三 构建数字化造船平台时应该着重考虑的几个问题

1 ERP、CRM、SCM 等系统及其在数字化平台中的集成关系
本节重点阐明ERP、CRM、SCM等系统的功能以及它们在以PLM为框架的数字化平台中的关系。
▲ERP是企业资源规划（Enterprise resources planning）的首字母缩拚词。它帮助企业管理关键的业务活动，如采购、库存管理、提供商、客户服务及订单查询等等。ERP也能够用于融资和人力资源的管理。
到了90年代初，ERP的概念得到了进一步扩充，它更加强调供应链的管理。除了传统MRPⅡ系统的制造、财务、销售等功能外，还增加了分销管理、人力资源管理、运输管理、仓库管理、质量管理、设备管理、决策支持等功能。ERP充分利用信息技术把它们整合到一起，支持集团化、跨地区、跨国界的企业运作，其主要宗旨就是将企业各方面的资源充分调配和平衡，避免资源和人力上的不必要浪费。高层管理者可以根据这些及时准确的信息，作出最佳决策，使企业在激烈的市场竞争中取得较好的经济效益。
从企业信息化角度来看，从MRP到MRPⅡ再到ERP，使制造企业信息化的不断扩展和深化，每一次进展都有质的飞跃。然而，其技术理念又是一脉相承的。由于ERP是以MRPⅡ为核心发展起来的，所以MRPⅡ系统原有的制造、供销和财务三大部分依然是ERP系统的重要组成部分。MRPⅡ/ ERP实际上是一个企业信息化理念在不同时期的发展阶段。因此在业界，二者并用了较长一段时间。
▲CRM是客户关系管理（Customer Relationship Management）的首字母缩拚词。它是一种能够帮助企业管理客户关系的商业策略。例如，CRM数据库使企业能够访问单个的客户信息，制定符合其需求的开发规划和产品，为其提供满意的服务，并了解市场的走向。CRM基于一个信息更为丰富的系统来管理客户关系，并可通过定制更好地满足客户的需求。
应该力求将“以客户为中心”的思想体现在CRM系统的应用当中，优化销售、服务等各个环节的工作流程，以最快的速度响应客户的请求，这也是我们在国际市场中能够持续获取客户、保有客户的要诀。它协助企业收集客户资料及意见，分析客户需求、强化营销能力、更快且更合理的决定产品组合与研发投资金额，提高客户对企业的贡献度。
▲SCM是供应链管理（Supply Chain Management）的首字母缩拚词。它是对参与共同价值链中的企业进行物流、信息及融资协调的企业商业策略。供应链（Supply Chain）的概念在上个世纪80年代末提出，是指从客户需求开始，贯通从产品设计，最初原材料供应、生产、批发、零售等过程，中间经过运输和仓储，把产品送到最终客户的各项业务活动。
简单地说，供应链管理就是对外部资源的协同，对外部资源的协同标准化的管理。目前市场竞争实际上是这个供应链和那个供应链的竞争，而不是企业与企业的竞争。SCM实质上是对供应链中的信息流、物流和资金流进行设计、规划和控制，从而增强企业竞争力，提高供应链中各成员的效率和效益。它是确保客户满意的一个主要环节，即保证在正确的时间把对路的产品/服务送到客户需要的地方。
供应链管理最强调的是对外部伙伴的管理，这个管理是基于一套标准化的工作流程。实际上就是经销商、供应商、分销商之间按照一个共同的游戏规则来进行交互的业务操作。比如以前做计划，虽然企业有了ERP系统，但那仅仅是计划而不是协同计划。SCM协助企业整合上游供货商，形成完整的供应链体系，提高生产与交货的速度，降低备料的成本。做供应链计划不应是企业闭门造车，而是企业与分销商、批发商共同按供应链规则做的计划。供应链计划可以做到缩短计划的时间，提高计划的准确性，在成本控制、客户快速响应等方面创造新价值。
SCM是企业信息化系统发展的一个分支。它既可以独立存在以支持企业运作，也可以结合在ERP系统中，对ERP形成补充。它为企业提供进一步的决策支持信息，使得企业能够评估供应链中的各个环节、事件和客户需求变化对企业的影响。
PLM和ERP、SCM、CRM等管理系统相互之间，普遍存在着功能重叠的情况，单独应用时不需要考虑这些问题，集成到一起使用时就不得不考虑某项功能应该划归哪个系统更加符合企业的需求。
例如CRM主要关注企业面对的市场以及销售和服务，收集到的对产品需求和服务反馈信息必须要在企业后续产品研发或产品改进方面发挥作用，因此CRM获得的需求信息就应该首先连接到PLM的需求管理上；其次来自CRM的产品订购信息应该传递到ERP系统，以便落实到计划；来自CRM的产品交付信息应该传递到SCM系统，以便及时安排供应链协同。
PLM在获取需求信息后，企业可以组织跨部门、跨外部供应链和合作伙伴对需求进行分析和讨论；进入立项程序以后，PLM的项目管理功能开始启用；此时需要从ERP获取人力资源信息以便组织团队；需要从SCM获取供应链信息，以便研究确定新产品的各种物料供应商；需要从ERP了解某些物料的库存信息和成本信息，同时PLM需要向ERP输出产品物料清单和工艺信息以便下达生产计划和采购计划；需要通过SCM对供应商输出某些零部件图纸、三维模型及其它技术要求；需要将某些维护/维修信息输送给MRO[注]以便服务团队做好维护/维修规划。
ERP获得订单信息、物料清单和工艺信息以后，开始安排生产和采购计划，物流系统启动准备处理发货，确保按时将物料送达指定地点。从表象上看，似乎ERP和SCM在功能上有不少重叠。但实际上ERP更关注对企业内部事务的处理，数据是静态的，其计划也只能考虑需求、供应能力和约束条件，很难在整个供应链范围内提供充足的实时信息，也难以对约束条件进行必要的模拟和调整，因此仍然容易出现物流不畅、订单完成率低下和库存不稳定等情况。因此两者不能彼此取代。ERP比较侧重如何执行，而SCM可以帮助决定怎样执行才是最优的。
综上所述，对这些系统间的功能重叠问题必须具体分析，它们在许多情况下有一个相互补充的问题，但对于确实是简单的重叠，则可以选择软件模块时，或在过程重组和系统集成时进行适当的剪裁。
[注] 数字化维修/维护（Maintenance, Repair, Overhaul）的首字母缩拼词。MRO的应用领域包括产品的售后维护、修理和大修。鉴于PLM的价值已经超越了产品的设计制造阶段，扩展到对产品交付后的维修保养直到退役进行跟踪和管理，形成了产品全生命周期信息的闭环管理。利用PLM对MRO的支持，维修人员可以可视化地了解产品的维修历史记录，获得正确配置的设计图纸、零部件和批架次跟踪记录及相关的产品知识，从而降低维护成本、提高服务质量。这对大型武器装备的维修保养具有特别重大的价值。在美国等先进国家，MRO早已在飞机制造和航空业得到了普遍的应用。
2 关于MES系统问题
本节重点阐明作为从企业计划系统到底层工业控制系统之间不可或缺的车间制造执行系统（MES）的概念，一般离散型制造业MES系统的主要功能以及造船企业在应用MES概念时与一般制造业的主要异同。同时也初步说明了在PLM框架内MES和其它管理系统之间的关系。
MES是制造执行系统（Manufacturing Execution System）的首字母缩拼词。
美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，MES可以为操作人员、管理人员提供计划执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等方面)的当前状态信息。
　　制造执行系统协会MESA (Manufacturing Execution System Association)也给MES下了定义：“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯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。”
一般离散型制造业的MES系统具有：基础数据管理、车间计划管理、工段作业管理、车间成本管理、车间劳动力管理、车间物料管理、车间质量管理、制造资源管理、能力平衡管理和现场数据采集等功能。
MES系统在流程型制造业的应用已经非常成熟，在那里它主要和ERP系统发生关系；MES系统在离散型制造业也正在大力推广，电子类产品尤为领先，它可以和PLM，也可以和ERP发生关系；船舶行业由于它生产组织的特殊性，现在还少有成功的典型案例。
从流程型制造业发展到离散型制造业，直到作为离散型制造业特殊产品例子的船舶制造业，MES的重要意义正在逐步取得业界的共识。
即使正在实施CIMS工程的一些造船企业中，企业生产计划与车间执行之间仍然普遍存在着难以逾越的沟渠。车间使用的制造信息主要是指设计图纸信息、分段装配信息；车间的生产任务信息则可以来自CIMS系统（也可以来自ERP系统）。如果没有MES系统提供详细的、具体的制造执行信息，车间的生产作业只能凭借操作人员的知识和经验，使用他们认为适合的设备和工具，操作方法也存在着很大的随意性和不确定性。其造成的结果是：车间生产效率低下、工时浪费严重、标准作业时间不确定、操作程序和方法因人而异、物流管理混乱等。所有这些情况归根结底是上层生产计划的有序性和下层制造执行过程混乱性之间的矛盾。应该说，由于MES在造船企业应用的缺失已经严重制约了我国造船工业的发展，这是无论实施笼统的CIMS系统、ERP系统，还是PLM系统都难以逾越的障碍。
和其它离散型制造业相同的是，造船企业的MES也应是位于企业上层计划管理与底层设备工业控制之间，面向车间层的制造过程管理的信息系统。由于船舶产品及其制造的特点，MES的可集成性、柔性、开放性、自适应性和可重构能力对于船舶制造过程的优化和运行将发挥更加重要的作用。
虽然船舶制造执行系统的计划功能也分为三个层次：即计划层、配置层和执行层，但其具体内容不尽相同，尤其在配置层。配置层通过生产计划分解成生产任务包，根据配置机制为可以为每个生产任务包配置相应的操作任务和服务任务，生产任务包是指以船舶中间产品为主体而组织形成的生产制造实体。
船舶生产的组织都是以中间产品（零件、组立、分段）为单位进行的。ERP或CIMS系统生成的生产计划往往包括多个中间产品的生产计划，组立的BOM结构提供的是中间产品的构成。因此，根据中间产品的结构和装配作业之间的逻辑关系，通过一定的方法可以将生产计划分解成生产任务包。
如果造船企业采用以PLM为框架的数字化平台，MES将是企业整个PLM (产品全生命周期管理)战略不可或缺的重要一环。在生产过程中，产品设计、原材料、工人、设备、工艺以及企业最佳实践知识应该在最大程度上融合在一起，而MES管理着所有车间级生产活动的实时记录和数据。换句话说，在PLM框架内，MES的主要功能是记录、存储及共享实时的用以描述产品加工过程的信息，例如工时和原材料的消耗、产品追踪及装配关系、加工过程偏差等等。企业只有通过MES，才能知道已生产出了哪些产品以及它们的生产过程，从而可以知道这些产品是否按照规格和计划生产出来，如有偏差，偏差有多大。正在实施质量保证体系的企业，以此为途径，将能显著地降低产品及制造过程偏差，包括质量的偏差和计划执行的偏差。
MES从PLM接受设计BOM、制造BOM、和工艺路线BOP，并将制造过程记录反馈给PLM，以提供给其它协同部门和决策层。企业在从PLM角度去实施MES时，需要在系统集成中，在变更管理和流程管理中充分考虑MES系统所采集的实施数据。这些实时数据包括由自动化数据采集设备所采集每台设备、每个工序和每个操作人员的数据，还包括加工过程中的状态数据。这些数据经过层层汇总，最后可以得到整个生产现场的完整数据。

图7 MES使得上层管理和底层控制之间信息通畅

MES可以为企业中其他管理信息系统提供实时数据。例如，ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据；SCM系统从MES中获取当前的订单进展状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系；CRM的成功报价与准时交货，则取决于MES所提供的有关生产的实时数据；PDM中的产品设计信息，可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化；底层设备控制模块则需要时刻从MES中获取工艺参数和操作技术资料来指导人员和设备进行正确地生产。
　　另一方面，MES也要从其它管理系统中获取相关的数据以保证MES自身正常运行。例如，MES中进行生产调度的数据来自ERP的计划数据；MES中生产活动的时间安排需要依据SCM系统之中的主计划和调度控制；PDM则为MES提供实际生产的工艺文件和操作参数；MPM 为MES提供了车间作业指导书和可追溯性模块；从底层设备控制模块反馈的实时生产状态数据，则被MES用于对实际生产性能评估和操作条件的判断。
从软件功能的界定来看，ERP等属于上层宏观管理系统，它无法监控具体的生产流程。对制造业企业来说，其实还应该关心重要的生产环节是否会出现信息管理的空白。为了提高企业的综合竞争力，随着精益生产理念的提出和实践，企业非常需要有一套高度精细化和智能化的系统来控制整个生产过程，这就是企业有了ERP以后还需要有MES系统的原因。有的企业实施ERP后的效果不明显，其中一个重要原因就是MES系统没有跟上。这一点已经开始逐步为国内许多企业所认识。
　　MES与企业其它管理系统之间可能会有功能的重叠，例如MES、CRM、ERP中都有人力资源管理模块；MES和PDM都具有文档控制功能；MES和SCM中都有调度管理等等。各系统重叠范围的内容和大小，与工厂的实际执行情况有关。实际应用中，各个系统同一类模块的侧重点是不同的。
由MES的定义可见，MES作为一系列管理功能，而并非一套简单的软件系统，它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。关键在于它能否和PLM框架、ERP或其它相关系统实现紧密的集成。由于企业可能会从不同的软件供应商购买适合自己的MES模块，或将车间现有的各种管理系统集成为MES功能的一部分，其结果将导致许多工厂的MES系统实际上是一个大杂烩，它们的每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制。这样的系统往往会加大系统集成的工作量并很难随技术的更新而进行升级，这一点是应该引起企业重视的。
UGS公司市场部主管Vynce Paradise先生指出：“全球企业正在意识到将产品设计，工艺规划与生产现场进行关联的重要性。PLM前期阶段和MPM已经为产品设计和工艺规划明确制定了各制造步骤，并据此生成作业指导书下达到车间执行，车间操作人员必须严格依据工作指导书，将正确的零部件，按正确的配置，依照正确加工和装配次序，生产出正确的产品；同时，掌握生产现场状况对於企业来说是非常关键的，我们需要随时了解各订单的生产状况，包括零部件的库存、在制品、人工及材料消耗等指标，并把这些数据存入PLM数据库，以提供给企业其它协同部门。”这些对于包括船舶制造业在内的所有离散型制造业都是共同的。

3 数字化平台采用的集成技术
本节主要阐明以PLM为框架的数字化平台所采用的集成方法和对企业原有系统的处理原则。
早期计算机技术主要在于单项业务的应用，主要为了解决企业眼前存在的业务“瓶颈”，但该瓶颈的解决自然而然地会导致瓶颈的转移，即必定会出现新的瓶颈。随着瓶颈的不断转移，企业建立了一个又一个单独的业务应用系统，这些系统在开始建设的时候很少考虑到与其它系统的关系，这是很难避免的。这样的结果是“信息孤岛”现象出现了，解决这些信息孤岛正是许多企业最初提出来的信息化需求——打通信息孤岛，解决各业务系统之间的信息交流，这就是信息集成问题。虽然一体化规划可以在相当程度上弥补这一缺憾，但企业发展是动态的，有些问题可以预计到，但并不是所有问题都能预计到，因此对于非单一业务的企业，无论何时何地，信息集成总归是企业信息化必定会遇到的重要问题。
企业各单一信息系统之间会有复杂的关联，而这种关联是和企业的业务配合密切相关的。不同业务领域又都有对应的软件系统作为支持，为了实现彼此的顺畅交流，所谓一体化或统一规划就是面向多个业务领域之间的协调，对此企业应作出综合权衡以实现整体效益。
1） 按产品生命周期阶段划分的集成框架
所谓集成框架，是对多个业务系统之间的交互规则进行定义和管理的工具集的集合。对产品生命周期各阶段的综合体现了PLM兼容并蓄的体系结构（框架）。例如它可以针对市场阶段的CRM、研发阶段的PDM、制造阶段的MRPⅡ、采购供应阶段的SCM、维护/维修阶段的MRO等系统。ERP系统根据企业管理的需求一般分成5大部分（财务管理部分、生产控制管理部分、物流管理部分、人力资源管理部分、项目管理部分）共9个模块（即财务管理模块、生产管理模块、质量管理模块、工厂管理模块、销售管理模块、采购管理模块、库存管理模块、项目管理模块、人力资源管理模块）。ERP是以制造为中心，综合SCM和CRM以及人力、财务、物资等资源的配合与协调，这种以ERP作为产品生命周期某些阶段的组合框架可以进一步集成到PLM总的框架之下。
框架并不是代替固有的业务系统，而是将彼此独立的业务系统通过规则有机的联系起来以实现系统的整体良好运行，从而能够为企业的效益和发展目标提供支持。总之，集成的主要内涵是整合各种耦合关系，化解各业务系统之间的交流障碍，因此，可以将集成框架理解为系统中各模块或者业务系统之间的运行规则的建立、管理、维护等一系列功能的集合体。
企业虽然有行业、规模、性质等宏观的区分，但所有企业必须创造效益的目标却都是一致的，因此企业必须努力形成自身的核心竞争优势以实现这一目标，这也就决定了没有任何两家企业具有完全相同的条件和实施目标。因此，实施以PLM为的框架信息化系统的一项重要内容就是实事求是的定制。所谓“即插即用”事实上是不可能的。但这种定制却不是对企业现状的保留或容忍，而应该是在流程重组基础上根据企业具体情况为了实现科学管理而作的定制。产品生命周期的阶段划分为PLM的定制空间和定制的便利都提供了充分的支持。综上所述，以PLM理念为指导，以企业目标为导向，通过对产品生命周期各阶段进行扩展、组合等操作，形成基于松散耦合框架的解决方案，在总体上有利于达成企业信息集成的目标。
模块化具有“以少的内部多样性组合出多的外部多样性”特点。基于PLM的松散耦合的集成框架是模块化的积木式应用的一种可行的技术途径，可以灵活的实现复杂业务系统的各种组合方案。这对于实现企业组合动态变化的需求是最佳的选择。
目前多数开发商提供的PLM解决方案更多地强调了松散耦合开放性的集成框架，以PDM为核心并提供与产品生命周期其他阶段的集成规范，这是源于PDM的PLM解决方案；另一种是源于ERP的PLM的解决方案。它们试图通过一家产品完成对企业整个业务的覆盖。两相比较，基于PDM的PLM框架具有较好的灵活调节或者定制的能力。
随着松散耦合应用的优势的日益体现，各种中间件系统必将逐步的涌现出来，甚至针对制造业信息化会逐步形成一些特定的规范，如现在PDM系统的基本功能都已经具有一定的标准化，基于PLM的应用框架的规范就是必然的发展趋势。
2） 两种接口方案的比较
信息集成是以实现业务集成为目标并涉及各相关软件系统之间数据交流的处理和控制过程。各系统之间的集成可以通过接口实现，接口方式通常有两种，一种是直接接口，另一种是中间桥接口（即用中间处理系统间接地连接各系统）。由于软件厂商的技术保密措施对系统底层数据结构没有公开，采用直接接口经常遇到难以逾越的困难；中间桥接口有时会有一个工作效率问题，但采用了对中间件进行分层、分布式等技术，这种方法已经成为解决复杂系统集成问题的首选方案。随着处理速度的提高和优化技术的采用，系统效率也完全可以满足要求。
3） 与企业原有应用系统的集成问题
虽然PLM提供了松散耦合的集成模式，其中已经覆盖了对多种应用系统的支持，但仍有可能面临着与企业原有应用系统的集成问题。一般来说，具有松散模式的PLM都提供一定的二次开发功能，在企业不想放弃原有系统的情况下，可以进行某些定制式的开发。但在其中应该存有一个原则：尽量将原有的应用视作独立的应用系统而减少其与PLM框架的交流。
上述原则的应用可通过如下的具体操作体现。首先分析原有系统与其他系统的交互，即该系统的输入和输出是何种对应关系，可划分为多输入/单输出、单输入/多输出、多输入/多输出、单输入/单输出等形式，根据输入是否具有分时的特点，可以综合实现对旧有系统的阶段性处理，即旧有系统所需要具有的输入/输出接口。在每一个需要交互的接口节点上，定义与PLM框架的交互规则。一般而言，其操作都是结合流程而实现的，因此可将旧有系统的操作人员纳入PLM集成框架的操作流程之中，实现集中的统一管理，并且将旧有系统放入一般的应用系统范畴。
满足用户需求是企业信息化的核心，也在很大程度上决定了信息集成的难度，甚至信息集成方案的可行性。在这方面，首先要提高用户在信息化需求方面的成熟度，即能够合理的看待和处理自己的需求，突出解决主要问题和化解主要矛盾。