联系的各信息系统和以产品生产为纽带的各部门紧密联系、协作，使企业获得最大的效益，从而解决生产与计划之间的“断层”问题。

MES与PCS之间通过实时有效的信息交互来保证产销之间信息的沟通与衔接，而由ERP的计划系统和MES的作业调度模块共同构成的产销一体化计划系统可保证ERP与MES之间计划的衔接与协调。因此，ERP与MES的集成首先是信息的集成，其次才是功能的集成。MES还向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等，即MES与PCS集成之后，MES即时在线监控车间各设备的运作情况。生产工艺管理也可以通过MES的产品产出和质量数据进行优化。

3.ERP、APS、MES和PCS的一体化集成模式

ERP、APS、MES、PCS的集成模式 （见图2），能给企业带来经济效益，使企业认识到只有将数据信息从产品级（基础自动化级）取出，穿过操作控制级，送达管理级，通过连续信息流实现企业信息全集成，才能提高企业整体效益。

图2 基于ERP、MES系统集成的生产计划控制一体化

①更适应精益生产的需求。APS、MES能提供全面计划资源约束及生产能力限制，并可根据需要及时调整约束条件，产生动态的目标计划。APS的生产计划技术以能力约束为计算依据，不再以大规模生产模式下的无限能力模型作为计算依据，更能够适应精益生产模式的需要。通过各种规则及需求约束自动产生现在与将来的、可视的详细计划。APS的生产计划能对延迟订单进行控制及行动，管理控制能力及各种约束，其约束包括资源工时、物料、加工顺序及自定义约束条件。

②能够实现灵活改变生产工序前提下的计划编排。APS的生产计划技术可以实时、动态地进行再调度。实现计划的反复快速运算或对可选方案进行及时评估，直至得到可行的或基本上可获利的计划或进度表。

③能够实现对中间品的细致管理。正因为ERP、APS、MES技术可以为企业建立一种动态的生产工艺流程模型，这个模型把工序与资源与物料紧密连接在一起，中间品能够找到自己的位置，因此用户可以对中间品进行有效管理。

④能够提供管理者最需要的决策支持数据。正因为APS生产计划调度基于企业实际的能力约束以及调度方法的动态性和及时性，因此APS技术可以快速、准确地回答诸如：已经下达的生产计划如果发生某种变化，会造成什么结果？一个计划如果取消，另外一个计划能不能提前完成，能提前多长时间？从什么地方入手，增加哪些资源，可以提高企业的生产能力？某个用户发过来的紧急订单是否有可能插入现有的生产计划？最早什么时候能完成？这样的问题，能够为用户提供最需要的决策支持数据。

⑤具有计划优化能力。APS、MES的生产计划技术通过优化算法，自动给出最优生产计划，然后产生对应的物料需求计划。它可以通过生产的工艺路径、订单和能力等复杂情况自动生成一个优化的、符合实际的详细生产计划，而且能自主评估计划的优劣程度。

⑥能满足企业管控需求。ERP、MES、APS、PCS系统间数据即时交互，使得管理和控制人员能够即时准确地发现采购、销售和生产过程中的成本异常问题，能够有效地给予指导和管控。

三、结语

在当今顾客驱动的环境下，制造商必须具有在面对不确定性的事件中不断修改计划的能力。要做到这一点，企业的制造加工过程、数据模型、信息系统和通信基础设施必须无缝地连接且实时运作，因而供应链同步化是企业最终实现敏捷SCM的必然选择。智能、协同、全局和集成必然是先进生产计划所应具备的特点。现代制造企业中，ERP已经成为必备的业务和数据平台，无论是APS，还是MES，都需要与ERP系统进行数据交互和信息共享，获得系统自身运行必须的相关数据。鉴于ERP、APS、MES、PCS集成的时候必须数据交换，企业在IT整体规划的时候必须通盘考虑，因为不是所有的ERP都可以和APS、MES等系统无缝集成，企业必须前期调研各个品牌的ERP产品的特性、APS与MES系统的特性，然后结合自身的行业特性及企业管理目标做出合理选择。

[1]夏颖.AMT企业供应链环境下的生产计划与控制研究[D].上海:复旦大学硕士论文,2011:9-15

[2]李光福.望江公司生产管理系统的设计与开发[D].重庆:重庆大学硕士论文,2008:4-10

[3]杨立熙.面向离散型制造业的订单允诺策略研究[D].武汉:华中科技大学博士论文,2008:21-27

[4]程亮.旭通科技有限公司生产计划管理研究[D].长沙:湖南大学硕士论文,2006:10-18