爱华网在ERP中实现SCM的关键算法及其应用 作者：冼剑光 2002-2-25【来源：AMT】供应链管理SCM的强大功能，来源于一个先进的计划与排程(APS)模块，模块主要基于一个关键的算法，以完成供应链的全部计划，排程及优化。本文将介绍在ERP中实现SCM的关键算法及其应用。 一.供应链管理SCM是为了解决现实管理中的复杂问题 每个企业都会制定完善的管理目标和计划，并希望目标和计划能够得到充分的实现。MRP/ERP是一种很好的计划工具，要是没有MRP/ERP中的物料倒推能力，要手工计算订单所有层次的物料需求实在是太困难了，所以MRP/ERP的出现对企业管理人员的帮助是很大的。不过也有美中不足的地方：传统MRP/ERP产生的计划是不考虑实际能力的，对计划的调整比较困难。在现实世界中，企业生产的能力，原料的供应不会是无限的，是受到许多实际条件的约束的，而且实际中各种各样的变化往往是很难预料的，经常会遇到原料短缺，交期推迟，生产设备故障，客户要求插入急单，取消订单等情况，这就要求企业要迅速地调整原有的计划，才能跟上变化，甚至化危机为机遇。 许多企业，特别是制造性企业，经常会面临这样一些难题： 销售人员的问题：接到销售订单时，怎么知道工厂的能力，物料够不够？工厂最快什么时候能交货？现有材料能制造多少产成品？能不能让电脑自动答单，或给出答单建议？ 计划人员的问题：在插入急单时，能否根据需求的紧缓先后情况重排计划，一些订单相应延迟，一些订单相应提前？在取消订单后，能否重排计划，将被取消订单的相关零部件需求也一并取消，并释放其占用的所有资源，让后面的订单自动前移以填补这些空位？能否对采购延迟，生产延迟，设备故障，班次，生产人员变动等意外快速反应，及时调整计划？能否知道目前有多少资源是可用的？（当订单很多，产品结构层次很多时，人工往往很难知道现在手头还有多少资源是可用的，因而时常会发生拆东墙补西墙，拆西墙补东墙的情况） SCM就能比较好地解决这些难题。SCM是ERP的进一步补充，能很好地调整ERP按理想状态产生的计划。可以说，SCM是解决现实复杂问题的一个利器。 二.SCM的关键模块 SCM的强大功能来源于一个先进的计划与排程模块，以完成供应链的全部计划，排程，及优化。 SCM的理论来源是制约理论（Theory Of Constraints，TOC）。SCM做计划时要综合考虑库存物料，生产能力等等实际的制约因素，从而得出一个更精确，更贴近实际的计划。犹太物理学家Goldratt博士是制约理论的创始人，TOC最初的实际应用是最优生产技术(Optimal Production Technique，OPT)，Goldratt把这一技术做成了计算机软件产品（它的关键模块就叫大脑Brain），并在美国成立了公司推销这一产品，先后有GM等很多大企业都采用他的产品，提高了企业整体生产能力。由于OPT的原理和算法一直保密，因而很多人排挤OPT，推崇物料需求计划(Material Requirement Planning，MRP)。 制约理论的思想可以用“鼓-缓冲-绳子（Drum-Buffer-Rope，DBR）”来形象地表达出来。制约理论认为在一条供应链中（如一条生产线），瓶颈节点（工序）的节拍决定了整个供应链的节拍。为了阐述这一思想，Goldratt举了一个非常形象的例子，他认为，企业各工序就象直列行军中的队伍，队伍中矮个子的速度决定了整个队伍的速度。矮个子前面的人相当于前工序，矮个子后面的人相当于后续工序，而矮个子相当于瓶颈工序，人与人之间的距离相当于在制品库存量。矮个子前面的人走得很快会拉长与矮个子之间的距离(增加前工序的在制品库存水平)，而矮个子走慢了或跌倒(设备故障)，后面的队伍就要停下来，因此，矮个子前面的人应该与矮个子拉开一些距离(瓶颈工序前面设比较大的在制品库存)，这样当他跌倒的时候有足够的时间爬起来，而不影响行军的速度。矮个子后面的人要紧紧跟随矮个子(瓶颈工序后面不设在制品库存点)，如果跌倒了，赶紧爬起来向前跑，跟上矮个子就不会影响总的行军速度。为了提高总的行军速度，就要让矮个子能跑得快一点（优化瓶颈工序），让高个子跑得快一点只会让矮个子跟不上来（优化非瓶颈工序只有适得其反的作用）。所以，为了防止前面队伍的冒进和后队的落后，队伍中每个人的腿都用不同间隔的绳索绑起来，而且队伍的步伐要由矮个子击鼓确定(一般工序不追求设备开动率)。 就象朴素的MRP倒推算法使得物料的计划一下子变得简单化了，这一朴素的DBR思想使得复杂棘手的进度排程一下子变得简单化了。按照这一思想开发出来的最优生产技术软件（OPT）为许多美国的大企业所采用，并带来了巨大的效益，曾被誉为美国制造业的秘密武器。 我国著名数学家华罗庚教授倡导的统筹法，是上个世纪六十年代华老在全国推广的两法（优选法和统筹法）之一，与DBR也是异曲同工的。统筹法通过使用直观的网络图来描述一个错综复杂的工程项目各个环节之间的关系，从而使得复杂的问题变得简单明了。在统筹法分析中，有一个重要的概念是关键线路（瓶颈线路），工程项目的进度是由关键线路的进度决定的，所以为了加快总进度，首先要找出关键线路。如果能够发现工程项目中的瓶颈，并解决其问题，就会达到事半功倍的效果。相反，找不到或者找错了瓶颈，那就会事倍功半。在制造企业中，物料，生产的安排是很复杂的，本身就是一项项工程项目；当物料的层次很多，生产的工序很多，同时要考虑库存，在制品，在购品时，问题会变得尤其复杂。统筹法是解决这一头疼问题的有力利器。 三.算法的基本流程和特点 算法的第一步是调用判别模块，以识别资源中的瓶颈。瓶颈是主要的矛盾，找到了主要矛盾，并解决它，次要矛盾就会迎刃而解。判别模块采用MRP的倒排方法来实现，并假设每种资源的生产能力是无限的。通过比较各个资源的负荷率，其负荷率超出能力最多的就是瓶颈。找到瓶颈后，第二步是调用大脑模块将瓶颈后面的流程划分为关键资源，按有限能力的方式顺排，瓶颈前面的流程为非关键资源，按瓶颈工序确定的时间倒排。反复循环几次，直到所有的瓶颈都被划分到关键资源，所有的约束都被解除为止。 算法有以下特点： 1）自动答单建议。算法能根据现有的库存，在制，在购，按照订单的要求日期，自动进行处理，在不能满足要求日期时，自动给出最佳交货期。这一新特点在实际中用处会很大，当企业收到一批新订单时，算法就可以自动给出最佳的方案。它的技术特点为可以选择优化参数：订单按优先级和要求日期的不同，在处理上会有不同，高优先级的订单，算法必要的时候会将生产提前（牺牲了及时供应和尽可能降低库存的管理目标）以避开生产的瓶颈，达到准时交货的目的，低优先级的订单，算法必要的时候会将生产后延以避开生产和物料供应的瓶颈（牺牲了准时交货的管理目标），但这在许多时候是利大于弊的，如为了库存目的而生产的订单在许多时候只是为了充分利用空闲的生产能力，当有客户的订单插进来以后，自动后延是必要的。这是以时间的存储取代实际货物的存储，就好象安排汽车在每一次到达十字路口时都恰好在绿灯状态，避开所有的红灯等待。当然如果企业的经营模式是面向库存生产的，那么选择优化参数时就应选择以提高设备的利用率为主要目标，瓶颈生产环节也应选择以提高设备的利用率为主要目标。自动答单时分两步以达到最优的运行效果，第一步是传统的MRP/ERP步骤，计算满足新订单所需要补充的资源（如采购物料，低层零部件），第二步时当所需要补充的资源（如采购物料，低层零部件）已落实后的实际分析计算，在现实中，有时所需要补充的资源（如物料，生产能力）不一定能完全如理想要求，这时第二步的处理和优化就显得挺重要。有的ERP提供了人工平衡的可视化工具，如将超负荷部分前移或后移，实践中是很实用的。当产品的层次多了以后，人工前移或后移平衡实现起来就极其困难，要优化计划尤其困难。在所有排程中，批量化的指标始终都须满足，因为局部的优化不等于全局的优化，单解决排产仍不足够，所以虽然电子商务网站的配送服务是吸引人的，但从城东送一罐可乐到城西是不合算的，但如果同时有一卡车的货物也要运过去，顺便捎带一罐可乐过去就很合算了。算法也体现了这种经营战略，如果一张业务单的数量少，相当于一罐可乐，它就会自动提前或延后以寻找顺风车，实现双赢的目标：企业在最低运作成本基础上，又能满足客户小订单的要求，做成了生意，而客户也获得了批量效益带来的实惠。这对企业的帮助也是挺实在的，企业都希望做大单生意，可实际中，许多时候钱只能一小单一小单地赚，顺风车的概念及实现能使得在做小单时也能综合考虑批量效益。生产企业最希望的肯定是大批量生产不多的几样款式，如果所有中国人都只穿蓝灰色的中山装，服装生产企业就不会为整天转换款式烦恼了，不过实际中客户的需求总是多样化的，所以“顺风车”思想对制造企业是会挺有用的。客户的需求多样化，小批量多款式对制造企业的运作效益是“不好”的，幸好后面一些可以大批量的东西能够归并综合，如许多消费者选择手机时，颜色，外观等因素会是他们的主要考虑，所以移动电话生产商诺基亚的一种解决办法是“随心换外壳”，消费者可以选择自己喜欢颜色的外壳，这样在安排生产时就会轻松很多，而把最后的组装换壳选择留给消费者。如果消费者的口味各有不同，那最好就是菜不要弄得太辣，放一瓶辣椒酱在桌上让消费者自己调。算法同时对插单也能自动给出最佳的方案，实现柔性生产系统的目标。 几乎所有的制造企业都在向按订单生产的方向迈进，所以自动答单建议功能是会挺实用的。SCM按订单要求将所有物料从供应链的终端拉过来，而不是MRP/ERP中只开出需求清单，这是小城镇上中国小餐馆的经营之道：客人点了个红烧鲤鱼，老板娘就到餐馆后面的菜市场去现买一条回来，鱼贩手头一时没有鲤鱼不要紧，他会马上叫伙记骑车到郊区的养鱼户那里，养鱼户马上从鱼塘网一条鲤鱼上来。客人吃红烧鲤鱼的需求就将鲤鱼从鱼塘拉了过来。推在中国小餐馆是少见的，很少餐馆会先做好菜，然后问客人，我们做好了一盘红烧鲤鱼，你要不要。需求多样化的趋势只会向前发展，所有中国人都只穿蓝灰色中山装的“美好生产”时代将一去不复返了。就拿手机的生产来说，现在连灵活的生产商诺基亚都感到了巨大压力，就算每天推出十个新款也很难应付得过来。生产规模越大，每次机型失误造成的损失越大。所以相信手机生产商的“随心换外壳”还会发展，在SCM等计算工具的协助下，继续后端收缩前端扩大。后端收缩即为了满足批量化效益，内部组件更加标准化，消费者会挑剔手机的颜色，但他们只会欢迎所有五花八门的款式都用少数几种甚至一种机芯模块，电池，充电器，这样就能以最大的批量最低的成本制造出来。前端扩大即为了满足客户终端的需求多样化，将“随心换外壳”继续推进，将“外壳”包装工序分离到终端，世界各地不同的终端商采用标准化的内部组件，以很快的速度换上五花八门的形状，颜色，功能软件（在中国给用户弄上个麻将游戏，在美国给用户弄上个纸牌游戏）。终端商是一个个小餐馆，满足需求多样化，而诺基亚这样的大制造商是后面的养鱼户，终端商都从一到两个大养鱼户那里拿货。最后甚至一些小养鱼户（小制造商）也觉得，自己从大养鱼户那里拿货比自己养更实惠。 2）延期处理。实际管理中往往会碰到采购延迟，生产延迟，设备故障，班次，生产人员变动等意外，比如供应商通知某种物料将会延迟了十天，管理人员最关心的是会否影响交货，影响有多大，影响哪张订单。算法会按延期后的情况计算出手头订单的实际安排情况，这样管理人员就可以对延迟做出快速的反应。许多人都认为大企业的计划性很强（确实，MRP/ERP更适合欧美的大企业，因为它们的计划性很强；相比之下，国内的企业在计划方面要逊于灵活性），快速的反应不需要，事实上大小企业都需要快速反应。2000年，飞利浦美国一家芯片厂发生了火灾，影响了数百万芯片的生产，这家芯片厂40％的芯片都由欧洲两个世界上最大的移动电话生产商诺基亚和爱立信订购。诺基亚迅速反应，四处寻找芯片来源，迅速更改产品设计，因而数百万台手机的生产如期完成，赶上了市场需求的高潮；与诺基亚形成鲜明对照的是，爱立信的行动相当迟缓，因而在市场需求最旺盛的时候，由于短缺数百万个芯片，一种非常重要的新型手机无法推出，眼睁睁地失去了市场。2001年爱立信公司宣布退出手机生产，火灾引起的损失也是一个重要因素。 四．应用 ERP和SCM的有机结合将是未来企业管理软件的方向，这两者是企业管理软件的左右手，缺了另一方都显得单薄。SCM在解决制造企业的管理难题上尤其有效，所以会更值得推荐，新一代先进的SCM技术使得以往棘手的管理难题变得迎刃而解，管理人员会发现自己不用怎么动脑子就能很好实现最优生产的目标：准时JIT，低库存，经济批量效果，均衡的生产设备负荷，柔性生产系统和及时应变能力。 就以上面的例子来说，诺基亚是世界上最大的移动电话生产商，一年生产销售的手机约为1-2亿台，以1亿台算，这大概是10万张销售订单（每张订单的批量以1000台算），而每台手机假定由1000种物料组成，那么实际中要处理的作业单（生产订单，采购订单）总数最大为1亿张。每条作业单所需的运算次数平均不超过100次，以100算，这大概是100亿次运算。100亿次运算能使1亿张作业单中的每一张单少转一个圈，是划得来的。算法用的是内存计算技术，能将庞大数据精简为约15个字段的主模型调进内存中高速计算，当前主流的微处理器CPU的工作主频都达到了1GHZ（每秒一亿次的时钟脉冲），因而计算能在合理的时间内完成，计算机微处理器和存储器飞跃式的发展和价格的下降都使得企业能以较低的成本实现海量运算。上个世纪60年代华罗庚教授在全国推广统筹法时，当时计算机还很希罕，就算有的话，功能也不强，所以尽管统筹法是一种很好的方法，但由于它需要大量的运算，影响了它的推广。 诺基亚能化火灾危机为机遇，管理层的敏锐是一个原因，相信其计算工具的敏锐也是一个原因，毕竟多算为胜，就如下棋一样。电脑在虚拟中多转100亿个圈，实际中的每件货物就能少转一圈，1亿张作业单就能在比较畅顺的情况下运作，如果提供给电脑的数据是准确的话，那么1亿张作业单都会在优化条件下，按预定的时间完成，当火灾发生后，能马上算出会有多少影响。爱立信要是知道数百万台手机的生产会受到影响，肯定也会紧急处理，就象下棋者下一着坏棋时并不知道这是坏棋，因为要是知道的话谁也不会下了。而SCM的作用在于将1亿张作业单都能妥善安排，在穿过1000个供应的十字路口时，几乎都在绿灯状态，当有一张作业单在一个十字路口碰到突然的交通堵塞时，所有相关的作业单都能相应后延，让后面的作业单先过。在任何变化下，所有物流都能以接近零等待（意味着零库存），“批量顺风车”（意味着生产线以一定的规模效益畅顺运作）的最优状态运作，在SCM的安排下，这一切都会有条不紊地进行。 所以SCM作为一种先进的工具，是实现敏捷生产，精益制造的有力工具，是ERP非常有用的补充，这两者是企业管理的孪生兄弟，缺了另一方都显得缺陷不足。大脑算法本身是为了PC机而开发的，就象一个Access的新组件一样，能与微软的办公套件紧密配合，在5月前，人们就可能在PC机上实现以往大中型企业顶级软件系统的关键功能，进行电脑答单建议，生成更精确实际的物料和生产计划，生产优化排程，体验SCM的强大。这种SCM/ERP核心功能模块对许多中小企业是会有实用意义的，它的目标是提供办公套件的易用，又有大型系统的强大，是一种折衷的解决方案。 五．总结 中国古话说，知己知彼，百战不殆，可在实际中，有时要知己挺困难的。一家汽车制造商收到一堆订单后，要弄清楚制造需要多少配件，并且所需的每种配件是否恰好能在合适的时间配合还真挺费劲。MRP/ERP帮助解决了第一个问题，它会告诉人们，要满足这些订单需求，什么时候会需要什么材料和多少能力，SCM则在这基础上，解决了第二个问题，即在实际的物料能力条件下，最后能怎么样交货给客户，当实际条件变化后，交货的情况又会怎么样。现在，很多顶级MRP/ERP厂商，都在自己的产品中包含了当前最热门的SCM关键功能模块。在不远的将来，这两者会融合到一起。
