钢铁业MES与ERP的分工和集成

钢铁业MES与ERP的分工和集成

近几年来，我国钢铁行业的信息化建设进入了蓬勃发展的时期，各钢铁企业都纷纷投入大量资金实施ERP等信息系统，MES也逐步进入人们的视野，一些大型企业已经或正在准备实施MES系统。本文从钢铁行业的IT应用分析出发，就MES与ERP的分工和集成做一些简要的探讨。

钢铁行业IT应用特点

钢铁企业是连续的流程型企业，钢铁的生产是连续(铁前)和离散(钢后)混合、物理变化和化学变化混合的过程，工艺复杂，生产条件严格，并且是多工厂联合生产，生产设备多，自动化程度比较高，有大量的自动化设备、数据采集系统和检化验系统。钢铁行业的这些行业特点决定了钢铁企业的信息化具有其自身的特点，即不仅要进行业务层的系统建设，还要考虑底层与设备相关的控制和生产管理系统，总的说来，可以用五层层次模型来说明:

位于最底层的L1和L2与生产设备结合紧密，关注与设备相关的自动控制和优化，包括整个生产线的过程控制和单体设备基础自动化，是整个钢铁企业信息化的基础。L3是制造执行系统(MES)，进行生产作业的计划、执行与监控以及生产实时数据的采集和管理。L1～L3面向生产过程控制，强调信息的时效性和准确性。

L4针对钢铁企业业务层面的管理，以ERP为核心应用，还包括CRM、SCM、电子商务等业务运作管理系统，在现代企业管理理论的指导下，通过信息系统把先进的管理理念和方法固化下来，对企业的内、外部供应链进行系统、高效的整合和管理。

L5在整个钢铁企业IT层次模型的最高层，对ERP等L4应用系统提供的大量业务数据进行挖掘、分析，得出各维度的分析建议，为企业管理层的科学决策提供坚实的基础。

在以上五层模型中，逐层之间存在着相互依赖和数据传递关系。L1～L3各层次之间有严格的依赖关系，上面一层控制下面一层，下面一层向上面一层反馈运行信息，形成闭环的控制机制。L3以上关注信息的关联性和可管理性，层次之间的依存关系不像L1～L3那样严格，但是也需要在相邻层之间传递数据，强调层次之间的有效集成。

目前我国钢铁企业在L1、L2都有了一定的积累，有的已经达到比较高的水平，虽然不同钢铁企业的具体自动化程度有所不同，但从整个行业看，基础自动化、过程自动化在钢铁企业中得到了广泛应用，并伴随自动化技术的发展而逐步加深。L4的ERP是各企业信息化建设的重点，同时也有不少企业开始关注L3的MES。事实上，ERP和MES的有效整合是钢铁企业信息化实现“产销一体化”和“管控一体化”目标的一个关键因素。　　    MES与ERP的分工

对于ERP人们都已经很熟悉了，而MES的兴起则是近十年的事，我国引进MES的历史就更短了，对很多人来说，MES还是一个比较新的概念。

MES最初是上世纪九十年代美国管理界提出的，以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会MESA International (MES国际联合会)对MES的定义如下:MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理，这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括:工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。实际的MES产品可能是包含其中一个或几个功能模块。其各模块功能简要介绍如下:

(1)工序详细调度:通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能;

(2)资源分配和状态管理:指导劳动者、机器、工具和物料如何协调地进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况;

(3)生产单元分配:通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作;

(4)文档控制:管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息，同时也收集与工作和环境有关的标准信息;

(5)产品跟踪和产品清单管理:通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性;

(6)性能分析:将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较，其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高;

(7)人力资源管理:提供按分钟级更新的员工状态信息数据(工时，出勤等)，基于人员资历、工作模式、业务需求的变化来指导人员的工作;

(8)维护管理:通过活动监控和指导，保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标;

(9)过程管理:基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程(这一功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现);

(10)质量管理:根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题;

(11)数据采集:监视、收集和组织来自人员、机器和底层控制操作数据以及工序和物料信息，这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。 下面我们来对ERP和MES的分工进行比较。我们从管理范围、管理对象、管理内容、管理时效四个方面来比较:

(1)管理范围:ERP是对整个企业或企业集团业务的管理，而MES的管理是针对车间或生产分厂的。即使是功能最完备的MES系统，对整个企业来说，也只是提供了一个比较狭窄的视角，缺乏管理层管理和决策所需要数据的宽度和深度。

(2)管理对象:ERP是对企业整个运营资源(人、财、物)的管理，强调物流、资金流的统一，也即所谓的“业务财务一体化”;MES的管理则更集中于生产现场资源，即设备、工艺、物料等。

(3)管理内容:ERP管理整个企业的内部价值链和供应链，即销售、采购、生产、库存、质量、财务、人力资源等，强调所有这些业务的整合，强调计划(销售计划、生产计划、采购计划等)的协调和控制;MES主要管理生产的执行，包括生产质量、生产作业调度、生产实绩反馈等。

(4)管理时效:ERP对计划和业务管理的时间区段比较宽，以年、季、月、旬或周、日为单位;由于对生产现场管控的需要，MES的管理更加细致，管到日、班、小时。在ERP系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的生产实时数据，进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。如果说L1/L2的实时时间因子是1，那么MES的时间因子就是10，ERP的时间因子则是100。

计划在ERP和MES中都是非常重要的功能和内容，我们再来看一下ERP的生产计划和MES的生产计划有什么不同:

ERP的生产计划是以生产订单为对象的前后排列;考虑时间因素，以日(以上)为排列单位，先后日期依据销售订单和销售预测的时间、制造提前期和原材料采购提前期、库存等因素用MRP的逻辑来计算;是基于订单的无限产能计划。

MES的生产计划以生产物料和生产设备为对象，按生产单元进行排程;以执行为导向，考虑约束条件，把ERP的生产订单打散，重新计划生产排程;是基于时间的有限产能计划。

MES与ERP的集成

钢铁行业的信息化建设客观上要求实现MES与ERP的有效集成，集成的方法是对生产相关的业务流程进行疏理和优化，通过流程来把MES和ERP整合到一起，基于流程在MES和ERP之间的“进”和“出”来设计两个系统间的接口。ERP与MES一起构成计划、控制、反馈、调整的完整闭环系统，通过接口进行计划、命令的传递和实绩的接收，使生产计划、控制指令、实绩信息在整个ERP、MES、过程控制系统/基础自动化的体系中透明、及时、顺畅地交互传递。MES介于ERP与底层控制和自动化系统之间，起承上启下的作用，是ERP系统数据不落地的基础和保证。

钢铁行业MES通常包括以下功能块:生产订单与工序计划(作业计划)、质量控制、计量管理、检化验管理、进程管理、生产管制与作业管理(生产执行)、库场管理、轧辊管理、生产统计等。下面以一个典型的MES/ERP整合流程为例来说明MES与ERP之间的集成设计:

钢铁企业在ERP系统中根据销售订单和销售预测排出生产计划，同时根据质量标准进行质量设计，生产计划和质量设计结果由ERP导入MES，MES系统根据这些信息排出更细致的生产作业计划。这里，由ERP传入MES的生产计划的具体数据有:生产工单号、产品编码、钢种和规格、具体数量、生产单位、对应销售订单、预计开始生产时间、预计完成生产时间等;由ERP传入MES的质量设计的具体数据有:销售订单、物料编码、钢种和规格、力学性能要求、化学性能要求、生产工艺要求、包装要求、表面质量要求等。

MES在下发作业计划以后，对生产的执行进行管理，将生产实绩反馈给ERP系统的车间管理和库存管理模块，作为计算生产成本的依据。从MES传入ERP的生产实绩的具体数据有:生产工单号、产品编码、钢种和规格、生产单位、对应销售订单、消耗材料数据、消耗动力数据、资源消耗数据、产出数据等。

MES在生产执行的过程中还需要进行质量控制和检验，把质量结果反馈给ERP系统的质量管理模块。从MES传入ERP的质量结果的具体数据有:生产工单、销售订单、物料编码、钢种和规格、力学性能结果、化学性能结果、生产工艺结果、表面质量结果等。

销售发货在ERP系统中实现，把相关信息传入MES系统的库场管理模块，传递的具体数据有:销售订单号、销售行、产品编码、钢种和规格、发货仓库、发货时间、出库数据等。

实现MES与ERP的整合，关键在于业务流程的优化和整合以及对所涉及MES和ERP系统的具体分析以充分发挥各系统的长项。首先，信息系统都是为业务服务的，MES和ERP各自解决一部分业务问题，分别反映一部分业务流程，流程是MES与ERP整合的“粘合剂”，通过流程的整体优化划分出哪些流程在MES中处理、哪些流程在ERP中处理。另外，近些年来，MES又有了新的发展，有的MES系统功能已经非常强大，与ERP在功能实现上有重叠的地方，于是出现了“厚3薄4”和“厚4薄3”(也即重ERP还是重MES)的说法，这需要我们根据企业的实际业务需要，分析所用ERP系统和MES系统的功能特点，对于在两个系统中都可以实现的功能，比较在ERP中实现、在MES中实现、一部分在ERP中实现，另一部分在MES中实现这几种方案分别有哪些优点、哪些缺点，然后决定取舍。比如，销售库存管理在两个系统中都能做，但如果涉及与行车的无线感应，而MES系统在这方面比ERP功能强，不需要开发新的接口，在这种情况下，可以由MES完成库区实物的管理，将相关信息传递给ERP，在ERP中进行库存信息的管理和发运计划处理。

需要注意的是，不管MES还是ERP，都有自己的实现逻辑，在决定某功能的“归属”时，一定要保证该功能在所选系统中实现逻辑的完整性。

钢铁企业在决定MES和ERP的整合方案时，还要充分考虑企业产品结构和管理模式的特点。比如，普通的线棒材生产比较稳定、生产条件并不复杂，不需要功能复杂的MES系统，可以采用“厚4薄3”的方案;而板材的生产也因产销管理模式不同而有所区别，如果是按订单生产、客户对订单状态的跟踪有较高要求，则采用“厚3薄4”的方案更切合实际。

正由于MES与ERP的功能取舍、接口设计存在这么多的变数，而MES系统和ERP系统的投资都是很大的，所以，钢铁企业在大规模的信息化建设之前，先从业务需要出发来进行统一规划是很重要也是很有必要的。