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【史博士信息化制造系统讲座】之七:解决制造企业信息断层的机会–信息整合

2010-05-07 14:09 控制·综述, 自动控制 ⁄ 共 4524字 ⁄ 字号 暂无评论

其实,制造企业内的信息断层有两个概念,一个是空间上的,一个是时间上的。

空间上的断层,代表着制造企业现场的信息无法传送到企业的管理层,使得管理层只能通过会议这种方式得到经过过滤和筛选的信息,而这种过滤的标准并不一定时管理层所允许的。时间上的断层,则代表着制造业的信息源在产生信息后,无法使信息的末端接收者在第一时间接收到该信息,导致信息的反馈。

正如上一讲所谈到的,ERP之所以失败,就在于企业内部存在着信息的断层。
而只要信息存在着时空的断层,则无论是任何信息系统,都不可能理想地工作。

寻找信息源头----自动化控制系统

ERP面临的窘境不代表它的概念不好,只不过是企业现存的生产控制和信息技术水平无法形成企业内无缝的信息流,因而不足以支持这个优秀的概念。但是,反过来说,如果要付出很大的代价才能达到ERP的效果,我们是否应该问一下,还有没有别的途径呢?

在回答这个问题之前,我们有必要重温一下制造业的最紧迫和最重要的需求到底是什么。制造业的需求大体可归为以下五类:

提供高质量的产品。涉及到信息系统是:CAD、CAM、质量检验、生产过程控制系统、工艺设备控制系统、和操作工人管理等,在这方面,ERP基本起不到什么作用。
降低成本。主要手段有:减少由企业自身付费的库存时间:采用JIT的生产方式,将进厂g库存外延到供应商那里去,则无须ERP,即可减少企业自身付费的库存时间;
减少需要作出的决策数量:ERP在这方面做了大量工作,但最频繁的和直接的决策是生产过程中发生的决策,这方面的主要问题也同样来自决策所需的信息,如果决策的信息足够,则可以由信息系统或自动化系统直接作出,如果信息不够,则无法作出任何决策。

减少时间浪费(如非生产性会议、意外的停产,等):对物料需求的实时消耗情况进行掌握,无疑可以减少物料的导入时间;如果能够把信息在企业内部的有关人员之间无缝自由传递,则自然可以减少非生产会议的时间;至于意外停产的减少,是靠高质量的物流管理系统、设备诊断系统和自动化系统来达到的。

加快产品的前置时间(leading time):通过加快研发设计进度、加快批量进度、加快赢利生产进度、加快应变生产时间来保证。这方面的目的要通过PDM、MPS、采购管理,这是ERP的主要目的,但产品的研发进度通常与ERP无关,与之关系较近的信息软件是PDM(产品数据管理),而生产的时间是由过程控制系统决定的,因此,ERP能够控制的主要时间是产品的采购和分销时间,而这可以简单地利用MRP来进行。

在可管理的程度下根据客户要求进行快速变化:所涉及的变化包括:设计变化、需求变化、生产过程变化、交货期变化等,这些需要对相关的变化要求作出最快的反应,同样,设计的变化由PDM进行,需求和交货变化由MRP进行,生产过程的变化是自动化系统进行。而真正的对变化的反应,需要各个系统的信息实时交流,而ERP恰恰缺乏这个功能。
由上可知,在一个制造企业中,企业的所有资源所涉及的日常工作,如产品设计、开发、生产计划、调度、制造、服务、库存和市场等等,是应该关心的全部问题,而这些问题的表现方式,都是用信息或数据的方式来表现的。因此,对制造业最紧迫和最重要的需求来说,最重要的是将整个制造系统进行信息化集成,而集成的中心是将来自现场器件和设备的原始数据进行搜集,将之加以整理并转化为可用的信息,以便针对这些数据进行有关决策。而其中最关键的,是要及时获得所需要的信息,也就是要解决信息源头的问题,因为信息的获得绝对不能依赖人手输入,而必须是自动输入。那么,问题就变成:信息的源头在哪里呢?

从制造流程上看,不论是流程工业还是离散制造业,一个完整的生产过程都可以分为四个部分:进厂物流、主过程、次过程和出厂物流。进厂物流和出厂物流通常采用可编程控制器(PLC)或远程监控系统(SCADA)进行底层控制,对物流的基础信息进行采集,而在上位通过物流信息系统进行管理。流程工业的主过程采用集散控制系统(DCS),离散制造业的主过程采用PLC技术,有时配合CNC技术。次过程如包装、入瓶等,通常是运动控制技术与PLC技术结合的应用。当然,在一个实际的工厂里,还存在着大量的混合型应用,有不同的自动化组合系统。但不论是什么样的组合,有一点是不可改变的,那就是,工厂现场的所有过程信息都是由自动化系统中的仪器、仪表或传感器获取的,因而,说自动化系统是制造企业信息化的源头,绝不是过誉,而是恰如其分的。
信息的整合
有了信息的源头,企业的信息流通的关键还在于信息技术与自动化技术如何整合的问题。这种整合包括横向整合和纵向整合。

1、 横向整合

横向整合,指企业内的主过程和次过程以及物流系统的信息整合,包括自动化单机系统中收集和整合信息、货物进厂、主过程、次过程、货物出厂等,保证全厂信息的畅通无阻。
横向信息整合可以分为三种范围:装置内信息集成、装置之间的信息集成和全厂信息集成。所谓装置指加工的一个较为完整的工序或环节所涉及的设备单元,可以是一个完整的加工中心,一座高炉,或一座分馏塔,等等。
装置内的信息整合是最常见的,它也是现场的设备是否工作在最优状态的关键因素。我们举一个例子,这是一个生产巧克力糖果棒的工厂中将饼干棒裹上巧克力糖衣并送往包装机的装置,通过各类传感器、开关和其它传送带上的器件采集得到的信息,控制系统来控制马达来驱动传送带,这个控制系统通常是一个可编程控制器(PLC),也许是一台PC机,通过一个工厂级的网络与人机界面(HMI)系统(通常是电脑显示屏或工厂终端)通信,这样操作员就可以知道在生产线的任何一点正在发生什么事情。如果裹糖的原料巧克力消耗的速度慢了下来,控制器就会把这个信息传送到人机界面,操作员就会向机器中加注巧克力,以免送往下一道工序的棒上巧克力糖衣的情况发生。这个动作看来很简单,但实现的途径却有很多,而且,今天的复杂的控制技术和通信技术使得控制技术与人机界面的整合变得很容易实现。
在装置之间的信息整合也是比较常见的,当然不如装置内的信息整合那么常见。这个范围的整合将整个制造过程的信息集成到一套系统中。同样用上面生产巧克力糖棒的例子,裹糖机、传送带和包装机之间的校正和同步对提高生产率、防止由于误差而导致的停机、减少能源消耗是很重要的。比如,当操作员关掉裹糖机时,控制器会通知传送带停止运行,以防止马达的磨损,并节省了维持传送带运转的电能;同时,包装机也将同步停止,以免不停地寻找并不存在的糖果,来做无谓的包装动作。在比较复杂的系统中,制造商甚至会利用停机的时间对相关的机器设备来进行例行维护。
有关的行动当然会对生产流程上更远的操作发生影响,远到包括从原材料的消耗到仓库和装运过程。这需要通过分布在整个工厂的信息采集、控制和通信网络来对各个工序上的控制系统进行严密的调整,这种调整可以大大改进工艺装置的效率。

2、垂直整合

垂直整合的概念 要求信息从制造企业的最底层如生产设备和运输设备到最高层如总经理办公室形成透明的数据通道。垂直信息技术整合提供了无限的灵活性,使得自动化系统向信息管理系统转化,也对自动化系统的开放性提出了挑战。没有来自现场的信息,决策者将无法就工艺或操作作出任何决定。
在上个世纪九十年代,随着计算机、通讯、软件和微电子技术的发展,基于不同系统的互连的需要,一些过程控制系统的专家提出了基于因特网的“开放式控制”的概念 [Gerold, 1996],紧接着,一些被称为开放式平台或“第四代控制系统”的新型控制系统被推出 [Mintchell, 2001]。所谓开放式平台的控制系统,是在一个基于IT技术的平台上对制造过程进行控制、和监测的自动化控制系统[Shi, 2001]。在开放式系统的平台上,由于采用了新的通用平台的通信技术和软件技术,不同系统之间可以进行互连和集成,它们之间的信息可以共享,这些新系统可以通过Internet 或Intranet网与外界系统如 MIS、ERP等系统进行通讯,使得企业内的制造系统和商务系统之间的信息的实时、无缝的双向流动以及横向和垂直的信息整合成为可能。
由于所处的环境以及所传递的信息的性质不同,制造系统中的不同的层次需要不同类型的网络。直到最近,这些层次之间的信息网络几乎没有任何相似之处,尤其是通讯协议。就好象开车从香港到深圳,驾驶员必须学会两地的完全不同的两套交通规则一样(好在香港和深圳都是使用的汉字),今天,大部分支持某种网络的公司都会提供一种新的网络技术,和一组通用的协议,使得用户能够在正确的环境下安装正确的网络,这大大提高了网络的响应时间,并使得信息共享变得更容易。

3、整合的关键在于信息的内容而不是数量

通过企业内的信息整合,可以得到一切所需的制造过程状况的实时信息,则提高质量、降低成本、缩短产品生产和交货时间、快速变化等需求可以方便地满足,而且这些满足可以大大提高企业的效率而不需要对企业的管理模式、商业模式、组织架构进行大动干戈的改变和业务重组,对企业的冲击可以减到极低的限度,至少与ERP的实施相比是如此。

但是,所有这一切,并不是只靠网络系统就可以实现的,将分散在企业内的数据集中到一起,并不能让制造商做出更好的决定。必须将数据变成可用的信息,它必须是相关的,与时间对应的,而且不能过多。要做到这些,必须有一个良好的信息平台,要有一个有序而高效的数据库,这样才能保证合适的信息以合适的数量出现在合适的时间、合适的地点。而只有得到有关工厂现场可得到的原材料信息、生产能力信息、和配送选择信息,公司才能够作出正确的计划和策略来保证合适的产品可以在正确的饿时间送到正确的地点去,而同时不影响其它客户定单的执行。
ERP可以用来处理诸如物料需求计划、物料清单(BOM)和人力资源规划等事宜,但是,这些系统工作的好与否,与其内部拥有的数据质量相关;有了ERP不能保证让一个制造商成功。关于由于实施ERP而导致企业走上歧途的众多的令人可怕的故事应该足以证明,那些购买了ERP的制造商可能还不如你用现有的简单系统来得实在。

有了一个遍布全厂的网络、一个认真设计的信息系统和一个企业系统还是不能保证成功,这个系统还要能够将信息送到需要这些信息的地方,工厂现场在没有得到生产什么产品的指令之前,是不可能生产产品的。
有的ERP系统也试图跟踪设备或资产的健康状况,但一台机器的状况和消耗信息不是ERP系统可以了解到的,它是来自工厂现场这个真实世界的实时信息,对这些信息进行了解和处理,才能有助于帮助决策者针对过程情况做出决定;将这些数据从现场设备的有关控制系统传送到企业高层再通过信息系统将有关指令返回到控制系统,这不是一个简单的信息整合任务,它必须通过我们随后在本书中所要介绍的信息化制造系统(E-Manufacturing System)才能完成。
IT技术对制造业的渗透现在到了一个关键而敏感的时刻,一方面,大家意识到没有信息技术是绝对不行的,另一方面,ERP等大量商业信息系统的实施又逐渐让大家起了疑心,到底信息技术是不是又在“倒江湖”(上海俚语,广东话“搞搞震”是也)?IT技术在制造企业中的实施进入了一个僵持的阶段,这时,信息化制造就应运而生了。

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