流程制造企業(yè)ＭＥＳ系統(tǒng)的實時成本控制模式的研究

[摘 要] 制造業(yè)特別是流程制造業(yè)對成本控制的實時性要求很高，所以，在一定程度上，能否實現(xiàn)實時成本控制，已經(jīng)成為衡量流程制造業(yè)管理現(xiàn)代化成功與否的關(guān)鍵。本文通過對制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在企業(yè)集成制造系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，提出了制造企業(yè)基于MES系統(tǒng)的實時成本控制模式構(gòu)造及實現(xiàn)途徑和方法。

[關(guān)鍵詞] ERP；制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）；設(shè)備控制系統(tǒng)（PCS）；實時成本控制

[中圖分類號] F270.7

[文獻標識碼]A

[文章編號]1673-0194(2006)10-0003-03

在制造型企業(yè)中， 車間作為制造企業(yè)的底層，承擔著產(chǎn)品制造的重任，生產(chǎn)消耗高低主要體現(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場的各工序的管、控水平上。因此如何更好地對生產(chǎn)現(xiàn)場（車間）進行控制和管理，提高生產(chǎn)現(xiàn)場成本管理和控制的實時性和靈活性，是提高企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵問題之一。由于車間的成本涉及大量的工藝參數(shù)，其構(gòu)成的分散性、發(fā)生的隨機性和人為因素的能動性等，使得成本的發(fā)生與控制具有豐富的內(nèi)容。為此，國內(nèi)外都將成本控制作為管理信息系統(tǒng)中的一個重要的子系統(tǒng)。基于ERP/MES/PCS三層模型的計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated ManufacturingSystem，CIMS），為生產(chǎn)現(xiàn)場的管理與控制提供了有效的手段。通過MES (Manufacturing Execution System)在企業(yè)計劃管理層ERP(Enterprise Resource Planning)和設(shè)備控制層PCS(Process Control System)之間建立有效的聯(lián)系，將生產(chǎn)和管理有機結(jié)合，實現(xiàn)管理的扁平化，生產(chǎn)過程的在線監(jiān)控，提高了企業(yè)計劃決策的正確性和生產(chǎn)過程管理與控制的敏捷性。本文通過對三層集成制造系統(tǒng)（CIMS）的研究，提出了基于MES的實時成本控制模式的實現(xiàn)思路。

一、ERP/MES/PCS三層模型

三層CIMS系統(tǒng)是適應(yīng)市場競爭要求的集成模型。三層CIMS結(jié)構(gòu)通過設(shè)立MES將管理和生產(chǎn)進行有效的結(jié)合，加快了信息的傳遞和反饋，從而能使生產(chǎn)過程快速響應(yīng)市場變化。三層ERP/MFS/PCS的結(jié)構(gòu)和功能如下:

1. 企業(yè)資源計劃層ERP

負責生產(chǎn)計劃制訂、庫存控制和財務(wù)管理，側(cè)重于企業(yè)生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、經(jīng)營決策等方面的優(yōu)化。

2. 制造執(zhí)行系統(tǒng)MES

一方面對來自ERP的生產(chǎn)管理信息進行細化、分解，形成操作指令傳給底層；另一方面，MES可以通過PCS采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)和制造資源的實時動態(tài)管理信息，將制造系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，將生產(chǎn)狀況及時地反饋給計劃層，進行作業(yè)的動態(tài)調(diào)度，真正實現(xiàn)制造過程的閉環(huán)控制。

3. 設(shè)備控制層PCS

對生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)自動控制，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，采用先進的控制技術(shù)，對過程控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)定，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制。

三層結(jié)構(gòu)中MES尤其重要。因為僅使用ERP軟件缺少足夠的底層控制信息，無法實現(xiàn)與控制系統(tǒng)緊密相連，不能實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的有效管理與控制。因此對重視執(zhí)行功能的制造企業(yè)來說，MES的應(yīng)用可以起到事半功倍的效果。由于MES強調(diào)控制和管理的協(xié)調(diào)，使現(xiàn)代制造業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的計劃系統(tǒng)，而且有能使計劃落到實處的執(zhí)行系統(tǒng)。

二、基于MES的成本控制結(jié)構(gòu)

盡管制造企業(yè)生產(chǎn)工序不同，但基于MES的成本控制結(jié)構(gòu)是基本相同的。要降低產(chǎn)品成本，有效的方法就是加強對料、工、費進行全面監(jiān)控與調(diào)度：全面采集相關(guān)消耗的實時數(shù)據(jù)，加強實時核算，并對采集的數(shù)據(jù)進行管理和分析，制定合理的考核指標。基于MES的成本控制結(jié)構(gòu)應(yīng)將先進控制技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)相結(jié)合。生產(chǎn)成本控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，為了對人力、物力、設(shè)備、資金等進行合理安排和有效利用，應(yīng)建立垂直分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和水平分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這樣才能保證各個層次在成本控制中的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和有效工作。基于MES的制造企業(yè)成本控制的三維體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三、基于MES的成本控制模式的分析

基于MES的制造企業(yè)成本控制的三維體系結(jié)構(gòu)通過MES制造過程的雙向窗口，在控制和計劃間進行信息傳遞，從而形成一個集成化的計算機制造執(zhí)行系統(tǒng)。

1. 上層ERP的成本管理功能

制造企業(yè)ERP層的成本管理主要體現(xiàn)在根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理流程和組織機構(gòu)特點，采用以財務(wù)分析決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù)，制訂成本計劃，并根據(jù)企業(yè)的利潤指標以及利用歷史數(shù)據(jù)進行成本預(yù)測和確定企業(yè)產(chǎn)品的目標生產(chǎn)成本。在確定了企業(yè)產(chǎn)品的目標成本之后，還要將產(chǎn)品目標成本按產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)分解成各成本要素的標準成本，然后根據(jù)各級成本責任中心負責的成本項目，將各標準成本逐級向各級成本責任中心分解。上述功能可通過ERP軟件的各個功能模塊來實現(xiàn)。該層中大部分功能可以適用于不同的企業(yè)。

2. 中層MES成本控制功能

MES通過信息傳遞，對從產(chǎn)品開始投入生產(chǎn)到產(chǎn)品完工的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，對反映生產(chǎn)過程成本的物耗、能耗進行在線計量，對同消耗密切相關(guān)的生產(chǎn)指標進行監(jiān)控和優(yōu)化，實時地獲得企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的成本消耗情況，并與目標成本進行比較，及時地分析成本差異原因，給出降低生產(chǎn)過程成本的操作指導(dǎo)。這種能夠?qū)ψ兓纳a(chǎn)過程做出快速響應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用，起到了有效地減少企業(yè)內(nèi)部無效的生產(chǎn)行為的作用，實現(xiàn)了生產(chǎn)和管理一體化的成本控制。由于每個企業(yè)生產(chǎn)工藝和設(shè)備不同，該層中的各種管理和控制也是不同的。

3. 底層PCS成本控制功能

PCS層的成本控制功能主要表現(xiàn)為按照MES層設(shè)定的技術(shù)指標和工藝參數(shù)組織生產(chǎn)，采集MES層所需要的各種消耗數(shù)據(jù)和指標數(shù)據(jù)，通過實時提供反饋信號，在線控制生產(chǎn)過程，減少生產(chǎn)波動，保證生產(chǎn)經(jīng)常處于良好的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的目標。由于企業(yè)控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和檢測儀器不同，不同的制造業(yè)，PCS的功能是不同的。

由參考模型可以看出，通過MES的承上啟下作用和網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)，將ERP分系統(tǒng)和PCS分系統(tǒng)充分集成，實現(xiàn)經(jīng)營決策、生產(chǎn)過程管理和過程控制的統(tǒng)一管理，從而完成目標成本分解、產(chǎn)品成本核算、成本因素分析、成本指標監(jiān)控、生產(chǎn)指標優(yōu)化設(shè)定等功能，給出降低生產(chǎn)成本的操作指導(dǎo)，以實現(xiàn)生產(chǎn)成本動態(tài)控制的目標。

四、基于MES的實時成本控制模式實現(xiàn)

通過以上分析可以看出，MES對成本的控制與ERP中對成本的控制是不同的。ERP注重于計劃層面的標準成本控制，具有成本綜合控制的性質(zhì)，而MES注重操作層面的現(xiàn)場作業(yè)成本控制。在控制時間方面，MES具有很強的實時性。基于MES的三層實時成本控制模式的實現(xiàn)應(yīng)分以下三步：

1. 建立基于MES的實時成本控制關(guān)系

建立好有效的實時成本控制關(guān)系是實時成本控制的關(guān)鍵。由ERP形成的成本計劃或標準成本，會在一個較長的計劃期內(nèi)（如生產(chǎn)訂單壽命周期）發(fā)揮作用，計劃期間結(jié)束可以根據(jù)標準成本和實際成本進行多角度、多層次分析，這一過程基本上注重的是事前和事后的成本控制，但要真正實現(xiàn)對成本的有效控制，必須在成本發(fā)生中（實時）加以控制。由于計劃成本和標準成本都是以價值形式出現(xiàn)，而現(xiàn)場成本發(fā)生時，卻多以材料消耗、工時消耗、作業(yè)消耗、工藝參數(shù)等非價值因素出現(xiàn)，它們是真正的實時成本控制的對象，建立實際成本與實時成本控制對象之間的實時成本控制關(guān)系，是實時成本控制的關(guān)鍵。如前所述，在基于MES的實時成本控制模型下，ERP負責形成各種生產(chǎn)計劃、成本標準，MES根據(jù)生產(chǎn)計劃、成本標準產(chǎn)生作業(yè)標準和技術(shù)標準，PCS將作業(yè)標準和技術(shù)標準實施于生產(chǎn)過程中。無論多么復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，三者之間總是存在著如下實時成本控制函數(shù)關(guān)系：

C=F(A(P，N，…)，T(P，N，…))

式中C表示成本標準，A表示作業(yè)標準，T表示技術(shù)標準，P表示操作過程，N表示工藝參數(shù)。

理論上，任何企業(yè)都可以將ERP的成本標準分解為MES層的可執(zhí)行作業(yè)標準、技術(shù)標準，這些標準又可進一步通過PCS層，實時動態(tài)地控制操作過程和工藝參數(shù)，從而建立標準成本與實際操作過程、工藝參數(shù)之間的橋梁，使ERP實現(xiàn)實時、動態(tài)、閉環(huán)控制。

2. 進行成本指標分解對應(yīng)關(guān)系控制

由ERP形成的生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)訂單、標準物料清單、標準生產(chǎn)工藝和標準成本，最終要通過實際的生產(chǎn)過程，在規(guī)定的時間生產(chǎn)符合規(guī)定質(zhì)量和數(shù)量的產(chǎn)品。在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)成本具有動態(tài)特性，具體表現(xiàn)為隨著生產(chǎn)條件和操作水平的變化而變化。企業(yè)要降低成本，應(yīng)在物料消耗的降低和提高勞動生產(chǎn)率上做文章。企業(yè)在確定了與物耗相關(guān)的技術(shù)、質(zhì)量、操作等常規(guī)動因后，要想控制成本就應(yīng)該進行與成本相關(guān)的指標分解，以作業(yè)計劃標準為對象，分解每項成本消耗的動因，并盡可能進行量化評價。對每一項引起成本消耗波動的原因加以分析，明確責任區(qū)域、責任范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，從控制生產(chǎn)成本角度出發(fā)對工藝指標、技術(shù)經(jīng)濟指標進行優(yōu)化設(shè)定，以成本消耗為主線實現(xiàn)對生產(chǎn)過程質(zhì)量、技術(shù)的綜合反饋和控制，使成本指標轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場可隨時控制的工藝參數(shù)，強化成本控制的可操作性和及時性，并針對不同的部門提供不同的指標數(shù)據(jù)，使其對各部門控制有指導(dǎo)意義，從而實現(xiàn)成本的動態(tài)控制。

3. 進行實時數(shù)據(jù)采集

實時數(shù)據(jù)采集是三層CIMS的基礎(chǔ)。生產(chǎn)過程中的質(zhì)量等技術(shù)指標和工藝要求是產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證。在制造企業(yè)中，生產(chǎn)消耗高低主要體現(xiàn)在各工序的技術(shù)經(jīng)濟指標水平上。在實際生產(chǎn)過程中，由于成本控制涉及大量的工藝參數(shù)，成本控制對象是復(fù)雜的、多元化的。因此，對影響生產(chǎn)指標的關(guān)鍵參數(shù)進行在線的采集與監(jiān)測至關(guān)重要。通過生產(chǎn)現(xiàn)場的自動辨識技術(shù)、傳感器或是與設(shè)備儀器的聯(lián)機，能自動搜集現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)、人工、設(shè)備、加工起止時間、工作時間、設(shè)備加工狀態(tài)、加工數(shù)量、廢品情況等信息，并將這些信息實時地傳遞給MES，MES根據(jù)這些信息進行實時處理、分析和控制。

五、結(jié)束語

MES 通過強調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，為實時成本控制提供了條件，同時也為敏捷制造企業(yè)的實施奠定了良好的基礎(chǔ)。深刻理解MES的管理思想，把握其發(fā)展趨勢，對于如何在我國研究和推廣MES應(yīng)用具有重要的理論和實用價值。

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