冶金行业营运系统的“五级系统”整体架构

在IDS Scheer 建议的解决方案中第三层系统是基于SAP系统进行构建的运营管理系统。下图是结合众多冶金企业实施SAP的经验提出的冶金企业业务运营管理系统的整体架构。这个架构目前已经被业内众多企业和咨询公司广泛引用和摘抄。

由上图可以看出，冶金企业的业务运营管理系统不是仅仅实施一套ERP系统。一个完整的企业信息化体系，应该由横向、纵向两个方面组成。横向要覆盖供、产、销，以及财务、人事、设备维护、项目管理等各个环节，纵向应该能从最底层的生产设备、生产线及物料控制系统，一直向上延伸到企业的最高决策层。一个真正的企业信息化系统，必须是一个全面、完整的信息化管理系统。 IDS认为，对于一个冶金企业来说，一个五层系统的技术架构是一个最佳的也是最先进的企业信息化体系。这五级系统分别为：

一级系统：设备控制系统

二级系统：过程控制系统

三级系统：车间级制造执行系统 (即MES)

四级系统：企业资源计划系统 (即ERP)

五级系统：企业间管理系统及决策支持系统

这五层系统相互集成、相互协调，构成了一个完整的企业信息化管理系统。其中，四级系统即企业资源计划（ERP）系统用于企业管理层，三级系统即制造执行系统 (MES) 用于工厂车间作业管理层，二级系统过程控制系统以及一级系统基础自动化系统用于操作控制层。而第五层系统，即企业间管理系统，是在四级系统基础上供应链信息化管理的扩展，包括客户关系管理(CRM)、供应商关系管理(SRM)、供应链管理(SCM)，产品生命周期管理(PLM)。

一般来说，四级系统根据市场需求(包括市场预测和商业合同)形成综合的生产和管理计划；三级系统根据这些计划产生详细生产排序和最优调度安排，最后启动生产设备完成全部的生产过程。同时，生产过程的实际信息，汇总到三级系统，反馈到企业资源计划，形成信息的交互。这样，各层次功能衔接紧密，信息实时沟通，形成一个有机整体。而基于四级系统的第五级系统，将使企业对供应及销售两个市场的反应速度大大提高，并能同供应链上、下游的伙伴协同工作，从而提高整个供应链的效率，实现真正的协同电子商务。

从上图也可以看出，四级系统一般是通过三级系统与PLC和DCS系统连接的。三级系统是一个承上启下的阶层。目前国内很多冶金企业由于没有很好的三级系统，但又希望将现场数据与SAP集成，在这种情况下，一般需要开发一个数据采集系统，将数据从PLC或DCS中采集上来，然后统一将数据采集系统与SAP系统进行集成。这样做的好处是显然易见的，比如接口少；便于数据的逻辑性整理、处理和匹配；工作量少且效率高；整个系统便于维护。这个数据采集系统相当于一个二级半的系统。只有在极个别情况下才会直接去做SAP与某一PLC或DCS的集成。

上述的钢铁企业信息化五级系统总体架构，通过大量的运用已经被实践证明是先进的、科学的、合理的技术架构。在进行五级系统总体设计时，IDS同众多钢铁业的客户和合作伙伴一起总结了以下三大设计原则，所谓设计原则是指这五层系统间的功能分配和流程衔接原则。下面介绍一下这三大设计原则：

1、根据管控的不同范围来进行设计

各级系统所控制的范围有明确的划分。一级系统控制的是具体的生产设备，二级系统控制的是机组；三级系统控制的是车间、分厂或某一特定的工作区域；四级系统控制的是企业；五级系统控制的是企业与上、下游伙伴的关系，以及所构成的网状的供应链。

2、根据管控所需不同的决策反应速度来进行设计

一个企业的信息化系统，其主要功能之一就是要帮助企业进行快速正确的决策，从而使得企业能够在正确的轨道上高效地运转。但是，企业每天所需进行的决策就其内容来说也是五花八门的。有的是纯技术的决策，比如连铸时拉坯速度应该设为多少？轧制时轧制表的设定等等。有的是技术与经营管理相结合的决策，比如详细排产时决定不同产品生产的先后次序，此时可能既要考虑生产的技术约束，同时还要考虑客户合同的交货期及生产成本等等。还有的决策是纯管理或经营的决策，比如资金的运作、市场的运用等。因此，正是由于决策的内容和性质不同，从而导致了对于不同决策所需要的反应速度及考虑的因素就有很大的不同。

对于一级系统即设备控制系统来说，由于其实时地控制着设备进行生产，因此其决策的反应速度要求在毫秒至秒这一数量级上。而作出这些决策，也只需要一些基本的操作信息。输入信息简单，决策极快，输出信息也简单。一般用一些传感器和可编程控制器即可实现。

对于二级系统即过程控制或称机组级控制系统，其控制的范围决定了所需进行决策的反应速度要求在秒这一数量级上。比如，利用一些动态的数学模型来进行计算并指导生产。象连铸系统的二冷水动态模型等。这样的系统，输入的信息相对较多，但主要还是动态的生产技术参数。输出的信息也相当较多，计算过程相当复杂。一般采用一些分布式控制系统即DCS系统来实现。

对于三级系统即车间或分厂级过程控制系统，由于其处理的往往是一些诸如生产作业、质量控制及调度等技术因素与管理因素相结合的事件。因此，其需要的信息更多，决策的过程及输出的信息也更复杂。但由于是用来处理车间作业事务的，其反应速度既没有必要达到毫秒或秒这样快，但也不能太慢，从而影响正常的生产。因此，三级系统的反应速度一般要求在分钟这一数量级。

对于四级系统即企业资源计划管理系统，其处理的是企业级的事务，比如销售预测、生产计划、总体产能平衡、财务结算等等。整个系统需要企业人、财、物各个方面的信息才能做出正确的决策。输入的信息、计算过程都非常复杂。同时，由于是企业级的决策，所以决策的速度也没有必要达到秒或分。因此，这一层次的反应速度一般要求在小时这一数量级。

对于五级系统，即企业间的资源管理系统，由于是整个信息系统的最高层次，同时又牵涉到上、下游的伙伴。因此，这是整个信息系统要进行的最高层次的决策。需要的信息量最多最复杂，计算极其复杂，这一层次的反应速度一般在小时到天这一数量级。

总之，一级系统到五级系统，是决策要求的反应速度从极快到相对较长的过程，但同时也是决策输入信息由相对简单到极其复杂的过程。将这一系统划分为这五个层次，有利于我们构建相应的决策支持系统，对不同的决策从时间、内容及性质上加以强有力的支持。

3、根据管控信息的不同性质来进行设计

信息化系统是用来收集、处理、分析、输出信息的。在企业运营中会产生大量的信息，这些信息有着不同的性质。因此，对于不同性质的信息，分别用不同的系统加以处理是比较科学、合理的。根据IDS的经验，一二级系统处理的是生产过程的技术信息，只解决一个怎样生产的问题。三级系统处理的是与物料移动状态密切相关的信息，而四、五级系统处理的是与企业价值流密切相关的信息。也就是说，从管控信息的性质角度，五级系统又可分为三大块。如果有的信息不但记录了物料的移动和状态，同时又是与企业价值流密切相关，那么这些信息就应该在三、四级系统中都有记录。也就是说，这些信息需要通过在三 、四级系统间建立接口进行传送。同样，如果某些信息既是生产过程的技术信息，又是对物料移动和状态的记录，这些信息就需要通过一、二级系统与三级系统的接口进行传输。

因此，根据这条原则，这五层系统又可分为三大层次，分别是只关注技术信息的一、二级系统，有时也统称为PCS系统即过程控制系统；既关注技术信息又关注管理信息的三级系统，也称为MES系统即制造执行系统；还有就是主要关注与企业价值流密切相关的管理信息的四、五系统，即E R P / S R M / C R M / SCM/SEM系统。

总之，上述原则，不但是设计及划分五层结构的原则，同时也是设计各级系统间信息接口的总体原则。

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