“厚四薄三”型 ERP/MES 架构

3. 基于SAP的三种不同ERP/MES架构

事实上，ERP与MES的架构模式是有一个发展过程的。在不同的历史时期，由于各种因素的制约产生了不同的架构模式。既使同样基于SAP系统，其与MES的架构模式在不同时期也产生过三种不同的架构。下面我们就介绍一下基于SAP的三种ERP/MES架构类型。

1) 传统型架构: “厚三薄四”型架构

上图所示的架构模式是比较传统的模式，其开始运用的时间较早，在很多钢铁企业都可以看到类似的ERP/MES架构。这种架构的特点是对于产销核心流程ERP层面并不起主导作用。如上图所示，销售订单录入SAP的ERP系统后，相关的需求信息直接进入MES系统。至于产品设计、质量设计、生产计划、详细排产及排序等产销流程最核心部分全部都在MES即三级系统完成。当三级MES系统完成生产计划后，将更新后的信息反馈给四级SAP R/3系统。这种反馈是必须的，因为当完成详细生产计划后，原先在销售订单中录入的交货期可能会有所改变。另外，在产品设计和质量设计后也有可能发现不能满足或不能完全满足客户对产品的质量要求。这些信息都必须及时反馈给四级系统，以使销售人员能及时了解情况并与客户进行必要的沟通。

完成生产计划后，对于生产执行的管理在传统架构模式中也全部都在三级即MES系统中完成。四级系统中也产生所谓的生产订单，但这些生产订单既不是用来进行详细排产的，也不是用来进行生产执行管理的。这些生产订单的唯一用途是接收来自MES的生产实绩的信息，包括时间、数量、人工、批次、物料和质量等所有与成本相关的信息，从而进行成本的核算。也就是说，在这种架构中四级系统的生产订单仅仅是一个成本的收集器，不起任何生产计划和生产管理的作用。

这种架构产生的主要原因是由于在较早时四级ERP系统功能还不够强大，特别是对于产销流程，还没有适合钢铁行业产销流程的四级ERP解决方案。所以，这部分功能也就自然而然的放在了三级系统。其实，这种情况不仅出现在基于SAP的ERP/MES架构中，对于其它ERP系统来说，这种传统的ERP/MES架构也是最常见的一种模式。

事实上，这种架构是受制于技术条件的限制而产生。也就是说由于较早期的四级ERP系统还没有能满足钢铁行业的产销流程解决方案导致了这种“厚三薄四”型架构的产生。因此，这种传统型的架构在流程管理和技术上存在着诸多明显的缺点。

首先，这种架构由于其产品设计、质量设计和生产计划全在三级系统完成，因此在公司这一个层面上就没有一个完整的计划体系。也就是说炼铁、炼钢、轧钢等各分厂的计划全都靠各自的三级系统来完成，但这些三级系统不可能对整个公司层面的资源进行优化与协调。另外，由于产品设计和质量设计在三级系统完成，那么四级系统由于缺乏关键的产品结构数据，因此，既使有了相应的整体计划功能也不可能完成整体的计划工作，或者说只能完成一个很粗很粗的只考虑部分量的概念的所谓的整体计划。但是，这种整体计划的优化与协调对于钢铁企业来说又恰恰是非常重要的。鉴于这种情况，一些钢铁企业又自行开发了整体计划的功能，并将其放入三级系统，从而使三级系统更为厚实。其实，这时的三级系统已经变成了所谓的三级半系统。

另外，由于缺乏整体计划这个层面，同时，一般来说各个三级系统之间并不是集成在一起的。因此，三级系统就变成了一个个被割裂的计划区域。这些被割裂的计划区域仅根据输入的信息进行计划与排产并输出计划的结果，这些被割裂的计划区域并不会考虑其它工序的实际情况。这种情况，对于实际生产运作的管理来说是极为不利的。要解决这个问题有三种途径，一种是将各个三级系统集成起来，变成一个庞大的三级系统；另一种途径是在各个三级系统上面再架构一个整体的计划系统来完成整体计划与优化的工作，同时也相当于把各个三级系统连在了一起，如下图所示。也就是说各三级系统间的数据传递主要通过四级系统来完成；还有一种途径是前两种办法的结合，即主要靠架构一个整体的计划系统来完成各个三级系统间的联系，但对于一些特定的区域，也可以直接将几个三级系统集成起来。

还有，这种传统的 “厚三薄四“型架构由于产品设计、质量设计和生产计划全都在三级系统完成，而且每一套三级系统都有自已相应的产品数据结构。这对于产品数据结构的建立与维护都会带来很大的困难。

总之，上述架构是受制于早期ERP系统功能不强而产生的。总的来说，这种架构中三级系统过于庞大，数据结构复杂，缺乏整体计划流程和控制，而且总体开发和维护成本都很高。可以说，这种架构在历史上曾起过积极的作用，它至少架构起了一个完整的信息化产销体系，但就目前来看，这种架构已经过时了。

2) 中生代架构

针对传统型架构的缺点及造成这种架构的直接原因，即没有能满足钢铁企业产销流程特殊需求的ERP系统。SAP公司与钢铁行业的客户一起，合作开发了SAP的钢铁行业解决方案，即SAP钢铁版。上图所示即是基于这种解决方案的ERP/MES架构。

在SAP的钢铁版中首先解决了产品设计和质量设计的问题，这在SAP中被称作产品数据结构。SAP钢铁版的产品数据结构中内置了特征属性的功能，使得用商业ERP软件来架构钢铁企业的产品规范和质量规范成为可能。这样，就把原先在三级系统中完成的这部分功能放到了四级系统，成功地完成了三级系统的初步瘦身。

另外，SAP还推出了SAP APO这样一个强大的功能组件。SAP APO是SAP的高级计划与优化模块，这个模块与原先SAP R/3中的PP（生产计划与管理）模块结合在一起，构筑了一个完整的计划体系，特别是基于特征属性的计划体系。在早期的APO中配置了需求计划和能块计划等用来进行整体资源的计划与优化的功能模块，解决了传统型架构中缺乏整体计划功能的问题。但对于生产计划与优化这部分功能，APO的功能还不是很强大。虽然上图中在APO部分有生产计划与详细排产的功能模块，但在这里，这个功能模块并不直接产生产计划也就是不直接产生计划工单，而是根据三级MES系统的计划结果来生成计划工单。生成的计划工单主要是用来进行成本收集和核算用。也就是说，在上图所示的架构中，中短期的生产计划还是在三级MES系统中完成。

上述这种中生代的架构，朝解决问题的正确方向迈出了一大步。比如，解决了用商业ERP软件架构产品规范和冶金规范的问题；增加了整体计划体系。但这种架构还不完美，还存在着一些明显的结构性缺点。比如，生产计划及排产的功能还不够强大；整个计划体系被SAP ERP系统一分为二，一部分在SAP的APO中完成，一部分在三级MES中完成。这样，整个计划信息流需要经过 SAP ERP系统进行传递，从而造成信息流较为复杂，系统架构不甚合理。

3) 最新的架构: “厚四薄三” 型架构

上图所示是到目前为止最新的一种ERP/MES架构模式。可以说这也是到目前为止最先进的一种ERP/MES架构。这种架构的层次非常清晰，分为计划与执行两大层次。

SAP APO 与独立的工业模块无缝集成在一起，组成一个完整的计划体系。这个计划体系可以完成从中长期的整体计划一直到分钟或秒一级的作业计划。可以说所有的计划都可以由这个计划体系完成，这是整个信息化管理体系中的计划层。这里，APO中的生产计划与详细排产模块可以真正完成中短期的计划，并产生计划的结果即计划工单。因此，在MES中不再有生产计划，而直接就是生产订单了。所谓的独立工业模块主要用来完成基于件次的排产工作。SAP APO 中的计划与独立工业模块中计划的区别或者说分工是这样的：所有基于订单的计划，比如产生计划工单，并对计划工单进行排序、分拆、合并等优化工作全由SAP来完成；而所有基于物料件次的计划都由独立的工业模块来完成。比如加热炉的上料计划，再比如生产薄板类产品时基于钢卷的龟壳型排序。

之所以采用这种独立的工业模块主要是因为基于件次的计划与钢铁企业的设备和工艺关系非常密切，很多独立的工业模块中内置了大量的工业优化算法。这些算法模型主要是关注于技术层面，与管理层面的关系不大。而SAP公司作为企业管理软件供应商，注重的管理层面的问题，SAP不会提供类似的工业算法模型。但这并不等于SAP系统做不到这一点。要在SAP系统中实现这些算法也是可以的，但用户必须自已在SAP中建立这样的算法模型，SAP提供建立模型的平台和工具，SAP不提供具体的算法模型。签于这种情况，直接采用这些独立的工业模块，并使之与SAP集成成为一种效率最高的解决方案。另外，如果要在SAP中完成基于件次的计划也是可以的，但除了要在SAP中建立相应的算法模型之外，还必须满足一个计划工单等于一个件次，一个批次等于一个件次这样的约束条件。这是因为，到目前为止所有的ERP系统中的计划都是基于工单的来进行。所以，在这种最新的架构中，采用了所谓的独立工业模块。当然，这种独立的工业模块除了直接在市场上采购外，也可以由客户自行开发。另外，在这种架构中，SAP ERP系统与三级MES系统构成了一个大的执行层，SAP ERP是企业级的执行层，而三级MES系统是分厂或车间级的执行层。这里保留了现场调整与事件处理功能，主要用来处理突发事件和短期的计划调整，使得三级系统可以及时处理各种现场情况。

在这种架构中，三级MES系统成了名符其实的制造执行系统，即只有执行没有计划。可以说这种架构完成了三级MES系统的进一步瘦身，实现了真正的“厚四薄三”型的ERP/MES架构。

作者：IDS Scheer中国副总裁 王磊

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