引言
对381家国内石化、钢铁、飞机、船舶等企业调查显示，ERP应用比率高达80％，见图1，但是，应用最多的却是财务管理、库存管理模块；其次才是生产管理模块；最少的是车间管理模块，而后两者才能体现ERP的强大效力。其中，55％认为生产管理模块是ERP实施瓶颈，应用者不足6％，效果不理想；27％全面应用信息化，仅10％进入深化应用阶段；40％应用于部分业务部门；仍有15％处于局部应用阶段；8％才刚刚起步，见图2。当前生产管理模块应用仅局限于事后数据补录、简单统计，然而生产管控及产能预测应用很少；很多企业自行开发，品质难以保证。美国AMR调查显示，53％的客户反映ERP对工厂生产存在负面影响，体现在滞后数据统计分析、管理及人力成本上升。然而，生产管理模块是ERP软件的核心，也是企业运营基础，其性能影响ERP软件的整体性，关系到ERP实施成败。
图1 ERP的区域使用现状
图2 ERP模块应用现状
1 ERP生产管理模块现存问题
传统的ERP产品主要集中于各模块的孤立建设，却忽视了生产管理基础模块。既满足复杂多变的客户需求，又提高排产的准确性，是ERP生产管理模块的任务。但是，当前基于MRPⅡ的生产管理模块有着明显的局限性。
1.1 应变性差
首先，基于推式MRPⅡ思想的ERP生产管理模块依赖于诸多假设条件：确定的订单组合、确定的单件生产周期、工装设备连续可用、不变化的产品及工艺设计、数据库地理集中。显然，这些约束条件在现实中是难以成立的，因此导致ERP生产管理模块对诸多不确定性条件的应变性差、准确性低。
第二，批量提前设定，与实际不符，导致在制品库存及其成本增加。
第三，生产提前期提前设定，但实际上等待时间是不确定的，目前ERP只能按照统计平均值将等待时间设为固定时间，这会导致实际排产无法与系统自动生成的生产计划相匹配。实际上，影响提前期的因素包括批量、加工时间、准备结束时间、产能、各种等待时间，ERP并未充分考虑，采用一刀切的固定提前期来推算投产时间。
第四，ERP要求固定工艺路线及其衍生的生产任务，规避BOM展开的生产任务，限制了后期的生产管理优化可能。实际上，工艺部门会设计多条柔性工艺路线以应对多变的生产任务，但ERP缺少面向柔性工艺路线的任务规划模块，无法对满足工艺要求的生产任务在协作制造单元之间进行优化分配。
第五，ERP根据经验值或瓶颈环节规划产能，但实际上突发事件频发，产能处于动态，依靠过时的产能信息，常常造成设备负荷不均、产能不平衡，最终使得车间作业与生产计划相脱节，引发恶性连锁反应，成本攀升。而且，ERP假设无限产能，不考虑企业实际的生产能力，不能识别生产瓶颈环节，导致生产计划不准确且脱离实际，缺失生产均衡性和预警性，额外费用增加，是致使ERP实施不成功的要因。尽管ERP有CRP模块，然而CRP和MRP是分开编制的，只能被动地校核能力，发生冲突时无法自动平衡，只能由计划人员凭经验手工平衡。当生产系统复杂、能力冲突严重时，手工调整并不能真正解决问题。
总之，各种不确定性因素使得确定性ERP生产管理模块的应用效果不理想。
1.2 任务排序寻优性差
ERP作生产任务排序未考虑工艺约束、资源供给以及各协作制造单元的相互影响，几乎无法取得满意解。ERP编制不考虑零部件的主次关系，就难以充分利用有限资源及产能，常常导致关键件供不应求，非关键件供大于求，总装被迫滞后，只能靠外协外购加以弥补。
1.3 计划与控制相分离
首先，ERP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，无法保证每道工序间的关联，造成工序间产量不平衡、在制品库存增加。
其次，MPS、CRP按顺序执行，缺乏协调，使得订单信息不能及时反馈到工作中心。
第三，ERP按照订单优先级编制生产计划，并未考虑产能约束，缺乏可行性。
最后，ERP通过人工补录的反馈信息进行生产事后控制，周期长，明显滞后于现场管理。
总之，ERP不能及时发现和解决生产管理问题，导致生产管理层和车间层脱节，管控效果差，很有可能延误交货。
1.4 底层功能弱
当前ERP软件的MPS及MRP功能很成熟，而对动态变化的工序作业计划涉及很少，不能及时获取实时的车间生产数据并向上一层反馈，割断了MPS、MRP与车间生产的联系。虽然有些ERP涉及MPS、MRP及车间工序作业计划，但只是按照以往各车间产能编制CRP，再推算各零部件的工序作业计划，不能获取实时的设备及工人情况，也就无法反映车间动态产能，使得生成的作业计划和实际脱节。另外，ERP以周或旬为周期，无法响应每天变化，这限制了企业制定准确而又切合可行的生产作业计划，无法快速应对市场及生产现场的变化。
1.5 决策支持数据缺失
企业希望ERP能够提供生产决策支持数据，但是现行系统的该项能力匮乏，仅仅能完成简单校验，才能作出合理决策，企业为此设了几个人专职用手工方法计算这些数据，但是问题很多，第一是没有理论依据，要不断根据不同的情况和工艺流程随机应变；第二是没有考虑全部约束条件，只是凭经验找几个关键设备进行估算；第三是计算过程不严格，计算结果只能是一个估计值，不是严格的结论，企业要承担决策风险。这样的不足必然在实际工作中造成很多问题。而大多数企业一直使用的ERP软件只能用BOM方法制定物料需求计划，没有任何决策支持功能，根本无法满足用户的要求。
1.6 中小企业实施难度大
国外大型厂商的ERP软件价格过高，大多数中小企业难以承受；而国内一些公司的软件虽然价格实惠，但生产管理模块不理想，功能很弱，表现为：
1）单一的计划方式不能够满足多种生产类型企业的需要，如固定周期计划、滚动计划、投产计划等混合类型，或者产品生命周期不同阶段的生产计划制定。
2）生产管理对企业内外部环境变化缺乏动态响应。这主要包括MPS功能不能及时应对生产经营环境变化所带来的挑战；物料需求计划功能不能及时应对个性化、多样化的市场需求变化。
3）计划员只能按以往产能状况进行重新生成或调整生产管理，但这又与计划人员的经验、素质密切相关。总之，ERP是集中式生产管理模式，没有将各生产车间作为主体进行研究和了划、采购计划的时候，不考虑企业实际的生产能力，只管物料需求，与车间作业计划相脱节，在复杂环境中表现为柔性低、响应性差，造成生产管理的指导性和预见性弱。因此，多数企业往往被迫高度简化ERP的生产管理模块，在过于理想的条件下才能实施，应用价值非常有限。实际上，各企业生产环境千差万别，要求ERP的排产算法具有很强的适用性，然而，当前的ERP软件的生产管理模块还存在着较大差距，应用难度较高。若要解决这一问题，不但需要计划与动态的订单、设备、人员等相关联，而且还要简化计划制定流程。
2 优化ERP生产管理模块的对策
生产控制的目标是应用反馈控制原理校正偏差，使资源利用与生产计划吻合。不仅工序间必须满足逻辑关系，而且作业计划必须满足资源约束。高级计划与调度技术（APS）实现了生产计划与作业管理的融合，克服了ERP生产管理模块柔性低的缺陷。
2.1 引入APS
APS可谓是供应链优化引擎，实时模拟所有资源能力，综合考虑各种生产计划影响因素，对于长期或短期计划都具有可优化、可对比和可执行性。APS是基于供应链管理和约束理论的先进计划与调度系统，吸收了大量数学模型、优化及模拟技术、智能优化算法。当改变出现时，APS考虑整个供应链，同时检查能力约束、原料约束、运输约束、资金约束等，对各种约束进行模拟分析，自动识别潜在瓶颈，提高资源综合利用率，找出最佳解决方案，保证供应计划实时有效。APS还能及时响应客户要求，快速制订同步计划，提供精确交货期，减少库存，提高企业管理水平。AMR调查发现，APS投资收益率高达300％，称APS是复杂商务环境下革命性的企业计划工具。因而，高技术含量的APS正成为支持企业协同运作的主要手段，ERP与APS融合是未来发展方向。
2.2 实施ERP与MES系统集成
MES是根据APS的排程计划执行人员、设备、物料的工作计划，并实时反馈。APS是IT架构的核心，起决策支持作用，同时也是数据流必经之处，整合所有模块。它直接影响所有模块的流程，改变各部门的业务驱动方式。MES系统集成需要实现生产任务监控、限额发料、信息流的系统间传递。MES对生产过程实时监视、诊断和控制，实时排产，完成生产单元整合优化，对物料、能量、设备、资金，人力进行监测、分析、平衡、控制，实现从订单下达到产品交付整个生产过程的优化管理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少无效活动，有效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连接的信息平台，自动执行计划层制定的生产管理，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，从而解决了生产与计划之间的“断层”问题。ERP与MES系统的集成提高了生产管理的适应性，增加了底层生产过程的信息流动，提高了生产管理的实时性和灵活性，使企业内部信息传递顺畅，对市场变化做出快速响应。
MES与PCS信息交互能保证产销协同，而ERP的高级计划系统和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。
2.3 ERP/MES/APS/PCS的一体化集成模式
ERP/MES/APS/PCS集成，将数据信息从产品级取出，穿过操作控制级，送达管理级的连续信息流，能实现生产信息高度集成，带来巨大经济效益。集成模式见图3。其优势有：
图3 基于ERP、MES系统集成的生产管理控制一体化
1）适应精益生产的需要。企业的资源是有限的，而每个企业的资源配置、瓶颈和使用情况都各不相同。而APS、MES能提供全面计划资源约束及生产能力限制，并根据需要及时调整约束，产生动态目标计划，其约束包括资源工时，物料，加工顺序及自定义约束条件。APS技术以能力约束为计算依据，自动产生现在与将来的、可视的详细计划，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的需要。APS还能对延迟订单进行准确管控。
2）灵活改变工序计划编排。APS可以实时、动态地进行再调度，实现生产计划的反复运算或对可选方案进行评估，直至得到可行的或基本上可获利的计划或进度表。由于这些系统通常不存在数据库查询和存取的问题，APS的反复运算可以很快完成。相对于传统ERP的BOM模式下重新修改MPS、重新产生优先级计划与能力计划再调整方法，APS无论在灵活性，还是在时间性上都具有很大的优势。
3）实现对中间品的细致管理。ERP、APS、MES为企业建立一种动态的生产工艺流程模型，紧密连接工序、资源与物料，易于确定中间品位置，能对中间品实施有效的细致管理。
4）提供用户最需要的决策支持数据。APS基于企业实际能力进行实时生产调度，调度方法具有动态性和应急性，从而确保为ERP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的生产管理技术通过优化算法，自动给出最优生产计划以及相应的MRP，不像传统的ERP—BOM模式在优先级计划与能力计划之间做手工调整，然后人工选出相对较优的计划。因此，一体化集成模式降低了生产计划对于人工确认、调整的依赖程度，弱化了计划员能力对计划质量的影响程度。它可以通过生产工艺路径、订单和能力等输入信息自动生成一个优化的、符合实际的详细生产计划，并自主评估计划的优劣性。
6）满足企业成本管控需求。ERP、MES、APS、PCS系统问数据即时交互，使得管控人员及时准确发现采购、销售、生产过程中的异常问题，有效地实施干预指导。
3 实证分析
为了验证改进ERP的一体化集成模式对于制造业生产管理及车间管理所发挥的效用，选取某生产橡胶轮胎的K企业作为实证研究对象。
K企业原先的ERP编制计划的应用比例仅占15％，源于系统产生的生产计划过于理想化、不准确且脱离实际，缺失生产均衡性和预警性，由此产生的车间管理额外费用占总管理成本约30％，而总管理成本在产品成本中的占比为35％，因此，ERP的车间管理成本占产品成本的10.5％，甚至高于仅占产品成本10％的直接成本。再者，该企业ERP系统生产管理模块的生产作业计划编制未考虑零部件的优先级和关键性，导致原料供应均衡性差，轮胎装配常常滞后，被迫依赖外协外购。延迟交货率高达14％，外协外购比率高达53％。总之，ERP生产管理模块的应变性差、寻优性差等缺陷已经表现得非常突出，亟待解决。
通过实施ERP与MES系统集成、引入ERP/MES/APS/PCS的一体化集成模式，取得了如下令人满意的改进效果：
1）在制品及成品库存量大幅减少，现金流量提升。ERP生产管理模块的一体化集成模式使得车间月均库存量由实施改进前的14 286件（2011年11月至2012年4月的半年时间）降低至实施改进后的12352件，降低30％，合计节省14余万美元，趋势图如4所示。同时本次改进也为半实心胎提供了194m2的生产场地。
2）生产管理的底层功能增强。ERP生产管理的集成模式帮助生产部门管理人员获取实时的设备及工人情况，如实反映车间动态产能，使得生成的车间作业计划基本上与每日变化的实际需求相符，生产作业计划的准确性、可行性有了显着提高，生产现场管理能力增强。
图4 ERP改进后车间库存量对比图
3）ERP与MES集成后，在生产作业计划编制时考虑了零部件的优先级和关键性，提高了原料供应的均衡性与加工装配的计划性、可保障性，紧急或例外性外协外购比率降低为18％，改进程度高达66％。
4）需求预测准确度大幅提升，增强供需协调性。该企业生产部门使用“市场预测准确性跟踪表”进行需求预测准确性跟踪，并将跟踪结果反馈给市场部，稳步提高市场预测的准确性。市场预测准确性由15％提升至60％。通过掌控准确的终端需求信息，得到更为准确的市场预测，从而更有效安排生产，增加生产柔性，能够合理定制原材料采购计划；按顾客要求进行生产改进及按时交货，提高产品质量，延迟交货率下降为6％，改善比例高达57％；同时大幅降低了预期外的短期产品需求导致的额外生产成本。
5）通过ERP生产管理模块一体化集成模式的实施，加强了市场部与生产部的沟通，信息传递速度加快，提高供应链的柔性和持续改进能力，助推供应商、制造商与下游用户之间的有效沟通以及发展长期合作的战略关系，为各方长远发展奠定坚实基础，使该生产企业在激烈的橡胶轮胎市场竞争中保持稳定市场份额。
实例企业的验证表明，ERP改进后的生产管控达到了预期效果，该方法可在MTO制造型企业广泛试行。如何进一步提高市场需求预测的精度，将成为今后改进的新方向。
4 结束语
对于大多数的MTO企业，车间订单的计划与执行情况决定了生产物流的速度和效率，从而影响整个供应链运作的速度和质量。利用APS和MES等先进的企业生产管理模式和信息管理系统，优化企业车间生产管理和调度算法，改变企业传统的生产管理模式来提高生产效率，降低库存，加快交货，进而快速响应市场需求，是提高企业竞争力的理想方法。构建ERP、SCM、MES、PCS四者的集成系统架构，可以在业务流程优化的基础上，优化生产计划、车间作业计划及其执行控制，最终提高供应链的敏捷性。
需求拉动环境下，制造商应具备编制动态生产计划的能力，生产过程、PDM、IT系统和基础设施要无缝对接且实时运作。智能、协同、全局、集成是ERP的发展趋势。无论APS，还是MES，都需要与ERP系统进行信息交互和共享。因此，企业实施生产信息化必须综合考量供应链，通查各品牌ERP、APS与MES的特性，结合自身特点及管理目标做出理性选择。
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