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APS已成為實現(xiàn)從長期的供應鏈設計和優(yōu)化到生產調度在內的整個生產過程的精確計算和全權掌控的核心，從而被譽為ERP精益化的核心、供應鏈優(yōu)化的引擎、MES系統(tǒng)的指揮棒，成為制造業(yè)實現(xiàn)精益化、柔性化和智能化生產的重要組成部分，得到越來越多的企業(yè)關注和認可。

“本文首發(fā)于2008年，作者——北京大學馬國鈞老師，來源于公眾號【Q管理】

ERP改變中國

兩年前，金蝶董事局主席徐少春撰寫了《ERP改變中國》。的確，這本書出版之前的幾年中，中國企業(yè)界開始認識并運用ERP（企業(yè)資源計劃）提高企業(yè)的管理水平。一時間，ERP似乎成了企業(yè)管理的代名詞。ORACLE、SAP、i2等一批外國品牌的ERP大舉進攻占領了中國的主要市場。

同時，ERP在企業(yè)的實際運作中開始出現(xiàn)了種種問題。“上ERP是找死，不上ERP是等死”，洋產品開始水土不服。

本來，這個現(xiàn)象并不是ERP本身的問題。任何企業(yè)信息化都要依照自身的基礎條件來實施。不能想象，當一個企業(yè)連物料都亂擺放，各種數(shù)據(jù)都不準確的情況下，ERP能夠發(fā)揮作用改變企業(yè)的管理水平。于是，ERP在企業(yè)實施中的切換和磨合期非常漫長，等全部就緒了，才發(fā)現(xiàn)，與企業(yè)實際管理的預期目標相差甚遠。ERP對于財務、進銷存、人事薪金管理功能非常好，但對于生產管理的功能幾乎為零。

其實，這完全錯怪了ERP。

ERP從最初的出現(xiàn)就不是針對生產管理的。它依據(jù)的管理原則是：清晰的現(xiàn)狀，未來可能的趨勢。它最大的貢獻在于企業(yè)現(xiàn)狀管理的信息透明、準確。因此，對于企業(yè)信息化的建設，ERP的基礎地位毋庸置疑，無可替代。關鍵的問題在于，我國企業(yè)的制度建設相對滯后，管理模式陳舊，所以中國企業(yè)ERP的實施，注定要在斗爭中進行。但這不是ERP本身的原因，而恰恰是企業(yè)的現(xiàn)實發(fā)展與ERP的革新管理思想不相適應的一面。

ERP對于生產管理的缺陷是天生的，它出生之初的目的就是為了上層管理者服務的。

ERP中的生產部分一般由如下幾大模塊構成：MPS（主生產計劃）、MRP （物料需求計劃）、MOM（生產訂單管理）、SFC（車間現(xiàn)場管理）。由于ERP是基于無限產能，并且是以訂單向后“推出”的計劃，所以無法給出生產詳細計劃準確交期詳細的排產安排以及物料需。ERP生產管理模塊（MPS、MRP、MOM、SFC）提供的就是一個非常粗略的計劃與生產過程數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計功能，無法滿足用戶實際的生產流程控制。必須一個計劃層和控制層之間的執(zhí)行環(huán)節(jié)。于是，生產管理的任務當然地由MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）來完成了。

承上啟下靠MES

MES(Manufacturing Execution System)制造執(zhí)行系統(tǒng)的理念起源于上個世紀90年代，MES軟件在最近若干年才逐漸成熟。MES是在公司的整個資源按其經(jīng)營目標進行管理時，為公司提供實現(xiàn)執(zhí)行目標的執(zhí)行手段，通過實時數(shù)據(jù)庫連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務計劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能。

近十多年來，中國通過863 CIMS項目應用的研究和推廣，大大提高了企業(yè)的競爭力，使中國的制造業(yè)水平上了一個嶄新的臺階。“十五”期間，國家863項目研究將MES作為重點研究課題，流程工業(yè)領域MES成為技術研究的突破口。

在離散型制造企業(yè)如何應用MES系統(tǒng)？在工廠底層自動化完善的車間或工廠，實施MES比較容易。但是目前中國制造企業(yè)底層自動化都不完善，通過自動化返回信息進行生產控制不可能一步到位，必須根據(jù)底層自動化水平的提高，局部完善。目前實施MES的實時生產信息必須有人工收集與輸入。要充分發(fā)揮執(zhí)行層MES的作用，必須加強底層（控制層）的基礎建設。

我們需要MES做些什么呢？

● 出現(xiàn)用戶產品投訴的時候，能否根據(jù)產品號碼追溯這批產品的所有生產過程信息？能否立即查明它的：原料供應商、操作機臺、操作人員、經(jīng)過的工序、生產時間日期和關鍵的工藝參數(shù)？

● 同一條生產線需要混合組裝多種型號產品的時候，能否防止工人部件裝配錯誤、產品生產流程錯誤、產品混裝？

● 過去12小時之內生產線上出現(xiàn)最多的5種產品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？

● 目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產品數(shù)量各是多少？要分別供應給哪些供應商？何時能夠及時交貨？

● 生產線和加工設備有多少時間在生產，多少時間在停轉和空轉？影響設備生產潛能的最主要原因是：設備故障？調度失誤？材料供應不及時？工人培訓不夠？還是工藝指標不合理？

● 能否對產品的質量檢測數(shù)據(jù)自動進行統(tǒng)計和分析，精確區(qū)分產品質量的隨機波動與異常波動，將質量隱患消滅于萌芽之中？

● 能否廢除人工報表，自動統(tǒng)計每個過程的生產數(shù)量、合格率和缺陷代碼？

這些就是需要MES解決的主要問題。

現(xiàn)代企業(yè)的目標是追求精益生產，也就是通過減少資源浪費以最小投入實現(xiàn)最大產出的生產理念以及以具有最優(yōu)質量和最低成本的產品，對市場需求做出最迅速的響應的理念。MES是實施精益生產必須的環(huán)境條件。為了達到精益生產，MES必須實時監(jiān)測、控制、統(tǒng)計、分析各個生產環(huán)節(jié)全部細節(jié)，這也是MES的主要功能。

計劃調度是精益生產的關鍵環(huán)節(jié)，很多MES的生產計劃調度模塊功能非常有限，不能有效化解，以至于很多企業(yè)不得不使用Excle表格去應付精確排產的重任。

首先是生產需求的隨機性，生產需求發(fā)生變化時，人工生產排程將十分困難；同時，當生產瓶頸無法預測時，人工排程很難操作，資源不得充分利用，訂單不能按期交付。尤其是，當小批量、多品種、工序復雜的離散型制造業(yè)企業(yè)矛盾極其突出。人們于是急切地轉向求助更加強有力的精益生產解決方案：APS。

提高效率和效益的利器APS

APS就是高級計劃排程。APS應該說本來是MES的一個模塊，也許是因為優(yōu)化排產太重要了，技術門檻太高了，才拿出來單獨作為一個功能軟件使用。APS要滿足資源約束，均衡生產過程中各種生產資源；要在不同的生產瓶頸階段給出最優(yōu)的生產排程計劃；要實現(xiàn)快速排程并對需求變化做出快速反應。

企業(yè)的難題：

● 訂單——企業(yè)是否滿足隨機的訂單需求？怎樣排產才能完成訂單？

● 產能——企業(yè)設計產能很高，就是產量上不去，機器、人員忙閑不均，生產成本居高不下。

● 調度——在排滿計劃的車間，調度指令牽一發(fā)而動全身，一個插單、一個工序，后面一連串的計劃都要調整。誰能預見未來的狀況？誰能做出快速準確判斷？誰能平衡計劃、生產、物流部門的矛盾？

● 庫存——怎樣在最小庫存的時候保證生產的需要和按時交貨？

企業(yè)調度天天都在均衡這些問題，但總是按下葫蘆浮起瓢。解決問題必須依賴計算機優(yōu)化排程。那么優(yōu)化的計劃排程和手工排程有多大的區(qū)別呢？

MESA的調查數(shù)據(jù)給出：

● 需求完成率（Demand Fulfil Rate)，提高20%

● 客戶滿意（Customer Satisfaction）提高

● 整個車間半成品庫存（WIP），減少30%

● 勞動力成本（Labor cost），減少10%

● 平均生產周期（Average Cycle Time），減少30%

● 機器利用率（Machine Utilization），增加20%

當前人民幣對外升值對內貶值、人工成本上升、企業(yè)利潤銳減。一些制造業(yè)企業(yè)已經(jīng)到了生死存亡的緊要關頭！從上面數(shù)據(jù)可以看出，企業(yè)為提高生產效率求助于APS已經(jīng)非常現(xiàn)實。

優(yōu)化排程難嗎？

不能小看僅僅是一個車間一個工廠的計劃排程問題，從學術上講，這是一個大系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題。

排程就是排序，就是先做什么，后做什么的問題。但是你可以這樣想象，從現(xiàn)在起，幾百大小設備、幾百人同時要做各種任務，怎樣才能在各種約束（設備能力、人員、時間、場地、物料等）條件下以及隨時可能發(fā)生變化（動態(tài)）的，實現(xiàn)多個目標（交貨期、設備有效使用率、最低成本等）？

舉一個簡單排序例子：假設計算機每秒可處理1,000,000序列，我們希望構建一個最優(yōu)調度系統(tǒng)，9個jobs可以不到一秒鐘就完成，11個則要一分鐘，如果給定20個jobs，找出最優(yōu)的排程則需要77147年！實際計劃調度問題會涉及上百臺設備，上千個訂單（jobs），可見大系統(tǒng)優(yōu)化排程問題非常復雜。當然，人們不會以窮舉的方法傻算的。

統(tǒng)籌學家、計算機專家們多年來一直在為解決大系統(tǒng)的優(yōu)化尋找一種快速方法。統(tǒng)籌法、啟發(fā)式、規(guī)則法、仿真法、遺傳基因法等等，這些算法對一些特定的需求都有各自的特點，有些“算得快”，但結果不是最優(yōu)解，有些收斂極慢不實用。甚至學術理論界都曾懷疑有沒有最優(yōu)解。直到前幾年，美國的一位應用數(shù)學家(LEYUAN SHI)發(fā)明了分割嵌套（NP）算法，證明生成馬克夫鏈，實現(xiàn)全局收斂，并可以給出離最優(yōu)解的置信區(qū)間。這成為解決大系統(tǒng)復雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的一條捷徑。

當前APS行業(yè)現(xiàn)狀

APS在流程企業(yè)有許多成功應用，特別是與MES模塊集成應用。流程業(yè)如鋼鐵，化工等計劃調度問題相對簡單，因此，優(yōu)化排程容易實施。

APS在離散制造業(yè)，由于排程問題的復雜性，幾乎目前所有的APS系統(tǒng)都采用規(guī)則或啟發(fā)式算法。規(guī)則法或啟發(fā)式算法最大優(yōu)點就是能快速得到一個可行的排程結果，但是無法保證最優(yōu)解，也無法量化排程結果。對于簡單的流程，較少的訂單，不論什么算法得到的結果相差無幾。復雜的排程問題，是否具有優(yōu)化功能其結果將有很大差異。

先進計劃排程（APS）的核心就是“先進”二字。否則只剩下計劃排程了。大量研究數(shù)據(jù)表明：由規(guī)則法或啟發(fā)式法得到的排程結果距離最優(yōu)排程可相差30％－150％。以最少延遲訂單為目標，優(yōu)化與否的APS在處理100個訂單時，可能總有30個在延遲交貨，日積月累，對企業(yè)是很大的損失。由于優(yōu)化算法技術門檻的限制，目前中國市場上絕大多數(shù)“APS”產品由于“算不出來”，不得不加入很多人工干預（例如：人為制定了很多規(guī)則，而這些規(guī)則本身可能就是不優(yōu)的）或者忽略一些問題。

從價格上來說，APS的價格從一兩萬元到一兩百萬。簡單算法的低端產品對于一些流程簡單的小型企業(yè)，從手工排產過渡到APS排產，應該說是一個進步，也起到了輔助的決策作用。很多企業(yè)的實際生產極其復雜。APS是企業(yè)管理軟件中技術含量最高的產品，APS的應用可以提高企業(yè)生產效率百分之幾到百分之幾十。從經(jīng)濟學的角度，真正具有優(yōu)化排程的APS的價格定位應該至少在幾十萬以上。這說明，中國的APS的市場和技術都不成熟。

企業(yè)需要什么樣的APS?

APS（先進計劃排程）是企業(yè)管理軟件，它具有高度智能的生產計劃調度功能，可以在多任務的復雜條件，并存在著諸多約束條件的生產流程中，最充分地利用企業(yè)的資源條件，找到最佳的調度排程結果。APS的核心是具有尋找最優(yōu)結果的優(yōu)化運算引擎。

在實際生產中，離散型的工業(yè)企業(yè)（小批量，多品種，訂單變化大），任務、資源復雜，約束條件很多，工序流程復雜，并且完全是一個動態(tài)的過程。企業(yè)需要的就是在可以容忍的時間內（例如10分鐘）排出一個最優(yōu)化的調度計劃。并且這個排程計劃的優(yōu)化程度是可以判斷和量化的，同時還可以預測對今后的影響（比如可以看到三個月后的情況）。

APS不僅僅具有強大的排程運算功能，還應該可以把專家領域知識量化，自動加入到計算機優(yōu)化排程中，使得排程更加智能化，更快更好的得到最佳的排程結果。

APS必須有很強的適應性。企業(yè)的實際經(jīng)營運作在不同的時間可能會遇到不同的要求，例如，有時會要求最短交貨期，有時會要求最佳的設備使用率，有時會要求最少庫存，有時會遇到緊急插單，APS必須很方便的根據(jù)企業(yè)的需求，滿足企業(yè)不同時期的需求。

APS的人機界面必須要符合企業(yè)調度人員的思維模式和排程習慣。讓人經(jīng)過極其復雜的培訓，去適應計算機的要求，是企業(yè)使用人員不能接受的。

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