IT正在改变制造的运作能力（蔡颖）

《ERP高级计划》前言

“要有勇气面对现实，勇敢的挑战基本假设”                                                                                                     
                                       ——高德拉特（Eliyahu M.Goldratt）

IT泡沫时代已经结束，人们的头脑已经清醒。对制造业来说，关键是提高生产力，是提高整体企业的生产力，而不是局部的效率。正如高德拉特的《目标》一书所描述的是基于目标的生产力。新技术和新理论改变了制造运作的能力。IT的新技术层出不穷，如火如荼的IT热潮已经过去，利用IT技术提高生产力的时机已经到来。

把信息化看作是仅仅是数字设备和电脑或是联网，如果用这样的眼光来看待信息化那就太片面了。信息化给了我们：

（1）内，外互联，有线，无线的互联，各种网络本身的集成深刻的影响了各种商业业务
    流程。
（2）使业务变得更加智能化。
（3）促进了新的理论，思想，创新。使得过去象牙塔里的理论得以实践。

现在，我们的每一位管理者都应该问一问，什么是生产力？ 你企业的目标是什么？ 基于目标的生产力才是有效的。如何提高最大的客户服务（有效产出）。如何最小的库存投资（存货）。如何降低工厂的作业成本（营运费用）。诚然，我们在制造信息化中的制造规划和调度排程软件上作的不尽如意。比如我们实施制造信息化业务管理软件时所面对如下简单而有效的常识的问题却束手无策：

问题一：CTP能力可承诺客户要求交期是否可达成？
物料的可用量和瓶颈能力可以准确承诺客户订单的交期。对提高客户服务至关重要。

问题二：是否可接受插单？会对已接订单造成什么影响？
插单是不可避免的， 插单势必导致物料和能力再分配，需模拟分析影响原来订单的排程。

问题三：在满足交期情況下是否能力利用率也能达到成最优化？ 
在满足交期情況下，按一定的约束规则向后排程和向前排程，优化计划排程。

问题四：计划排程是考虑产能力约束优先还是物料约束优先？
在现有能力下，考虑物料约束。在现有物料下，考虑能力约束。也可以同时考虑多重资源的约束。

问题五：产能若负荷是否可以自动搜寻替代加工及替代工艺路线？
计划产品自动分配到生产线和自动选择工作中心。对调度人员帮助非常大。   

问题六：客户、供应商的频繁变更，排程应如何快速回应？ 
在供应链的环境下，必须要实时考虑客户的变化和供应商的变化，实时分析预警。

问题七：当品种改变时，物料的约束模拟和动态分配和替换？
通常计划会因各种原因而改变，使品种的变化对物料的影响最小。能定义替换规则自动计划替换物料。

问题八：当品种排序时的模具调配时间的优化？
在精益生产环境下，品种的排程顺序可以考虑换品种调配时间最小。

实际上，在制造实践中，以上问题是不可回避的。从事生产第一线的生产管理者们都知道每天都被这些问题所困扰。那么，我们制造信息化如何应对呢？在过去的几十年，人们一直在探索解决能力瓶颈约束和物料约束的问题，尝试各种先进的理论算法：
（1）数学规划（线性和混合整数规划），较适用于战略计划如网络选址，寻源等。
（2）启发式算法（约束理论或模拟仿真等），较适用于战术计划或运作计划如生产排程等。
（3）基因算法，较适用于有大量的可能方案选择。
（4）穷举法是在所有替代的可能的方案寻找，较适用于教简单的供应链。

以上优化的功能之所以在以前或以至于现在都较少的运用在计划系统的实践中的原因可能是：
    （1）生产系统从本性上不是僵硬的系统，而是有相当弹性的系统。要用非常准确的数据表示产能的定义是很难的事。而对于工作中心产能微小的变化，就会对原本的最优方案和相应的资源产生显著的影响，由于这个原因，我们就在计划系统中使用了某些假设方法的应用。
    （2）制造企业所面临的经营环境和生产条件也是多变的。这常常会导致产能的瓶颈也会发生较大的变化。因此，能力的瓶颈是不能完全事先被预测的。在如此不确定的环境下，生产计划安排，能力排程也不可能依据简单的，固定的模型就可以优化的。
    （3）生产计划和执行的各个环节都需要人的丰富经验。很多情况下，都可以在实际的人为干预和控制下得到解决。这种人工对能力和瓶颈的灵活处理，是信息系统所取代不了的。
     （4）过去，计划的优化功能没有普遍应用到制造系统中的另一个原因是，缺乏把面向能力瓶颈的优化解决方法同实际运用的ERP系统建立联系。
     （5）现场实时采集数据的能力。比如条形码的实施，和MES的建立。现场的瞬时多变的特点影响计划排程的真是性。

但是现在，在制造业的实践中，我们同时感觉到了需求的拉力与技术的推动力。就此而言，精确的计划与排程的兴起，在时机上已变得成熟。这是因为:计算机辅助功能已变得非常强大;现已开发出更好的优化算法;最后，制造企业已认识到提高生产力对信息化系统来说还大有潜力。 随着企业制造信息化逐步普及，ERP的实施运用已经渗透到计划领域，我们所面临的巨大挑战是计划排程的更精确性，从长期的年度规划到短期的分钟排程。更动态的满足客户的交货，关键资源的优化部署，资源的有效利用，更加灵活的满足新的竞争挑战。所有制造信息化计划的概念和特征简要归纳如下：

（1）物料需求计划（Material Requirements Planning）
虽然MRP目前在企业很实用，解决大量计算的工作量。MRP根据平均提前期可以计算较精确的物料的计划，但是，它只能产生较粗的生产计划。主要原因是没有基于能力约束来排程。 

（2）能力需求计划（Capacity Requirements Planning）
对无限能力计划（Infinite Capacity Planning）来说，它只是反映工作中心的是否超负荷，需要人为的调整主计划。
对有限能力计划（Finite Capacity Planning）来说，使用了工作中心能力限制来平衡负荷，来自动前推或后推计划，这样，会导致车间计划与MRP计划冲突。往前推会影响客户交货，向后推，会影响采购交货。

（3）车间排程 （Shop Scheduling）
在车间里的再排程，使用工序能力计划来前推或后推工序的操作时间，这样也会影响交货期，重要的是没有考虑工序的排队和等待时间，而排队和和等待时间是动态的。常常是， 许多计划员为了保险起见，我们把它固定的考虑在工序提前期里。最多也是给一个浮动时间，这样，就会导致任务的提前下达，在制品积压，有会影响提前期，排队时间又会增加，影响了排程的精确性。但是，计划员多用它来分析销售订单的可行性。
  
（4）多工厂计划（Multi-Plant Planning）
实际上，很少使用它来同步工厂之间的物流，如果，单一工厂的计划都不太准确的话，用到多工厂就会更糟。它们之间通常用各自的主生产计划MPS和MRP来平衡。
分销需求计划（Distribution Requirements Planning）其实是多工厂计划的变化，它想平衡实际需求或预测需求和网络多地点的库存。在库存之间创立转移订单来补充库存。但是，它和MRP是较松散的配合。对MRP的影响的是市场真正的需求，还是由DRP产生的补充安全库存的需求。

（5）供应链计划（Supply Chain Planning）
是平衡整个供应链的计划，考虑企业内外因素，如外部供应商的能力，销售需求点，替换的运输线路和方式，它评估和优化企业的所有资源。产品开发和生产地点，分销设施，建立可信的计划。它需要一个高级计划技术引擎支持。

（6）企业计划（Enterprise Planning）
它同步的考虑关键的生产资源，物料需求，首先产生一个可行的计划，然后，通过企业的约束和目标来优化它。它是想取代ERP计划里的RRP，RCCP，MPS，DRP，MRP模式。

（7）生产排程（Production Scheduling）
它考虑物料的可用性，详细的能力信息，换装时间最小和目前的工厂的订单优化工厂级的顺序，来满足客户需要日期，它考虑企业整个目标和约束优化，并提供反馈给企业计划定义工厂内部的需求日期与数量。

（8）约束（Constraints）
约束是一组限制，规则和目标并控制物理的和财务的可能性来满足业务计划。限制可以包括物料的可用，机器能力的可用，最小化人力的可用。规则可以是客户订单的有先级，瓶颈，最小加工时间等。目标可以是安全库存水平，客户服务水平，销售收入。我们可以交替使用约束，在约束中可以改变计划顺序，可以特别分配加权或值，我们也可以定义是软约束还是硬约束。

（9）约束理论（Theory of Constraints）
在计划中的约束不要跟TOC约束理论混淆，约束理论是歌德瓦特博士创立的，它是同步制造的哲学，按照市场需求，用一种系统的方法，达到快速的，平稳的生产物流，用三个简单的全局评价方法，产销量，库存，经营费用，在市场需求和生产约束下的生产达到企业的目标。它的核心思想是存在瓶颈工序或工作中心，最佳计划是基于瓶颈工序的计划。 基于TOC的计划均可以考虑资源，物料，订单和管理策略的约束。TOC的建模可以有限，也可无限能力。可以通过有限能力建模基于所有约束，同步化物流。任何资源均可以定义为瓶颈资源或关键资源及次瓶颈资源。对瓶颈资源采取双向计划，对非关键资源采用倒排计划。缓冲时间可以设置任何在复杂资源之间。DBR（Drum-Buffer-rope）逻辑是对关键工序同步化所有资源和物料。它较适用较复杂的，多层的BOM的离散制造环境。但是，对于混合产品的装配线的优化顺序计划，还是启发算法或数学算法较有效。

（10）计划可承诺（Available to Promise） 
为了取得成功，必须对客户的需求作出最快的反应，并让他了解您的能力。快而准的订货保证是能留住现有客户和吸引新客户的关键。 ATP已扩展到订货承诺的能力（Capacity To Promise），它使订货承诺更快，更准确，更灵活，也扩展到可赢利能力承诺（Profitable To Promise），它使销售人员在任何地点接受销售单时，可随时分析可赢利性。 现在可供订货量（ATP）可以细分为：成品ATP，能力CTP，系列产品ATP，零件，原材料ATP，渠道ATP，可发货能力承诺（Delivery To Promise），大多数公司都喜欢CTP的概念，因为它可以实时，连续的对新的客户订单承诺精确的日期和数量。

（11）优化（Optimization）
是用系统的方法，在业务约束基础上，来改善计划或排程。
优化的主要算法有：
（1）数学规划（线性和混合整数规划），较适用于战略计划如网络选址，寻源等。
（2）启发式算法（约束理论或模拟仿真等），较适用于战术计划或运作计划如生产排程等。
（3）基因算法，较适用于有大量的可能方案选择。
（4）穷举法是在所有替代的可能的方案寻找，较适用于教简单的供应链。

（12）物料约束和替代计划（Material Constrains and Substitution Planning）
静态物料约束规则（Static Material Constrains）：利用可用量清单，最早开始的订单和被分配的物料，随着物料业务，订单日期的延迟，或变化，系统会自动调整或显示订单的变化。
动态物料约束规则（Dynamic Material Constrains）：当计划建立时，动态分配物料，允许重新分配物料到另外的一个订单，它可以处理物料的有效期，变化的产出率，和减少在制品等实际问题
动态物料替换规则（Dynamic Substitution）：用自定义的替换规则来更精确控制复杂物料替换计划。

（13）看板计划（Dynamic Kanban Planning）
看板计划（DKP）是指看板的数量和每一个看板的大小。以满足需求变化的需要。 它可以达到生产与Takt 时间（客户需求速率）同步，物料的连续流动与平衡的运作，作单元式厂房布局，补充信号或看板，其重点是消除非增值活动。较适用于精益制造的企业。

（14）建模（Modeling）
通过计算机计划软件对特别的制造环境的客户进行客户化的过程，如建立约束，规则，目标和不同算法的选择。建模是计算机计划的最重要方面之一，模型可以考虑资源约束，公司的目标，分销的限制，客户的优先和其它影响计划排程决策的因素。它还需要特别咨询专家来帮助企业建立模型，测试模型，培训等。

（15）准备和顺序（Set ups and Sequencing）
准备包括换产品，换工装模具，换生产线时间等，计划排排程不仅要考虑零件与零件之间的准备时间关系，所消耗的成本，客户的需求来优化顺序。这比较适合于混合生产线的顺序计划，多品种的，小批量或一个流的生产计划。

（16）信息技术（Technology）
确实，很多应用都受到计算机技术的限制，现在，信息技术可以支持整个计划引擎，模型，数据库保留在常驻内存里，计算速度可以分钟，秒内来计划排程。可以支持一次完成计划与排程的计算。可以支持网络计算，提供不同的计划引擎针对不同的计划与排程问题。引擎之间可以独立，也可以交互传递。如ERP的MRP计划引擎和高级计划APS引擎的数据传递。也提供图形建模工具，采用图形界面和可拖拉的图形计划版以易于计划员使用。
 
（17）实施（Implementation）
尽管计划排程的实施比较复杂，只要掌握系统的方法，也可以较顺利完成。这里列出几个步骤: （1），有软件供应商评估客户的需求。（2），决定和现存的计划环境的结合点。（3），对关键用户进行初次培训。（4），由咨询顾问帮助建立模型。（5），建立数据接口程序和可能的客户化程序。（6），准备数据。（7），根据实际计划环境培训。（8），上线。
总之，对制造信息系统来说最重要的是对所有资源具有同步的，实时的，具有约束能力的，模拟能力，不论是物料，机器设备，人员，供应，客户需求，运输等影响计划因素。不论是长期的或短期的计划具有优化，对比，可执行性。采用基于内存的计算结构，。这种计算处理可以持续的进行计算。这就彻底改变了批处理的计算模式。可以并发考虑所有供应链约束。 当每一次改变出现时，信息系统就会同时检查能力约束， 原料约束，需求约束。运输约束，资金约束，这就保证了供应链计划在任何时候都有效。采用基因算法技术，来达到最优解。其要特征是:

（1）瓶颈资源和多重资源约束的处理。
（2）不同的订单自动连接工序，从不同的订单排序，平行的负荷工序
（3）具有标准的派工规则:优先顺序，关键率等
（4）处理订单，生产或资源的特别规则
（5）让用户自定义建立规则
（6）处理动态物料约束控制
（7）处理供应链需求计划优化
（8）供应链分销配置计划优化
（9）供应链运输计划优化
（10）对整个供应链的进行CTP和ATP的查询。
     
几乎每一个管理者都认为更实时的，更精确的决策支持信息是非常重要的。制造信息化的ERP计划系统不仅是决策支持信息，而且，以成为每一个生产者的每天的执行系统。每一个制造商在他们的工业领域应该考虑用什么方法来迎接剧烈竞争的挑战。正如所有深刻变革一样，当前发生的变革也许是缓慢的，几乎感觉不到。但是，这种变化不仅仅是电脑化，也不仅仅是建立一种信息基础设施或业务管理软件。回顾工业革命的历史，IT革命是深刻的，不管你是否意识到。工业革命中，机器提供的是能源，是制造企业的有力的肌肉。而信息化的数字提供的是强健敏捷的神经系统。

 注：《ERP高级计划》一书由广东经济出版社即将出版

作者联系方式：ycai@fs.com.cn

蔡 颖 专栏

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