智能制造需要真正的自反馈计划执行闭环系统 - 数控行业

◎ 文/ APSS高级计划与排程协会会长蔡颖

蔡颖 | CAIYING

APSS高级计划与排程协会会长

主要专业/研究领域：ERP企业资源计划、APS高级计划与排程、精益生产与信息化、供应链管理、TOC约束理论及企业信息化。著有《APS-走向实践》、《ERP高级计划-APS供应链优化引擎》、《精益实践与信息化》等专著。具有三十多年以上资深的生产制造，物料计划，工业工程，成本控制的管理实践经验。曾在各种类型的企业从事生产管理。主持和参与实施过近百个企业的信息化与精益项目。

20世纪初，法尔尔为企业划分了各种主要活动即计划、组织、指挥、协调、控制，而著名的戴明环表明任何做一件事情都应该遵循PDCA循环，即计划、执行、检查、行动的循环。而作为一个系统的重要标志是自反馈闭环，这样，系统才能自动纠错、学习、进化并预测未来。

所谓系统就是各种闭环反馈过程的组合，是所有生物和人类行为的基础，从缓慢的生物进化到先进的卫星发射。任何系统均离不开闭环反馈控制系统。需求预测与实际供应、计划与排产、排产与执行、订单承诺与订单履约这四大环路能否实现自动闭环反馈，体现了这个运作体系是否是真正的“系统”。

ERP的MRPII计划系统

早期企业用OPQ(Order Point Quantity)管理订货点库存或最小最大库存。低于这个点就订货。这种方法简单易用，但它没考虑物料与物料之间的相关性性，每个物料都是独立需求，易造成库存积压，可能仍然缺货，物料不配套。

要解决这个问题，形成了物料需求计划MRP（Material Requirement Planning ）和BOM(Bill of Material)物料清单的理论。即独立需求量乘上单件BOM用量(相关需求)减去可用量（现有量+在订量+在检量-已分配量），得到净需要量。这样就解决了订货点OPQ的缺陷，解决了应该买什么？生产什么？

生产BOM的多层性，反映了生产过程，但多层物料之间通过BOM的最高层物料的交期和预设固定提前期倒算计算出物料何时买？何时生产？

这虽然解决了物料配套和大概的提前期问题，但是，仅仅考虑物料之间相关性，但没有考虑采购提前期落在已过的日期约束。最大的问题没有考虑产能约束。导致生产计划和采购计划不可行。

要解决这些问题，引入了闭环的MRP（Closed loop MRP )，即通过平衡BP（Business Planning ,考虑资源需求计划RP,(Resource Planning)。MPS（Master Production Schedule）主生产排程，考虑粗略产能（RCCP，Rough Cut Capacity Planning ）,确定了MPS，再计算MRP物料需求，再分析工作中心WC（Work Center）的详细能力计划CRP, (Capacity Requirement Planning)。如果不可行，人工分析后，人工调整MPS和生产订单Manufacturing Order）和采购订单PO（Purchase Order），以匹配现实。

闭环的MRP再加上财务集成，就形成了制造资源计划MRPII（Manufacture Resource Planning）。但是，企业不仅仅是制造资源，还有其它资源如人力资源等，甚至包括供应商和合作伙伴，这就形成了著名的ERP（Enterprise Resource Planning）企业资源计划和扩展的ERP。如图：

可惜的是国内外ERP软件厂商均保留了Closed loop MRP 技术作为ERP的核心计划，导致ERP在计划、生产、车间上均告失败。

MRP错误的最主要原因：固定提前期、无产能、物料约束、BOM里没有工序、在制品。如下图：

以上这个流程BP/RP/MPS/RCCP/MRP/CRP只是“看上去很美”，但是，如果能力不够，需要人工多次重复计划调整平衡工作负荷和资源能力，通过多层供应链传播，会延误实时的计划排产。不能自动反馈闭环，尤其是在多品种、小批量的按单生产MTO环境下，更显无力。

MES系统

(Manufacture Executive System)

早期车间管理用SFC（Shop Floor Control ）车间控制，管理工作中心WC（Work Center）并下达派工单，主要靠手工汇报进度、工时、损耗。

随着制造精益化，制造数字化，形成了MES制造执行系统，它包含了11个模块：

1、工序详细调度。
2、作业人员管理。
3、生产单元分配。
4、资源状态管理。
5、产品跟踪管理。
6、质量管理。
7、文档图纸管理。
8、设备维护管理。
9、设备性能分析。
10、车间数据采集。
11、制造过程管理。

MES是被安装在车间终端上，是采集数据的重要工具。其目的包括：即时采集现场生产数据并反馈给计划排产系统，汇报生产中的异常情况，采集生产相关质量数据，自动采集自动化设备数据，数控设备数据传输与控制。如下图：

随着物联技术的发展，数据可以条码、RFID采集，也可以自动采集DCS和PLC,采用工业大数据分析，及时的智能调度优化车间排产，来满足按单定制C2M（Customer to Manufacture）的新模式。

但是，MES和计划、销售订单还是靠手工闭环，也难以考虑长期的能力计划，没有考虑非生产因素的排程与执行，不能协同整个企业供应链的协同，无法处理订单交期承诺（考虑能力计划与物料计划等资源同步约束）。所以，为了解决MES视角偏低的问题，业界把MES执行系统提升到MOM运作层面，并把APS放到最高层来。

APS系统

（Advanced Planning and Scheduling ）

为了解决MRP计划无约束的缺陷，又结合了精益的混排拉式计划，提出具有约束的、多目标优化的高级计划系统APS或高级计划与排程系统，同时，集成MES制造执行系统，通过资源约束（机器、人员、物料、工装等），规则优化算法、数学优化算法或模拟仿真等高级技术，产生高效优化的计划与排产。如下图：

它以需求导向的计划体系，在需求管理里，建立多个销售预测模型，通过历史数据的匹配做出最佳基准预测，并考虑其它权重变量、多部门协同交互形成多频率滚动预测，可以日、周、月、季、年滚动需求计划DP（Demand Planning）,减去分销中的可用量库存得到工厂所需净需求计划。

考虑长远的战略需求与供应的平衡，用S&OP（Sale and Operation Planning ）销售运作计划流程与方法，站在企业战略供应链视角来平衡需求计划、库存计划、生产计划、采购计划、新产品计划、财务计划并供应商协同。

较近期的用具有约束的、产销平衡后的主计划MP(Master Planning)来分解物料计划，与供应商协同产生采购计划和供应商承诺。

每天处理实际订单，并根据订单的优先级或订单规则优化、考虑各种约束瓶颈进行倒排程和正排计算出合理的订单承诺并产生订单计划。

日订单计划拉动JIT/JIS(Just in Time/Just in Sequence)精益采购和各个车间的规则优化的详细工序设备排产，并与MES车间执行系统联动，实时监控计划排产进度，随时处理意外情况，并智能调度满足订单的准时交货，减少订单延迟率。

这是个真正的系统，它可以实现四个闭环有机的融合、互相影响、快速灵活的满足客户变化的需求。如下图：

◉ 需求协同补货闭环

实现预测驱动供应补货到响应实际订单的采购补货的预测闭环，并更新预测再传递到需求计划。

◉ 计划与排程闭环

实现从预测分析到需求计划、主计划和订单排程的动态闭环。

◉ 排程与执行闭环

实现按订单排程与实际订单生产进度的闭环跟踪，并调整主计划和生产订单来履约销售订单。

◉ 履约执行闭环

实现了从销售订单承诺、物料的供应、生产的完成到执行发运、运输给客户的闭环。

总之，这四个闭环，环环相扣，有机相连，最终实际发运会反馈到最开始的需求预测，其中心点是订单承诺和订单履约。

结论

智能的数字化系统给企业以新的视野,不管企业是否意识到这一点。而制造企业的信息化转型数字化与智能化需要一个真正的系统，其系统应该是自动闭环反馈的：

01需求预测和供应采购闭环

02计划与排产闭环

03排产与执行闭环

04订单承诺与订单履约发货运输闭环

当然，大型企业与中小型企业的计划系统是有一定的区别，如下图。因为大型企业船大难掉头，所以侧重点在需求计划与销售与运作计划与集团企业的多组织网络计划，以利于获得较稳定的均衡生产。而中小型企业船小好掉头，所以侧重订单主计划与排程上，以利于获得较柔性的适应生产。但大型企业与中小型企业在制造运作的难度上也不一定是线性的，也可能中小型企业可能比大型企业更复杂。

只有自动闭环反馈才能迭代、学习、进化形成有机的智能系统。智能制造的计划系统应该是一种适应快速变化而设计的、能够学习、进化、自我快速改变的智能指挥系统，这样智能制造才有系统支撑，为实现工业4.0与中国制造2025的夯实基础。