埃林哲研究院 | 智能制造體系下ERP 和MES 如何分工

一、智能制造的本質

? 所謂智能制造,就是面向產品全生命周期,實現泛在感知條件下的信息化制造。通過智能化的感知、人機交互、決策和執行技術,實現設計過程、制造過程和制造裝備智能化。

? 從本質上講,智能制造就是將制造-生產-使用的各個環節的信息同制造相結合。其典型特征歸納起來有五個方面:

1.敏捷感知:敏捷感知市場和客戶輸入的實時狀態;

2.實時分析:對感知的實時狀進行實時分析和計算;

3.自主推理:按照設定的規則,根據數據分析的結果,自主作出推理和選擇;

4.快速反應:根據推理和選擇的結果,快速地作出本能反應;

5.學習創新:利用人工智能,自學習,作出創新的方案。

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二、企業徹底數字化

? 數字化就是將數據轉變成信息,通過網絡化和智能化的決策,創造有用的價值。所以說數字化制造是智能制造的基礎。沒有數字化制造的基礎,智能制造是空中樓閣。隨著信息化的深入,越來越多的企業已認識到信息化的重要性。信息化已經成為企業獲得競爭力的關鍵,并把信息化管理作為提供監控手段,使管理規章制度程序化,規范各部門功能作用,克服規劃的彈性來提升企業管理水平工具。其不僅固化先進管理思想,還擴充管理思想,打破一些傳統管理的邊界,如企業中分權與集權的邊界;規范化與個性化的邊界等。隨著信息技術的進步,企業管理的空間、時間范圍在擴大,同時管理的細度或粒度又在縮小。從宏觀和微觀上都要求可視化和實時化,這就需要集成技術。ERP與MES的集成對于制造業信息化的發展是一個必不可少的階段。下圖為ERP系統與MES系統集成解決方案模型圖。

ERP系統+MES系統集成解決方案模型圖

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三、ERP和MES構建智能制造體系

? ERP是企業資源計劃管理的平臺,它通過信息系統對信息進行充分整理和有效傳遞,使企業的資源在采購、生產、銷售、運輸、財務、人力資源等各個方面能夠得到合理的配置與利用,從而實現企業經濟效率的提高。作為企業運營流程的最高層,主要面向經營管理和決策人員,實現經營決策管理信息化以及管理組織的扁平化和集約化。但ERP缺少足夠的底層控制信息,無法實現與控制系統緊密相連;另一方面,即使是好的MES解決方案,對于整個企業來講,也不過是供一個相對狹窄的視角,缺乏在管理層為進行決策支持所需要的生產執行數據的廣度和深度,生產過程控制系統(PCS)又缺乏足夠的上層控制信息,不能實現對生產的管理與控制,造成了企業內部的信息傳遞不到位。如何實現底層生產信息實時地反饋和ERP計劃信息實時地下達是許多企業所面臨的主要問題;而MES是企業生產管理集成的核心軟件,他可以做為中間層,承上啟下,以生產運行管理軟件為主,面向生產管理人員,實現生產管理信息化,以及管理組織的扁平化和緊密化;作為決策層和實施層信息交互平臺的MES,其功能模塊包含制造數據管理,計劃排期管理、生產調度管理、生產設備管理等,為操作人員提供計劃執行、跟蹤及各方面的狀態信息,并將以上信息加以篩選采集、加工處理傳遞給ERP系統,將制造系統與整個企業聯成一個整體,實現閉環的系統控制。

1、ERP/MES時間因子

? ERP/MES/底層控制的時間因子ERP系統是基于事務處理的環境,其工作是以天、周、月、年為時段,即100X時間因子。它從管理層角度關注客戶訂單、銷售預測、物料需求等信息,并將計劃下達給車間執行層(MES)以生產需要的產品來滿足客戶訂單或庫存要求。MES的職責是執行產品制造以及相應的作業,完成詳細的產品設計和產品制造工藝,提供控制層工作指令,MES工作于較短的時間范圍,通常以天、班組、小時、分鐘或秒為時段,即10X時間因子。一旦MES生成的工作指令、程序、文檔及其它生產要求發送到控制層,控制層便執行指定的操作。控制層以實時方式工作,時間因子為1X(秒或更小的工作單位)。

? 由此可以看出,從底層控制、MES到ERP構成了從實時、秒、分、時、班組、天、周、月、年完整信息管理、控制時段,覆蓋了從上層計劃到車間執行的整個過程,實現實時的企業管理,保證了ERP的閉環實現。

? 下圖為ERP/MES時間因子及數據流:

ERP/MES的時間因子及數據流

2、ERP/MES數據流

ERP與MES信息交互

? MES系統為ERP提供有效的生產信息數據如物料需求計劃、產成品產出計劃、成本計劃、作業計劃等從而提高ERP中數據的精確性與完整性,對企業計劃進行更精準的指導和處理;ERP系統為MES提供基礎數據如物料信息、采購/庫存信息、銷售單信息等,為MES系統提供生產需求來源和生產管理相關的基礎數據。MES是處于ERP和PCS之間的執行層,將經營目標轉化成生產過程中的操作目標,通過反饋執行結果,不斷調整和優化,形成一個周期性的從生產經營到生產運行和過程控制的高效閉環系統。ERP與MES的集成對于制造業信息化的發展是一個必不可少的階段,通過二者之間實時的數據互聯完全可以實現企業信息的全方位、高效率的集成。

? 以下分別從兩個方向分析ERP與MES集成系統的信息傳遞:

1)自頂而下的信息流傳遞

? ERP系統的驅動數據來源于客戶訂單和銷售預測,在ERP運行之后將主要產生兩種輸出:采購件的采購訂單和自制件的工作訂單。采購訂單直接下達給采購部門,或與SCM系統集成進行物流計劃以及跟蹤、監控物流狀態;自制件的工作訂單下達到相應的工作中心(一般指車間)的MES,工作訂單中包含了物料、生產數量、完工日等信息,除了工作訂單還有一些其他信息,如標準物流BOM、標準生產工藝、設計文檔等下達到MES,根據這些信息MES產生更為詳細的資源分配、工序和生產調度,并形成工作指令下達給控制層的工人、設備或控制系統,同時將控制系統需要的控制參數發送給控制層。

2)自底而上信息流反饋

? 底層控制系統接受到MES下達的工作指令完成相應工序。在控制層工作的同時或完成后將底層信息實時地反饋給MES,這些信息既包括實時生產信息,如起止時間、裝配時間、等待時間、排隊時間、實際工作時間、完成數量、廢品數量,又包括作業任務狀態以及底層設備人工狀態;MES在反饋的底層信息基礎上,對某些信息再進一步處理并反饋給ERP系統,工作訂單狀態、完成情況、起止時間、資源狀態、工時信息、實際的物料BOM、實際的生產工藝、WIP信息、廢品信息、實際庫存狀態,這些反饋信息對ERP系統至關重要:

1、使ERP系統中物料BOM、生產工藝根據反饋數據得以調整;

2、實時的資源狀態(物料、人工、設備)使閉環ERP得以實現;

3、實時信息的反饋使成本計算、WIP狀態、庫存狀態更加可靠。

? 由此可見,MES/ERP以及底層控制系統的信息流的下達和反饋保證了ERP系統信息的實時性,是整個制造業信息化的基礎,也是ERP閉環實現的基礎保證。下面將給出企業資源規劃(ERP)、MES與控制系統間的作業互動與信息流模式,如下圖所示:

ERP與MES的交互形式

? ERP系統中物料管理、生產管理、銷售管理、財務管理、人力資源5個主要功能模塊和MES之間存在非常緊密的相互作用。物料管理中物料BOM、物料生產工藝、庫存狀態和MES有雙向信息通信;ERP的閉環實現則主要在生產管理與MES的集成中得以體現;銷售管理是ERP的初始輸入,并通過MES的實時反饋反應客戶訂單的狀態;成本控制是財務管理的重要方面,實際生產成本的核算需要MES反饋的關于工時、人力、設備等諸多信息;MES對人力資源的作用主要通過工時、班組等信息核算人工工資。MES中包括了車間控制和管理的主要功能:作業調度、資源分配、工時管理、文檔控制、數據采集、WIP跟蹤、質量管理和維修管理。MES是整個系統中信息流和控制流的樞紐,是連接ERP和底層控制的橋梁。MES所擔當的角色是跟蹤、監控和管理車間的整個活動。

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? 綜上,ERP系統與MES的集成對于制造業信息化的發展是一個必不可少的階段,能大大提高企業的管理自動化水平。特別是MES系統彌合了企業計劃層和生產車間過程控制系統之間的間隔,是制造過程信息集成的紐帶。深刻理解ERP、MES和底層控制系統等這幾個系統先進的管理思想,把握它們的發展趨勢,理解它們之間的相互關系,對于制造業的信息化建設有重要的意義。