基于MRPⅡ和MES的车间成本管理系统

lihuolin958

    经济全球化环境下，市场竞争更加激烈，面对市场和技术发展的瞬息万变，企业要想在国内外的市场竞争中立于不败之地，就必须对客户和市场的要求做出快速响应。企业必须通过先进的生产运作和管理模式，按市场的要求用低成本、高质量、短交货期的方法把产品交付到客户手中。交货期（Time）、质量（Quality）、成本（Cost）和服务（Services）是影响利润的四项主要因素。车间生产管理是控制交货期（T）、质量（Q）和成本（C）的主要环节。另外企业的主要活动是生产，生产管理就是企业管理中最重要的部分，而生产管理的大部分工作最终要落实到车间，那么车间管理的重要性自然不同于企业其它职能的管理。因此，必须加强对车间生产的管理和控制，提高企业的竞争力。
1 车间生产管理的发展
    20世纪60年代初，随着计算机技术的发展，一种新的生产管理技术——物料需求计划MRP（Materical Requirements Planning）首先在美国发展起来。MRP使用物料清单BOM（Bill Of Material） ，将对系统的最终产品需求展开为对零部件和原材料的需求。在考虑现有库存和生产提前期的前提下，下达制造或采购计划。尔后，增加了能力平衡、成本核算、帐务管理、订货管理等后，MRP发展为对企业制造资源进行全面管理的制造资源计划MRPⅡ。90年代后，MRPⅡ经过进一步发展完善，形成了目前的企业资源计划ERP系统。从理论体系上来看，MRP、MRPⅡ和ERP一脉相承，其核心的闭环MRP思想保持不变。
    20世纪70年代末，日本丰田公司创造了一种以消除制造过程中的一切浪费为宗旨的准时制生产JIT。JIT的核心是适时、适量生产，其基本思想是“只在需要的时候，生产需要的数量”。JIT生产方式力图通过“彻底排除浪费”来实现最大利润目标。为了排除浪费，JIT相应地产生了适时、适量生产、弹性配置作业人数以及保证质量等基本方法。实行JIT生产模式必须满足以下条件：生产计划平稳、减少调整准备时间、提高工人素质、生产车间重新布局、准时采购、消除原材料和外构件的库存、加强质量管理、消除废品。目前中国企业实现JIT模式生产缺乏很多的基础条件。
    70年代末出现的优化生产技术OPT（Optimized Production Technology） 。OPT的主要处理逻辑是分清主次，找到“瓶颈”工序，并使“瓶颈”上的资源得到充分利用，同时安排好非“瓶颈”工序的资源配置，使之能与“瓶颈”工序生产率保持同步，将在制品积压减少到最低程度。OPT技术在面向订单生产的情况下，对于多品种、小批量生产方式的生产计划制定有很大的指导意义。但是它也有相当的局限性，只能用在一些工序较少的生产场合。
    20世纪80年代后期，全球市场竞争更加激烈，上层计划管理系统（ERP）受市场影响越来越大，计划的适应性问题愈来愈突出，明显感到计划跟不上变化，企业的决策者逐渐认识到计划的制定和执行要依赖于市场和实际作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来控制生产。解决生产计划的适应性以及增加底层生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，已经成为一个重要的研究课题。为解决这个问题，美国先进制造研究机构 AMR（The Academy of Management Review）提出了“现代制造执行系统”（Manufacturing Execution System，MES） ，重点解决车间生产问题。MES是针对MRPⅡ在生产管理方面的限制和不足而产生的，是MRPⅡ的必要补充。MES和MRPⅡ是相互依存的，两者并不矛盾。MES为MRPⅡ的应用提供强有力的支持和功能补充，如何将MES与MRPⅡ集功能于一体成为MES成功的关键，而且为MES提供了一次延伸和提高MRPⅡ系统功能的机会。
2 车间成本管理的现状
    成本管理包括成本核算、成本分析、成本决策、成本计划等，是企业赢得竞争、获取利润的关键。由于各行业的会计制度不完全相同，成本核算方法差异较大。即使在同一行业（如制造业）在会计制度基本相同的情况下，也由于有着不同的生产模式，产生了不同的成本核算方法，因此成本管理系统的通用性低，而且现行的车间成本核算多以手工为主，导致成本信息提取缓慢、精确性低，难以实现成本控制。现有的MRPⅡ、ERP系统，都是属于企业的上层生产管理系统，其成本核算也是属于企业的一级核算。国内也有一些企业，根据车间具体核算方法，开发了一些单独计算车间成本的软件，但数据的来源，也是通过一些手工采集的数据，没有车间其它系统的支持以及和MRPⅡ系统或MES等车间管理系统集成，难以得到生产现场的数据，难以做到成本实时控制以及和企业级成本核算的信息交换，从而影响了整个企业的成本核算。
3 基于MRPⅡ和MES的车间成本管理系统
    3.1 车间成本管理的内容
    车间成本管理包括成本核算、成本分析、成本决策、成本计划等。车间成本是车间生产所发生的各项费用转化而来，主要包括以下一些费用项目。
    （1）直接材料：直接材料是制成产品的原料及其零件部分，它是构成产品的基本因素。
    （2）直接人工：直接人工是指直接改变原材料形态或性质所用的人工。直接人工成本包括各种工人工资。
    （3）制造费用：制造费用称为间接成本，它是车间所发生而不能作为直接材料和直接人工的工厂成本。包括车间管理人员工资、办公费用、间接材料和辅料费、工具及低值易耗品费用、房屋和设备的折旧，使用的动力及燃料费等。
    直接材料和直接人工的成本总和称为主要成本，而直接材料、直接人工和制造费用通常称为成本三要素，即料工费。
    车间成本管理主要是监督、控制车间费用的发生，为车间管理提供决策依据；合理安排生产人员和非生产人员，做到生产成本的实时控制，为企业的成本核算提供及时、准确的数据。
    3.2 制造资源计划MRPⅡ的结构和功能
    MRP的基本思想是，围绕物料组织制造资源，实现按需要准时生产。它首先直接按订单要求安排各个时段的加工计划，得出满足市场和客户需求条件下对能力的需求信息，然后再尽可能地调整能力，按调整后的能力修订需求计划，直到需求与能力平衡，再执行计划。它是一种所谓“推动式”的生产控制方法。制造资源计划MRPⅡ一般有十几个最基本的功能模块组成。包括产品生产大纲（PP）、关键资源需求计划、主生产计划（MPS）、粗能力需求计划（RCCP）、物料清单（BOM）、物料需求计划（MRP）、能力需求计划（CRP）、车间作业管理（SFC）、最终装配计划（FASS）、物料采购管理、库存管理、生产作业控制、成本管理、财务管理和销售管理等。
    MRPⅡ应用于企业级的生产管理。在产品结构复杂的大型企业中，车间组织结构一般比较复杂，而且车间的规模也较大。这样的车间组织结构为：车间—工段—班组—工人。这类车间的生产作业计划和调度一般分为两个层次：车间层和工段层。中小批量生产类型的企业通常采用台份计划的方法来确定车间的生产任务。
    车间层进行生产控制需要的许多内容来自MRPⅡ。加工什么的信息来源是MRPⅡ的信息编号，什么时候加工的信息来源是MRPⅡ的截止期；加工多少的信息来源是MRPⅡ的订单数量；加工位置的信息来源是加工中心文件；怎样加工的信息来源是工序文件。可以看出，对于MRPⅡ计划来说，车间层的功能只有两种：执行计划和调度，它没有计划功能。在简单车间环境下（其车间组织结构为：车间—班组—工人），由于这种车间调度只有一层，车间计划调度员可以直接控制各台设备的生产进度，这种生产系统的计划和控制用MRPⅡ计划系统很容易实现。但是对于复杂车间来说，情况就不一样了。复杂车间的车间调度分为两层，车间计划调度员并不直接控制车间内各台设备或工作地的生产进度，而且传统的中小批量生产类型的企业多以台份为单位确定各车间的生产任务，车间还要完成把台份计划分解为零件计划的任务，因此基于复杂车间的生产系统的生产作业计划仅用简单的MRPⅡ计划系统很难实现。因此就要借助于制造执行系统MES。
    由上可以看出，MRPⅡ对于车间工段、班组的管理是脱节的。MRPⅡ系统虽然实现物流与资金流的统一，但是对于车间物流的具体情况，在制品情况，人力资源情况、设备运行情况等生产数据，MRPⅡ无法做到数据的准确收集，相应其成本管理控制力度也是不够的。

    3.3 制造执行系统MES的定位和功能模型
    美国先进制造研究机构AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。MES能够改善企业的运营资本的投资回报率，改善物料的流动性能。MES还能够通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。AMR于20世纪90年代提出的企业集成模型清楚地描述了MES在企业系统中的位置，如图1所示。

图1 AMR的三层企业集成模型

    计划层：强调企业的计划性。它以客户定单和市场需求为计划源头，充分利用企业内的各种资源，降低库存，提高企业效益。MRPⅡ、ERP等从生产管理的角度来看，属于企业的计划层。
    执行层（MES）：强调计划的执行和控制。通过MES把MRPⅡ、ERP与企业的现场控制有机地集成起来。
    控制层（Control）：强调设备的控制。包括DCS（Distributed Control System） 、PLC（Programmable logic Controller） 、NC/DNC（Distributed Numerical Control）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）以及其它的控制产品制造的生产过程计算机控制方法。
    从这模型可以看出，制造执行系统MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。近年来，一些ERP软件试图将其车间管理的功能向下延拓，而一些底层控制软件尝试向上延伸功能。可是尽管增加了一些功能模块，但收效不大；ERP软件缺少足够的底层控制信息，无法实现与控制系统紧密相连；底层控制软件又缺乏足够的上层控制信息，不能实现对生产的管理与控制。因此造成了企业内部的信息传递瓶颈，不能对瞬息万变的市场变化做出快速响应。其主要原因是虽然重视了计划管理（planning）和底层控制（control），却忽视了车间执行（execution）功能。
    制造执行系统是面向制造过程的，它必然与其它的制造管理系统共享和交互信息，这些系统包括制造资源计划MRPⅡ、供应链管理（Supply Chain Management，SCM） 、上层计划管理（ERP）、销售和客户服务管理（Sales and Service Management，SSMM）、产品及产品工艺管理以及生产底层控制管理等管理系统。
    作为生产管理系统核心的MES可看作是一个通讯工具，它为其他各种企业应用系统提供现场的数据信息。MES向上层ERP/SCM提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品（Working In Process，WIP）的存放位置和状态、实际订单执行等涉及生产运行的数据；向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等；生产工艺管理可以通过MES的产品产出和质量数据进行优化。另一方面，MES接受企业管理系统的各种信息，充分利用各种信息资源，实现优化调度和合理资源配置。图2反映了ERP/MES/Controls三者之间的信息流动。

图2 ERP/MES/低层控制系统信息交互

    制造执行系统在工厂综合自动化系统中起着承上启下的作用，它在ERP产生的生产计划指导下，收集底层控制系统的与生产相关的实时数据，安排短期的生产作业的计划调度、监控、资源调配和生产过程的优化工作。制造执行系统的功能有：资源管理、详细计划、生产调度管理、文档管理、现场数据采集、人力资源管理、质量管理、过程管理、设备维护管理、生产跟踪、性能分析等。




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