基于ERP+MES平台协同的实木定制家具企业排产计划研究∗

马泽锋 吴智慧 沈忠民

（1. 南京林业大学家居与工业设计学院，南京 210037； 2. 昆山市白玉兰家具有限公司，昆山 215345）

定制家具产品已经逐渐成为市场消费主流，伴随而来的，是企业制造由传统的大批量、少品种、长周期，转向小批量、多品种、短周期的模式[1]。实木定制家具企业面对来自市场竞争，经营成本的挑战，不得不寻求突破。企业在制造端进行降低成本，提高效率的改革，是提高自身竞争力的有效手段。排产计划作为统筹车间产品制造的第一步，对整个制造进程是否高效、顺畅起到了至关重要的作用[2]。目前实木定制家具企业，基本依据时间变量，粗略地制定生产计划，最后往往与最初计划的数量、质量和进度，相去甚远[3]。在信息化程度较高的企业也面临着平台各自为阵，协同性不够的问题。因此本文通过实地调研，提出了基于ERP+MES平台协同框架的搭建，将排产计划制定的所需数据统一汇总到协同平台，提高实木定制家具企业排产计划制定的科学性、准确性。

1 实木定制家具生产现状

1.1 产品较为复杂

实木定制家具总体可概括为：种类复杂[4]、造型复杂、结构复杂、工艺复杂、材料复杂[5]。

1） 种类复杂。实木定制家具基本包含了室内的所有木质家具产品，其中包括木门、楼梯、吊顶、护墙、柜、桌、椅、凳、沙发等。

2）造型复杂。亦可称为风格复杂，实木家具往往具有丰富的造型变化，特别是欧式、美式古典家具，拥有大量曲面变化、雕刻纹样[6]。

3）结构复杂。为满足实木定制家具丰富的造型变化及应力强度，其结构往往较为复杂，其中连接结构就有榫卯连接、胶合连接、五金连接等[7]。

4）工艺复杂。免漆板式定制家具往往只需开料、封边、打孔三大主要工艺，而实木定制家具的工艺有备料、铣型、开榫、打孔、打磨、油漆，相比较起来更为复杂。

5）材料复杂。实木定制家具所用材料种类、规格多样，就常用木材种类已多达十几种。如图1 的一款实木定制床头柜，其结构、材料等在同类床头柜产品中复杂程度更高，定制难度更大。

图1 一款实木定制床头柜的爆炸图Fig.1 Explosion view of a customized solid wood nights table

1.2 生产周期较长

图2 实木定制家具业务流程Fig.2 Business process of solid wood customized furniture

由于实木定制家具的复杂性，实际生产过程变动性大[8]。实木家具订单中通常每个品类的产品只有一件，同品类的多件产品，其尺寸、结构、配件等也不同，因此具有不可重复和替代性，加工风险大大增加，一旦某个工件出现问题，就会影响整个订单的生产进度[9]。此外还有采购、库存、设计需求变更等因素都会延长实木定制家具的生产周期[10]。

1.3 自动化水平低

目前，实木定制家具生产设备，自动化水平相对较低，在备料工段、打磨工段、组装工段、油漆工段都存在着大量的手工劳动。因此形成了大量不可控的因素，生产不稳定性大幅提高[11]。

2 实木定制家具企业排产遇到的问题

2.1 约束条件繁杂

车间排产计划的制定，一般是依据车间生产效率处于一个相对稳定的前提，然而车间不稳定的因素很多，因此排产计划应该是一个动态的计划。实木定制家具企业排产的约束条件可概括为人（Men）、机（Machine）、物（Material）、法（Method）、环（Environment）五个方面[12]。

人指的是车间工人，是最大的影响因素。由于车间工人每个时间段的工作强度是一个动态变化的过程，因此使得生产计划完成率也成为一个非稳定值。此外工人的生理、情感等因素，也会影响整个班组的生产效率。机指的是生产设备，物指的是生产物料，法指的是加工方法，环指的是生产环境，由于不能保证生产设备综合效率（OEE）[13]处于一个稳定的水平；生产物料随时处于充足的供应状态；每个工件的加工方法相同；生产环境处于稳定状态，因此车间的生产计划完成情况也是动态的。以上五个因素任何一个都约束着排产计划的制定，如何时刻掌握这些数据变得尤为重要。

2.2 各工段排产规则不一

实木定制家具生产大致可分为：备料工段、机加工工段、手工工段、白身工段、油漆工段、打包工段。

车间完成作业计划所用的排产规则主要分为：正排法、反排法、平行法、偏置法、覆盖法。

1）正排法，以订单下达车间的日期，按工艺路线结点正向推移，计算得出各工序的开始和完成日期，例如，备料工段适用于正排法。

2）反排法，是以工件最晚完成日期，按工艺路线节点反向推移，计算各工序的开始和完成日期，例如，白身工段适用于反排法。

3）平行法，不考虑工序的前后关系，只考虑最后完成日期，例如，手工工段适用于平行法。

4）偏置法，是反排法的改进，是为各工序之间留出合理的时间偏移量，为各工序顺利流转，提供合理的时间区间，例如机加工工段适用于偏置法。

5）覆盖法，是指在前一工序结束前便开始下一工序，例如油漆工段适用于覆盖法[14]。

实木定制家具企业通常运用正排法来排产，未考虑各工段的特殊性，导致排产计划相对不合理。

2.3 缺乏数据支撑

在工业4.0 的背景下，目前多数实木定制家具企业车间，采集不到数据或是不能有效地处理数据，信息化管理还处于薄弱状态，车间的排产计划还是依据原有模糊的手法。数据的收集、处理与挖掘，建立排产计划与数据的相关性模型，对提高排产计划的科学性、合理性具有重要作用,也是未来实现智能工厂的基础。

3 ERP、MES的局限和协同

ERP系统是企业资源计划（Enterprise Resource Planning）的简称，是集信息技术与先进管理思想于一体，以系统化为理论基础，为企业提供管理的平台[15]。ERP最大的特点是改变企业内部信息孤岛的状态。ERP是一个广域的平台[16]，主要面向的是企业经营管理和决策，通过它对资源进行合理规划, 为企业的资源调度和生产提供巨大便利，但是在制定排产计划时会出现全而不精的情况[17]。MES（Manufacturing Execution System）是面向生产制造企业车间的一套制造执行信息化管理系统的简称，由美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research，AMR）提出。MES系统主要面向企业生产执行，可制定更详尽的排产计划给工段、班组和设备，可对车间及生产过程进行实时有效的管理，但是其视角趋向狭窄[18]。

4 实木定制家具企业排产计划协同框架构建

4.1 基础数据采集

排产计划的制定需要大量的基础数据支撑，因此数据采集是关键的第一步。基础数据的采集方式包括人工录入、自动采集、系统衍生数据。基数数据可分为动态数据和静态数据[19]，其来源包括车间数据和车间外围数据。然后区分基础数据属性如工单数据、供应链数据、设备数据、人工数据、财务数据，客户数据[20]，建立对应数据档案，最后通过网络架构将ERP与MES的数据通过接口汇总到协同平台[21]。

图3 基础数据采集和传输架构Fig.3 Basic data acquisition and transmission architecture

4.2 数据处理与反馈

数据通过完整的算法模型，利用计算机技术强大运算能力, 抓取平台内有用的数据信息，并将错误信息或者缺失信息反馈给数据来源地，最后得出科学合理的排产决策，这避免了人工制定排产计划出现的误差，也减轻了计划部门的工作强度[22]。

4.3 计划下达与执行

通过协同平台制定的排产计划，通过网络架构，向上通过ERP传递给企业管理层、财务部门、采购部门、销售部门等，向下通过MES传递给车间的工段、班组、设备等。此外将计划执行情况实时反馈给平台，通过平台再做出动态调整[23]。

4.4 进度跟踪与优化

图4 排产计划协同框架Fig.4 Collaborative framework for scheduling

进度跟踪是计划执行的重要工作，过程中必然会出现各种影响因素，或快或慢，甚至停止，需要对每个时间节点进行跟踪反馈，如有异常需反馈给协同平台，将处理指令通知发给特定的部门，避免因某个工件的异常耽误整个订单的生产进度[24]。此外车间工人的生产效率，设备的综合效率是一个波动状态，排产计划需要统筹考虑这些意外情况，及时对排产进行优化，使整个车间生产效率处于最优水平[25]。

4.5 任务池

实木定制家具的制造是分段流水的形式，并且生产周期较长，特别是油漆工艺普遍要经历3 次以上的喷漆打磨，因此每个订单一般生产周期为10～15 d，其结果是许多工件会停留在生产线上，这增加了每日甚至是小时排产计划制定的难度[26]。因此，引入任务池的概念，任务池是一个工段任务结束的暂缓区，也是下一工段进行的起始区，是一个相对较为稳定的区域，在此存放的是订单产品的工件，工件的进出都会形成数据上传到MES，由MES再上传到协同平台[27]。当排产计划需要精确到天或者小时时，便可通过任务池的数据信息来制定。

5 结语

在大规模定制和智能制造的背景下，实木定制家具企业普遍意识到信息化建设的必要性，但在实施过程往往和预期效果有差距。本文基于实木定制家具企业生产实际，阐述了ERP与MES协同平台的构建与应用，通过协同平台制定科学、合理、精确的企业排产计划，并引入任务池概念，使企业可以在更小的时间区间内制定排产计划。该研究可为实木定制家具企业排产计划的制定与优化提供一定借鉴，然而实木定制家具的排产计划制定仍有待深入研究。