烟草行业的MES与ERP集成的研究

近几年来，我国烟草行业的信息化建设进入了高速发展的时期，国家烟草专卖局正在实施行业地面计算机骨干网络的建设，开发应用烟草行业卷烟生产经营决策系统，实现烟草行业工商数据集成，掌握行业卷烟生产和销售环节的卷烟牌号、产量、销售等多项数据指标，实现对行业卷烟生产经营的及时、准确、全面的监控管理，进一步提高行业生产经营决策管理的科学性。各烟草企业也投入大量资金实施ERP等信息系统，MES也逐步进入人们的视野，一些企业已经或正在准备实施MES系统。本文从烟草行业的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。
一、烟草行业IT应用特点分析
烟草企业是连续的流程型企业，分为制丝和卷接包两大工艺流程，制丝环节又分为片叶处理、白肋烟处理、叶丝处理、烟梗处理、掺配加香、膨胀烟丝处理等工艺流程，卷接包环节分为卷接和包装两个流程，在各流程环节有一定的自动化控制系统，烟草行业的这些行业特点决定了烟草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，还要考虑底层设备相关的控制和生产的管理。
位于最底层的L1称为设备控制层，与生产设备结合紧密，设备控制层采用集中—分散型工业总线控制方式，将传感器、PLC、网络、无线通讯、条码、电子标签、工业机器人等诸多技术结合在一起，用方便灵活的硬件和软件模块加以组合，以适应不同特点的工艺控制要求。
L2是制造执行系统(MES)，进行生产作业的计划、优化排产、执行与监控以及生产实时数据的采集和质量管理。L2包括MES服务器、监控计算机、编程管理计算机、生产终端等设备，以及实时数据库、监控组态软件、网管通讯软件等，通过监控计算机实现对生产线的组合操作、状态实时监控、生产数据采集、并将采集的数据向数据管理服务器上报。L1向L2发送现场生产、工艺数据和物流信息等，L2向L1下发送生产计划和物流调度信息、配方数据等。L1和L2是面向生产过程控制，强调信息的时效性和准确性。
L3针对烟草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。
L4在整个烟草企业IT层次模型的最高层，对ERP等L3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。在以上四层模型中，逐层之间存在着相互依赖和数据传递关系。L1和L2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和L4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和L2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。
目前我国烟草企业的L1有了一定的积累，有的已经达到比较高的水平，如很多企业已具备制丝中控系统、卷接包装机数据采集系统、能源动力的数据采集系统、工业机械手、原料、辅料、成品的高架仓自动化物流系统，虽然不同烟草企业的具体自动化程度有所不同，但从整个行业看，自动化在烟草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。L3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L2的MES。事实上，ERP和MES的有效整合是烟草企业信息化实现“产销一体化”和“管控一体化”目标的一个关键因素。
二、MES与ERP的分工
对于ERP( 企业资源计划)人们都已经很熟悉了，而MES(制造执行系统)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。
三、MES与ERP的集成研究
烟草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、低层设备控制中透明、及时、顺畅地交互传递。MES介于ERP与底层设备控制系统之间，起承上启下的作用，是ERP系统数据的基础和保证。
烟草行业MES通常包括以下功能块: 对上接受ERP的生产计划等信息，并反馈相关的信息给ERP；对下采集制丝中央控制系统、卷接机数采系统、包装机数采系统、烟叶、包装材料、产成品自动化高架仓系统的数据，并下达相应的指令；同时具有计划及工单管理功能、生产及设备监控功能、物料跟踪、质量控制、实时数据分析和生产统计功能等。下面以一个MES/ERP整合流程为例来说明MES与ERP之间的集成设计：
烟草企业在ERP系统中根据销售订单和销售预测排出生产计划，把生产计划和产品配方、工艺标准等信息由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。
MES下发生产作业计划以后，产生批次号，对生产的过程进行跟踪，对制丝中控系统、卷接包采集系统的数据进行分析，对生产设备状态进行监控，指挥、调度生产的进行，并将生产实绩反馈给ERP系统的车间管理模块，作为计算生产成本的依据。
MES在生产执行的过程中还需要进行质量在线控制和检验，把质量结果反馈给ERP系统的质量管理模块。
MES还要向烟叶、包装材料高架仓自动化物流系统进行要料请求，实现烟草企业生产物流的自动化。
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优势。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、或在MES中实现、或一部分在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，生产计划管理在两个系统中都能做，但如果涉及自动控制系统、数据采集系统、物料跟踪、高架仓自动化物流系统，MES在这方面比ERP功能强，MES可以完成生产的排产、物流跟踪、生产状态控制等，根据车间生产的完成情况和高架仓物料的消耗情况主动向ERP发出物料补料请求，满足自动化生产的物料消耗要求；通过采集卷烟设备运行数据，及时发现卷烟设备运行的问题，为车间修理卷烟设备提供帮助；通过在线质量检测，及时把质量数据采集到MES中，使在制品的质量能够及时得到控制。
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。
烟草企业在决定MES和ERP的整合方案时，要充分考虑企业的实际生产状况。比如，有些企业没有上卷接包数据采集系统，那么卷接包车间的生产调度功能就不要在MES中实现，而放到ERP中去实现；有的企业在制丝、卷接包各环节的设备自动化控制系统做的好，生产中的物耗管理、质量控制、设备管理等就交给MES进行管理，那么ERP车间管理系统就不需要太强的功能，主要由MES把结果传给ERP；如果MES具有优化排产的功能，那么ERP的生产计划系统功能就不需要太强，只需要做到月生产计划和粗能力计划。
正由于MES与ERP的功能取舍、接口设计存在较多的变数，而MES系统和ERP系统的投资都是很大的，所以，烟草企业在大规模的信息化建设之前，要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。