2005-07-29

ERP中的制造数据结构

在制造业信息化中，制造数据结构是一个最普通但又是最重要的基本的概念，常常被实施ERP的企业所忽视。制造数据结构有产品结构和制造过程结构2方面的内容。制造数据结构又有结构和层级2个要素。本文说明制造数据结构的创建、传递、集成和扁平化等问题。希望引起相关企业的重视。复杂产品的离散制造企业解决好制造数据结构问题对成功实施ERP以及迎接数字制造时代的到来具有决定性作用。

制造数据结构的概念

制造数据结构（Manufacturing Data Structures）是表达和组织制造对象及其制造过程的信息体系。在制造业信息化中，制造数据结构是一个最最基本的概念。一般来说，制造过程是非结构化的。为了利用计算机技术进行制造过程的管理，首先必须将制造数据结构化，将制造的对象：产品、各种零组件、采购件和外包外协件的属性用计算机能够识别的数字、符号来描述。同样，对制造过程和约束制造过程的制造环境也必须完成这种数字化表达。所有这些描述制造对象和制造过程的数字和符号的集合就是通常所说的制造数据。这个过程就是通常实施ERP数据准备的第一步——数据收集和编码过程。产品和组成它的零组件之间、每个零组件和它的加工或装配过程之间、制造过程和与其关联的资源之间都存在着内在的或按有效制造和装配的安排而形成的逻辑关系。“结构”就是用来表达制造数据相互关系的。没有结构，即组织得不好的数据是无法或难以为ERP所利用的。因此完整的“制造数据结构”包括：

v产品的数字化表达和产品组成之间的相互关系的描述，

v制造过程（步骤）的数字化表达和每个制造步骤之间的相互关系的描述，

v制造环境，包括生产组织、设备、工具及其布置、以及它们与每个制造过程的关系的数字化描述。

除了制造的直接对象和直接过程之外，制造数据结构有时还涉及制造过程的副产品、协产品。显然，制造数据结构与软件数据库的数据结构并不是一回事，后者是前者在数据库系统中的实现。

因为制造数据结构包括了制造对象、制造过程和制造环境及约束等几乎所有的重要数据，使制造数据结构成为设计和实施MRP/MRPII/ERP或一切数字化制造系统的基础。Oliver Wight咨询公司（因从事ERP实施效果的ABCD等级评价而闻名）的Jerry Clement等人是目前有限的几本制造数据结构专著之一的作者。早在上个世纪的九十年代中期他就指出：企业保证MRPII成功有3个必须具备条件：

ERP中的制造数据结构(一): v有充分理解和掌握MRPII知识的人，

ERP中的制造数据结构(一): v有正确和完整的制造数据结构，

ERP中的制造数据结构(一): v有适合企业应用的软件。

Jerry Clement将制造数据结构作为运行ERP的基本功和基石，是企业向成功实施ERP迈出的第一步。所以实施ERP企业的数据准备不单单是数据的收集和录入，而构建好的制造数据的结构才是数据准备的关键。好的制造数据结构首先是由ERP系统本身保证的，ERP软件提供制造数据结构的框架，如同房屋的构架一样。ERP软件的设计在很大程度上决定了制造数据结构的优劣。另外，制造数据结构也取决与应用企业的数据组织，如同房间内部的装饰和布置。完整、正确、方便的数据结构最终是与应用企业对制造数据结构的理解、经验直接相关的。所以创建好的制造数据结构是软件供应商、咨询公司和企业自身的技术和协同的结晶。

制造数据结构的表达

从出现制造企业的管理信息系统和物料需求计划软件MRP开始，人们就在研究制造数据结构，使用最多的是大家所熟悉的 “物料清单BOM（Bills of Materials）”。BOM是用来描述制造产品结构的。因为MRP相关需求原则的应用，使BOM成为制造数据结构的主要形式，事实的行业标准。但它仅仅是制造数据结构的一部分。因为BOM只解决了“制造什么?”的问题，而对于“如何制造?”和“用什么来制造？”，即对制造过程和制造资源的结构化描述则缺少规范和标准，在很长的时期内显得十分薄弱和混乱。

某些软件可能只有堆积的“数据”而没有系统化的“结构”，缺了后者，ERP就不能完成生产计划和控制的任务，资源优化更无从谈起。对制造过程和制造资源描述不清的ERP软件，处理离散制造企业的计划和现场执行业务就很困难。所以目前对于制造过程的结构化描述成为面向离散制造业ERP软件的关键能力。

这仅仅是问题冰山的一角。在产品由一家一户的企业独立制造的时期，或者孤立的ERP应用阶段，矛盾并不突出。随着供应链管理、精益企业或动态联盟虚拟企业这些新制造模式的推行，使产品的设计和制造过程跨过了独立企业的边界。基本上标准化了的产品数据结构BOM较好的适应在跨企业环境中的数据交换和设计协同。而在多个供应链伙伴企业的ERP之间进行制造过程和制造资源的数据交换，将因为制造数据结构的方式不同而变得十分困难。这种局面直到2000年以后随着数字制造技术的发展，制造数据结构的全面表达才有了比较好的解决。

目前表达制造过程和制造资源结构的方法渐趋一致，尽管有不同的名称，如Tecnomatix的e-Bill of Processes (eBOP)，Dassault Systemes的 PPR Hub (Product, Process and Resources Hub)、LeanERP的集合BOM（Aggregate BOM）等，都采用了与产品BOM的树型结构相类似方法。在名称上，本文将带有倾向性的使用“e-BOP—电子过程清单”这个术语。

e-BOP也采用层次结构的组织方式，采集和和汇总了一个产品制造过程的所有信息，如按装配顺序排列的所有的零组件，按加工或装配时序排列的所有零组件的制造或装配工序、每个工序中的工步内容、所用的设备、工具、人力资源、工时标准、质量要求和试验过程，以及编制和执行制造过程制造所需要的信息，如车间布置、成本、生产线的能力和功效、作业的工作说明书等等。

e-BOP显示界面的形式较BOM更为多样，除了常见的树形表之外，还有用工作流方式表现产品或组件的制造过程，以及用计划评审PERT图的方式表现零件的制造过程等。在这些图形中，与制造过程相关的信息以属性的方式即时展开。

制造数据结构的构建和传递

在90年代中期，或非集成制造环境中企业没有采产品数据管理PDM系统，制造数据结构都是在MRPII/ ERP系统中手工采集和构造的。因此出现了关于制造数据结构的准确性、完整性、校准和评估问题。当时企业的希望是直接将CAD的物料表转移到ERP中来。90年代后半期，PDM流行的结果，有关产品的数据结构有可能直接从PDM传递到ERP中。但是复杂的离散制造出现了工程EBOM和制造MBOM的区分。ERP中使用的MBOM是在CAPP中产生的，ERP则转而与CAPP集成和传递MBOM。

某些企业将制造过程作为文件也放在PDM中管理，ERP的产品数据结构又从PDM中来。但这些仅仅是产品数据结构BOM数据的传递。有关制造过程的数据的创成和集成则成为制造业信息化的空白地带。大量的制造过程数据和过程数据的结构始终主要依赖于简单的数据导入和手工处理，形成BOM与路线、路线与资源数据的分离和ERP数据准备瓶颈。直至目前，我国的许多制造企业，PDM/CAPP的应用状态仍然不理想的情况下，ERP需要的制造数据结构仍旧主要靠手工输入。

刚刚进入21世纪，制造业信息化出现了一种新的应用方式——制造过程管理（Manufacturing Process Management ，MPM）。MPM是扩展企业（供应链、精益企业或动态联盟虚拟企业）间协同开发、优化和管理制造过程的业务战略。MPM 可以使多场所的多用户如同在一个企业一样地整体进行制造过程开发。制造过程管理的核心是建立产品的e-BOP，并且将它存在公共服务器上，并在网上发布。各种应用，如ERP、MES、ERP等系统，以及企业内部的工厂车间、供应链伙伴、供应商等各种用户直接通过访问，可以共享和使用e-BOP进行协同过程设计和提早向加工现场发布过程设计。

制造过程管理MPM的出现填补了制造数据结构中关于制造过程和制造资源管理内容的空白。目前MPM又与新兴应用软件——产品生命周期管理PLM相集成，成为PLM的一部分。这样PLM成为整个企业、乃至整个供应链的协同平台和统一数据源，从而改变了整个离散制造业制造数据结构的创建、传递和应用的模式。制造数据结构更趋于集成，包括ERP在内的各种应用的数据准备将更加简单。当然，ERP本身的系统结构也必须适应这种转变，最重要的是ERP自身的制造数据结构框架应该与PLM-MPM的制造数据结构体系一致或趋同，并且支持3D制造过程结构数据的处理和模拟优化。这将是数字制造时代ERP的发展趋势之一。

制造数据结构的类型

在产品整个生命周期中，有多种BOM形式。如：

v工程BOM或EBOM（Engineering BOM），是以设计和功能的角度描述产品的结构，

v工艺BOM或MBOM（Manufacturing BOM），是以装配和加工过程的角度描述产品的结构。MBOM是在EBOM基础上，按照制造或装配过程的顺序进行调整得到的。

ERP中的制造数据结构(一): v成本计算用的成本BOM，

v用于ATO生产模式的计划BOM和模型BOM等。

以下我们将关注比较被人忽视的一种BOM形式——生产BOM。工程EBOM和制造MBOM是众所周知的应用较多的2种形式。我们认为，EBOM和MBOM以及工艺设计结果的BOP都是技术层面的概念，是制造数据结构的技术文件。在生产过程中将落实在加工指令FO（Fabrication Order）和装配指令AO（Assemble Order）、或者是电子工作指令EWI( Electronic work instructions)中，直接用来指导制造过程。EBOM和MBOM上零件一个都不能少，仅仅是位置和次序有变化，BOP的制造过程也一步不能缺，否则工人就不能高质量的施工。

但是，根据我们在复杂产品离散制造企业实施ERP的经验，还有另外一种BOM和BOP存在，我们称其为“生产BOM”或PBOM（Production BOM），是使MBOM适应制造过程的组织状态和生产模式所作的变型。例如同样的产品和制造过程，在功能型车间制造和在制造单元里制造，PBOM是不一样的。我们认为，真正在ERP中起作用的恰恰是这个生产PBOM，它才是编制计划、现场组织、工艺布置和物料流转的依据。与EBOM和MBOM不同，生产BOM是管理范畴的概念。尽管PBOM经常被忽视，但它对制造的计划和现场的组织有重大的影响，对实现精益制造和企业结构扁平化更有重要的意义。