基于業(yè)務(wù)規(guī)則的面向訂單生產(chǎn)的計劃管理模型研究

［摘 要］ 目前廣泛采用的計劃排產(chǎn)系統(tǒng)ERP和APS在計劃柔性上仍存在一些問題，固化的約束分析模型很難適應(yīng)企業(yè)多元化和易變的需求，尤其是企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則的變化。為了適應(yīng)這種變化，筆者引入規(guī)則引擎，建立了基于業(yè)務(wù)規(guī)則的MTO訂單計劃管理模型，該模型既保留了APS約束資源優(yōu)化、層次性計劃體系等優(yōu)點(diǎn)，同時又克服了傳統(tǒng)APS適應(yīng)性不強(qiáng)、柔性不足的缺點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］ 高級計劃與排程；企業(yè)資源計劃系統(tǒng)；業(yè)務(wù)規(guī)則；面向訂單生產(chǎn)；計劃管理模型

［中圖分類號］F270.7［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1673-0194（2008）21-0068-03

一、 引 言

面向訂單生產(chǎn)（Make to Order，MTO）方式，就是按照客戶訂單以及銷售合同來組織安排生產(chǎn)，在離散型制造企業(yè)，一般采用雙層主計劃的方式，即先作半成品的計劃，訂單確定后，再組織進(jìn)行按訂單裝配生產(chǎn)，MTO生產(chǎn)方式對企業(yè)生產(chǎn)排程的能力具有較高要求。其市場環(huán)境和計劃管理方面比較顯著的特點(diǎn)是：

1. 市場競爭充分，多以客戶為中心。企業(yè)必須靠差異化等手段贏得市場多元化的需求。

2. 市場需求變化比較快，未來需求不易準(zhǔn)確預(yù)測。因此要求企業(yè)要具備快速反應(yīng)、及時交付產(chǎn)品的能力。在一些特殊情況下，企業(yè)要能根據(jù)市場需求變化隨時調(diào)整計劃、調(diào)配資源及時滿足特殊需求。

3. 對供應(yīng)鏈全流程可視性要求高。需要提供計劃和訂單履行過程中各個環(huán)節(jié)的各類信息，銷售部門需要在和客戶簽單前能事先確定準(zhǔn)確的交貨時間和地點(diǎn)，客戶需要準(zhǔn)確的訂單狀態(tài)信息。

4. 企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則不固定，更新頻率較快。

5. 企業(yè)需要一套相對穩(wěn)定且一致的長期、中期、短期計劃來指導(dǎo)整個企業(yè)的生產(chǎn)和訂單履行。

以上這些特點(diǎn)決定了MTO生產(chǎn)企業(yè)必須高度重視快速反應(yīng)、制造柔性、供應(yīng)鏈可視性的計劃解決策略。

二、ERP和APS概述

雖然目前我國很多企業(yè)都已經(jīng)采用企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理，并且也取得了很好的成效，但是，由于傳統(tǒng)ERP 系統(tǒng)生產(chǎn)計劃模型的計算不是十分準(zhǔn)確，而且也不能及時反映車間的實(shí)際情況和訂單變化，ERP系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)變化的需求。這一點(diǎn)對于MTO 型企業(yè)尤其明顯。

高級計劃與排程（Advanced Planning Scheduling，APS）技術(shù)的出現(xiàn)，使得克服傳統(tǒng)ERP 計劃模型缺點(diǎn)成為可能。APS是一種基于供應(yīng)鏈管理和約束理論的先進(jìn)計劃與排產(chǎn)工具，包含了大量的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)，諸如線性規(guī)劃、整數(shù)混合規(guī)劃、推理、約束理論、模擬等，其功能優(yōu)勢在于基于約束的實(shí)時計劃與報警功能。在計劃與排產(chǎn)的過程中，APS將企業(yè)內(nèi)外的資源與能力約束都考慮在范圍內(nèi)，用復(fù)雜的智能化運(yùn)算法則，作常駐內(nèi)存的計算。APS在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面的潛能是巨大的，它能及時響應(yīng)客戶要求，快速同步計劃，提供精確的交貨日期，減少在制品與成品庫存，并考慮供應(yīng)鏈的所有約束，自動識別潛在瓶頸，提高資源利用率，從而改善企業(yè)的管理水平。

APS系統(tǒng)一般包括供應(yīng)鏈戰(zhàn)略、供應(yīng)鏈計劃，需求計劃與預(yù)測、制造計劃、操作計劃、分銷計劃、車間作業(yè)排產(chǎn)、運(yùn)輸計劃等功能模塊。

APＳ 最大的優(yōu)勢是層次性計劃體系，也是其強(qiáng)大功能的最突出體現(xiàn)。供應(yīng)鏈計劃涉及不同的時間跨度（長期、中期、短期）、不同的業(yè)務(wù)流程（采購、制造、分銷等）以及各個供應(yīng)鏈成員企業(yè)，并且由于需求的不確定性，一次優(yōu)化所有的計劃是不可能的。ＡＰＳ 用層次計劃的思想把總的計劃任務(wù)分解成許多局部計劃模塊，然后分配給不同的計劃層，每一計劃層都涵蓋整個供應(yīng)鏈，但層與層之間的任務(wù)不同。層次越低，計劃涵蓋的局部受到的限制越多，計劃時間跨度越短，計劃也越詳細(xì)。同時，各計劃模塊被水平和垂直信息流連接在一起，上層計劃模塊的結(jié)果為下層計劃設(shè)定了約束，而下層計劃也將相關(guān)性能數(shù)據(jù)（如成本、提前期、使用率等）反饋給上一層次的計劃，并接受上層綜合計劃的協(xié)調(diào)。

但由于APS算法的局限性，在約束資源過多的情況下，APS的計算結(jié)果通常是無解，或在有些情況下通過變通給出了次優(yōu)解或近優(yōu)解，但往往并不符合企業(yè)的實(shí)際情況。另外，相對固定的算法，并不能適應(yīng)多變的市場變化，當(dāng)企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則變化后，APS很難跟上更新的步伐，使得APS的適應(yīng)性和柔性仍比較差，尤其是對MTO型企業(yè)矛盾則更為突出。

以上問題的出現(xiàn)，需要我們對APS的運(yùn)作機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的透視和改進(jìn)。

三、規(guī)則引擎技術(shù)

規(guī)則引擎起源于基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，它的主要思想是將系統(tǒng)中隨著時間、空間動態(tài)易變的業(yè)務(wù)決策部分分離出來并使用預(yù)先定義的語義模塊編寫，由系統(tǒng)在特定的時刻用于系統(tǒng)控制。

一個典型的規(guī)則引擎由規(guī)則庫、工作內(nèi)存和推理引擎3部分組成。規(guī)則庫包括系統(tǒng)所涉及的所有業(yè)務(wù)規(guī)則。工作內(nèi)存包括規(guī)則系統(tǒng)運(yùn)行時所需要的信息。推理引擎是規(guī)則引擎中最重要的部分，由模式匹配器、議程和執(zhí)行引擎組成。它用模式匹配器將規(guī)則庫中所有規(guī)則與工作內(nèi)存中的事實(shí)進(jìn)行對比，找出本次推理循環(huán)中的活躍規(guī)則，與前面的推理循環(huán)的所有活躍規(guī)則構(gòu)成沖突集。議程中存放的是根據(jù)需要已經(jīng)進(jìn)行過排序的沖突集。對沖突集進(jìn)行排序生成議程的過程稱為沖突解析。系統(tǒng)總是將議程中首條規(guī)則交給執(zhí)行引擎去處理，這樣會產(chǎn)生新的事實(shí)，從而改變工作內(nèi)存，整個過程將根據(jù)特定的頻率和時間自動循環(huán)下去，從而完成系統(tǒng)的自動控制過程。

四、基于業(yè)務(wù)規(guī)則的MTO訂單計劃管理模型的建立

利用如上的規(guī)則引擎，如果我們能將MTO計劃管理建立在基于一系列企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則之上，這樣的系統(tǒng)將既可以保留APS的優(yōu)勢，同時又可以比一般的APS更能符合企業(yè)的實(shí)際需要，適應(yīng)性將更強(qiáng)。

下面將提出此思路的一般模型，暫且叫做MTO訂單計劃管理模型。

MTO訂單計劃管理模型應(yīng)涵蓋從客戶的需求預(yù)測、計劃到訂單履行的整個過程，根據(jù)供應(yīng)鏈戰(zhàn)略計劃、戰(zhàn)術(shù)計劃和執(zhí)行計劃的幾個層次需要可依次劃歸為資源管理、需求管理、制造管理和可供應(yīng)能力管理4個主要模塊。其中每個模塊由相應(yīng)的業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)和流程3部分所組成，其中業(yè)務(wù)規(guī)則負(fù)責(zé)對資源的優(yōu)化和調(diào)配，相對獨(dú)立于系統(tǒng)之外，可由規(guī)則引擎實(shí)時解析和啟動，并可根據(jù)情況及時更新維護(hù)。MTO訂單計劃管理模型同時也應(yīng)是一個能不斷接受反饋、可滾動更新計劃的過程模型，計劃首先應(yīng)從高層次的資源管理出發(fā)，輸出進(jìn)入需求管理，再經(jīng)過制造管理，最后進(jìn)入可供應(yīng)能力管理，完成一個完整的計劃周期，最后將又進(jìn)入資源管理，形成一個閉環(huán)（見圖1）。

1. 資源管理模塊。資源管理模塊的目的是通過對資源的合理調(diào)配，來對供應(yīng)和需求進(jìn)行一個較粗的匹配。這里的資源包括物料、產(chǎn)能、資金、人員等各類資源。

資源管理模塊要求的輸入有來自市場的無約束預(yù)測、相關(guān)的供應(yīng)方面的信息，以及關(guān)鍵資源、產(chǎn)品層次、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。在資源合理化過程中，根據(jù)產(chǎn)品策略、需求優(yōu)先級、客戶策略和區(qū)域策略等一系列業(yè)務(wù)規(guī)則可對有限的資源進(jìn)行分配，得到一個可行的資源計劃到需求管理模塊中。從業(yè)務(wù)職能的角度，銷售部門、產(chǎn)品線可以決定銷售何種產(chǎn)品，對管理層，可由其根據(jù)高層指令確定抓住哪些商業(yè)機(jī)會。資源管理的輸出是基于一系列業(yè)務(wù)規(guī)則而作出的決策，也是管理層的決策與企業(yè)的實(shí)際目標(biāo)的有機(jī)結(jié)合。資源管理的頻率一般是每個月一次。

2. 需求管理模塊。資源管理模塊主要關(guān)注于制訂合理的計劃，并不需要考慮需求與供應(yīng)如何去匹配。 通過需求管理模塊，可以把高層面的需求轉(zhuǎn)化為更細(xì)節(jié)層面的需求。即需求管理模塊可將需求的詳細(xì)情況加入到由資源管理模塊生成的粗可行的發(fā)貨計劃中，如客戶群信息、針對各客戶群的產(chǎn)品銷售情況等。此時，還需要一些其他的相關(guān)數(shù)據(jù)，如未執(zhí)行訂單、未簽訂訂單等數(shù)據(jù)進(jìn)一步細(xì)化需求。最后，將排好序的需求和相應(yīng)的執(zhí)行規(guī)則、交貨的優(yōu)先順序等一起傳遞到制造部門。需求管理的頻率是每周一次到每天一次。

3. 制造管理模塊。在需求管理的輸出中，沒有考慮到詳細(xì)的制造細(xì)節(jié)情況。只有將預(yù)測或需求變成實(shí)際的計劃才可以對其執(zhí)行，也就是從計劃階段過渡到執(zhí)行階段。在制造管理模塊中，要為預(yù)測或需求添加相應(yīng)的供應(yīng)細(xì)節(jié)，包括生產(chǎn)地點(diǎn)的選擇、可供應(yīng)日期等，即編制按生產(chǎn)地點(diǎn)安排的制造排程表，包括產(chǎn)能和物料等方面的需求，來響應(yīng)要貨需求。在這個模塊中，我們要考慮的業(yè)務(wù)規(guī)則是批量的大小、生產(chǎn)地點(diǎn)的選擇以及訂單的拉入窗等。制造管理的頻率是每周一次到每天一次。

4. 可供應(yīng)能力管理模塊。可供應(yīng)能力管理是對已經(jīng)付諸生產(chǎn)或和需求掛鉤的供應(yīng)進(jìn)行管理，對訂單進(jìn)行排產(chǎn)和重排產(chǎn)，從而滿足供應(yīng)鏈全流程可視性的要求。在這里，要考慮到按客戶群分配資源的規(guī)則，即資源是按照客戶的層次進(jìn)行分配的，在此基礎(chǔ)上，處于高層次的客戶可以從低層次客戶手中調(diào)配資源。同時，要向客戶提供訂單的各種狀態(tài)，這就要求我們有一個實(shí)時的可供應(yīng)能力報告，這樣，我們就很容易滿足客戶對訂單的各類查詢要求，提高客戶的滿意度?？晒?yīng)能力管理的頻率是每天一次到每天多次。

最后，產(chǎn)品的可供應(yīng)能力的相關(guān)信息還要輸入到資源管理模塊中，對結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，使下一次的預(yù)測更加準(zhǔn)確，從而使得MTO訂單計劃管理模型形成一個不斷反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。

五、結(jié)束語

本文對MTO型離散制造型企業(yè)的計劃特點(diǎn)和需求進(jìn)行了分析，在對目前廣泛采用的計劃排產(chǎn)系統(tǒng)ERP和APS優(yōu)缺點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于規(guī)則引擎的MTO訂單計劃管理模型，該模型既保留了APS約束資源優(yōu)化、層次性計劃體系等優(yōu)點(diǎn)，同時又克服了傳統(tǒng)APS適應(yīng)性不強(qiáng)、柔性不足的缺點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。最后，就MTO訂單計劃管理模型中資源管理、需求管理、制造管理和可供應(yīng)能力管理這4個模塊的業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)和模塊之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。

主要參考文獻(xiàn)

［1］ 陳紹文. ＳＣＭ、ＡＰＳ和ＥＲＰ［Ｊ］. 計算機(jī)輔助設(shè)計與制造，2001（3）：13－17.

［2］ 藍(lán)伯雄. 企業(yè)資源優(yōu)化與優(yōu)化模型［Ｊ］. 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2004，

10（3）：241-251.

［3］ Young Hae Lee，Chan Seok Jeong，etc. Advanced Planning and Scheduling with Outsourcing in Manufacturing Supply Chain[J]. Computer Industrial Engineering，2002，43(1/2):351-374.

［4］ 石為人，余兵，張星. 高級計劃排產(chǎn)系統(tǒng)與ＥＲＰ的集成設(shè)計及實(shí)現(xiàn)［Ｊ］. 重慶大學(xué)學(xué)報，2003，26（11）：87－９0.

［5］ 鄒正武，譚慶平，徐建軍. 基于規(guī)則引擎的柔性工作流管理系統(tǒng)［Ｊ］. 微電子學(xué)與計算機(jī)，2006（Ｓ1）：127-12９.

［6］ 國家自然科學(xué)基金委員會. 先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)［Ｍ］. 北京：高等教育出版社，1９９8.