中小型制造企業的工業軟件選型方法

傅利玉,胡進偉,許可嘉

(1.廣東中認華南檢測技術有限公司,廣東 中山 528427;2.中國質量認證中心,北京 100073)

0 引言

當前,數字化和智能化是制造業高質量發展的主要趨勢,其實質在于將生產制造全過程產生的各種數據利用起來,使其成為新的生產要素,輔助運營決策,衍生新的服務模式和商業模式[1]。作為我國企業中數量占比最大的群體,中小企業的數字化信息化改造與我國制造業的高質量發展密不可分。工業軟件作為企業信息流的載體,可起到數據采集、數據存儲、數據計算、數據管理的重要作用[2]。通過部署工業軟件,中小企業可以全面提升自身以及產業鏈整體的競爭力[3]。

然而,相當一部分中小企業的信息化水平仍處在較低層次[4]。面對品類繁多、功能精細的工業軟件,不少企業出現了“不想選”“不會選”“不敢選”的難題。如何指導中小型制造企業順利實施工業軟件選型,已成為一項亟待解決的問題。

1 工業軟件的分類

工業軟件的定義是指應用在工業領域內,提高企業的研發能力、生產效率、運營能力、裝備性能的軟件。按照其在生產制造過程中發揮效用的環節,工業軟件可分為研發設計類、生產制造類、經營管理類、運維服務類4種類型[5-6]。

1.1 研發設計類

研發設計類工業軟件包括計算機輔助設計(Computer Aided Design,CAD)、計算機輔助工程(Computer Aided Engineering,CAE)、計算機輔助工藝規劃(Computer Aided Process Planning,CAPP)、計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)、產品全生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM)等:CAD的功能是以計算機及顯示器代替紙質繪圖工具,輔助設計人員進行設計工作,輸出幾何實體建模、三維圖形、工程圖紙等;CAE是對產品的外形和物理性能進行仿真分析和優化設計的工業軟件,可根據計算結果修改幾何實體模型,設計出符合性能和經濟性要求的最優化產品;CAPP用于工藝設計,其功能包括工藝方案設計、工藝路線制訂、工藝規程設計、工藝定額編制等。通過與制造執行系統集成可實現標準作業程序下發和工藝參數優化;CAM用于創建零件制造的數控設備代碼,可根據加工路徑以及工裝設備完成產品生產制造所需的工藝設計、NC編程、機器人編程等工作并實施生產;PLM用于管理產品從需求、設計、工藝、生產、維護到淘汰報廢的全部數據,通過集成與產品相關的人力資源、流程、應用系統和信息,PLM可支持產品全生命周期的信息創建、管理、分發和應用。

1.2 生產制造類

生產制造類工業軟件包括分布式控制系統(Distributed Control System,DCS)、數據采集與監視控制系統(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)、制造執行系統(Manufacturing Execution System,MES)、高級生產計劃與排期(Advanced Planning and Scheduling,APS)、質量管理系統(Quality Management Software,QMS)等:DCS是由過程控制級和過程監控級組成的儀表控制系統,可實現對工業生產過程的分布式控制,提高生產效率、降低能耗、保證產品質量,確保生產過程的安全可靠;SCADA是以計算機為中心,通過分散的控制點對生產過程進行追蹤監視的控制系統,主要功能是監控、預警、調度和控制;MES是面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統,負責承接企業資源計劃系統下達的生產計劃,根據制造工藝和設備狀況進行科學排產,支持生產追溯、質量信息管理、生產報工、設備數據采集等功能;APS的功能是基于物料清單、工藝規劃、實際工時和設備產能等約束條件,根據生產計劃和優先級進行自動計劃和排程,能夠顯著提升設備稼動率和生產效率;QMS是對企業內部質量相關流程及數據進行管理的軟件系統,應用于產品全生命周期,涵蓋研發質量、供應商質量、制造過程質量、售后質量、體系審核、糾正預防管理等全流程質量管理活動。

1.3 經營管理類

經營管理類工業軟件包括企業資源計劃(Enterprise Resource Planning,ERP)、設備管理系統(Equipment Management System,EMS)、供應鏈管理(Supply Chain Management,SCM)、倉庫管理系統(Warehouse Management System,WMS)、供應商關系管理(Supplier Relationship Management,SRM)等:ERP用于管控企業的產、供、銷、人、財、物等資源,其功能是基于制造BOM、庫存、設備產能、采購提前期、生產提前期等因素,來準確地安排生產和采購計劃,實現及時采購、及時生產、按時交貨,降低庫存和資金占用;EMS用于管理生產設備從檔案、安裝、維護到設備保養、使用記錄、調度的多維度狀況,其核心功能包括設備管理、故障報修、設備維保、備件管理、預警體系、智慧報表、維保知識庫等;SCM系統管理企業從原材料采購到產品交付的整個供應鏈流程,實現供應鏈的可視化、協同和優化,其功能包括供應商管理、物流管理、庫存管理、訂單管理等;WMS用于管理產品的入庫、出庫、庫存調撥等各項業務,實現產品批次整理、庫存盤點、質檢的一體化管理,確保庫存的準確性和可靠性;SRM系統將采購管理與供應商管理、價格協同管理、合同管理、庫存管理及財務管理等業務模塊深度融合,能夠優化管理、降低成本、提升企業整體供應鏈競爭力。

1.4 運維服務類

運維服務類工業軟件包括在產品服務和客戶服務過程中用到的軟件,主要包括客戶關系管理系統(Customer Relationship Management System,CRM)。CRM是實現客戶信息收集、管理、分析和利用的信息系統。以客戶數據的管理為核心,記錄企業在市場營銷和銷售過程中和客戶發生的各種交互行為以及各類有關活動的狀態,提供各類數據模型,為后期的分析和決策提供支持。CRM的功能一般包括客戶管理、營銷管理、銷售管理、客戶服務等。

2 中小型制造企業的特征

中小企業是我國企業的重要組成部分。根據工業和信息化部公布的數據,在我國現有4000多萬家企業中,95%以上是中小企業[7],數量上占比最大。這些中小企業在規模、活動、基礎上均存在區別,影響工業軟件的選型依據。

2.1 規模特征

企業的規模和體量直接決定了其在技術改造環節的投入總額,不同規模企業每年在工業軟件上的投入呈現出顯著差異[8]。大型企業在1000萬～5000萬元左右,中型企業在100萬～500萬元左右,小微型企業投入金額在100萬元左右。資金欠缺和成本過高是制約中小企業推廣應用工業軟件的重要原因,工業軟件的推廣應用包括軟件購買、軟件維護以及員工專業培訓等。

此外,中小企業的生產經營不具備規模效應,導致工業軟件的投入產出比遠遠不及大型企業,影響了中小企業應用工業軟件的意愿。

2.2 活動特征

受限于發展階段、知識儲備、戰略規劃等問題,中小企業普遍對信息化和數字化的認知不足,對工業軟件選型的依據和方法了解較少[9]。

此外,不同類型的中小型制造業企業對工業軟件的認知和需求程度存在差異。這種差異來自企業的所在區域、產業類型、發展階段、供應鏈水平等多種要素,導致中小企業的工業軟件部署步驟沒有統一的路徑,只能按需規劃,一企一策,無形中加大了企業選取工業軟件的困難。

2.3 數字化基礎特征

部分中小企業受資金和技術的限制,數字化基礎薄弱,信息化水平多停留在文字處理、財務管理等辦公系統自動化及人力資源管理階段,在制造工序數據化、數據采集、數據分析、數據流通和數據應用等方面存在技術短板,抑制了工業軟件使用需求[10]。由于長期使用線下的流程化管理,企業員工對既往的工作形式產生了慣性,往往會拒絕或較少使用后續部署的工業軟件,拖慢信息化、數字化的進程。

3 選型建議

根據上述分析,中小型制造業企業的規模、活動、數字化基礎存在差異,對信息化和工業軟件選型的認識存在不足。應當按照其所屬行業、資金壓力、發展痛點難點等具體情況擬定工業軟件部署方案。

3.1 按照行業選型

制造企業可大致分為離散型行業和流程型行業2種類型。離散型中小企業應當重點關注核心生產環節,選擇適合提升局部效能的工業軟件。如對市場反應快捷性有要求的企業,可部署CAD、CAE提升設計效率,降低重復工作;對生產批次顆粒度有要求的企業,可部署APS提高排產的靈活性,實現小批量定制;對于產品質量和良品率有嚴格要求的企業,可部署QMS,分析質量數據以改進工藝。流程型中小企業應當重點關注生產全流程,選擇可提高整體協作效率的工業軟件,如生產工藝繁多,在批次之間需不斷更改生產參數的企業,可部署CAPP,形成工藝參數庫,降低工藝重復設計,提高換產時的效率;環節冗長設備多,生產難以監控的企業可考慮部署SCADA和DCS,構建生產全過程設備的工控網,細化管理,降低事故發生率。

3.2 按照成本選型

中小企業用于技術改造的資金有限,選擇工業軟件必定要考慮其成本問題。而工業軟件產品的價格高低與其標準化程度密切相關。如CAD、CAE等研發設計類產品具有較高的標準化程度,世界范圍內也已形成若干穩定的大型廠商和成熟的生態圈,這類軟件的收益/成本比一般較高。MES、APS等生產制造類產品需要根據企業的生產實際進行修改,其個性化特征明顯,難以形成通用的版本,購買這類產品的收益/成本比相對較低。

中小型制造業企業制定信息化改造路線時,應當遵循先標準化、后個性化的路徑,使資金的使用達到最佳效益。

3.3 按照痛點選型

企業的生產過程不同導致其面臨的痛點不同。部分企業渴望加強對生產過程的控制,這類企業可部署MES,打通企業計劃層和生產車間設備之間的間隔;部分企業的信息傳遞仍依靠紙質載體,嚴重影響管理效率,可考慮部署ERP,整合各個部門的管理流和信息流,實現精確化管理。對于倉儲成本占比較大的企業,可部署WMS,降低庫存損耗,優化出入庫方案;對于客戶數量多,市場渠道為關鍵要素的企業,可部署CRM,強化客戶管理,提高響應速度;對于重資產企業,生產設備在固定資產中的占比較高,可部署EMS優化設備管理,及時發現設備故障和工裝損耗,降低設備折舊速度。

4 結語

綜上所述,中小型制造業企業由于自身的規模和發展階段,在實施技術改造時天然具有資金投入不足、技術認知不夠、信息基礎薄弱等缺點,應充分考慮自身特點,按需進行軟件選型,以資金投入產出比最大化作為購置工業軟件的標準。

此外,軟件廠商的特征也應當納入工業軟件選型的參考要點。企業選定軟件類型后,還需根據廠商實力、本地化服務能力、供應商重視程度、顧問能力、產品成熟度、產品功能與企業需求的匹配度、同行業實施情況等幾項原則對工業軟件廠商進行評估,確保購買、部署、培訓、維護、升級等環節的可靠性,保障技改的順利推進。