王巖峰
刃之礪信息科技（上海）有限公司

    當高通公司（Qualcomm)想通過精簡手機制造流程，改善庫存管理，大幅度減少成本，以保持市場競爭力時，它求助的方法是流程仿真技術;當UPS（United Parcel Service)想在滿足客戶服務質量的前提下，在龐大的人員、車輛配置和成本之間取得最佳平衡時，它求助的方法也是流程仿真技術;當寶潔（P&G）總部提出要求，要設計一個覆蓋北美的高效的供應鏈網絡，不但要滿足客戶的日常訂單處理和配送要求，更要求這個供應鏈網絡具有極強的抗波動性（即在非正常市場需求和供貨干擾時，網絡仍具有極好的反應能力和自恢復能力），它所求助的方法還是流程仿真技術。流程仿真技術在復雜系統的分析和決策中的巨大價值，在歐美已成為不爭的事實，每年創造著數以千億美元計的經濟效益。

    利用計算機住仿真技術量化地刻畫企業復雜的運作流程并加以診斷和改善，在國外已有四五十年的歷史，已經成為企業提升運營效率的重要工具之一。仿真技術在國外出現、發展和成熟的過程與企業對效率提升的重視程度以及管理系統的復雜程度相伴相隨，也與企業所面臨的市場壓力和企業管理由粗放型向精細型轉變的進程緊密聯系在一起。當我們考察中國現在的制造企業的管理時，會發現許多和國外歷史發展中非常相似的階段，包括計算機技術已經開始得到企業的了解和采納，但總體來說，仿真技術應用的廣度和深度還遠遠不能和國外的應用水平相比，還需要對企業進行大量的仿真知識的普及，推動仿真技術在中國制造企業中的廣泛應用，汲取仿真技術在國外幾十年的成功經驗，在提高中國企業的生產效率和管理水平方面產生巨大經濟和社會效益。

    1 仿真的作用

    仿真技術是分析、診斷和優化復雜生產系統的有力工具。它不用搭建實體模型，只用相當于實體模型的小部分費用在計算機中建立虛擬模型來測試各種想法和假設條件，因而可以節省大量的資金投入;最重要的是，極大地降低了決策的風險。仿真技術在工程管理上，已經應用于復雜生產制造管理、庫存管理、物流和供應鏈管理、設備和資源優化配置管理、以及商業流程重組和改進等諸多方面，在成本、反應速度、生產周期、資源利用和管理模式方面產生了巨大的經濟效益和社會效益。

    仿真技術可以對整個產品生命周期的各個流程進行建模，可以幫助企業找到增值能力不強、資源沒有充分利用和反應速度不夠及時的環節，并做出改進的建議。越是復雜的系統，仿真技術越能夠提供全局而系統性的研究，越能發揮僅僅依靠頭腦所無法提供的復雜分析能力。

    仿真技術另一個優勢是績效的可量化性。企業的運營管理是通過一系列績效指標體現出來的，例如制造周期、庫存周轉、按時送貨率、資源利用率等指標都可以在仿真模型中得到量化現，并通過對模型的改進，觀察績效指標的改善，指導實際的操作。此外，仿真技術的可視化和動畫界面提供了不可替代的溝通方式。企業管理者可以通過仿真模型，直觀、具體、無誤地向其他人員表達對系統的理解和對未來的設想，成為企業跨部門和企業之間合作交流的共同平臺。

    2 企業的發展現狀已經適合仿真技術的應用

    在經歷了以高投入換取高產出的高速發展之后，中國制造企業開始轉變到效益增長方式，正經歷著通過提高資源利用效率來創造可持續發展的穩步發展階段。

    隨著企業發展規模的不斷擴大，生產管理的復雜程度也不斷挑戰著管理者的能力。當今中國的企業在許多領域的競爭已經非常激烈，競爭的成敗取決于“成本低、速度快和質量高”。企業都面臨著在有限資源的前提下，迅速地對客的需求做出反應，提供高質量的產品和服務的任務。

    在所有企業類型中，制造企業所面臨的提高資源利用率的壓力尤其明顯。一方面是源于生產資料和原材料的供給量有限，另一方面，來源于制造企業比較昂貴的固定資產的投入。特別是在企業競爭日益國際化的時候，我們對國內多家制造企業的調研顯示，國內企業在資源的投入回報率上和國外先進水平相比還差距明顯。正如鐵路不斷提速以達到充分利用鐵路運輸能力一樣，我們認為，中國制造企業都需要對有限資源進行更優化利用，需要進行“全面效率提速”。特別是中國日益成為“世界制造中心”，眾多企業成為世界客戶的代工廠，成本和效率已成為企業競爭力的核心因素。

    中國制造企業“全面效率提速”的核心環節是生產和供應鏈系統。生產和供應鏈系統效率的高低直接決定了原材料轉換成產品的增值能力、機器設備實現產能的能力、員工利用時間的能力、工廠利用庫存平衡生產的能力以及整個生產流程快速反應客戶需求和突發事件的能力。

    我們對多家大中型制造企業生產部門主管的調研顯示，企業生產和供應鏈部門的管理者日常思考最多的問題包括：

    *產品的生產周期能不能再縮短，如果要改善，應該先從哪里入手？

    *設備產能應該留有多少的冗余來預防生產的波動？

    *在制品庫存慶該保持多少水平能比較合適地應付經常變化的客戶需求？

    *機器的負載如何分配才能做到更加平衡？

    *產品的成本隨著生產工藝是如何累計的，哪個環節的成本支出最大？

    *時時處在供應鏈上下游夾擊之中，如何控制銷售和采購，才能保持健康的現金流和穩健的增長？

    *新的產品即將投產，會對現有的生產效率產生什么影響？等等。

    雖然問題天天都有，但正確的解答卻是鳳毛麟角。根本原因來源于兩個方面：

    *系統本身高度復雜，并且具有高度動態性。例如將多臺機器串連在一起生產，整個系統的產出率受制于最慢的機器一樣，單臺機器的實際產能不斷根據所處的運行環境發生變化，很少會達到設計產能。這種現象不勝枚舉;

    *企業缺乏專業知識，不能對復雜的生產系統分析清楚，快速地找到答案更是難上加難。對復雜系統進行分析、診斷和優化需要系統工程、排隊論、運籌學和工業工程等多個學科的綜合知識的應用。中國制造企業效率提高往往缺乏系統性和持久性。

    因此，做到“全面效率提速”，需要強有力的決策工具來支持。這種工具可以快速地捕捉生產系統的動態特性，可以分析復雜的生產過程，可以提供快速的診斷結果，可以為決策者提供沒有風險的診斷環境，可以以直觀形象的方式和所有管理者溝通，可以產生更優化的決策，而仿真技術在這方面可以發揮積極作用。

    3 仿真技術在企業生產管理中的角色

    制造企業都有計劃和調度職能。簡而言之，計劃是對客戶訂單而言，用來將客戶訂單和企業制造能力協調起來;調度是對作業工單而言，將客戶的訂單分解成車間作業計劃并進行統籌。現代的工廠管理越來越將仿真作為計劃和調度之外的第三個重要職能，一般放在工業工程部門，主要責任就是對工廠運作系統進行持續不斷的分析、診斷和改善。

    做個比喻，仿真職能類似于在企業中建立的理化實驗室，不同在于理化實驗的研究對象是材料的理化特性，而仿真所研究的對象是企業運作系統。相同之處，都是通過各種實驗和情景研究來確定研究對象的最佳設置和組合。

    4 仿真技術和ERP的區別

    仿真技術具有ERP/MRP系統所體現的系統協調和優化的理念，應該同MRPII、ERP等一樣成為企業信息化的一個組成部分。但仿真技術和MRPII、ERP有著本質的區別：

    *ERP系統著眼于已有事務性數據的整合和處理，對于產生數據的內在機理和生產系統復雜的參數之間的動態因果關系并不予以考慮。這樣就會造成“只知其然，不知其所以然”的局面;

    *ERP的數據是面向產品的數據收集，而仿真系統更側重于收集系統和流程方面的數據，更透明地分析系統本身的結構性特點;

    *ERP系統更多地要求企業按照ERP所規定的模式進行數據錄用、統計和分析，而仿真系統恰恰要對這種模式的合理性和優化性進行分析和診斷;例如，ERP系統中假設產品的處理時間是一個給定的參數，ERP據此來進行計劃的生產和調度;而仿真系統認為處理時間作為復雜生產系統的一個重要參數，是需要不斷的改進和調整，并且可以通過仿真建模的分析和診斷，產生出最優的處理時間，并可以反饋給ERP系統作為改善后的計劃依據;

    *ERP假設所管理的系統是相對確定的而不是隨機的，因此，ERP所采集的數據和所做的分析更多是平均意義上的統計，而無法對生產和供應鏈系統的波動反應出來。從統計學上講，就是只反映出First order moment（均值），而沒有將Second order（方差），Third orde（偏斜），Fourth order（削度）等更高的數據內涵反映出來。而國外大量文獻和研究成果已經得出結論，企業管理水平的核心是如何管理企業的波動和不確定性，這才是先進和落后最本質的區別，也才是現在眾多主流管理思想（六西格瑪，JIT）的核心基礎。而仿真工具最大的優勢在于可以通過對雜亂無章的管理數據整理和擬合，來揭示系統運行中不斷演變的波動所帶來的管理癥結，并應用各種系統理論加以改善。

    *仿真主要作為快速診斷和分析工具，比一般ERP/MRP系統輕巧、靈活、開發和實施周期短、實施風險低、所需費用少、見效快。

    5 仿真的應用需要專業的知識和系統的方法

    仿真技術在國外被稱為預測分析（Predictive Analysis)，就是說仿真技術可以通過對現有系統的真實描述，通過有目的有意識地改變系統參數來預知系統未來的運行軌跡。正因為如此，仿真應用的難點主要在建模和優化兩個階段。

    仿真的建模是以運營績效為指導，分析系統和流程的結構，找出關鍵因素，建立因果聯系。這決定了仿真建模過程是有的、有針對性地對企業系統變量進行遴選，而并非“兼收并蓄”，更非“一一對應”。如何對成千上萬的參數進行有選擇的取舍，做到恰到好處則需要技術和藝術的判斷力。建模沒有固定模式，往往需要依靠建模者自身知識和理解力，所以對建模者素質有非常高的要求。

    設計有效的仿真實驗、從實驗結果中發現有意義的結論并提出優化意見是建模之后的難點。復雜系統分析、診斷和優化需要系統工程、排隊論、運籌學和工業工程等多個學科綜合知識的應用。同時，需要一套完整的項目管理和數據收集處理方法，這樣才能建立模型和分析的可信度，真正成為企業決策的有力支持。

    6  結論

    雖然仿真應用于生產系統的診斷和優化在國外的科研機構的研究有三四十年，大規模商業應用有二三十年，但因為大學教育的相關科系在中國成立時間相對較短，因此科學研究尚處在起步階段，商業應用更是處在萌芽階段。因此，在看到仿真技術在中國制造企業的廣闊應用前景的同時，需要學校、企業、政府部門和科技學會等多個機構共同努力，廣為宣傳，共同創造良好的學術和應用環境。