ERP环境下钢铁企业产销一体化的研究

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近年来，钢铁企业面临的市场竞争环境发生了巨大改变，客户对产品规格、质量和交货期的要求越来越高。为了适应竞争的需要，国内钢铁企业开始实施ERP和MES，支持先进的生产与经营管理模式。其中，打通产销这条关键路径、强化经营管理和生产控制之间以及生产和销售之间的衔接，是通过信息化系统提高钢铁企业管理水平的关键所在。本文将以SAP公司的ERP环境为例，以邯郸钢铁集团公司产销一体化咨询项目为背景，分析钢铁企业实现产销一体化的关键技术。

1 钢铁企业一般产销模式分析

1.1 工作流程

对钢铁企业而言，erp系统主要包含生产计划与管理（PP）、物料管理（MM）、销售与分销（SD）、财务管理（FI）和质量管理（QM）等功能模块；MES可以包含作业计划、生产调度、物料跟踪、设备管理、质量管理、工艺管理、库存管理等功能。两个系统协同工作时，在一定程度上能够支持日常业务的展开。以SAP R3系统为例，其具体产销流程（如图1所示）如下。

图1 一般产销模式

（1）销售部门在ERP系统内接收客户订货需求，形成销售订单。

（2）生产部门在ERP系统内根据实际生产需求，产生生产订单（包括销售订单和虚拟订单）并依据生产订单制定生产计划。

（3）生产部门通过ERP系统将生产计划下达到生产厂，生产厂按照生产计划在MES内编制作业计划并完成生产计划的调度执行。

（4）成品下线后，MES采集生产实绩，并上传至ERP系统的生产、物流和质量模块；ERP系统质量模块对成品进行质检判定后，成品信息进入库存发运系统。

（5）质检合格并进入库存发运管理系统的产品称为可交货产品，可以被销售部门看到；销售部门对可交货产品进行交货拣配，并发送发货指令给库存发运管理系统。

（6）库存发运系统依照发货指令，执行装车出库并上传发货实绩给ERP系统。

（7）交货结算后，合同交货完成。

1.2 缺陷

以上产销模式中，ERP和MES是相对独立的系统。两者虽然在功能上形成一定的互补，能够支撑企业正常业务的开展，但是存在如下问题。

（1）产销之间衔接不畅。首先，销售部门在签订销售订单过程中并未考虑现有库存以及生产能力等方面的限制，以致生产部门需增加大量虚拟订单才能安排生产，导致合同生产周期的增加以及大量非订单产品的出现。其次，由于销售部门不能及时得到合同执行情况的反馈信息，只能等产品生产完成才能将产品与合同重新匹配后再下达发货指令，加剧产品不能按交货期发货的情况，从而导致销售成本增加或产品提前生产出来造成产成品库存费用增加。

（2）ERP与MES之间的计划衔接功能存在欠缺。由于ERP系统产生的生产计划是无限能力计划，未考虑到生产部门的实际生产能力以及各厂间的产能和物流的平衡，不能有效指导各厂的实际生产。另一方面，MES仅是被动地接受ERP的计划，当MES出现计划外生产时不能及时将实际生产情况反馈到ERP系统中。

（3）质量管理体系不完善。ERP系统中没有建立冶金规范和产品标准体系，整个产销过程中缺乏对产品质量的有效控制和跟踪。这也是造成大量非订单产品的主要原因之一。

2 产销一体化系统整体架构

为了克服上述问题，需要对生产与销售进行一体化的管理。产销一体化系统应跨过管理和控制的结合部，覆盖企业资源管理系统中的销售、质量、生产、财务、存货、发运管理和MES的主要功能，集中反映钢铁行业生产经营的特点，成为钢铁企业信息化的核心。图2是作者提出的SAP ERP系统环境F的产销一体化系统架构，它包括ERP的R3系统、ERP的高级计划系统、MES的制造执行模块、MES的作业排程模块和PCS过程控制系统。各部分的功能分述如下。

图2 产销一体化系统架构

（1）ERP的R3系统。ERP的R3系统包括销售管理SD、生产管理PP、物流管理MM、质量管理QM、财务管理FI、数据挖掘BW等模块。

（2）ERP的高级计划系统。ERP的高级计划系统，具有需求计划、订单管理（包括：库存匹配ATP和可用能力承诺CTP）、质量设计、物料计划、产能计划、有限能力计划等核心功能。

（3）MES的制造执行模块。MEs的执行模块包括作业跟踪、生产指令、库存发运等功能。

（4）MES的作业排程模块。MES的作业排程包括作业计划和计划调度等功能。

（5）PCS过程控制系统。过程控制系统的主要功能为接收MES制造执行模块的生产指令并向MES反馈生产实绩信息。

在该架构下，ERP系统和MES制造执行模块之间，MES与过程控制系统之间通过实时有效的信息交互来保证产销之间信息的沟通与衔接，而由ERP的高级计划系统和MES的作业排程模块共同构成的产销一体化计划系统可保证ERP与MES之间计划的衔接与协调。另外，还可通过ERP系统的质量管理功能、高级计划中的质量设计功能以及MES的质量管理功能的有效集成实现面向过程的全面质量管理体系，在整个产销过程中对产品质量进行有效控制和跟踪。

3 一体化系统实施要点

实现钢铁企业产销一体化的目的在于以市场为导向，贯彻以客户为中心的思想，打通销售、质量、生产、财务、存货和发运的关键管理流程，提高交货期和交货准时率，全面提高企业的市场响应速度和应变能力。下从计划与调度体系和质量管理体系这两个贯穿整个产销过程的方面来探讨实施产销一体化的要点。

3.1 建立一体化的计划与调度体系

钢铁企业生产计划与生产调度体系可分为中长期计划、短期计划、作业计划、生产调度和生产执行等层次，自上而下，计划期间逐渐缩短，计划内容逐渐明确。上层计划指导下层计划，下层计划是对上层计划的具体化。当下层计划无法得到满意的调度结果时，需通过调整上层计划解决。下层计划的执行结果，逐级反馈至上一个层次。

在产销一体化架构下，生产计划的编制并不是哪一个系统或者模块的单独任务。科学合理的生产计划编制，需要在各个系统内部、各级系统之间进行计划的优化和协调。MES与ERP系统之间、各MES之间的功能集成与分担，以及它们之间的协调机制就成为产销一体化计划体系构建的一个关键问题。

3.1.1 ERP与MES的集成

（1）ERP与MES的功能分担

一方面，ERP系统应该具备ATP、CTP、物料需求、有限能力计划、产能平衡等功能。通过这些，实现内部供应链上各厂生产计划的平衡，即到各个分厂MES的生产计划在计划量、时间料以及设备能力等方面的平衡。

另一方面，由于ERP系统无法考虑和预见工艺约束和设备状况等方面的情况，应由MES的作业考虑工艺条件和设备状况等约束，ERP系统在接收到MES作业计划后，需要对生产计划进行更新。

（2）ERP与MES之间的协调机制

首先，ERP系统下达生产计划给MES，MES经过作业排程后，向ERP系统提交作业计划；其次，MES不仅负责单一设备的计划排序，还需对MES内部各产线的计划和物流进行平衡；最后，MES与生产线不断交换信息，完成数据收集和最终生产指令的下达，在计划执行过程中进行动态调度，并将调度结果反馈至ERP系统。

3.1.2 各工厂MES之问的集成与分担协调

（1）MES的功能

三级系统不仅负责单一设备的计划排序；还需要对三级系统内部各生产线内部的计划和物流进行平衡。

为邯钢为例，对于冷轧MES，冷轧厂生产线很多，供料关系复杂。因此冷轧MES应充分考虑各生产线的计划协调和物流衔接。对于CSP MES，基于连铸连轧的工艺特点，与炼钢联系紧密。因此CSP MES需要考虑与炼钢计划（CSP流向）的一体化编制和调度，即冶铸轧一体化。

（2）MES之间的协调

对于各MES之间的计划协调，可考虑如下两种策略。

1）三级系统之间协调

各三级系统之间并非孤立，在计划阶段单依靠四级高级计划系统，并不能实现各分厂生产计划和物料计划的有效衔接。因此，在三级系统之间可采用计划倒排的方式，下游分厂编制完成生产计划后，将物料需求提交给上游分厂，上游分厂再根据接收到的物料需求并结合生产计划进行排产。如：冷轧向CSP提交钢卷需求计划，CSP向炼钢提交钢水需求计划，中板厂向炼钢厂提交板坯需求计划等等。

2）通过四级协调

各三级系统之间相对孤立，通过四级高级计划系统的协调，实现各分厂生产计划和物料计划的有效衔接。

3.2 建立面向过程的质量管理体系

完善的质量管理体系是支持产销一体化系统的重要基础之一，为贯彻一贯质量管理理念，需建立面向全生产过程的质量管理体系，其主要内容包括：

（1）建立冶金规范和产品标准库，完善对产品的成分、性能、规格、尺寸公差、包装标记等参数的详细定义。建立和不断维护冶金规范和产品标准是质量管理的关键。

（2）实现质量设计过程管理。在用户订货时，一旦提出明确的产品需求，即可以通过指定具体的产品规范、最终用途，得到该用户订单对应的冶金规范。将用户代码与冶金规范相结合，就可以表述该产品从材料准备、生产、检验到放行等全过程的一系列具体质量要求以及生产过程中的具体工艺要求，然后以冶金规范和产品标准库为基础优化产品质量设计过程，实现“标准＋α”生产。

（3）实现生产质量过程管理。通过计划流程，将控制参数下达各工序，实现半成品及成品生产各阶段的工序质量控制和质量判定。通过质量分析与诊断，将每一检查点的检查结果传送到质量判定模块和计划调度与执行模块（邯钢包括炼钢区和轧钢区），以便在生产过程中及时根据质量信息调整调度方案，实现生产过程的优化控制。同时，对稳定性进行评估，优化过程参数，实现质量改进。

4 结束语

为适应市场需求多样化，大多数钢铁企业开始实施先进的生产与经营管理模式和系统，产销一体化作为钢铁行业信息化技术的主流技术已越来越受到企业的推崇。目前，作为本文背景的项目已经进入先进计划排程系统的分析设计阶段。本文中提出的产销一体化系统的框架及实施要点，不但对该项目起到了重要的指导作用，而且对其它企业的信息化建设也具有借鉴意义。（万方数据）