21世纪我国制造业信息化发展新趋势

--APS、ERP和MES系统集成研究

1 引 言

    随着世界经济全球一体化进程的推进，各跨国公司争相抢占中国市场，中国正在逐步发展成为世界的制造中心。与此同时，随着加入WTO，我国大型企业也将国际化作为企业发展的战略。如何提升我国制造企业的核心竞争力，作为企业“第三利润源”的物流管理，日益得到企业的重视。21世纪是靠速度竞争的世纪，竞争已经由单个企业间竞争的层面发展到整个供应链层面的竞争。信息技术的应用是现代物流发展进程中的重要标志，探讨我国制造业如何利用先进的供应链管理理念，以信息技术为依托加速其国际化进程具有现实指导意义。

2 管理理念的发展——从物流管理到供应链管理

    物流源于美国，后经日本传入中国。最早的物流理念出现在美国市场营销学者的论著中。1935年，美国销售协会最早对物流进行了定义:“物流（Physical Distribution）是包含于销售之中的物质资料和服务从生产地到消费地点流动过程中伴随的种种活动”。这时期的物流管理可以认为是传统的狭义的物流管理，即只包括对商品销售过程中的物流进行管理，不包括原料的供应物流和生产物流等。二战期间，美军利用后勤管理（Logistics management），在军事后勤管理中发挥了巨大作用。后来，该方法被引入到商业领域，被人们称之为商业后勤（Business Logistics）。物流的概念从传统的狭义的范畴发展到现代的广义的物流阶段的标志性事件为美国物流管理协会的更名。1986年，美国物流管理协会的名称由原来的National Council of Physical Distribution Management改为The Council of Logistics Management,简称CLM。目前，对现代物流最权威的定义为:“物流是供应链流程的一部分，是为了满足客户需求而对商品、服务及相关信息从原产地到消费地的有效率、有效益的正向和反向流动及储存进行的计划、实施与控制过程（美国物流管理协会，1998年）”。该定义将物流的范围由狭义的销售物流扩展到包括供应物流、生产物流、销售物流、回收物流和废弃物物流在内的广义的物流，更为重要的是在该定义中突出了信息管理在物流管理中的地位，这也是现代物流区别于传统物流最显著的特征。物流系统既包括作业子系统又包括信息子系统。而物流系统的目标就是通过整合企业的资源，从而提升客户服务水平。随着新世纪脚步的临近，物流管理理念逐步发展到供应链管理阶段。2005年1月1日，美国物流管理协会更名为供应链管理专业协会（Council of Supply Chain Management Processionals，简称CSCMP），标志着全球物流进入供应链时代。美国供应链协会认为:“供应链是日前国际上广泛使用的一个术语， 涉及从供应商的供应商到顾客的顾客的最终产品生产与交付的一切努力”。供应链管理的重点是打破了企业的边界，通过对整个供应链上资源的整合，使整个供应链得到优化。

3 支撑制造业现代物流和供应链管理的信息技术

    从传统物流到现代物流，从现代物流再到供应链管理，管理理念逐步提升。在此过程中，作为其支撑要素的信息技术发挥了重要作用。在引入计算机技术之前，人们通过经济订货批量和再次订货点法来进行采购和控制库存口由于计算机、数据库和通讯等技术的发展，使物料需求计划（Material Requirement Planning，简称为MRP）的实现成为可能。70年代的时候形成了闭环的MRP；80 年代人们把生产、财务、销售、工程技术和采购等子系统集成为一个一体化的系统，称为制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，简称为MRPⅡ）；进入90年代，信息系统资源管理的范围进一步扩大，企业管理的信息系统也发展到了企业资源计划（Enterprise Resource Planning，简称为ERP）为代表的体现现代物流管理应用系统阶段。通过企业资源计划软件的实施，使企业内部的资源得到优化，ERP系统己经成为制造业企业信息化的基石。企业在实施ERP的过程中发现，以ERP为代表的管理信息系统和企业自动化的控制系统之间存在一个断层，表现为如车间生产控制数据难以及时的收集。

    由于ERP的车间执行与控制系统功能相对较弱，为了弥补这一缺陷，在80年代末90年代初制造执行系统（Manufacturing Execution Systems，简称MES）应运而生。制造执行系统，由于其能对生产的各种状态变化做出迅速响应，能够减少企业内部不增值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，提高生产回报率，体现敏捷供应链思想，正在成为企业实践的热点。

    进入21世纪，基于供应链管理理念的高级计划与排程软件（Advanced Planning & Scheduling，简称APS）在国外企业开始应用，取得了初步效果。

4 物流管理理念与信息系统的发展比较分析

    从传统物流到现代物流，进而发展到目前的供应链管理。在此过程中，信息系统的应用成为物流管理现代化的核心。制造业信息系统伴随着物流理念的提升也经历了从无到有，从MRP到ERP，从ERP到APS、ERP和MES集成的体现供应链管理理念软件的应用历程。信息系统也是伴随物流理念的提升而逐步发展和更新的，通过以上物流理念和信息系统应用发展的脉络，将二者在不同阶段的发展比较分析列表如下（见表1）：

表1 物流理念与信息系统发展对比

5 APS、ERP和MES集成的信息系统将成为21世纪我国制造业信息化开发与应用的新趋势

    我国的制造企业积极采用现代物流的理念来改造传统运营方式，开始尝试采用供应链的方式加速其国际化的进程。根据中国物流与采购联合会2004年在全国范围内开展的制造企业供应链管理问卷调查结果显示：我国大部分制造企业己经意识到供应链管理的重要性，其中建立健全先进信息系统，使用高水平供应链管理软件成为提高我国制造业供应链管理水平的重要举措之一。

    纵观我国制造业信息化的发展，80年代末90年代初ERP软件刚刚进入中国市场，经历了从怀疑、迷惑、了解到接受的过程。目前企业己经认识到了ERP系统的重要性，ERP系统在中国的应用也己经进入了成熟期。早期引进ERP系统的企业发现，单靠ERP系统已经不能满足企业发展的需要，他们需要更新、更集成的信息系统。国外的企业己经采用APS、ERP和MES集成的信息系统来管理企业，在半导体、计算机组装、食品与饮料等行业拥有许多成功的案例。随着我国制造业企业信息化进程的不断深入，作为新的管理理念和信息技术代表的APS和MES软件的应用会逐步得到企业的认可。目前，APS、ERP和MES集成的信息系统己经开始在钢铁和烟草行业逐步得到应用，取得了初步成效。可以预见在不久的将来，APS、ERP和MES集成的信息系统将成为21世纪我国制造业信息化发展的新趋势。

    5.1 ERP环境下的计划与控制系统

    5.1.1 以MRP为核心的计划与控制系统

    基于ERP的计划与控制系统是以MRP为核心的计划与控制系统。ERP系统是一个包含生产计划与控制、物料管理、销售与分销、财务、成本控制、人力资源管理、质量管理、设备维护等众多模块集成的信息系统，其关注的焦点是企业内部资源的有效利用和整合，是企业信息化建设的基础。基于ERP的计划与控制的系统的计划层次为：从预测和销售与运作计划（Sales and Operation Planning，简称SOP）开始，包括主生产计划、MRP、长期计划、粗能力计划和详细能力计划等计划层次。

    计划首先从预测开始，通过历史销售数据，同时注意到未来的变化和趋势，采用平均移动、指数平滑常数模型、指数平滑季节模型等随机模型生成销售预测。在预测的基础上创建企业的中、长期计划，即销售与运作计划，销售与运作计划包括销售计划和生产计划。依据销售计划或生产计划生成的需求和企业收到实际的销售订单，系统会展开物料清单，考虑物料采购和产品生产的前置期以及库存信息，通过运行MRP，生成采购计划和生产计划，作为原材料采购和产品生产的依据。在生成的生产计划的基础上进行排产。通过对生产定单的循环操作来实现对生产过程的控制，一般来讲，ERP系统对车间的制造执行和控制过程功能相对较弱。

    5.1.2 ERP环境下计划与控制系统的局限性

    由于ERP以MRP为核心，主要关注企业内部资源的优化。面对目前复杂多变的市场竞争环境，ERP环境下的计划与控制系统便表现出了它的局限性，其局限性具体体现为：

    ·在生产计划方面：

    ①MRP算法假定提前期是已知的固定值；
    ②系统要求固定的工艺路线；
    ③仅依据交货期来安排生产的优先次序；
    ④所有的工作都是在假定无限能力的前提下进行，虽然ERP系统具有能力计划的功能，但也只是一个反复校验和调整的过程；
    ⑤重复计划要花费相当多的时间，而计划更改相当困难:
    ⑥侧重于企业内部，仅关注供应链中的某一节点；
    ⑦有限的决策支持能力；
    ⑧对潜在瓶颈缺乏考虑；
    ⑨ERP的排产功能较弱，排产的时间可以到天，但对于特殊行业更精确的排产却无法做到；ERP可以通过人机对话的方式来进行排产，但却不能实现自动排产。

    ·在生产控制与执行方面：

    ERP管理信息系统本身对生产控制的能力较弱，具体主要表现为：ERP系统难以与基础自动化系统进行接口；无法对生产数据进行自动管理和对生产过程进行有效追踪，基础自动化与管理系统之间还存在明显的数字鸿沟。

    5.2 制造执行系统

    MES是美国管理界上世纪90年代提出的新概念，国际MESA组织对MES作出如下定义：“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”。MES的11项主要功能为：生产计划和调度、数据采集、资源配置和状态跟踪、工序仰I节调度、产品跟踪和记录、维护管理、人力资源管理、性能分析、过程管理、质量管理和文档控制。

    目前企业所面对的是复杂多变的市场环境，如何满足多品种、小批量和客户个性化的需求，这就要求企业打造敏捷供应链。MES软件的应用可以帮助企业实现上述业务目标。

    MES系统提供基础自动化系统、过程自动化系统无法实现的车间级调度管理功能；提供ERP等管理信息系统无法实现的生产数据的获取与分析功能，成为车间生产和企业管理之间的桥梁，可以为企业带来现实的或潜在的经济效益。这些经济效益包括：确切掌握生产状况，提高交货准确度，达成产销配合；正确掌握生产状况及不良品的追踪，降低生产成本；对产品生产数据进行管理，方便进行品质追踪，提高产品服务质量；有效避免不良操作，提高生产效率；有效利用生产设备，充分利用产能等。

    5.3 供应链环境下的计划与控制系统

    随着供应链管理实践的深入，计划与控制系统也由ERP环境下发展到供应链环境下的计划与控制系统，将APS、ERP和MES集成起来的计划和控制系统将是未来制造业信息化发展的新趋势。

    供应 链 管 理软件是以具有制定高精度生产计划功能的高级计划与排程APS功能为核心的管理软件。APS软件基于约束理论（Theory of Constraints，简称TOC），通过使用尖端的信息技术、人工智能或多种数学模型优化算法和脱离主服务器，使用常驻内存运行的技术来解决MRP软件所不能实现的功能。供应链环境下的计划与控制软件的功能模块包括：战略网络规划、需求规划、需求履行和可承诺供应量、主计划、生产计划与排程和运输计划等。

  5.4 ERP和供应链环境下集成的计划和控制系统的比较

    供应链环境下集成的计划和控制系统与ERP的计划与执行系统相比，具有其先进性。现将二者的差异整理如下（见表1）：

表2 ERP和供应链环境下计划和控制系统的比较表

    5.5 APS、ERP和MES三者之间的关系

    APS、ERP和MES之间不是互相孤立和彼此替代的关系，而是相互联系，彼此促进的关系。通过合理地将三者集成在一起，制造企业可以以最快的速度向客户提供令人满意的产品和服务。

    虽然在计划方面，APS软件具有ERP软件所不具有的优势，能够优化供应链规划，但是这并不意味APS软件可以取代ERP软件，APS软件的运行还要依赖ERP系统所提供的大量的静态数据和动态数据。只有充分发挥各自的优势，将APS、ERP和MES三者结合起来使用，才能发挥三者集成的1＋1＞2的协同效应。

    尽管三者在计划和控制的某些方面有重叠的功能，最典型的例子是在生产排程方面，三者都有该功能，但实现的方式和基本算法有所不同。排程的功能在哪个软件实现最好，企业应根据自身企业产品和生产工艺的性质、管理目标以及可利用的资源状况具体问题具体分析，没有选择哪一种软件实现排程的功能最好，适合自己的就是最好的选择。目前的趋势是MES软件供应商将自己产品的功能向上延伸，也提供部分或全部计划的功能；ERP软件的供应商也将其产品功能范围扩大到提供APS软件的功能。不论是哪类厂商提供的产品，作为企业管理者重要的是真正了解三者的内涵，选择适合企业自身发展的应用系统，充分利用集成系统的优势，实现企业经营管理目标。

    5.6 供应链环境下集成的信息系统的应用状况

    由于使用APS、ERP和MES三者集成的信息系统对企业的内部环境和外部环境要求很高，真正全面实施起来非常困难。但我国的钢铁行业、烟草行业的部分企业己经开始了有益的尝试。如我国某钢铁企业使用SAP R/3作为其ERP产品，使用Broner产品作为其APS和MES产品，三者是相互集成在一起的。该钢铁企业实施的APS功能包括物料计划、生产计划和定单谈判系统。通过该集成的系统可以使该企业达到如下管理目标：提高交货的准确性；缩短对客户做出交货承诺的时间，交货承诺的时间由原来的一个月减至一周;基于实际的可用产能去接收订单；客户查询订单作出快速应答和计划自动化等。另一个案例是山东某卷烟厂，其ERP产品为SAP, MES产品是西门子公司的SIMATIC IT。由SAP系统将生产计划传递给SIMATIC IT的详细排产系统进行详细排产，由MES收集生产数据，并将该数据反馈到SAP系统中。

6 结束语

    虽然高度集成的生产计划和控制系统能给企业带来竞争优势，但由于我国制造业所面临的外部环境和内部环境的局限性， 如支撑供应链体系的公共经济政策尚未健全各层供应商实力单薄，配备不全企业内部管理水平和信息化建设有待提高等因素，所以可以说在中国还没有建成完备的供应链体系。但是以海尔为代表的企业已经在供应链管理领域先行了一步，并积累了宝贵的经验。从信息化应用方面来讲，我国企业正在大力引进ERP项目，而APS、ERP和MES集成的系统还处在概念普及和应用探索阶段，但是随成我国企业逐步采用供应链的管理理念和信息化工作的进一步深入，相信在不久的将来，三者集成的应用系统会成为未来制造业信息化的发展方向和新趋势。