改进生产管理的新途径—与 MES、APS 对比

lihuolin958

一、不确定性带来的问题 MRPⅡ给生产管理带来了革命性的变化。但是，从 MRP 诞生起，能力与负荷之间不平衡的阴云，始终挥之 不去。像一架飞机要在凹凸不平的跑道上着陆，就是落不下来。 这种不平衡，本质上是因为数量和时间因素造成的，关键是时间不确定性。原因在于任务的实际用时事 先无法准确预料。当现场出现多任务交错、重叠和并行的情况，由于实际用时波动，这样计划的时间进程是 难以落实。严重的是，由于生产的前后接续关系（特别是离散生产），随着预定的时点不断落空，计划将像 多米诺骨牌轰然倒塌。转而依靠人工调度，又不可能周到迅速地考虑全局，如成本、质量、交货时间、库存 等，看得见的结果就是在制品多，交期延误等。 尽管 BOM 完善了 MRP 中数量逻辑，但是数量只有在合理时间内才有实际意义，在计划中就表现为"有限能 力与负荷"的平衡问题。对此，MRPⅡ的处理逻辑是将加工任务与执行设备在时间坐标中一一对应，既"在规定 的时间内完成确定的任务量"，加工时间由工时定额来定。另外，在各个计划时段之间没有间隙，对意外事件 没有留出回旋余地。显然，这样的平衡策略，在理论上并没有解决不确定性造成的冲击。不确定性影响来自 企业内部、外部，是必然现象。 面对不确定性的影响，不断出现各种方法来弥补、完善 MRPⅡ。更有意义的是，能力与负荷不平衡的现 象，促使我们思考调试这种冲突的策略---"以确定性管理模式来实现准确目标（不管是最优还是次优）"同" 不确定性"间冲突。

二、三种解决对策

1、APS： 对策：引入更多的约束条件，使做计划的方法更准确。当计划与实际的偏差大到一定限度后，针对瓶颈 资源重新计算排计划。 作为面向生产的计划控制系统，APS 在安排任务时，关注焦点放在瓶颈资源上。任务在非瓶颈资源上占 用时间采用固定的提前期，认为它不会有等待时间。而（潜在）瓶颈资源处的则由 APS 给出变动的提前期。 为此，APS 先行整理出备查的所有规则及需求约束，在已经建起的模型上，进行运算与逻辑判断，按时段检 查资源的能力，看其能否在规定的时间段内完成一组订单任务。这里继续沿用任务与设施一对一的思路，实 现所有任务用时最短和设备闲置时间最短。 由于假定计划所用数据是已知的，也即决策状况是确定性的。但实际偏差出现是不可避免的，为了处理 不确定性，APS 根据偏差是否足够大，决定何时重排计划。因此，APS 需要读取实际生产回报数据，以方便计 划重排。 它没有回避这样的思想：期望计划适度稳定，既资源和任务不要受到不期望事件的影响（如定单数量改 变或中断）；如果有变化，希望在问题发生之前预先拟妥对策。

2、MES 对策：采集实时数据，使计划的依据更准确。

作为面向生产运作的系统，首先，MES 可以看作是整个生产管理系统中的一个通讯工具。它在计划层 （ERP/MRPⅡ）和工作中心层（DCS、PLC、NC/CNC）之间传递数据，收集整理的数据不仅包括了每台设备、每 个工序和每个操作人员，还包括过程状态，反映现场变化情况。当生产过程中发生意外和偏离时，可以及时 反应、报告，并根据现状给出提示和处理。 其次，它承担了短期的细致计划、调度功能。MES 根据上层计划和实时数据，随时处理不确定性情况。 计划和调整能从车间层到工作中心层，分级制定作业计划，直至为每台设备或操作人员按天（班）分派任务。 在编制作业计划时，按照相关的优先级、属性、特征以及配方等（根据事先规定的规则、模型），确定优化 的作业顺序，使效率和效益最好。此处也是沿用了任务与设施一对一的思路。 再次，利用数据收集整理强的特点，MES 还可以在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的相 关信息，如任务跟踪、追溯等。这些对生产控制十分有用。 它的思路体现了：MES 作用是基于实时数据而不是状态确定性；优化是面对制造过程中所有的工作中心 （组），并不局限于瓶颈资源；明显依赖设施自动化软硬件系统，而这种系统往往是昂贵的。一般在化工生 产中物料是通过管道传送，使用了 DCS 可以提供计算机可以直接用实时数据。而在离散生产中，仅靠 CNC 是 不够的，一般它没有覆盖物料传送。在电子组装生产中，有 CIM 系统，如 ABH 加传送装置，这套东西价格与 全套贴片机、插件机相等或略低；可在数控机床加普通机床系统（国内这种情况常见）中就要贵得多的多。

3、时间分析，逐步改进 对策：引入缓冲机制，承认不确定性。利用偏差，消灭偏差，逐步改进。 作为面向生产运作和逐步改进的系统，一方面运用缓冲机制，确保生产正常运行；一方面利用过程结果， 通过诊断控制方法分析暴露出的缺陷，逐步缩小内在不确定性对运作环境的影响。 缓冲机制是由输入输出平衡的计划方法和负荷帐户等组成。在负荷帐户中，通过检查负荷帐户的是否从 负荷限溢出，来确定输入输出量是否达到了计划平衡。执行结果的偏差（没完成的任务），继续留在负荷帐 户中，并保留顺序序列。这样没完成的任务就不用重新排序，计划时点落空的影响大为降低。这使得为处理 不确定性，留下足够的回旋余地，也避免了一一对应的模式。 诊断控制起到两个作用。一是利用结果所分析出的统计规律，修正"负荷限"等计划参数（注意：等待时 间往往占总生产时间的八成）。二是将结果分类，查找引起偏差的原因并设法解决。此处，生产-供应链及其 过程结果将提供有关该生产系统的知识。而且测量过程结果，可以大大避免不确定性测量的困难。 这样的对策体现了：首先承认不确定性造成的不良后果，利用偏差，消灭偏差；通过计划压缩生产周期， 暴露问题，再进行新一轮改进。而不是直接瞄准最优、次优目标。但"查找引起偏差的原因"需要相当的功力。 以上描述的三种方式，详细内容请看 EWORKS 中的相关文章。 三、几点思考 结构化特点强与不确定性： 生产管理活动中的不确定性，源于需要的信息和能掌握的信息不对等。比如在计划和执行中，任务完成 时间最多只能知道一个范围，但每个值出现的概率事先难以知道。于是任务的不确定性经过交错、重叠和并 行进行的生产过程，最终被波动进一步被放大。另外，订单变化也会打乱正常的生产秩序。 但生产又有其特殊之处，它是由产品、设施、工艺、和组织、质量、成本、订单等因素确定，在严谨的 逻辑限制下运行，虽有各种干扰、人出的差错，可生产过程却不能随意。或者说，不能试错，生产中采取的 各种决策其后果，理论上是明确可知的。实际中由于对规律认识不清和条件限制，才会付出多余的代价。 此处把关注焦点放在内部控制上，面对"不确定性"和"不能随意"的矛盾，有两种思路：

1，如果将不确定性看作是内部控制的缺失，希望通过更为精细精确的结构化技术来弥补缺失，在认识上 就值得商榷。APS 如果仅仅依靠模型、算法来完善计划控制管理，就像设计者用预设来适应形形色色的情况。 在信息化背景下，时间对生产影响（特别是离散型）还有许多未知数，循确定性思维做的决策必然带来执行 中的偏差。实时数据作为模型的输入，如果 MES 模型本身有局限或者没有反馈环节（流程型生产过程中可以 做数据误差校正，但在离散型生产过程中难以做到），则模型给出的指示本身就有偏差。不确定性的测度并 没有可靠方法，这也给模型、算法的应用带来了限制。

2，设计一种环境来消解不确定性的影响。从概念上说，不确定性等因素在过程中造成的浪费有无限潜力 可挖，需要从多方面进行改进。在实践上，建立一种制度：根据以前的知识，推敲下一阶段的计划，并解决 能解决的问题（计划目标的合理优化）；而暂时解决不了的问题及其后果，必须承认其存在，妥善安排其归 宿（问题没有脱离计划的视野）。这样，放弃了追求准确性，也回避了不确定性难以度量的困难，转而通过 不断克服问题，消解内在的不确定性影响。结构化强的特点，为克服生产问题提供了得天独厚的条件，可以 从结果中分析原因，把握规律。 一步到位还是逐步改进：

1，试想生产秩序。如果认为秩序仅仅是"计划的结果"，似乎是管理活动本来就有计划、组织、控制的内 容。但许多实际问题不是计划所能预设的，为了让生产流转，会有许多的现场微调，它们有着浓重的"随机应 变"色彩。这样又明显表现出"行动的结果"特征。事实上在生产管理中，这两种方式是相辅相成相伴。"计划" 弥补了"行动"可能在知识上的"无知"，"行动"弥补了"计划"可能的"照顾不周"。 生产正常的企业，用管理信息系统之前也有一套完备的运作体系，只是付出的额外代价（效率和效益） 多少不等。之后，运作体系变了，并且这种转变往往要求一步到位或者整体到位。那么改后真能提高效率和 效益吗？从企业上 ERP 的情况看，普遍存在计划跑不好的问题。因而，由于时间控制不好造成的效率和效益 的损失并没有拿到，像原材料、成品库存的压缩也没有到位。细想"零库存"哲理，只有在"时间和数量"双因 素支持下才有可能实现。

2，从传统管理向数字化管理转化，是为了适应产品生命周期缩短、不确定因素增加、全球化/合作制造 （敏捷制造…）等条件下的竞争，时间控制的方法和效果无疑更加重要。而在 MRP、APS、MES 中，模型化的 计划控制、一一对应式的能力与负荷的平衡方式，给出的是确定性指示。但指示生成的机理中并没有融合" 随机应变"色彩浓重的"行动的结果"。另外，采用数字化的系统后，多重两难选择问题立刻凸现出来，减少等 待和减少机器空闲、保证交期和承诺交期，等等。在时间控制中，这些因素互相牵制。毋庸讳言，与时间控 制有关的一些内在的、非线性的关系等并没有为人们所掌握。 面对计划预定的时点落空等具体情况，跳出"给确定性指示"的习惯思维，建立一种柔性化方式。如果用 模型化的方式，计划参数（如提前期）准确设定很难。而用柔性化方式，可以被动适应不确定性，更重要是 可以主动制造变化，寻求更好的途径。方法在"时间分析，逐步改进"中已经有简单陈述，但这个过程不能一 蹴而就，而需逐步完善。

3，在制度变迁中，显然存在着结构和路径依赖。结构因素涉及新系统需要的投资。企业在上管理信息系 统之前，需要根据自身特点，做总体规划。比照成功企业的实践很少有成功的，切忌跟风。上述三种解决策 略中，MES 的投资最高。另外，结构因素还涉及生产-供应链。生产-供应链有生命周期，随着内外环境的变 化，生产-供应链也要随着更新。计划控制是生产-供应链内的功能之一。 总之，生产管理变革中，"慢工出细活"要比"快刀斩乱麻"好。

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