基于ERP与APS集成模型的协同供应链计划研究

在当前的竞争环境下，市场的竞争已经由企业之间的竞争转变为供应链(网)之间的竞争。面对日益复杂的竞争环境：客户个性化服务意识的增强，需求的不确定性等，供应链实体企业之间实现系统集成和业务协同的愿望也越来越强烈。协同供应链已经成为当前供应链管理发展的必然趋势，供应链中的节点企业只有通过信息共享、相互合作、制定共同的战略计划和对市场需求的变换做出快速反应，提高整条供应链的效率，才能保证供应链中的企业在复杂激烈的市场竞争中得以生存。协同供应链计划的制定和有效实施是供应链管理的关键步骤，但由于企业资源计划(enterpriseresourcesplanning，ERP)本身的局限性，ERP系统计划模型已经不能适应企业信息化集成的需求。而高级计划排程(advancedplanningandscheduling，APS)系统是一种在资源约束前提下的优化技术，即可用于单个企业内部的短期的计划与排产，又可用于在已知条件下的长期预测和在企业间进行计划，成为改进和优化企业供应链管理的有力工具。同时，APS的计划系统能够实现基于约束的计划功能以及模拟功能，弥补了ERP计划模块的不足，但APS的运行需要大量的数据作为支撑，无法独立运行，因此，其与ERP的集成就显得非常重要。APS计划与ERP系统集成的方式，可以优化ERP的计划，同时又不必影响到ERP其他成熟的商业流程，故ERP与APS的集成方式已经成为供应链企业实现供应链协同计划的研究热点。1ERP与APS集成的相关问题研究1.1ERP计划功能的不足ERP在继承制造资源计划(manufacturingresourcesplanning，MRPII)的功能实现企业内部信息集成的基础上，拓展了企业与上下游相关企业的供应链外部的集成，但其在计划模块上的核心仍然是采用MRPII编制计划的方法，在各类基础数据和系统参数设置完整、正确的前提下进行日常业务，这些业务主要包括：①工作计划生产基本数据管理，如物料清单(billofmaterial，BOM)、工艺路线、物料替代、工厂日历等数据的管理；②主生产计划(masterproduetionschelule，MPS)的计算、粗能力平衡计算、物料需求计划(materialrequirementplanning，MRP)以及(细)能力平衡计算。这种计算方法得出的生产计划排产只能应用于相对平稳的生产条件下，存在以下几点不足：①MRP的概念仅限于生产和采购领域，没有进行最优化，在大多数情况下，MRP甚至没有目标函数，而且它是按顺序进行的规划系统；②仅仅根据交付周期或日期来安排生产的优先次序；③MRP生产排产工作都是在假定无限能力的前提下进行的，虽然ERP系统在做生产计划时考虑了能力资源的约束，但仍旧是一种串行过程的校验处理，始终没有实质性的改变；④重复计划过程要花费相当多的时间，而相关计划的更改十分困难；⑤ERP虽然增强了与客户与供应商的联系，但其计划部门只能针对企业内部。由于ERP系统的以上特点，使得ERP生产计划的准确性以及对计划变动的反应能力有限，并导致了供应链上企业在计划协同方面的不足，ERP系统的计划模块已经不再适应企业发展的需要。直至20世纪90年代中期，寻求克服ERP缺点的努力才开始有了成果，这就是APS的出现。1.2APS系统的特点APS是供应链管理软件中的一种优化决策辅助系统，它是基于约束理论、采用多种数学解析优化算法以及常驻内存运行的交互式计算机系统。APS不是ERP的替代品，而是对现有ERP技术的补充，APS的主要优势在于具有实现基于约束计划与排产的功能，其本身在制定计划的实现过程中与ERP系统相比有如下优越性：①整体规划整个供应链，包括企业的供应商和其客户，甚至可以包括整个企业网络；②可实现真正的最优化，即APS能合理确定不同规划问题的可选方案、目标和约束条件，并使用最优化规划方法；③采用基于内存的计算结构，这种计算处理可以持续进行计算，彻底改变了批处理的计算模式，提高了运行速度；④采用并发模式考虑所有供应链约束条件，当数据发生改变的时候，APS就会同时检查能力约束、原料约束、需求约束、运输约束和资金约束，保证供应链计划在任何时候都有效。通过ERP与APS的集成，充分利用2个系统的优点，不但可以实现对整个供应链进行长期系统的网络规划，而且可以充分利用ERP系统的数据信息源，以及APS系统复杂而成熟的算法模型，为企业制定更加准确高效的排程计划，最终为协同供应链制定实时、灵活、准确的计划。1.3ERP与APS集成的难点及措施ERP与APS能在供应链的集成和协同过程中发挥各自的优势，集成两者已经成为一种趋势。然而，在集成的过程中仍有许多难点需要解决。(1)ERP如何为APS提供数据源信息站在APS的角度分析，目前的系统不够大，独立获取信息的能力有限，虽然APS具备成熟的算法和仿真技术，但缺少数据信息的来源，很难独立完成某项运算。ERP软件被定义为制造业企业事务处理的中枢，它将企业的各种业务功能，如人力资源、财务、计划、制造、会计和分销等链接到一个共同的系统中，使企业业务流程流畅和事务处理工作自动化。这种定位实际是在强调ERP作为供应链管理软件集成和数据源的重要性，故ERP可以为APS的运行提供大量的基础数据作为支撑。比如在APS中的可供定货量的计算，就必须与工作定单管理、库存、BoM、工艺路线和采购系统相连接；APS进行计划模拟时，必须与ERP的车间管理、能力数据做实时的交互，单独使用APS会是不完善的，最终会导致系统崩溃。(2)如何解决ERP与APS的数据结构定义冲突的问题由于ERP与APS属于2个独立的系统，且设计理念不同，使APS的数据结构定义与ERP的原始数据定义存在差异，所以在APS从ERP提取数据以及向ERP导人数据的过程中都会出现排他性。在集成的过程中，必须对两者的数据结构进行仔细的修改。APS与ERP数据集成的范围很广，集成的重点应该放在为APS提供实时、准确和灵活的数据。(3)如何实现业务流程的并行化验证过程在ERP与APS实现业务流程集成的过程中，需要克服ERP本身串行化业务流程的弊端，通过与APS的集成，实现了业务流程由串行化验证到并行交互验证的转化。ERP系统在做生产计划时考虑的能力资源的约束是一种串行过程的校验处理，会导致计划系统的效率低和灵活性差的特点。并行交互验证的优点是克服了串行化调整的弱点，实现了排场数据的反复模拟验证。2ERP与APS的集成框架模型2.1ERP与APS集成模型的理论依据面对ERP与APS集成的迫切需要，ERP供应商应建立自己的APS模块，形成APS与ERP的无缝集成是最好的解决方案口]，但由于这种开发方式需要大量的投资，并且会消耗大量的时间，只有少数国外有实力的ERP供应商才能够采取这种策略。APS系统最终可能会融入到ERP系统中，但针对国内企业目前的发展状况，研究如何实现现有的ERP系统和APS软件功能模块的集成是现代企业解决供应链协同问题，以及计划的高效、实时和最优化问题的合理解决途径。本文中的ERP与APS集成模型，借鉴了供应链计划矩阵(supplychainplanningmatrix，SCPM)的思想，见图1。供应链计划矩阵将整体规划任务分为“规划期”和“供应链流程”2个方面。其中规划期把协同供应链计划的制定过程分成3个层次，即长期、中期和短期，并分解成若干规划模块，然后分配给不同的计划层，每一层级都包括供应链的4个环节：采购、生产、配送和销售，但各层级的任务各不相同。在供应链计划矩阵中，各模块由垂直和水平的信息流联系起来，高一层的规划模块将设定次一层规划的约束条件，后者的执行结果成为向上一层反馈的信息。供应链计划矩阵是真正能够综合“供应链整体规划”以及“实现最优化”2个方面优点的体系，故可以利用供应链计划矩阵定位大多数的APS与ERP模块，并通过模块之间的有效数据信息的沟通，使其紧密联系，从而APS与ERP有效集成，最终实现供应链协同计划的制定。图1供应链计划矩阵2.2ERP与APS的集成模型研究本文对ERP与APS两者的集成方式主要是各个层次模块之间的集成以及业务流程上的集成。APS由若干软件模块组成，主要包括供应链战略网络计划、供应链计划、需求计划与预测、制造计划、操作计划、分销计划、车间作业排产和运输计划等功能模块，每个软件模块一般可以执行某项特定的计划任务。APS模块同时具有强大的协调功能(即数据流的结构和规划任务的单元)是为不同计划水平和每个供应链实体实现一致计划的先决条件。APS的数据基础需要不断的更新，而主要数据的变化是在ERP系统上发生的。为实现ERP与APS的集成，并最终为协2.2.1长期计划屡的嘉成枉架研究根据供应链计划矩阵，长期计划层次的决策被称为“战略决策”，其决定了供应链未来发同供应链网络制定统一高效的计划，本文把协同供应链分解成各个网络成员的内部供应链，且每一个内部供应链都包括4个主要的供应链流程，即采购、生产、配送和销售。供应链协同计划将包含这4个流程，因此，APS与ERP的集成首先要从内部供应链出发，而内部供应链计划的制定要以整个供应链(网)共同的战略目标作为指导和约束。基于供应链计划矩阵的理论基础，以及上面的集成思想，本文提出了ERP与APS集成模型，如图2所示。供应链协同计划要求从全局的角度去制定计划，本文的供应链协同计划由APS与ERP的集成模块共同实现供应链的长期、中期和短期计划的结合。供应链战略网络计划模块主要决定了供应链的设计和结构，包括4个主要的长期计划，即供应商的选择和合同、工厂选择、配送结构和产品战略销售计划。APS的战略网络计划模块可使用线性规划法(1inearprogramming，LP)，应用线性约束理论解决供应链中的战略性问题，如需要多少工厂，多少分销中心，以及怎么设置它们的位置，选择怎样的供应商等。协同供应链共同的目标和愿景为这个模块制定了结构框架。而这个框架决定了供应链的设计与客户之间基本物料的流动，以及中期计划里面的供应链计划模块的结构。而APS的供应链计划模块将为战略网络计划模块提供模拟的主计划，为生产能力的提高提供了有用的线索。2.2.2中期的集成框架研究APS从ERP系统里调用分销商往年的销售信息，通过销售代表的报告、市场研究数据等，对客户的需求进行预测并把数据的结构传送到APS的需求计划与预测模块。该模块结合ERP的订单输入模块提供的实际需求信息，并通过APS的运算法则得到预测信息，最终把预测信息反馈到APS的供应链计划模块以及ERP的MPS模块。供应链计划模块结合结构限制以及预测信息为MPS提供生产的瓶颈约束条件。MPS模块把企业的战略目标、供应链计划大纲等宏观计划转化为生产作业与采购作业等微观作业计划，并把结果传递给MRP模块。MRP根据得到的MPS、产品结构、工艺路线和批量政策等特征，结合ERP系统提供的BOM与库存信息，把产品分解成具体操作的零部件的生产作业计划和原材料、外购件的采购作业计划。APS系统的制造计划模块通过制造订单实现与MRP的交互，两者综合考虑了BOM、库存状况以及采购进程等数据，利用APS的运算法则，反复论证，得出将要生产排产的生产任务单以及采购任务单。此时的生产任务单主要包括的是要加工什么、加工多少以及什么时段完成等信息，采购任务单则包括需要什么、需要多少及需求日期等信息；这些信息将分别提供给短期计划里的生产排产计划模块和采购计划模块。2.2.3短期排程屡的秦成枉架研究ERP的采购计划模块在得到MRP的采购任务单后，根据供应链的环境特点，制定有关采购作业活动详细的时间安排。采购控制模块则通过设置与采购作业相关的参数，将采购物料的数量和质量控制在预定范围内。采购计划模块和采购控制模块同属于采购管理，而采购管理活动的深入、细化和扩展的结果，是形成ERP系统与其他供应链系统(包括APS)的有效集成的关键，也是供应链(网)实现协同的关键环节。制作的采购订单将发给上一级供应商。APS的生产排产计划模块用来解决实际加工过程中具体到工序、怎么加工、加工地点以及加工时间等信息，从而实现车间任务