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流程制造，或稱(chēng)流程工業(yè)（Process industry），是指化工、石化 、制藥、食品、飲料、金屬冶煉、紙漿、煙草等制造業(yè)，其生產(chǎn)過(guò)程為連續(xù)進(jìn)行，或者發(fā)生于同一批次無(wú)差別物料，是一個(gè)物理變化和化學(xué)變化相結(jié)合的過(guò)程。

    原料和產(chǎn)品多為均一相(固、液或氣體)的物料，而非由零部件組裝成物品或純物理性質(zhì)變化的制造，后者一般稱(chēng)為“離散制造”（Discrete manufacturing）。

    流程制造具有如下一些顯著特征，從企業(yè)信息化角度，對(duì)IT架構(gòu)提出了相應(yīng)的要求：

    ●制造過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行

    ●各工序間銜接緊湊、嚴(yán)密，工業(yè)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)線設(shè)備集中化、集成化、整體化程度高

    ●原料及成品的質(zhì)量特性豐富，包括純度以及各種物理、化學(xué)性質(zhì)，通常按照批次（batch）進(jìn)行管理

    ●生產(chǎn)過(guò)程（工藝）設(shè)計(jì)決定設(shè)備（生產(chǎn)裝置）配置；一套裝置，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)只能生產(chǎn)固定的一種產(chǎn)品

    ●設(shè)備運(yùn)行情況決定過(guò)程控制，過(guò)程控制水平?jīng)Q定產(chǎn)出效率和質(zhì)量水平，因而強(qiáng)調(diào)設(shè)備的“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”運(yùn)行

    ●除了原料投入外，產(chǎn)品成本主要決定因素是：設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行周期、產(chǎn)能充分利用以及能源消耗；因而需要將生產(chǎn)過(guò)程的控制參數(shù)盡量維持在最優(yōu)工況狀態(tài)，有利于降低能耗、提高產(chǎn)出、減少污染

    ●強(qiáng)調(diào)安全和環(huán)保，相應(yīng)地對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備維護(hù)有一系列要求

    注：本文文字可能有些繞，英文單詞Process的中文翻譯可能是“流程”、“過(guò)程”、“工藝”等不同的詞，其實(shí)意思接近，在本文中可能常有互換使用。

    需要指出，有些制造企業(yè)需要對(duì)流程制造的產(chǎn)出物，進(jìn)一步開(kāi)展具有離散制造特性的加工，這樣的企業(yè)是“流程制造+離散制造”的前后段組合。例如：食品企業(yè)，其內(nèi)容物的生產(chǎn)是流程制造，而后段的產(chǎn)品包裝則是離散制造；造紙企業(yè)，前段紙漿制造是流程制造，后段紙品生產(chǎn)是離散制造；類(lèi)似的，鋼鐵企業(yè)，“鐵前”是流程制造：

鋼鐵企業(yè)“鐵前”是流程制造

鋼鐵企業(yè)“鐵前”是流程制造

    而“鋼后”則是離散制造：

鋼鐵企業(yè)“鋼后”是離散制造

鋼鐵企業(yè)“鋼后”是離散制造

    ISA95標(biāo)準(zhǔn)指出制造業(yè)IT應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)由五級(jí)構(gòu)成。最近幾年，隨著“智能制造”等概念的普及，制造業(yè)數(shù)字化重點(diǎn)也從過(guò)去的管理層系統(tǒng)ERP，向制造執(zhí)行層、控制層進(jìn)發(fā)，越來(lái)越多的企業(yè)著手于實(shí)施MES、APS系統(tǒng)。

    然而，在流程制造領(lǐng)域內(nèi)，我觀察到有不少企業(yè)或解決方案提供商，照搬離散制造企業(yè)的信息系統(tǒng)架構(gòu)，在兩個(gè)核心系統(tǒng)——ERP、MES——的功能定義、應(yīng)用邊界劃分上概念不清，用離散制造的方案來(lái)做流程制造，造成不少麻煩和困惑。

    我自己在2005年前后參與多個(gè)鋼鐵企業(yè)的信息化系統(tǒng)規(guī)劃和實(shí)施時(shí)，曾經(jīng)面臨過(guò)同樣困惑：

鋼鐵企業(yè)信息化架構(gòu)設(shè)計(jì)

來(lái)源：2005年，鋼鐵企業(yè)信息化架構(gòu)設(shè)計(jì)

    在上圖這個(gè)總體架構(gòu)框架下，我和同事們?cè)?jīng)重點(diǎn)研究過(guò)兩個(gè)問(wèn)題：

    ①ERP的生產(chǎn)部分，是不是一定要用ERP套件的“流程制造”模塊？

    ②大量工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、工藝控制數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、產(chǎn)出數(shù)據(jù)等歸集和管理，屬不屬于MES的范疇？

    首先，制造業(yè)存在兩種不同類(lèi)型的ERP系統(tǒng)，離散制造ERP和流程制造ERP；兩類(lèi)制造ERP系統(tǒng)在供應(yīng)鏈計(jì)劃層面的流程和邏輯是完全相同的，但是到制造執(zhí)行（Production execution）層面，圍繞生產(chǎn)指令的數(shù)據(jù)規(guī)格和流向，則有一些區(qū)別。

    離散制造的“制造訂單”會(huì)被投到工藝路線的生產(chǎn)地點(diǎn)上，而對(duì)每個(gè)生產(chǎn)地點(diǎn)的詳細(xì)控制，包括生產(chǎn)任務(wù)分發(fā)、作業(yè)指導(dǎo)、物料流轉(zhuǎn)等，則相應(yīng)在MES系統(tǒng)里處理。

    而以SAP ERP的流程制造模塊PP-PI為例，流程制造的制造訂單被稱(chēng)為“流程訂單（Process Order）”，本身包含了過(guò)程控制信息，系統(tǒng)建議的架構(gòu)是投到自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)（Process Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)PCS）或者手工記錄流程訂單的過(guò)程實(shí)績(jī)（這個(gè)手工錄入的程序稱(chēng)為PI sheet）。

SAP PP-PI數(shù)據(jù)流

來(lái)源：SAP PP-PI數(shù)據(jù)流，1999年

    按照上面這個(gè)圖的邏輯，問(wèn)題就來(lái)了：

    ●流程制造的PCS究竟是不是等于離散制造的MES？

    ●如果按照ISA95標(biāo)準(zhǔn)的“制造業(yè)五級(jí)系統(tǒng)”劃分，PCS（SCADA）屬于二級(jí)系統(tǒng)，ERP直接連到PCS，是不是就可以直接跳過(guò)MES了？

制造業(yè)五級(jí)系統(tǒng)

制造業(yè)五級(jí)系統(tǒng)

    前面說(shuō)到鋼鐵行業(yè)屬于典型的“一半流程制造，一半制造業(yè)”。在ERP選型上，流程制造ERP和離散制造ERP各有優(yōu)劣，問(wèn)題難點(diǎn)還變成了三級(jí)系統(tǒng)MES和二級(jí)系統(tǒng)PCS的功能劃分。最后，我們確定了一些選型原則：

    ●ERP是否用流程制造版，并不是必須的，取決于ERP和MES之間的功能分擔(dān)

    ●如果MES內(nèi)承擔(dān)較多的過(guò)程控制規(guī)范，則流程制造ERP并非必選項(xiàng)，可以通過(guò)MES建設(shè)，去上接ERP，下接PCS

    ●我們還將鋼廠MES分成了兩種類(lèi)型，所謂“數(shù)據(jù)型MES”和“作業(yè)型MES”，前者主要解決制造數(shù)據(jù)整合的問(wèn)題，支持制造數(shù)據(jù)分析，側(cè)重于支持流程制造段業(yè)務(wù)（煉鐵、煉鋼），后者主要解決排產(chǎn)優(yōu)化、物料配送、工序控制，側(cè)重于支持離散制造段業(yè)務(wù)（軋制、深加工）。

    后來(lái)在幾個(gè)化工廠的IT規(guī)劃中，我也遇到過(guò)類(lèi)似問(wèn)題：ERP上來(lái)后，究竟需不需要上MES系統(tǒng)？

    這個(gè)困惑直到2010年前后，從ERP往制造業(yè)底層進(jìn)發(fā)的SAP公司，先后收購(gòu)了兩個(gè)制造執(zhí)行層的軟件，新推出的制造業(yè)架構(gòu)圖，讓人看后豁然開(kāi)朗：

制造業(yè)架構(gòu)圖

制造業(yè)架構(gòu)圖

    SAP先是在2005年收購(gòu)了一家名為L(zhǎng)ighthammer的軟件公司，支持ERP直接連接制造現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，SAP將軟件命名為Mii，意思就是制造數(shù)據(jù)集成和分析。2008年，SAP又收購(gòu)了一家名為Visiprise，專(zhuān)做離散制造業(yè)的MES軟件公司。上面這張圖表達(dá)的意思簡(jiǎn)單明了：離散制造用ME，流程制造用MII。

    這樣來(lái)看，SAP ME就略等于我們?cè)?005年時(shí)說(shuō)的“作業(yè)型MES”，SAP Mii就是“數(shù)據(jù)型MES”。如果按照這樣的架構(gòu)，那流程制造確實(shí)可能不一定需要MES這層，或者至少和離散制造的MES含義不同。遵循ISA 95架構(gòu)框架原則下，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量不要疊床架屋，又搞MES，又搞PCS了。

    工廠級(jí)的制造數(shù)據(jù)整合在SAP方案架構(gòu)中屬于SAP Mii，MES對(duì)制造數(shù)據(jù)整合來(lái)說(shuō)，是一個(gè)既非充分、也非必要的可選條件。

SAP方案架構(gòu)

SAP方案架構(gòu)

    當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論的前提是企業(yè)具有較為完善的ERP。亦即，如果流程制造企業(yè)的ERP和PCS（SCADA）都足夠完善，產(chǎn)線自帶DCS滿足業(yè)務(wù)需求，就沒(méi)必要單獨(dú)搞MES，或者M(jìn)ES搞得很薄。

    對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的流程制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，例如食品、飲料、醫(yī)藥制造企業(yè)，制造執(zhí)行管理主要是解決五個(gè)問(wèn)題：

    1、無(wú)紙化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)：將生產(chǎn)指令直接傳到設(shè)備操作界面上，所有的生產(chǎn)任務(wù)分派、流轉(zhuǎn)交接、情況報(bào)告等都在車(chē)間設(shè)備屏幕上的人機(jī)交互界面進(jìn)行：

    2、優(yōu)化排產(chǎn)：根據(jù)制造需求，尤其是小批量、多品種的產(chǎn)品切換生產(chǎn)，優(yōu)化設(shè)備、人員以及其他制造資源的安排，協(xié)調(diào)成品和中間品的生產(chǎn)，也就是車(chē)間的高級(jí)排產(chǎn)。

iLog在酸奶生產(chǎn)企業(yè)排產(chǎn)中的應(yīng)用

來(lái)源：iLog在酸奶生產(chǎn)企業(yè)排產(chǎn)中的應(yīng)用

    3、實(shí)時(shí)監(jiān)控制造的流轉(zhuǎn)、產(chǎn)出和質(zhì)量的實(shí)績(jī)，以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)：從設(shè)備、傳感器以及手工數(shù)據(jù)源整合各種制造KPI數(shù)據(jù)，例如產(chǎn)出、物料循環(huán)、返工、制造周期、停機(jī)原因、設(shè)備綜合效率（OEE）、物料水平和消耗水平、操作工效率、能源消耗等等；

實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控

    在提升設(shè)備運(yùn)行水平，提高產(chǎn)出效率方面，Gartner將其命名為一個(gè)新的軟件品類(lèi)，叫設(shè)備績(jī)效管理（Asset Performance Management，簡(jiǎn)稱(chēng)APM），這也是流程制造企業(yè)提升制造能力的重要IT領(lǐng)域：

設(shè)備績(jī)效管理

設(shè)備績(jī)效管理

    4、用電子化方式記錄原料及產(chǎn)成品的物料批次信息，便于品質(zhì)檢查以及未來(lái)追溯。

    5、積累工業(yè)大數(shù)據(jù)，支持對(duì)產(chǎn)品制造的工藝分析和優(yōu)化，提升創(chuàng)新能力。

    總之，智能制造的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)中，對(duì)MES的定位——MES做厚、做薄還是甚至就不做——一定要從企業(yè)業(yè)務(wù)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有IT架構(gòu)，看MES究竟要解決什么業(yè)務(wù)問(wèn)題，切不可生搬硬套框架。