刃之砺信息科技（上海）有限公司 Edgestone Information Technologies (Shanghai) Co., Ltd

仿真技术-提高中国制造企业效率的有效工具

王岩峰博士

刃之砺信息科技（上海）有限公司总经理

（yanfeng.wang@edgestone-it.com）

利用计算机仿真技术量化地刻画企业复杂的运作流程并加以诊断和改善在国外开展已有四五十年的历史，至今已经成为企业提升运营效率的重要工具之一。仿真技术在国外出现、发展和成熟的过程与企业对效率提升的重视程度以及管理系统的复杂程度相伴相随，也与企业所面临的市场压力和企业管理由粗放型向精细型转变的进程紧密联系在一起。而当我们考察中国现在的制造企业的管理时，会发现许多和国外历史发展中非常相似的阶段，包括计算机技术已经开始得到企业的了解和采纳，但总体来说，仿真技术应用的广度和深度还远远不能和国外的应用水平相比，还需要对企业进行大量的仿真知识的普及，推动仿真技术在中国制造企业中的广泛应用，延续仿真技术在国外几十年的成功经验，在提高中国企业的生产效率和管理水平方面产生巨大经济和社会效益。

1. 仿真的作用

仿真技术是分析、诊断和优化复杂生产系统的有力的工具。它不用搭建实体模型，只用实体模型的小部分费用在计算机中建立虚拟模型来测试各种想法和假设条件，因而可以节省大量的资金投入；最重要的是，极大地降低了决策的风险。仿真技术在工程管理上，已经应用于复杂生产制造管理、库存管理、物流和供应链管理、设备和资源优化配置管理、以及商业流程重组和改进等诸多方面，在成本、反应速度、生产周期、资源利用和管理模式方面产生非常巨大的经济效益和社会效益。

仿真技术可以对整个产品生命周期的各个流程进行建模，可以帮助企业找到增值能力不强、资源没有充分利用和反应速度不够及时的环节，并做出改进的建议。越是复杂的系统，仿真技术越能够提供全局而系统性的研究，越能发挥仅仅依靠头脑所无法提供的复杂分析能力。

仿真技术另一个优势是绩效的可量化性。企业的运营管理是通过一系列绩效指标体现出来，例如制造周期、库存周转、按时送货率、资源利用率等等。这些指标都可以在仿真模型中得到量化体现，并通过对模型的改进，观察绩效指标的改善，指导实际的操作。此外，仿真技术的可视化和动画界面提供了不可替代的沟通方式。企业管理者可以通过仿真模型，直观、具体、无误地向其他人员表达对系统的理解和对未来的设想，成为企业跨部门和企业之间合作交流的共同平台。

2. 企业的发展现状已经适合仿真技术的应用

在经历了以高投入换取高产出的高速发展之后，中国制造企业开始转变效益增长方式，正经历着通过提高资源利用效率来创造可持续发展的稳步发展阶段。

随着企业发展规模的不断扩大，生产管理的复杂程度也不断挑战着管理者的能力。当今中国的企业在许多领域的竞争已经非常激烈，竞争的成败取决于“成本低、速度快和质量高”。企业都面临着在有限资源的前提下，迅速地对客户的需求做出反应，提供高质量的产品和服务。

而在所有企业类型中，制造企业所面临的提高资源利用效率的压力尤其明显。一方面是源于生产资料和原材料的供给量有限，另一方面，来源于制造企业比较昂贵的固定资产的投入。特别是在企业竞争日益国际化的时候，我们对国内多家制造企业的调研显示，国内企业在资源的投入回报率上和国外先进水平还差距明显。正如铁路不断提速以达到充分利用铁路运输能力一样，我们认为中国制造企业都需要对有限资源进行更优化的利用，需要进行“全面效率提速”。特别是中国日益成为“世界制造中心”，众多企业成为世界客户的代工厂，成本和效率已成为企业具有竞争力的核心因素。

中国制造企业“全面效率提”的核心环节是生产和供应链系统。生产和供应链系统效率的高低直接决定了原材料转换成产品的增值能力、机器设备实现产能的能力、员工利用时间的能力、工厂利用库存平衡生产的能力以及整个生产流程快速反应客户需求和突发事件的能力。

我们对多家大中型制造企业生产部门主管的调研显示，企业生产和供应链部门的管理者日常思考最多的问题包括：

l 产品的生产周期能不能再缩短，如果要改善，应该先从哪里入手？

l 设备产能应该留有多少的冗余来预防生产的波动？

l 在制库存应该保持多少水平比较合适来应付经常变化的客户需求？

l 机器的负载如何分配才能做到更加平衡？

l 产品的成本随着生产工艺是如何累计的，哪个环节的成本支出最大？

l 时时处在供应链上下游夹击之中，如何控制销售和采购才能保持健康的现金流和稳健的增长？

l 新的产品即将投产, 会对现有的生产效率产生什么影响?

等等

虽然问题天天都有，但正确的解答却是凤毛麟角。根本原因来源于两个方面：

l 系统本身高度复杂，并且具有高度动态性。例如将多台机器串连在一起生产，整个系统的产出率受制于最慢的机器一样，单台机器的实际产能不断根据所处的运行环境发生变化，很少会达到设计产能。这种现象不胜枚举；

l 企业缺乏专业知识对复杂的生产系统分析清楚，可以快速地找到答案更是难上加难。对复杂系统进行分析、诊断和优化需要系统工程、排队论、运筹学和工业工程等多个学科的综合知识的应用。中国制造企业效率提高往往缺乏系统性和持久性。

因此，做到“全面效率提速”需要强有力的决策工具来支持。这种工具可以快速地捕捉生产系统的动态特性，可以分析复杂的生产过程，可以提供快速的诊断结果，可以为决策者提供没有风险的诊断环境，可以以直观形象的方式和所有管理者沟通，可以产生更优化的决策，而仿真技术在这方面可以发挥积极作用。

3. 仿真技术在企业生产管理中的角色

制造企业都有计划和调度职能。简而言之，计划是对客户订单而言，用来将客户订单和企业制造能力协调起来；调度是对作业工单而言，将客户的订单分解成车间作业计划并进行统筹。现代的工厂管理越来越将仿真作为计划和调度之外的第三个重要职能，一般放在工业工程部门，主要责任就是对工厂运作系统进行持续不断的分析、诊断和改善。

做个比喻，仿真职能类似于在企业中建立的理化实验室，不同的在于理化实验的研究对象是材料的理化特性，而仿真所研究的对象是企业运作系统。相同之处，都是通过各种实验和情景研究来确定研究对象的最佳设置和组合。

4. 仿真技术和ERP的区别

仿真技术具有ERP/MRP系统所体现的系统协调和优化的理念，应该同MRPII、ERP等一样成为企业信息化的一个组成部分。但仿真技术和MRPII、ERP有着本质的区别：

l ERP系统着眼于已有事务性数据的整合和处理，对于产生数据的内在机理和生产系统复杂的参数之间的动态因果关系并不予以考虑。这样就会造成“只知其然，不知其所以然”的局面；

l ERP的数据是面向产品的数据收集，而仿真系统更侧重于收集系统和流程方面的数据，更透明地分析系统本身的结构性特点；

l ERP系统更多地要求企业按照ERP所规定的模式进行数据录用、统计和分析，而仿真系统恰恰要对这种模式的合理性和优化性进行分析和诊断；例如，ERP系统中假设产品的处理时间是一个给定的参数，ERP据此来进行计划的生成和调度；而仿真系统认为处理时间作为复杂生产系统的一个重要参数，是需要不断的改进和调整，并且可以通过仿真建模的分析和诊断，产生出最优的处理时间，并可以反馈给ERP系统作为改善后的计划依据；

l ERP假设所管理的系统是相对确定的而不是随机的，因此，ERP所采集的数据和所做的分析更多是平均意义上的统计，而无法对生产和供应链系统的波动反应出来。按照统计学上讲，就是只反映出First order moment（均值），而没有将Second order（方差），Third order （偏斜），Fourth order (削度)等更高的数据内涵反映出来。而国外大量文献和研究成果已经得出结论，企业管理水平的核心是如何管理企业的波动和不确定性，这才是区分先进和落后最本质的区别，也才是现在众多主流管理思想（六西格玛，JIT）的核心基础。而仿真工具最大的优势在于可以通过对杂乱无章的管理数据整理和拟和，来揭示系统运行中不断演变的波动所带来的管理症结，并应用各种系统理论加以改善。

l 仿真主要作为快速诊断和分析工具，比一般ERP/MRP系统轻巧、灵活、开发和实施周期短、实施风险低、所需费用少、见效快。

5. 仿真的应用需要专业的知识和系统的方法

仿真技术在国外被称为预测分析（Predictive Analysis）, 就是说仿真技术可以通过对现有系统的真实描述，通过有目的有意识地改变系统参数来预知系统未来的运行轨迹。正因为如此，仿真应用的难点主要在建模和优化两个阶段。

仿真的建模是以运营绩效为指导，分析系统和流程的结构，找出关键因素，建立因果联系。这决定了仿真建模过程是有目的、有针对性地对企业系统变量进行遴选，而并非“兼收并蓄”，更非“一一对应”。如何对成千上万的参数进行有选择的取舍，做到恰到好处则需要技术和艺术的判断力。建模没有固定模式，往往需要依靠建模者自身知识和理解力，所以对建模者素质有非常高的要求。

设计有效的仿真实验、从实验结果中发现有意义的结论并提出优化意见是建模之后的难点。复杂系统分析、诊断和优化需要系统工程、排队论、运筹学和工业工程等多个学科综合知识的应用。同时，需要一套完整的项目管理和数据收集处理方法，这样才能建立模型和分析的可信度，真正成为企业决策的有力支持。

6. 结论

虽然仿真应用于生产系统的诊断和优化在国外的科研机构有三四十余年，大规模商业应用有二三十年，但因为大学教育的相关科系在中国成立时间相对较短，因此科学研究尚处在起步阶段，商业应用更是处在萌芽阶段。因此，在看到仿真技术在中国制造企业的广阔应用前景的同时，需要学校、企业、政府部门和科技学会等多个机构共同努力，广为宣传，共同创造良好的学术和应用环境。

同作者的其它文章：

作者介绍

王岩峰博士现任刃之砺信息科技（上海）有限公司创始人和总经理，兼中国国际经济咨询公司高级顾问，美国工业工程师协会高级会员，上海机械工程协会工业工程委员会委员，国家一级刊物《系统仿真学报》审稿人。王岩峰博士在美国和中国有多年工作经验，曾为多个世界500强企业提供生产运作管理的服务，这些企业中包括英特尔（Intel）、阿海珐（Areva）、诺基亚（Nokia）、福特（Ford），卡特彼勒(Caterpillar)、宝钢等。这些实施方案通过提高运作效率帮助客户实现年均超过数千万美元的收益。王岩峰博士在供应链管理，生产运营管理，流程改善、计算机仿真和企业信息化领域有较深研究。王岩峰博士在美国波士顿大学获得制造工程博士，在新加坡南洋理工大学获得硕士学位，在上海交通大学获得学士学位。

欢迎批评指正