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中小型制造企业集成应用模式研究 |
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一、 引言
中国的制造型企业在信息化应用方面一直走在前端，从早期开始推CAD、CAPP、CAM、CAE等与工程技术密切相关的系统，到开始使用MRPII、ERP等企业管理应用系统，乃至到目前正在逐渐兴起的供应链管理系统(SCM)等，都在不少制造企业得到了充分的应用，并为企业的管理提升和生产技术等方面的提升起到了非常重要的作用。
然而，使用如此多的应用系统，也为制造企业带来众多的麻烦。由于各个应用系统大多不是同一家厂商所提供的，有的还可能是自行开发的，这些信息系统、应用系统之间的信息孤立，业务流程被割裂的现象非常严重，数据的冗余、不一致以及流程的不畅一直困扰着企业。如何有效地发挥出这些应用系统的整体优势，真正体现出它们先进的管理思想成了一个关键的问题。
近年来所提出的企业应用集成(EAI，Enterprise Application Integration)正是关注于解决企业应用系统之间数据、流程割裂的问题。然而，目前大多数的应用集成还是关注于技术实现层面，对于制造企业在集成应用方面的需求和模式还很少有探讨。为此，本文将主要着重讨论适用范围最为广泛的中小型制造企业的集成应用需求与模式。
二、 中小型制造企业集成需求层次分析
从大量的企业信息化的调研分析中，可以将制造业集成的需求归纳为四个层次：
第一层次：数据集成。为了完成应用集成和业务过程集成，必须首先解决数据的集成问题。本层主要实现不同应用系统之间的数据交互，使不同的应用系统之间的数据能及时共享，同时保证数据的一致性。有关不同应用系统之间数据交互的详细信息，将在后面做介绍。
图1. 制造业集成的总体需求
第二层次：业务流程集成。企业的完整业务流程可能涵盖市场、销售、设计、采购、仓存、制造、财务、运输、服务等多个环节。而目前，由于各个软件供应商主要还是专注于特定领域的应用系统开发，能够完整提供涵盖市场、销售、设计、采购、仓存、制造、财务、运输、服务等多个环节的软件没有。很多企业都是采用多家软件厂商的应用系统，必然造成了各个应用系统之间信息的割裂，导致业务流程不完整。因而，需要在基于各个业务系统数据集成的基础上，实现跨系统的业务流程的集成，使业务流程能够贯通一致。当然，对于实际的业务运作而言，企业将感受不到数据是在各个应用系统之间传递的，而业务流程的处理工作也是顺畅的，实现真正意义上的业务流程集成。
第三层次：运作管理。业务流程的处理过程中，由于人的参与，以及业务过程的复杂性，必然会出现信息系统无法自动解决的各种问题，因而业务流程的运作不会是一帆风顺的。而对于跨应用系统的业务流程集成，更由于信息传递的及时性和一致性，会出现沟通上的延迟，可能导致业务处理出错。因而，需要在集成应用中提供相应的监督、管理机制，来确保业务流程的运作顺畅。这些监督、管理机制包括：email通知、消息提示、预警、超期警告、完善的统计分析工具以及与绩效考核自动挂钩等。管理人员可以依靠各种监督机制，以及统计分析报表，及时了解业务流程的运作状况。对于系统无法解决的特殊业务问题，通过人员参与，利用管理手段来推动解决。
第四层次：分析决策。企业的业务将随着企业的发展变化而不断更新，因而业务流程也需要不断优化和调整。为此，从企业管理层的角度而言，需要对不同的业务运作过程进行分析，优化业务运作过程，提升企业管理的水平。由于有了完整的业务流程集成，以及完善的业务运作管理机制，本层就应当对业务流程的信息和运作管理信息进行抽取和分析，为企业高层的决策分析提供大量科学的数据。
三、 中小型制造企业的典型集成应用模式
在中小型制造企业的运营中，主要涉及到企业内部的运营管理、产品的研发设计、生产过程的控制，因而其典型的应用系统应该包括三个主要部分：企业资源计划(简称ERP：Enterprise Resource Planning)；产品数据管理(简称PDM/PLM：Product Data Management/Product Lifecycle Management)；车间控制系统(简称SFC：Shop Floor Control)或者制造执行系统(简称MES：Manufacturing Executive System)。
图2. 中小型制造企业集成应用系统的模式
除了以上三个应用系统之外，还可能有几个应用系统与这三个主应用系统结合，来完成企业的业务运营。
客户关系管理(简称CRM：Customer Relationship Management)系统通过与ERP系统的集成，不但共享有关市场、客户、服务等基本信息，还将有关的销售合同、服务所需的备品备件订货等业务信息，以及市场费用、销售成本、服务成本等信息传递到ERP系统，通过ERP系统来实现对综合费用的监控，以及支持CRM系统的运行。
供应链(简称SCM：Supply Chain Management)系统与ERP系统的联系更加紧密，通过将企业内部的采购需求和采购计划、外包生产计划等发布给外部供应商，并通过与供应商之间的反馈协调，采用复杂的供应链算法，来调整从供应商开始到企业内部的生产，甚至到客户的整个供应链的供求关系。通过供应链系统与ERP系统之间的有效结合，能够对于客户的订单给出可靠承诺，并合理安排整个生产计划。
CAD、CAE、CAPP、CAM等系统在制造企业中应用已经比较深入，而且各个系统之间存在较多的信息交互。PDM系统的出现，解决了各个系统之间单独交互而形成的复杂度。从CAD传到PDM的产品设计结构信息，可以给CAE、CAPP、CAM系统共享。CAE系统利用设计结构进行力学分析、温度场分析计算、运动仿真等，并将分析结果通过PDM反馈给CAD系统，便于设计人员进行产品结构的调整和优化。CAPP利用产品特征结构制定工艺路线，配置工装设备。从加工工艺的角度，CAPP也会将不合理的结构设计信息通过PDM反馈给CAD，使设计人员对产品结构进行调整。而CAM系统则利用加工仿真，对CAD中的结构设计和CAPP中的加工工艺进行检验，并将结果通过PDM系统反馈给CAD、CAPP，让相应的设计人员、工艺人员进行修正。CAM系统还生成加工代码，由PDM系统传递给车间控制系统，由加工中心、数控机床进行加工。
车间控制系统是连接上层管理系统与车间加工设备的桥梁。功能与信息集成完善的车间控制系统能够采集车间加工设备的状态信息、产品加工种类和数量、产品质量信息，并传递给ERP系统，便于ERP系统在进行产能安排、生产计划、质量控制时作为重要的参考信息。同时，PDM系统也将相应的加工代码、工装信息等传递给车间控制系统，并配合ERP所制定的车间生产计划，由车间控制系统来安排相应的生产加工。
四、 中小型制造企业应用系统的数据集成
通过以上的集成应用模式分析，可以看出各个应用系统之间的交互信息是集成应用的基础，而这些交互信息可以分为两类：基础信息与业务信息。基础信息是应用系统之间交互的基石，其内容基本不会随业务的开展而发生变化。而业务信息是应用系统在使用过程中所输入或者产生的信息，基本上每时每刻都会不断更新变化。在此，将各个应用系统之间的交互信息整理如下：
1. CRM与ERP之间的信息交互
(1) CRM系统与ERP系统在基础信息方面应当保持一致，这些基础信息包括：客户、产品、组织结构、员工、币别、市场结构、销售渠道等；
(2) CRM系统与ERP系统在业务信息方面将进行交互，包括：销售合同/销售订单、备品备件订单、库存信息、发货状态、应收款、实收款、市场投入费用、销售成本、服务成本等。
2. SCM与ERP之间的信息交互
(1) SCM系统与ERP系统在基础信息方面统一使用的信息包括：供应商、产品、组织结构、员工、币别等；
(2) SCM系统与ERP系统在业务方面的交互信息包括：采购需求与采购计划、外包生产计划、收货状态、库存信息、应付款、实付款等。
3. ERP与PDM之间的信息交互
(1) ERP系统与PDM系统在基础信息方面应统一的信息包括：工作中心、班组、设备资源、工序、时间单位、计量单位等；
(2) ERP系统与PDM系统在业务方面的交互信息包括：BOM、物料、工程变更信息、工艺路线、BOM与工艺路线对照信息等。
4. PDM与CAD/CAE/CAPP/CAM之间的信息交互
因CAD/CAE/CAPP/CAM等系统中主要是关于产品设计技术和加工工艺方面的信息，与PDM交互时主要是这些信息会进行修改，而相互之间能共享的基础信息很少。
各个系统之间交互的业务信息包括：
☆PDM与CAD之间：图纸、物料、BOM等信息；
☆PDM与CAE之间：产品结构、分析结果；
☆PDM传到CAPP的信息：图纸、物料、BOM等信息；
☆CAPP传到PDM的信息：工艺路线、工艺卡片、工艺文件、工序、工时、设备、材料定额、工装、制造BOM等信息；
☆PDM与CAM之间集成的信息主要为NC代码。
5. PDM与车间控制系统之间的信息交互
PDM系统将相应产品的加工代码、工装信息等传递给车间控制系统。
6. ERP与车间控制系统之间的信息交互
ERP与车间控制系统之间的交互信息包括：车间加工设备的状态信息、产品加工种类和数量、产品质量信息、车间生产计划等。
五、 中小型制造企业应用系统的业务流程集成类型
对制造企业的流程进行需求调研和分析之后，可以整理出如下的四个典型流程。这些流程涵盖了从市场、销售开始，到采购、设计、生产、发货等全过程的业务处理过程。
流程1：新产品设计流程
ERP系统在接收CRM系统传递过来的销售订单之后，经销售业务人员和产品设计人员确认为新产品，将新产品设计的信息传递给PDM系统，由PDM系统进行新产品的设计。PDM在设计产品的时候，将充分调用CAD、CAPP、CAE、CAM等系统的功能和共享的信息，根据客户和市场需求得出新产品的设计。设计完成之后，将制造BOM、工艺、工装设备等信息传递给ERP系统，由ERP系统安排相应的生产计划和采购计划。采购人员采购回原材料之后，由生产车间领料并根据PDM提供的产品结构，以及生产工艺安排生产。在产品生产出来之后，转入仓库，再由销售部门安排运输部门发货，交付给客户。
图3. 新产品设计流程
流程2：产品变型设计流程
ERP系统在接收CRM系统传递过来的销售订单之后，经销售人员和产品设计人员确认为变型设计，将变型设计的信息传递给PDM系统。PDM系统调用原有的产品设计信息，在其基础上进行产品的变型设计。在变型设计过程中，同样需要CAE、CAPP、CAM等系统的辅助，对设计结构和加工工艺进行检验，保证新的产品系列能够满足产品加工的要求，以及客户的特定需求。设计完成之后，将制造BOM、工艺、设备等信息传递给ERP系统，由ERP系统安排相应的生产计划和采购计划。同样，也需要采购人员采购，生产车间领料和安排生产，并在产品生产出来之后，由运输部门交付给客户。
图4. 产品变型设计流程
流程3：产品变更流程
变型设计是由于客户的需求，或者公司内部根据市场发展趋势，进行产品改型而触发的，产品本身在设计、生产上没有问题。变形设计的产品将生成新的产品版本。
产品变更：由于产品设计上的错误、工艺或者制造上的问题，而不得不修改产品的设计，称为产品变更。产品变更后不必生成新的产品版本。
产品变更设计的流程与变型设计的流程类似，在此不再一一详述。
图5. 产品变更设计流程
流程4：单件产品设计与试制流程
单件产品设计与试制流程实际上是嵌套在新产品设计、产品变型设计以及产品变更设计流程中的，但是由于有一定的特殊性，故将该流程单独进行处理。
单件试制模式下，主要是根据PDM设计的原型产品的需求，将采购信息传递给ERP系统，由ERP系统单独采购试件的原材料，并进行生产加工，然后由产品设计人员做相应的试验进行验证，并根据试验的结果对产品设计进行改进，其主要的流程如下：
图6. 单件产品设计与试制流程
六、 基于业务流程集成的运作管理与决策分析
1. 基于业务流程集成的运作管理
有完整的业务流程集成并不能确保业务得到有效的执行，还必须要有相应的监督和管理机制，才能够推动业务顺畅地运营。因而，需要在业务流程集成过程中，根据企业的实际业务情况，加入相应的业务监控点，并将相关的统计分析报告展现给管理人员，作为经常监控业务运营状态的信息来源，使管理人员根据实际的业务情况进行调整。
例如，业务流程中的监控信息和相关的统计分析报告可以包括：
☆客户的订单是否在规定的时限内录入，并由计划部门安排生产？
☆生产所需的原材料是否能够及时采购到位？
☆生产设备是否运转正常？设备故障对产能的影响状况？
☆产能是否过度饱和？或者出现不均衡的情况？
☆产品质量是否一直很稳定？是否有出现异常情况……
通过对以上信息的监控，可以帮助管理人员及时发现和解决企业日常运营中的各种问题，以有效地推动企业业务流程的正常进行。
2. 决策分析
在应用整合之上的各个应用系统，能够提供丰富的、一致的业务信息，通过对这些业务信息进行分析提炼，能够为企业高层的决策提供非常有用的参考信息。例如：这些信息可以包括：
☆公司的主要客户群有哪些？
☆哪种产品在哪个市场的销量最好？主要销售的客户群？
☆客户反馈最多的产品质量问题是什么？
☆生产与销售是否能有效地配合？
☆资金周转率是多少？周转率低的原因？如何有效地提升？
☆产品研发投入与预期的回报如何？是否应当调整……
当然，以上信息的收集、分析和提炼必须通过商业智能(BI，Business Intelligent)等工具才能进行。而集成的统一的流程为BI获取信息提供了可能。通过BI，不但能发现企业运营过程中的各种规律或者问题，还能进一步进行寻根溯源，通过钻取数据，找到问题的根源，便于及时进行纠正，或者调整企业的发展战略。
七、 结论
通过以上的分析论述，可以看出：
（1）中小型制造企业对于应用系统的集成需求可以分为四个层次：数据集成、业务流程集成、运作管理和分析决策。
（2）中小型制造企业的典型集成应用模式是以企业资源计划(ERP)、产品数据管理(PDM)、车间控制系统(SFC)等系统为核心，并扩展集成客户关系管理(CRM)、供应链系统(SCM)以及CAD、CAPP、CAM、CAE等系统。
（3）企业的数据集成是应用系统集成的基础，而业务流程集成为企业的业务提供了完整顺畅的运作机制。
（4）基于业务流程集成的运营管理确保企业的业务流程能正常开展，而分析决策则从集成的业务流程中抽取信息，为企业高层决策提供确切的信息。
原载《CAD/CAM与制造业信息化》杂志(end)
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(3/23/2006) |
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