ERP中的製造資料結構(轉)

ERP中的製造資料結構
一、製造資料結構的概念

製造資料結構（Manufacturing Data Structures）是表達和組織製造物件及其製造過程的資訊體系。在製造業資訊化中，製造資料結構是一個最基本的概念。一般來說，製造過程是非結構化的，因此為了利用計算機技術進行製造過程的管理，首先必須將製造資料結構化，即將製造物件的屬性用計算機能夠識別的數字或符號來描述。同樣，對製造過程和約束製造過程的製造環境也必須完成這種數字化表達。所有這些描述製造物件和製造過程的數字和符號的集合就是通常所說的製造資料。這個過程就是通常實施ERP資料準備的第一步——資料收集和編碼的過程。產品和組成它的元件之間、每個元件和它的加工或裝配過程之間、製造過程和與其關聯的資源之間都存在著內在或按有效製造和裝配的安排而形成的邏輯關係。“結構”就是用來表達製造資料相互關係的。沒有結構，即組織得不好的資料是無法或難以為ERP所利用的。因此完整的“製造資料結構”應該包括以下幾個方面。

☆對產品的數字化表達和對產品組成之間的相互關係的描述；
☆對製造過程（步驟）的數字化表達和對每個製造步驟之間相互關係的描述；
☆對製造環境（包括生產組織、裝置、工具及其佈置）以及它們與每個製造過程的關係的數字化描述。

除了製造的直接物件和直接過程之外，製造資料結構有時還涉及製造過程的副產品與協產品。顯然，製造資料結構與軟體資料庫的資料結構並不是一回事，後者是前者在資料庫系統中的實現。

因為製造資料結構包括了製造物件、製造過程和製造環境及約束等幾乎所有的重要資料，因而使得製造資料結構成為設計和實施MRP、MRPⅡ、ERP或一切數字化製造系統的基礎。Oliver Wight諮詢公司的Jerry Clement等人早在上個世紀的90年代中期就指出：企業保證MRPⅡ成功有3個必須具備的條件：有充分理解和掌握MRPⅡ知識的人；有正確和完整的製造資料結構 ；有適合企業應用的軟體。

Jerry Clement將製造資料結構作為執行ERP的基本功和基石，他認為製造資料結構是企業向成功實施ERP邁出的第一步。所以在實施ERP的過程中，企業的資料準備不單單是資料的收集和錄入，而構建好的製造資料結構才是資料準備的關鍵。好的製造資料結構首先是由ERP系統本身保證的，ERP軟體提供製造資料結構的框架，如同房屋的構架一樣。ERP軟體的設計在很大程度上決定了製造資料結構的優劣。另外，製造資料結構也取決與應用企業的資料組織——如同房間內部的裝飾和佈置。完整、正確、方便的資料結構最終是與應用企業對製造資料結構的理解、經驗直接相關的。所以，建立好的製造資料結構是軟體供應商、諮詢公司和企業自身等各方面技術與協同的結晶。

二、製造資料結構的表達

從出現製造企業的管理資訊系統和物料需求計劃軟體MRP開始，人們就在研究製造資料結構，使用最多的是物料清單BOM（Bills of Materials），BOM是用來描述製造產品結構的。因為MRP相關需求原則的應用，使BOM成為製造資料結構的主要形式，而且已經成為事實上的行業標準。但BOM僅僅是製造資料結構的一部分，因為BOM只解決了“製造什麼”的問題，而對於“如何製造”和“用什麼來製造”，即對製造過程和製造資源的結構化描述則缺少規範和標準，因而在很長的時期內顯得十分薄弱和混亂。某些軟體可能只有堆積的“資料”，而沒有系統化的“結構”，缺了後者，ERP就不能完成生產計劃和控制的任務，資源優化更無從談起。對製造過程和製造資源描述不清的ERP軟體，處理離散製造企業的計劃和現場執行業務當然就很困難。所以目前對於製造過程的結構化描述已經成為離散製造業ERP軟體的關鍵能力之一。

這僅僅是企業所遇到問題的冰山一角。在產品由一家一戶的企業獨立製造的時期，或者孤立的ERP應用階段，矛盾並不突出。隨著供應鏈管理、精益企業或動態聯盟虛擬企業這些新型製造模式的推行，產品的設計和製造過程已經跨過了獨立企業的邊界，因此標準化的產品資料結構BOM可以較好地跨企業完成資料交換和設計協同。而在擁有多個供應鏈夥伴的企業當中，在其ERP系統之間進行製造過程和製造資源的資料交換，將因為製造資料結構的方式不同而變得十分困難。這種局面直到2000年以後隨著數字製造技術的發展，製造資料結構的全面表達才有了比較好的解決。

三、製造資料結構的構建和傳遞

在20世紀90年代中期，非整合製造環境中的企業沒有采用產品資料管理系統，製造資料結構都是在MRPⅡ和 ERP系統中由手工採集和構造的，因此出現了製造資料結構在準確性、完整性、校準和評估等方面的問題。當時企業的希望是直接將CAD的物料錶轉移到ERP中來。90年代後期，PDM開始在廣大的企業當中得到應用，因此有關產品的資料結構得以可能直接從PDM傳遞到ERP中。然而新的問題隨之產生——在複雜的離散製造企業當中，出現了工程EBOM和製造MBOM的區分。由於ERP中使用的MBOM是在CAPP中產生的，因此ERP轉而與CAPP進行整合和傳遞MBOM。由於某些企業將製造過程作為檔案也放在PDM中管理，因此ERP的產品資料結構又從PDM中來。這些僅僅是產品資料結構當中BOM資料的傳遞。有關製造過程資料的建立和整合則成為製造業資訊化的空白地帶。大量的製造過程資料和過程資料的結構始終依賴於簡單的資料匯入和手工處理，從而形成BOM與路線、路線與資源資料的分離，以及ERP資料準備的瓶頸。直至目前，在我國的許多製造企業當中，在PDM和CAPP應用狀態不理想的情況下，ERP所需要的製造資料結構仍舊主要靠手工輸入。

進入21世紀，製造業資訊化出現了一種新的應用方式——製造過程管理（Manufacturing Process Management，MPM），MPM是擴充套件企業（供應鏈、精益企業或動態聯盟虛擬企業）間協同開發、優化和管理製造過程的業務戰略。MPM 可以使處在不同地域的多位使用者如同在同一個企業一樣地進行製造過程開發。製造過程管理的核心是建立產品的e-BOP（電子過程清單），並且在公共伺服器上釋出。企業當中的各種應用系統（如ERP、MES、SCM等），以及企業內部的工廠車間、供應鏈夥伴、供應商等各種使用者都可以直接通過訪問，共享和使用該e-BOP，同時進行協同過程設計和提早向加工現場釋出過程設計。

MPM的出現填補了製造資料結構中關於製造過程和製造資源管理方面內容的空白。目前MPM又與新興應用軟體——產品生命週期管理系統相整合，成為了PLM系統當中的一部分。這樣，PLM就會成為整個企業、乃至整個供應鏈的協同平臺和統一資料來源，從而將改變整個離散製造業製造資料結構的建立、傳遞和應用的模式，使得製造資料結構更趨於整合，使包括ERP在內的各種應用系統的資料準備更加簡單。當然，ERP本身的系統結構也必須適應這種轉變，最重要的是ERP自身的製造資料結構框架應該與PLM-MPM的製造資料結構體系一致或趨同，並且支援3D製造過程結構資料的處理和模擬優化。這將是數字製造時代ERP的發展趨勢之一。

四、製造資料結構的型別

在產品整個生命週期中，有多種BOM形式：工程BOM或EBOM（Engineering BOM）是從設計和功能的角度來描述產品的結構 ；工藝BOM或MBOM（Manufacturing BOM）是從裝配和加工過程的角度來描述產品的結構。除此以外，還有用於成本計算的成本BOM和用於ATO生產模式的計劃BOM和模型BOM等。其中，MBOM是在EBOM的基礎上，按照製造或裝配過程的順序進行調整得到的。

但是，根據我們在複雜產品離散製造企業實施ERP的經驗，還有另外一種BOM和BOP存在，我們稱其為“生產BOM”或PBOM（Production BOM），該BOM型別是在MBOM的基礎上，為適應製造過程的組織狀態和生產模式所作的變型BOM。例如，同樣的產品和製造過程，在功能型車間製造和在製造單元裡製造，其PBOM是不一樣的。筆者認為，真正在ERP中起作用的恰恰是PBOM，它才是編制計劃、現場組織、工藝佈置和物料流轉的依據。與EBOM和MBOM不同，生產BOM是管理範疇的概念。儘管PBOM經常被忽視，但它對製造的計劃和現場的組織有重大的影響，對實現精益製造和企業結構扁平化有更重要的意義。

五、製造資料結構的層級

構造製造資料結構有2個要素：第一是結構，即如何來組織物料或製造過程；第二是結構的深度，也就是BOM和BOP由多少層組成。在產品資料結構的BOM中，每一對父子件關聯就建立了一層“結構”，零件製造工序的步驟就是BOP的層次。目前幾乎所有複雜的離散製造行業都踏上了精益製造的歷程，幾乎所有的企業都開始重視過程的不間斷而逐漸淡化分工。工廠的結構開始發生重大的變化，扁平化和現場決策自主化成為幾乎所有離散製造企業的追求。這種趨勢必然反映到所有制造數字化系統中來，而對PDM、MPM和PLM產生影響的將是企業內外的協同、DFA和DFM，對ERP的影響則是扁平化。有一種說法是“先有扁平的BOM，才有扁平的企業”，“精益製造就是精益BOM”，這說明製造企業的扁平化在很大程度上將取決於製造資料結構的扁平化。

一般認為，BOM的層級是由產品本身的複雜程度和製造過程的路線長度所決定的。一架不大的飛機，BOM的層次是30多層，複雜零件的工序過程達到300餘個。但在製造現場，並非如此。例如，某種陸用燃氣渦輪機的火焰筒是由5種耐熱合金材料和10個零件組成。製造過程有2種做法，方案一是先在鈑金製造單元下料、成型，造出10種零件來，中間庫存或不庫存直接轉移給焊接製造單元焊接成火焰筒。另一種方案是鈑金製造和焊接同在一個“鈑金綜合製造單元”完成。零件下料、成型接著進行焊接形成火焰筒。中間沒有製造單元間的轉移、庫存和組合前的配套作業。在製造工藝過程完全相同的條件下，方案一的生產BOM起碼有3層：原材料、零件和成品件。而方案二則僅需求2層：原材料和成品件。在ERP系統當中，方案二根本不需要給火焰筒的零件編號，生產BOM也沒有它們，而只有這些零件所使用的原材料。同樣，路線或BOP的層次也是起碼有2種方案，一種是在方案一的前提下，如果每個零件都有10個工序，焊接裝配也是10道工序，原原本本地將工藝轉成為路線，這時總過程起碼有20層，我們稱為方案三。而另一種方案是在方案二的前提下，從原材料到最後的火焰筒僅作為1道工序（這個工序的內容囊括了整個火焰筒全部零元件的全部FO/AO/EWI的內容），因此這時的火焰筒生產路線只有1層，我們稱為方案四。顯然，上面兩個生產路線方案是兩個極端情況。用前者生產時，由於BOM有3層、工藝有20層，因此ERP將產生5個採購定單、11個工作定單，10個（零件）入庫單（原材料的採購入庫不計算在內）和15個出庫單。同時由於方案一過多的BOM層級、冗長的製造路線都需要更多的資料維護，因而大量的報表和移動處理，會轉移和淡化了對關鍵過程的關注。採用第二種生產路線，BOM只有2層，路線只有1層，因此ERP僅僅需要5個採購定單和1個工作定單，僅僅需要5個原材料出庫單即可。但是它太粗糙，起不到管理和控制的作用。

那麼應當怎樣定義製造過程的結構呢？我們給出以下原則。

1.管理的“度”和資料的“量”

管理必須有個“度”。“度”就是計劃、進度和成本控制的期望水平，通俗地說就是管理的粒度是粗一些還是細一些，因為按精益製造的觀點，並不是管理得越細越好。ERP計劃階段的“粒度”和生產的物件及生產節奏有關——控制的越細，需要的資料越多，計劃專案越多、資料採集越多，因此ERP就越不易於實行，同樣，管理過程自身的浪費也就越多。一個企業的產品所涉及的零件成千上萬，雖然在裝配時一個也不能少，但由於零件的複雜程度、製作難易、成本高低都不同，因此在生產過程中，對它們的關注並不是同等的。有些零件，必須要控制其在整個加工製作的每一個工序甚至每一個工步。而另外大約70%～80%的零件只需要花費極少的精力去控制加工製造過程，甚至製造單元的工人就能很輕易地保證這部分零件的供應，並且在製造單元中能很平順地流轉。當然，這樣做的前提是企業瞭解自己管理的“度”。

在傳統的大量生產模式下，企業普遍採用的“精細分工和低等級工人”方式打散了連續的製造過程，同時為了控制實際存在、但是被抹殺的過程，又不得不採用了多層級的管理和大量的報表來恢復過程的原貌。在實施ERP的過程中時，很多企業在傳統思想蠱惑下，總以為受控零件“越全越好”，計劃“越細越好”，報表“越多越好”，這是個很大的誤區，這樣做的結果經常是企業為了確認某一個細節，化費了數倍於該細節價值的精力和時間，最後得到的是大疊的報告。這些報告可能沒有任何一個人去仔細研究，長此以往，甚至還會引起有關人員和部門的反感。

因此，企業必須牢牢記住，多一個零件號，或者多一個工作定單號，就會給自己增加十幾倍的額外工作量。因此，在離散製造業建立製造資料結構時，首先要確定自己管理的“度”和資料的“量”，明確自身適度的控制範圍和適度的管理“粒度”，這將大量減少ERP實施過程的資料準備工作量，減少系統開通的時間和所出現的錯誤，以及日後的資料維護工作量。相對而言，在必須重點控制的“點”上，企業就有精力投入更多的關注。

2.對物流中斷的容忍度

對生產BOM和BOP層數的確定，最重要的決策依據是企業在生產過程中，能夠容忍物流中斷的次數，以及中間狀態時物料儲存的次數。

企業在製造過程中，對必須進行暫停、存放、需要制訂計劃和控制進度的物料，或者必須清楚和單獨控制的某些資訊（如成本、提前期、訂貨策略等）需要設定獨立的物料專案和BOM層級。然而隨著企業用精益思想指導製造過程的層層推進，企業漸漸趨向於不庫存、不制定工作定單和不維護相關的報表，這樣就要求企業的BOM層次要簡化、深度要降低。企業期望的效果是物流較少存在中斷而更加平順流暢，同時生產週期相對減少。

確定製造路線的步驟也是同樣道理。設立工序是為了控制階段進度、確定能力、過程監控和排序。因此，需要進行半成品轉移和控制的工序必須在路線中出現，而不必特別關注的過程則可以忽略，這樣就可以減少路線的層次。達到減少資料採集、消滅報告報表，減少維護資料工作量的目的。

3.簡化製造單元內部的過程控制

一般採用製造單元組織生產時，該單元一般被作為一臺裝置或一個不間斷的生產線對待，這時僅僅需要控制製造單元的進出就足夠了，沒有完全反映製造過程的必要。所以單元製造、多面手工人和看板生產是實現工藝路線扁平化的重要手段。

六、ERP中製造資料結構層級的確定

關於如何確定製造資料結構的層級，筆者的觀點是：BOM和路線的層數是由從原材料或採購器件到最終產品的製造過程中，如何處理半成品或中介軟體的策略、管理和控制的粗細程度以及組織生產方式所決定的。因此仍然以上述火焰筒為例，其實還有一種方案：若在10種零件中只有1種是關鍵件，需要特別關注，則該零件必須在BOM中出現，並且需要全程控制它的製造過程，例如組合焊接需要按工序控制質量，則生產BOM的層級為3，過程的層級是20，但是ERP只要生成2個工作定單、每批只需要2個入庫單和6個出庫單，這將是一個優化的方案。

這個例子說明，生產BOM或BOP的構成仍舊是以產品和工藝結構為基礎，但可以根據生產方式和控制粒度的不同有很大的差異。不能夠教條地搬用MBOM和BOP的結構。實施ERP時，製造資料結構的構建決不是產品結構的複製或翻版，也不是工藝過程的映像，而是按企業製造過程對產品結構的重構。什麼樣的製造資料結構就決定了什麼樣的製造過程。在涉及CAD—ERP、CAPP—ERP或統一為PDM/MPM/PLM—ERP整合時，必須考慮這些差異，同時要經過細緻的重新評估和構建，並不是單純的資料傳遞和介面過程。只有在精益企業環境中，採用了綜合產品團隊IPT、用DFM/DFA方法開發產品時，才能實現MBOM和生產BOM的一致。

任何企業都有自己的產品、生產過程、市場以及自己的生產節奏和個性，因此企業構造製造資料結構時，既需要企業員工的經驗，也需要藉助外部專家的理論和最佳實踐的指導。如何構建制造資料結構對企業有很深遠的影響，實現結構優化需要全員的理解和支援。

七、結束語

ERP實施的瓶頸是什麼？筆者認為，在離散製造業，資料是成功實施ERP的嚴重瓶頸。眾所周知，在同樣的企業環境中，網路和OA的應用比較容易。為什麼？因為OA應用的資料準備工作量較小。為什麼CAD的應用推廣較快？同樣因為資料準備量不大。CAPP也產生資料，如果將CAPP當作文字編輯器使用，可能也比較容易使用，但如果是真正“創成”或是“範成”工藝過程，就要用到更多的資料和標準，成功實施CAPP也不是輕而易舉的了。而對於ERP系統來講，特別是離散製造業的ERP系統中，企業資料是買不到的，企業不經過痛苦的資料準備過程，ERP系統根本執行不起來。目前的規律是無論那個行業、無論怎樣的IT應用（例如CAD、CAM、PDM、ERP、CRM、OA等）、無論是怎樣的業務（例如財務、銷售、庫存、計劃和執行現場等），哪裡的資料準備工作量大或複雜，哪裡的應用就不順利。或者即使系統能夠執行，但效果一定不佳，可見資料對於實施ERP的重要。知道資料準備的重要性是一回事，而會不會準備資料則又是另一回事。製造資料結構就是研究離散製造企業在實行ERP的過程中如何進行資料準備的。

製造資料結構是個十分深刻和廣泛的題目，除了本文已經涉及到的製造資料結構的建立、傳遞、整合和層級問題以外，還有諸如“在手工參與資料結構的輸入和構建時對結構正確性和完整性的評估與校對方法”、“面向大規模定製生產的客戶化產品的資料結構快速建立及產品構型管理”、“製造資料結構的工程更改”、“版本管理和有效性控制”、“製造資料結構的重用和知識積累”、“虛擬環境中由3D模型建立制造資料結構和對其進行3D模擬優化”等問題。筆者希望從事ERP方面工作的企業、供應商、諮詢提供商和各位關專家共同關注製造資料結構問題，創造最佳實踐，開啟離散製造業ERP的瓶頸。

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