ERP生产计划模块的现状、问题及优化研究（上）

董鹏 张晓良

（1.卡莱(梅州)橡胶制品有限公司计划部 广东梅州 514759；2.清华大学软件学院，北京 100084）

1 引言

2012年1 月到4月期间，在对全国企业（涉及石化、钢铁等387家）实施ERP情况的调查数据来看，应用ERP的约占80%(见图1)。经过仔细研究，发现大部分企业ERP只在财务管理、进销存管理等环节应用比较成熟，在生产管理环节的应用主要是以事后的数据补录和数据统计功能为主，生产计划、生产综合产能预估和生产实况反馈等功能的应用比较简单，真正实现生产计划控制的则更少。其中还有部分ERP系统是企业内部自行定制开发，品质难以保证。ERP实施的成功率之所以普遍不高，其中一个很重要的原因就是忽略了生产计划和控制系统的落地与改进。生产计划和控制系统是ERP软件的核心，也是企业运营管理的基础。好的生产计划和控制系统能让企业生产、供应、销售等环节保持畅通无阻的实时互动，提高对紧急订单和突发事件的反应速度，为企业的经营决策提供快速准确地实况信息。如果生产计划和控制系统成为ERP系统的瓶颈，那么ERP系统自“生产计划单”之后的生产状况就处在ERP系统的信息化之外，使得生产状况的统计在时间上严重滞后，决策时无法获取即时全面的生产状况，只能凭经验做决定，导致非常大的误差。这样ERP整体性的功能根本无法发挥出来，只能算做一个事后统计数据的简单工具。可见，要使得ERP系统完美地发挥整体的效力，生产计划、控制模块的建设和使用完善与否关乎整个ERP系统的成败。

近年来，ERP系统上线完全失败的案例在调查中发现已不存在，所建立的系统或多或少能使用某几个模块或功能，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。美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)于2011年调查结果显示，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。目前实施ERP的企业中，在ERP应用现状方面，调查显示：10%的企业在整个公司中全面应用了信息化，7%的企业已经进入到深化应用阶段，另有20%的企业在核心业务部门进行了广泛应用；但仍然有55%的企业处于局部应用阶段，而且在企业生产管理职能方面，ERP系统的应用仅以基本的物料管理模块为主，核心功能模块的应用并不多；还有8%的企业仍处于信息化的起步阶段，如图2所示。总的来说，2011年中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系统最需发挥其强大效力的领域却出现了问题。

2 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、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。目前，ERP生产计划管理模型多采用制造资源计划 (Manufacturing Resource Planning，MRPⅡ)，这是在物料需求计划 (Material Requirement Planning，MRP)的基础上逐渐优化形成的，但仍存在较大的局限性。具体来说体现如下几点：

2.1 ERP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条件下开发设计的：（a）假定生产计划的工件集合是确定的，没有考虑到生产过程中可能会产生突发事件，如预先确定订单的取消或急件的加入等；（b）假定工件的加工时间是确定的，并且在安排计划时，全部工件都已经到达可用。这是一种很理想化的状态，但是在实际生产中，加工时间的延误和质量异常是经常发生；（c）假定用以加工工件的工装、设备是连续可用的，没有将工装、设备发生故障的可能性加以考虑；（d）假定所有参与生产计划产品的工艺设计描述和约束都不变，然而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；（e）假定在生产计划过程中所需要的知识库与数据库都集中在一个地方，然而在实际生产中，所有这些资源都可能分布在不同的地理位置 。

ERP模型的提前期是推式计划的结果，需要提前设定，因而势必造成与实际情况不符，导致在制品库存增加，进而增加仓储管理成本。在实际生产过程中，存在着各种不确定性干扰因素，如设备损坏、负载能力有限、工序延误、原材料延期到达、操作人员不稳定等。这些不确定因素，通常会导致生产计划方案无法按预定目标正常执行，即使可执行，也会严重影响生产计划的准确性 。一般来说，ERP系统收集到的车间加工生产能力是根据以往实际生产能力得出的经验值，或者来自整条生产线中“瓶颈设备”、“瓶颈工序”的标准值，但在实际执行计划时，总会出现各种特殊情况，导致车间当前的生产能力发生改变，也就是说，ERP系统中关于车间生产能力的信息实际上已“过时”。这样常常会导致任务到达以后被搁置，时常出现系统中任务到期而实际却并未排产的情况，造成生产线设备负荷不均匀、生产能力不平衡，极大地影响了车间生产任务的按时完成和产能的充分利用。它根本无法自动得到具体准确而又复杂的生产作业过程，从而造成车间作业计划与生产调度计划的脱节，进而引起企业内部的连锁反应，波及到仓储、采购等相关业务部门，极容易造成大量库存积压和资金占用。所以这些不确定性因素导致了“应用确定性的ERP模型”成为不可能，难以取得预期的理想结果。由于生产需求的随机性，生产需求发生变化时，人工生产排程与调度将很困难；同时，当生产瓶颈无法预测时，人工排产很难操作，资源不能充分利用，订单不能按期交付。尤其是在小批量、多品种、工序复杂的制造型企业矛盾十分突出。

2.2 ERP系统内部运行机制与算法陈旧

ERP系统假定提前期是已知的，而提前期批量等参数是预先设定的。由于ERP系统软件是针对原来特定环境设计的，而企业运营始终处在动态变化的市场环境中，当企业业务流程优化时，该系统没有与之相应进行调整，以适应企业的发展，即在动态环境下应用静态的系统，系统缺乏柔性，这已经成为企业信息化管理的一个瓶颈。生产提前期一般由生产准备时间、加工时间、运输时间和等待时间构成，在实际的生产环境中，等待时间是不确定的参数，目前的MRPⅡ系统无法处理等待时间的不确定性，只能按照统计平均值将等待时间设为固定时间 。实际上，等待时间是系统负荷的函数，应随系统负荷的变化而改变，系统负荷的变化又与任务量以及任务的协作相关度有关。ERP中的MRPⅡ运算，其需求时间按所谓“提前期（Lead Time）”进行运算，而在实际生产中则会根据实际生产情况组织排产，甚至将若干小规模订单进行合并生产，以达到减少生产时间的目的。这就可能使实际生产情况，无法与系统编制生成的生产计划相匹配。各种物料的提前期难以确定，且不能得到及时更新。实际上，影响自制件提前期的因素包括:(a)零件加工批量；(b)单道工序的加工时间；(c)准备结束时间；(d)生产能力；(e)零件换线的等待时间；(f) 零件周转等待时间；(g)外协件的等待时间。ERP软件都没有充分考虑这些因素。大多数ERP软件能够让用户了解其工厂的当前运行状况，但对于生产资源(如设备、工件和人力等)的实际能力却未予以考虑，也就是说，无论生产资源是否超负荷使用，ERP都采用相同的备货时间来计算投产时间。

MRPⅡ系统要求固定的工艺路线，实质上等于回避了由物料清单（Bill of Material，BOM）展开的生产任务的规划问题，根据MRPⅡ系统要求，任务规划直接由工艺路线确定，使得后期制订的生产计划优化空间有限。实际上，工艺部门通常会给出多个能够满足工艺要求的柔性工艺路线，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 。

2.3 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。无限能力计划是在考虑生产计划、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。这样将致使生产计划与能力计算的分离。MRPⅡ能力约束考虑不足，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，也正是很多ERP系统实施未能成功的重要原因之一。ERP在进行BOM展开时，以无限能力的假设使生成的生产计划有缺陷，尽管MRPⅡ系统有能力需求计划(Capacity Requirement Planning，CRP)模块的闭环反馈机制，然而物料需求计划和能力需求计划是分开编制的，在发生能力冲突时无法自动平衡冲突，只能由计划人员凭经验调整MPS来平衡能力负荷，它只能被动地校核能。因为MRPⅡ模式下给出的生产计划是按照订单顺序即生产优先级给出的计划，在得到了优先级计划以后，无法得知此MRPⅡ计划是否可行或者是否足够合理，还需要运行能力计划来进行确认，再对比结果进行人工调整，使负载与能力尽可能的平衡，来达到计划合理性的确认或者优化生产计划的要求。显然，当系统比较复杂、能力冲突严重时，手工调整只能部分地而不能全面地解决问题，并且可能造成更大的冲突。显而易见，MRPⅡ逻辑没有优化机制，它的主生产计划（Master Production Schedule，MPS）、MRPⅡ和CRP是顺序执行的，缺乏相互的协调和优化，因此制订出的生产计划往往缺乏可执行的基础。对生产能力相对紧张的复杂生产系统，该逻辑甚至无法产生一个可执行的生产计划。由于ERP的BOM在方法及功能上的不足，企业必须用人工方式或者其它工具才能决定生产数量及时间，或者由ERP系统中的其他部分来进行生产计划，ERP再依据此制定相应的物料需求计划。因此，MRPⅡ-BOM算法得出的物料需求计划无法对生产计划进行细化、补充，而且BOM算法的目标只是生成物料需求计划，而不是生产作业计划 。

由于在生产任务进排序时未考虑工艺约束、装配约束、资源能力以及各协作制造单元的任务排序决策的相互影响等，加上这些因素存在冲突或需要反复地协调优化，结果就是任务排序过程中的寻优效果与速度无法令人满意 。在未划分关键件的情况下得到的生产计划，不能合理充分地使用有限资源。在MRPⅡ的编制过程中并没有考虑不同零部件在产品中的重要程度，使得所有零部件不分主次地竞争有限的生产能力与资源。当能力不足时，不可避免地会出现一些关键件生产不出来，而生产了许多非关键件，无法装配出所要的产品，也无法预先采用外协、外购等方法来加以弥补。总之，ERP建立在提前期固定并且无资源和能力约束的前提下，计划的能见度较低，计划模型粗略、难以优化。

2.4 生产计划与控制相分离

MRPⅡ制定计划时不考虑控制，而通过事后反馈进行生产控制，这相对于生产实际来说存在着无法避免的滞后。生产计划与控制的分离，使得生产订单的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。由于ERP生产管理系统中，生产决策层与车间执行层，计划层、生产计划层与控制层是独立分开的，车间生产信息反馈周期长，实际的加工结果大多要等待人机交互录入后才能进入计算机以及数据库管理系统，往往是因为计划管理层系统不能够从生产层及时地获取充足的第一手现场数据，使生产和管理无法紧密结合，产生断层，无法对企业生产过程的主体—生产现场进行有效的管理，缺乏必要的现场信息，不能及时根据实际生产情况的变化(如机床出现故障、订单变化等)，进行重新制定生产计划或修订生产计划，从而导致管理信息系统的应用效果不够理想，甚至失败。实际生产进度滞后于计划进度时也不能及时发现问题并加以解决，有可能导致交货期被迫延误。由于ERP本身的限制、工厂层的动态变化性及生产过程的大量不确定性使得生产计划常常和工厂层的实际情况相脱节，使整个企业的信息不能得到很好的集成。

2.5 底层功能较弱

现在的ERP软件大多只是对MPS、物料需求计划做了大量的工作，而对车间内的工序作业计划涉及的很少。由于车间的工序作业计划要与车间的实际情况相联系，具有很大的动态变化性，ERP系统不能及时获得这些变化信息，从而使车间数据不能及时向上层计划反馈，割断了MPS、物料需求计划与车间生产的联系。有些ERP软件虽然对MPS、物料需求计划及车间工序作业计划都有涉及，但是在车间工序作业计划这一层，只是先按照以往各车间的生产能力来编制能力需求计划，再来推导各零部件的工序作业计划，不能动态反应车间生产能力的变化，使得工序作业计划编制中数据不准确，这显然不能满足生产的时间要求。计划的编制没能从车间的实际出发，使计划与现实生产不统一。ERP系统对每台设备、工人的工作情况无法即时了解，无法即时得知产品目前的具体位置、加工到哪一道工序，不清楚车间当前的加工能力。无法自动调节造成的结果是牵一发而动全身，在生成计划时，一下全下，由于误差的累积，生成的作业计划很容易和实际脱节。其中，对那些生产能力已无法保证完成的产品，再进行分解和计算已毫无意义。计划调整时，一改全改，问题由底向上层反馈和所有计划从顶到底层重排，造成生产计划的抗扰动能力差。另外，MRPⅡ通常以周或天为运行周期，无法对每周或每天之内发生的变化做出迅速的响应，致使计划难以修改。

按零件组织生产，不利于需求反查。MRPⅡ是按零件组织生产的，在编制物料需求计划时合并零部件的不同来源的需求数量，当生产能力不足时，在无法按预期的时间和数量生产出所需的所有零部件时。由于不能确定零部件在具体产品中的需求数量，则无法确定具体影响哪些客户订单，无法针对具体情况作出相应的处理。其主要原因就是系统底层功能弱，无法动态快速应对市场及生产现场的变化。

2.6 缺失企业用户最需要的决策支持数据

我国现行的ERP系统的决策支持能力匮乏，令很多高层不满，虽然对这些缺陷也在进行不断的改进。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，企业希望软件能够给出建议，也就是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期及产量与负荷情况？需要多少原材料？由哪个车间完成？需要多少人员和设备？利润多少？等等，类似的问题都有一个共同点，就是企业还没有决定要干什么，只是企业主管需要了解“如果这样将会如何”？有了这个了解以后才能作出合理决策，所以这个功能主要就是给决策提供依据。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，要不断根据不同地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，不是严密地结论，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，没有完善地决策支持功能，无法满足用户的要求。

2.7 不适应精益生产的要求

在当今市场竞争的形势下，大部分的企业的运营策略已经从产品中心转向客户中心，运营策略中的首要问题是如何满足客户不断变化的需求。与传统生产方式的推式生产模式不同，精益生产采用拉式生产，而不像传统的生产主要由预测/安全库存驱动。为了实现精益生产，传统的MRPⅡ计划方式已不再适应。而且，源自于大批量生产模式的MRPⅡ，其目的之一在于降低运营成本，包括降低分摊到每件成品的人工费用、固定资产折旧损耗等，考虑经济批量，非常重视安全库存，目的是在满足需求的基础上充分发挥人力、机器资源的能力。同时，这种生产计划方法也不利于跟踪单个客户订单的执行情况，不利于对某个可能接受的订单进行交货期预测，不利于进行实时的生产计划预测性重排，在客户中心的市场形势下，这一缺陷往往会导致企业在客户关系、市场开拓等方面的被动。

2.8 缺乏供应链生产计划的协调

ERP生产计划模块是适合于中长期的MPS，对于产销协调、产能规划很有优越性，但也存在诸多局限。在细化管理和沟通的环节，如设备能力差异、原材料辅料供给、临时变化等，计划人员的作用不可替代。ERP生产计划模块只注重企业内部资源的优化，却忽视了整个供应链的生产计划和控制，没能给企业提供周密地供应链计划，难以为供应链管理(Supply Chain Management，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？这就需要在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。

2.9 中小企业ERP系统实施难度较大

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，但对企业生产过程缺乏足够地研究，且生产计划模块不理想，所以这类软件的应用往往不能令人满意。主要表现在以下几个方面:(a)单一的计划方式不能够满足多种生产类型企业的需要。这主要包括不同生产类型的企业会采用不同的计划方式，如固定周期计划、滚动计划等类型，同时在产品生命周期不同的阶段的生产计划的制定方式也不同。(b)生产计划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。(c) 计划员只能按以往产能状况进行重新生成或调整生产计划，但这又与计划人员的经验、素质密切相关。

总之，MRP、MRPⅡ以及ERP都是集中式生产计划管理，未将企业内的各生产车间作为自治主体进行研究和管理，其生产计划的下达是行政命令式的，与车间生产作业计划常处于脱节状态，在复杂多变的制造环境中计划的灵敏度和柔性不高，也造成实际生产计划的指导性和预见性不强。从本质上看，ERP仅仅是一个大的资源优化器而已，对于未来的探索是无能为力的。由于生产计划问题本身的复杂性和生产过程的多变性，一般的车间管理系统在解决生产计划问题时往往大幅度简化生产计划模型，使得生产计划问题的解决过于理想化。系统构建的数学模型纵然高级，但在复杂多变的现实生产面前，总是过于简单与理想化。—般的生产计划问题都是对于现实生产环境中复杂、动态、多目标调度问题的一种抽象和简化。由于实际生产环境是千差万别的，所以排程算法就需要根据其是否能适合对应的生产环境的重要特征进行评估。实际上，这种看似稳定、实则偏离车间生产环境的管理系统大都丧失了准确、快速响应生产扰动的能力，从而弱化了整个ERP的系统功能。ERP系统是个复杂的集成系统，其中的生产计划集成更为复杂。同时，企业的生产业务流程和工艺特点各不相同，企业的基础管理也各不相同，使得ERP系统的应用存在着较大难度。生产计划如果离开了工艺、设备和人员，那就变成不可执行的摆设。ERP要解决生产计划问题，不但需要计划与动态的订单、设备、人员等进行关联，而且还要将计划制定流程简单化、易于操作与管理。对一个用户来讲，能解决他们所遇到的和想解决的各种生产计划问题，才是关键。

（未完待续）

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