引言
對381家國內石化、鋼鐵、飛機、船舶等企業調查顯示，ERP應用比率高達80％，見圖1，但是，應用最多的卻是財務管理、庫存管理模塊；其次才是生產管理模塊；最少的是車間管理模塊，而后兩者才能體現ERP的強大效力。其中，55％認為生產管理模塊是ERP實施瓶頸，應用者不足6％，效果不理想；27％全面應用信息化，僅10％進入深化應用階段；40％應用于部分業務部門；仍有15％處于局部應用階段；8％才剛剛起步，見圖2。當前生產管理模塊應用僅局限于事后數據補錄、簡單統計，然而生產管控及產能預測應用很少；很多企業自行開發，品質難以保證。美國AMR調查顯示，53％的客戶反映ERP對工廠生產存在負面影響，體現在滯后數據統計分析、管理及人力成本上升。然而，生產管理模塊是ERP軟件的核心，也是企業運營基礎，其性能影響ERP軟件的整體性，關系到ERP實施成敗。
圖1 ERP的區域使用現狀
圖2 ERP模塊應用現狀
1 ERP生產管理模塊現存問題
傳統的ERP產品主要集中于各模塊的孤立建設，卻忽視了生產管理基礎模塊。既滿足復雜多變的客戶需求，又提高排產的準確性，是ERP生產管理模塊的任務。但是，當前基于MRPⅡ的生產管理模塊有著明顯的局限性。
1.1 應變性差
首先，基于推式MRPⅡ思想的ERP生產管理模塊依賴于諸多假設條件：確定的訂單組合、確定的單件生產周期、工裝設備連續可用、不變化的產品及工藝設計、數據庫地理集中。顯然，這些約束條件在現實中是難以成立的，因此導致ERP生產管理模塊對諸多不確定性條件的應變性差、準確性低。
第二，批量提前設定，與實際不符，導致在制品庫存及其成本增加。
第三，生產提前期提前設定，但實際上等待時間是不確定的，目前ERP只能按照統計平均值將等待時間設為固定時間，這會導致實際排產無法與系統自動生成的生產計劃相匹配。實際上，影響提前期的因素包括批量、加工時間、準備結束時間、產能、各種等待時間，ERP并未充分考慮，采用一刀切的固定提前期來推算投產時間。
第四，ERP要求固定工藝路線及其衍生的生產任務，規避BOM展開的生產任務，限制了后期的生產管理優化可能。實際上，工藝部門會設計多條柔性工藝路線以應對多變的生產任務，但ERP缺少面向柔性工藝路線的任務規劃模塊，無法對滿足工藝要求的生產任務在協作制造單元之間進行優化分配。
第五，ERP根據經驗值或瓶頸環節規劃產能，但實際上突發事件頻發，產能處于動態，依靠過時的產能信息，常常造成設備負荷不均、產能不平衡，最終使得車間作業與生產計劃相脫節，引發惡性連鎖反應，成本攀升。而且，ERP假設無限產能，不考慮企業實際的生產能力，不能識別生產瓶頸環節，導致生產計劃不準確且脫離實際，缺失生產均衡性和預警性，額外費用增加，是致使ERP實施不成功的要因。盡管ERP有CRP模塊，然而CRP和MRP是分開編制的，只能被動地校核能力，發生沖突時無法自動平衡，只能由計劃人員憑經驗手工平衡。當生產系統復雜、能力沖突嚴重時，手工調整并不能真正解決問題。
總之，各種不確定性因素使得確定性ERP生產管理模塊的應用效果不理想。
1.2 任務排序尋優性差
ERP作生產任務排序未考慮工藝約束、資源供給以及各協作制造單元的相互影響，幾乎無法取得滿意解。ERP編制不考慮零部件的主次關系，就難以充分利用有限資源及產能，常常導致關鍵件供不應求，非關鍵件供大于求，總裝被迫滯后，只能靠外協外購加以彌補。
1.3 計劃與控制相分離
首先，ERP為每道工序都編排計劃，每道工序都嚴格按照既定的計劃進行生產，而工序間又無協調機制，無法保證每道工序間的關聯，造成工序間產量不平衡、在制品庫存增加。
其次，MPS、CRP按順序執行，缺乏協調，使得訂單信息不能及時反饋到工作中心。
第三，ERP按照訂單優先級編制生產計劃，并未考慮產能約束，缺乏可行性。
最后，ERP通過人工補錄的反饋信息進行生產事后控制，周期長，明顯滯后于現場管理。
總之，ERP不能及時發現和解決生產管理問題，導致生產管理層和車間層脫節，管控效果差，很有可能延誤交貨。
1.4 底層功能弱
當前ERP軟件的MPS及MRP功能很成熟，而對動態變化的工序作業計劃涉及很少，不能及時獲取實時的車間生產數據并向上一層反饋，割斷了MPS、MRP與車間生產的聯系。雖然有些ERP涉及MPS、MRP及車間工序作業計劃，但只是按照以往各車間產能編制CRP，再推算各零部件的工序作業計劃，不能獲取實時的設備及工人情況，也就無法反映車間動態產能，使得生成的作業計劃和實際脫節。另外，ERP以周或旬為周期，無法響應每天變化，這限制了企業制定準確而又切合可行的生產作業計劃，無法快速應對市場及生產現場的變化。
1.5 決策支持數據缺失
企業希望ERP能夠提供生產決策支持數據，但是現行系統的該項能力匱乏，僅僅能完成簡單校驗，才能作出合理決策，企業為此設了幾個人專職用手工方法計算這些數據，但是問題很多，第一是沒有理論依據，要不斷根據不同的情況和工藝流程隨機應變；第二是沒有考慮全部約束條件，只是憑經驗找幾個關鍵設備進行估算；第三是計算過程不嚴格，計算結果只能是一個估計值，不是嚴格的結論，企業要承擔決策風險。這樣的不足必然在實際工作中造成很多問題。而大多數企業一直使用的ERP軟件只能用BOM方法制定物料需求計劃，沒有任何決策支持功能，根本無法滿足用戶的要求。
1.6 中小企業實施難度大
國外大型廠商的ERP軟件價格過高，大多數中小企業難以承受；而國內一些公司的軟件雖然價格實惠，但生產管理模塊不理想，功能很弱，表現為：
1）單一的計劃方式不能夠滿足多種生產類型企業的需要，如固定周期計劃、滾動計劃、投產計劃等混合類型，或者產品生命周期不同階段的生產計劃制定。
2）生產管理對企業內外部環境變化缺乏動態響應。這主要包括MPS功能不能及時應對生產經營環境變化所帶來的挑戰；物料需求計劃功能不能及時應對個性化、多樣化的市場需求變化。
3）計劃員只能按以往產能狀況進行重新生成或調整生產管理，但這又與計劃人員的經驗、素質密切相關。總之，ERP是集中式生產管理模式，沒有將各生產車間作為主體進行研究和了劃、采購計劃的時候，不考慮企業實際的生產能力，只管物料需求，與車間作業計劃相脫節，在復雜環境中表現為柔性低、響應性差，造成生產管理的指導性和預見性弱。因此，多數企業往往被迫高度簡化ERP的生產管理模塊，在過于理想的條件下才能實施，應用價值非常有限。實際上，各企業生產環境千差萬別，要求ERP的排產算法具有很強的適用性，然而，當前的ERP軟件的生產管理模塊還存在著較大差距，應用難度較高。若要解決這一問題，不但需要計劃與動態的訂單、設備、人員等相關聯，而且還要簡化計劃制定流程。
2 優化ERP生產管理模塊的對策
生產控制的目標是應用反饋控制原理校正偏差，使資源利用與生產計劃吻合。不僅工序間必須滿足邏輯關系，而且作業計劃必須滿足資源約束。高級計劃與調度技術（APS）實現了生產計劃與作業管理的融合，克服了ERP生產管理模塊柔性低的缺陷。
2.1 引入APS
APS可謂是供應鏈優化引擎，實時模擬所有資源能力，綜合考慮各種生產計劃影響因素，對于長期或短期計劃都具有可優化、可對比和可執行性。APS是基于供應鏈管理和約束理論的先進計劃與調度系統，吸收了大量數學模型、優化及模擬技術、智能優化算法。當改變出現時，APS考慮整個供應鏈，同時檢查能力約束、原料約束、運輸約束、資金約束等，對各種約束進行模擬分析，自動識別潛在瓶頸，提高資源綜合利用率，找出最佳解決方案，保證供應計劃實時有效。APS還能及時響應客戶要求，快速制訂同步計劃，提供精確交貨期，減少庫存，提高企業管理水平。AMR調查發現，APS投資收益率高達300％，稱APS是復雜商務環境下革命性的企業計劃工具。因而，高技術含量的APS正成為支持企業協同運作的主要手段，ERP與APS融合是未來發展方向。
2.2 實施ERP與MES系統集成
MES是根據APS的排程計劃執行人員、設備、物料的工作計劃，并實時反饋。APS是IT架構的核心，起決策支持作用，同時也是數據流必經之處，整合所有模塊。它直接影響所有模塊的流程，改變各部門的業務驅動方式。MES系統集成需要實現生產任務監控、限額發料、信息流的系統間傳遞。MES對生產過程實時監視、診斷和控制，實時排產，完成生產單元整合優化，對物料、能量、設備、資金，人力進行監測、分析、平衡、控制，實現從訂單下達到產品交付整個生產過程的優化管理。這種對狀態變化的迅速響應使得MES能夠減少無效活動，有效指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、提高物料的流通性，又能提高生產回報率，使整個企業有了一個自上而下無縫連接的信息平臺，自動執行計劃層制定的生產管理，從收集的實時數據中提取ERP系統所需的正確信息，使企業中需要相互聯系的各信息系統和以產品生產為紐帶的各部門緊密聯系、協作，使企業獲得最大的效益，從而解決了生產與計劃之間的“斷層”問題。ERP與MES系統的集成提高了生產管理的適應性，增加了底層生產過程的信息流動，提高了生產管理的實時性和靈活性，使企業內部信息傳遞順暢，對市場變化做出快速響應。
MES與PCS信息交互能保證產銷協同，而ERP的高級計劃系統和MES的作業調度模塊共同構成的產銷一體化計劃系統可保證ERP與MES之間計劃的銜接與協調。因此，ERP與MES的集成首先是信息的集成，其次才是功能的集成。MES還向底層控制系統發布生產指令控制及有關的生產線運行的各種參數等；即MES與PCS集成之后，MES即時在線監控車間各設備的運作情況。生產工藝管理也可以通過MES的產品產出和質量數據進行優化。
2.3 ERP/MES/APS/PCS的一體化集成模式
ERP/MES/APS/PCS集成，將數據信息從產品級取出，穿過操作控制級，送達管理級的連續信息流，能實現生產信息高度集成，帶來巨大經濟效益。集成模式見圖3。其優勢有：
圖3 基于ERP、MES系統集成的生產管理控制一體化
1）適應精益生產的需要。企業的資源是有限的，而每個企業的資源配置、瓶頸和使用情況都各不相同。而APS、MES能提供全面計劃資源約束及生產能力限制，并根據需要及時調整約束，產生動態目標計劃，其約束包括資源工時，物料，加工順序及自定義約束條件。APS技術以能力約束為計算依據，自動產生現在與將來的、可視的詳細計劃，不再以大規模生產模式下的無限能力模型作為計算依據，更能夠適應精益生產的需要。APS還能對延遲訂單進行準確管控。
2）靈活改變工序計劃編排。APS可以實時、動態地進行再調度，實現生產計劃的反復運算或對可選方案進行評估，直至得到可行的或基本上可獲利的計劃或進度表。由于這些系統通常不存在數據庫查詢和存取的問題，APS的反復運算可以很快完成。相對于傳統ERP的BOM模式下重新修改MPS、重新產生優先級計劃與能力計劃再調整方法，APS無論在靈活性，還是在時間性上都具有很大的優勢。
3）實現對中間品的細致管理。ERP、APS、MES為企業建立一種動態的生產工藝流程模型，緊密連接工序、資源與物料，易于確定中間品位置，能對中間品實施有效的細致管理。
4）提供用戶最需要的決策支持數據。APS基于企業實際能力進行實時生產調度，調度方法具有動態性和應急性，從而確保為ERP用戶提供最需要的決策支持數據。
5）具有計劃優化能力。APS、MES的生產管理技術通過優化算法，自動給出最優生產計劃以及相應的MRP，不像傳統的ERP—BOM模式在優先級計劃與能力計劃之間做手工調整，然后人工選出相對較優的計劃。因此，一體化集成模式降低了生產計劃對于人工確認、調整的依賴程度，弱化了計劃員能力對計劃質量的影響程度。它可以通過生產工藝路徑、訂單和能力等輸入信息自動生成一個優化的、符合實際的詳細生產計劃，并自主評估計劃的優劣性。
6）滿足企業成本管控需求。ERP、MES、APS、PCS系統問數據即時交互，使得管控人員及時準確發現采購、銷售、生產過程中的異常問題，有效地實施干預指導。
3 實證分析
為了驗證改進ERP的一體化集成模式對于制造業生產管理及車間管理所發揮的效用，選取某生產橡膠輪胎的K企業作為實證研究對象。
K企業原先的ERP編制計劃的應用比例僅占15％，源于系統產生的生產計劃過于理想化、不準確且脫離實際，缺失生產均衡性和預警性，由此產生的車間管理額外費用占總管理成本約30％，而總管理成本在產品成本中的占比為35％，因此，ERP的車間管理成本占產品成本的10.5％，甚至高于僅占產品成本10％的直接成本。再者，該企業ERP系統生產管理模塊的生產作業計劃編制未考慮零部件的優先級和關鍵性，導致原料供應均衡性差，輪胎裝配常常滯后，被迫依賴外協外購。延遲交貨率高達14％，外協外購比率高達53％。總之，ERP生產管理模塊的應變性差、尋優性差等缺陷已經表現得非常突出，亟待解決。
通過實施ERP與MES系統集成、引入ERP/MES/APS/PCS的一體化集成模式，取得了如下令人滿意的改進效果：
1）在制品及成品庫存量大幅減少，現金流量提升。ERP生產管理模塊的一體化集成模式使得車間月均庫存量由實施改進前的14 286件（2011年11月至2012年4月的半年時間）降低至實施改進后的12352件，降低30％，合計節省14余萬美元，趨勢圖如4所示。同時本次改進也為半實心胎提供了194m2的生產場地。
2）生產管理的底層功能增強。ERP生產管理的集成模式幫助生產部門管理人員獲取實時的設備及工人情況，如實反映車間動態產能，使得生成的車間作業計劃基本上與每日變化的實際需求相符，生產作業計劃的準確性、可行性有了顯著提高，生產現場管理能力增強。
圖4 ERP改進后車間庫存量對比圖
3）ERP與MES集成后，在生產作業計劃編制時考慮了零部件的優先級和關鍵性，提高了原料供應的均衡性與加工裝配的計劃性、可保障性，緊急或例外性外協外購比率降低為18％，改進程度高達66％。
4）需求預測準確度大幅提升，增強供需協調性。該企業生產部門使用“市場預測準確性跟蹤表”進行需求預測準確性跟蹤，并將跟蹤結果反饋給市場部，穩步提高市場預測的準確性。市場預測準確性由15％提升至60％。通過掌控準確的終端需求信息，得到更為準確的市場預測，從而更有效安排生產，增加生產柔性，能夠合理定制原材料采購計劃；按顧客要求進行生產改進及按時交貨，提高產品質量，延遲交貨率下降為6％，改善比例高達57％；同時大幅降低了預期外的短期產品需求導致的額外生產成本。
5）通過ERP生產管理模塊一體化集成模式的實施，加強了市場部與生產部的溝通，信息傳遞速度加快，提高供應鏈的柔性和持續改進能力，助推供應商、制造商與下游用戶之間的有效溝通以及發展長期合作的戰略關系，為各方長遠發展奠定堅實基礎，使該生產企業在激烈的橡膠輪胎市場競爭中保持穩定市場份額。
實例企業的驗證表明，ERP改進后的生產管控達到了預期效果，該方法可在MTO制造型企業廣泛試行。如何進一步提高市場需求預測的精度，將成為今后改進的新方向。
4 結束語
對于大多數的MTO企業，車間訂單的計劃與執行情況決定了生產物流的速度和效率，從而影響整個供應鏈運作的速度和質量。利用APS和MES等先進的企業生產管理模式和信息管理系統，優化企業車間生產管理和調度算法，改變企業傳統的生產管理模式來提高生產效率，降低庫存，加快交貨，進而快速響應市場需求，是提高企業競爭力的理想方法。構建ERP、SCM、MES、PCS四者的集成系統架構，可以在業務流程優化的基礎上，優化生產計劃、車間作業計劃及其執行控制，最終提高供應鏈的敏捷性。
需求拉動環境下，制造商應具備編制動態生產計劃的能力，生產過程、PDM、IT系統和基礎設施要無縫對接且實時運作。智能、協同、全局、集成是ERP的發展趨勢。無論APS，還是MES，都需要與ERP系統進行信息交互和共享。因此，企業實施生產信息化必須綜合考量供應鏈，通查各品牌ERP、APS與MES的特性，結合自身特點及管理目標做出理性選擇。
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