1. 引言
智能工厂信息化系统需要将现代管理理论、智能制造理论与最新信息化技术、自动化技术、网络通信技术、信息物理系统、大数据技术、云计算技术深度融合,通过科学规划和全面集成企业设备单元、生产监控、制造执行、企业管理、设计研发等各类系统,最终构建由智能设计、智能经营、智能生产、智能决策组成的智能工厂。
大量工厂在选择ERP系统时,往往只注重供应商的品牌、案例,却忽略其自身特性是否与企业实际需求相匹配,所以本文将从生产制造业的类型讲起,并介绍常用的信息系统架构和其特点。未来还将逐一介绍相应系统的特点及选型工作。
2. 生产制造业的类型定义
根据生产原理,生产制造业目前存在两大类、六种类型。两大类即离散型(Discrete)和连续型(Process)。从极端的离散型生产到完全的连续型生产,根据Gartner集团对ERP软件供应商指南中的分类,又可以细分为六种生产类型。
1、按订单设计(Engineer To Order,简称ETO)
或按项目设计(Engineer To Project)。
2、按订单装配(Assemble To Order,简称ATO)
或按订单制造(Make To Order)。
3、按库存生产(Make To Stock,简称MTS)
4、重复生产(Repetitive)
5、批量生产(Batch)
6、连续生产(Continuous)
现实的工厂中,尤其是随着先进制造业的兴起,一家公司往往会包含多种类型,诸如:昌红科技公司包含按照订单设计、订单装配和批量生产等多个类型,这就造成其业务形态的不同,管理方式的差异以及每个业务都具有独特的特征。
未来遴选系统的时候,应着重考虑系统所能承载的业务类型和擅长的业务特点,以便能更好的包容现有的业务模式。
3. 制造业四大系统定义
生产制造行业经过几十年的发展,历经单一的财务管理软件、ERP、MES、设计软件等独立软件的应用,逐步过渡到目前基于智能工厂所需的一体化的四大系统及其相关附属软件的统一管理阶段,目前四大软件主要包含:
(1)ERP (企业资源计划系统):它是企业信息化的核心系统,一般会管理销售、生产、采购、仓库、质量、成本核算等模块。主要用于构建企业信息化的基础架构,并将各个业务模块通过数据进行串联,并对数据进行有效的整合;
(2)PLM(产品生命周期管理系统):它负责产品设计的图文档、设计过程、设计变更、工程配置的管理,为ERP系统提供最主要的数据源BOM表,同时为MES系统提供最主要的数据源工艺路线文件。PLM软件作为设计部门的核心管理软件,一般情况下会前置执行和构建,初期部分企业也会通过PM(项目管理)模块/系统替代;
(3)MES(制造执行系统):它负责车间中生产过程的数字化管理, 实现信息与设备的深度融合,为ERP系统提供完整、及时、准确的生产执行数据,是智能工厂的基础;
(4)WMS(仓库管理系统):它具备入库业务、出库业务、仓库调拨等功能,从ERP系统接受入出库物料清单和MES系统中接受入出库指令,协同AGV小车完成物料配送的自动化, 实现立体仓库、平面库的统一仓储信息管理。
四大系统各有各的优势,企业实行信息化时,并不需要严格按照以上顺序实现,而是可以根据企业特点选择其中一个或多个进行分步实施。
4.企业信息化总体架构
4.1. 企业信息化整体架构
图示1:智能制造整体架构
目前企业信息化已经到达了工业4.0所定义的物联网及信息融合阶段,传统的单一系统都将被整合到统一的物联网架构中实现。
基于工业4.0标准及信息安全相关的管理要求,我们建议在信息物理融合系统(CPS)的支持下,构建智能设计、智能产品、智能经营、智能服务、智能生产、智能决策六大系统。其中,通过服务网、物联网将企业设施、设备、组织、人互通互联,集计算机、通信系统、感知系统一体化,实现对物理世界的安全可靠、实时、协调感知和控制;同时通过企业信息门户(EIP)实现与客户、供应商、合作伙伴的横向集成(如协同商务和信息共享),以及实现企业内部的纵向集成(如不同系统之间的业务协同)。
4.2. ERP系统规划
ERP系统是一个庞大的系统,企业应根据自身特点和制造类型进行有目标的规划。一般规划可以有以下两点决定:根据自身的IT管理能力决定选择ERP平台的类型;根据生产制造类型选择适合的产品或模块。
1.成品套装的ERP软件
这类系统是定型的ERP软件,通过软件的参数设置,对软件做少量的功能调整。无法解决的管理需求,通过二次开发实现,系统主体架构不可变化,只能解决一部分的新增需求,同时,二次开发可能引发系统不稳定现象。此类系统灵活性差,系统更新速度缓慢,但成本较低,应用速度较快。
2.在开发型平台上研发的ERP软件
此类ERP软件在开发平台上按用户功能需求来设计开发,包括财务管理、成本管理、项目管理、人力资源管理等。开发手段为编程,建设速度慢,质量受制于研发人员的业务理解能力和业务经验。企业亦可组建研发团队研发适合自己的ERP软件,成本略高。
3.在应用设计平台下的ERP软件
此类系统按照用户需求进行个性化设计,包括财务、预算、资产、项目、合同、采购、招投标、库存、计划、销售、生产制造、设备、工程、电子商务、人力资源、行政办公、分析决策、管理功能、业务流程、数据查询、用户界面风格等。开发手段为设计,可应对管理需求的变化,动态调整业务应用和管理流程,解决因二次开发周期过长而带来的ERP系统不能与业务变更同步完成的问题。
用户需要根据自身IT能力和企业需求决定,所选择的ERP系统是否适合自己,是否在自身预算的承受能力之内。例如大量现实已经证实,如果自身没有一个强大的IT团队,就需要选择一个尽量标准化的产品,同时兼顾一定的扩展性,这样前期ERP才能在预算范围内完成顺利上线。后期在IT团队强大后,可以在原有的基础上进行细节性的调整。如果自身IT团队足够强大,这完全可以在前期即介入到ERP系统的建设过程中,伴随厂商的建设,学习和积累经验,在系统上线后,逐步脱离厂商的控制,形成一条具有自主能力的ERP系统建设方案。
在考虑ERP上线时,也应考虑上线模块是否与现有业务匹配,其匹配度可以分成两个层次,即核心业务匹配度要达到80%以上,辅助业务要达到60%以上。否则模块可能面临重构的风险。
4.3. PLM系统规划
PLM是面向产品创新的一种知识管理和流程优化的理念,是现代企业面向客户和市场,快速重组产品每个生命周期中的组织结构、业务过程和资源配置,从而使企业实现整体利益最大化的先进管理理念。
传统的独立CAX、ERP、PDM、SCM、CRM等系统,是针对产品全生命周期中的阶段解决方案,难以支持企业作为一个整体获得更高效率、实现更多创新和满足客户特殊需求,企业需要PLM系统将这些单独的系统结合到一起。
目前很大一部分企业都PLM都没有明确的概念,这是因为很多设计部门和生产部门的沟通仍处于很原始的数据手工传递阶段,甚至有些部门内部的管理也仍然靠着人对人的方式进行管理。所以要想建立PLM系统,应首先从思想上重视,并尽量理解以下几点:
(1)建立完备可靠的基础设施网络是PLM的基础,实施PLM需要一个可靠有力的网络环境支持。其次,是高可用性的操作系统、强大的硬件平台、稳定的数据库系统和海量的存储设施。
(2)以PLM理念为指导,对企业流程实施改进、优化和重组以流程为核心进行针对行业的业务流程优化。此时,对于CAD产品已经不能简单地看作一种开发工具,而是一种思想和方法的载体。重新规划流程,将使得传统CAD产品能够纳入到系统的全相关性指标中,能够对产品的设计/工艺/制造的全过程有着预览全景的了解。
( 3 )选择合适的PLM产品,建立PLMS的支撑平台,包括:
①协同工作环境。提升3D技术的应用水平,实现产品信息的全程数据共享的协同作业的环境。
②对知识型资产的要素进行分解。利用以PPR (Product–产品、Process–开发的流程和制造、Resource–资源)定义用于描述基本要素的数据格式,实现标准化作业、信息化制造的底层数据基础。将整个制造过程在虚拟世界中前移,在数字世界完成各种制造模拟,以最大限度地减少实际生产造成的资源浪费。
③知识管理。PLM是一个管理思想从上而下的渗透过程。通过建立能够沉淀并被其他同事重复利用的知识型资产,使得公司在前进的过程中,许多优秀的创意和经验、教训都会沉积到公司的系统中去,使得操作者能大大降低时间。因此,“第一次就做对”已经成为知识库的一个目标。
④建立连结的工具。由于整个系统具有开放性和扩展性的特点,需要有一种工具能够实现整个过程的记录和应用。
做好以上几点后,再梳理自身的实际需求,之后开始对PLM进行系统性的选型,届时将会有一个清晰的目标来指导我们,如何选择合适的供应商。
4.4. MES系统规划
MES系统是人与设备交互的核心系统,其选型是企业一直关注的问题。而所谓的选型一定要结合企业的实际需求,其实这个跟企业的规划是密切相关的,但企业在进行MES系统规划的时候,有时候会有一种无从下手的感觉。在这种情况下,企业通常的做法是让一些软件供应商来进行方案介绍,这是传统的思路。但是我认为这种思路是有一定的问题的。最大的问题就是:企业自己的主动性没有充分发挥。所以本文结合笔者的经验与认识,梳理一下MES系统规划思路的三个要点:
一、问题导向、以终为始
二、指标落实、直奔主题
三、功能规划、思想赋魂
以上三点是选择MES的核心,具体内容在后续文章中会逐一的介绍。
4.5. WMS系统规划
WMS系统是这四个系统中相对简单的一个,但其重要性也不亚于以上三个系统。一般WMS系统着重解决实物仓储、出入库、物料质检、组盘等相关管理目标,具体如下:
(1)实现原材料、成品、备品备件的出入库、调拨、转换、质检、在库等过程的有效的全方位管控。
(2)实现ERP系统、WMS系统及库存实物信息交互的及时性和一致性。
(3)实现账务相符、物料流转及消耗的精准追踪、多样化盘点功能应用。
(4)底层技术应用,实现自动化调度。
由于WMS系统和ERP系统结合对非常深,所以一般建议WMS和ERP系统选择一家供应商会相对较好。