理解ERP和IT如何使制造业受益

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在上世纪90年代，企业花费了数十亿美元，他们相信ERP(企业资源规划)系统将带来获得竞争优势的“应许之地”。在整个ERP系统的评估、设计、实施和测试过程中，“我们如何与制造业联系在一起?”他的回答是:“这没什么大不了的;我们以后再做。”

现在是后期了，事实证明，将制造信息与ERP模块集成是一件比大多数ERP顾问所理解的和商业领袖所相信的更大的事情。但这对制造业领域的人来说并不新鲜;他们一直耐心地等着说:‘我早就告诉过你!”

说了这么多，每个人都需要明白ERP的承诺仍然是有效的——正确的架构、实现和运营ERP可以帮助企业获得竞争优势。然而，在制造业务与适当的ERP模块集成以及实时数据在企业各处流动之前，所取得的收益将无法持续。

现在的挑战是，在整个公司加入华尔街的濒危物种名单之前，弄清楚制造业务可以用什么、如何、在哪里、谁、什么时候以及为什么可以养活ERP这头野兽。学习与IT沟通和协作可以帮助您在不断加速的电子商务世界中拯救企业。

PERA将企业划分为生命周期阶段。在每次开发的末尾
阶段，产生一组可交付成果。在每个阶段中，PERA识别
对人类角色造成的最大影响和最小影响程度
实体工厂和自动化。

建筑很重要

一个想法往往会提前诞生。企业架构和计算机集成制造(CIM)就是这样的例子。这两种框架在70年代后期开始发展，到80年代，形式主义和模型成为许多研讨会、书籍和演讲的主题，由顾问或大学开发，他们正确地相信制造系统与业务系统的集成可以带来巨大的好处。

不幸的是，没有实现集成目标的连接性标准。不是即插即用，而是开发了数百万行的定制软件(其中许多至今仍在使用)，以允许在特定的计算机平台上运行的特定应用程序彼此“对话”。

技术还没有准备好支持这个想法!这并不意味着这个想法是坏的，因为它当然不是。这仅仅意味着，在技术准备好支持集成愿景之前，这个想法无法起飞。今天，标准和技术使CIM愿景成为可能，但是在开始之前，重要的是开发并遵循企业集成计划。

两个持续流行的企业集成架构是，由John Zachman开发的“企业架构Zachman框架”，以及在普渡大学(West Lafayette, Ind.) Theodore Williams教授指导下开发的“普渡企业参考架构”(PERA)。

看起来明显不同，这两种架构有相似之处，可以导致集成成功;然而，PERA术语和模型更侧重于制造和工艺单元(并可从www.pera.net免费获得)。

获得舒适

制造和操作人员在PERA中首先看到的是一个生命周期模型，它与世界各地的基层和升级项目中使用的模型非常相似。(参见PERA企业架构示例图。)

正如家庭建筑师用于开发总体平面图的方法可能不包括满足地方、州和联邦法规所需的方法和标准，PERA并不是实现制造和业务系统集成的完整答案。(请参阅比较架构师侧栏。)PERA确实为定义功能需求提供了一个结构，并确保物理构建的内容满足这些已定义的需求。

在企业定义(总体规划)级别，功能需求由高级数据流图表示，这些数据流图用作下一阶段的输入。在每个生命周期阶段，会添加更多细节，直到设计达到“批准施工”状态。

现实生活中，人、设施、信息和控制都是相互关联的，如果不考虑相互关系，就不可能开发出最简单的应用程序以外的任何东西。PERA认识到这种相互关系，并包括解决在最低限度和/或最大限度地使用自动化和设备期间发生的重叠或差距的方法。例如，自动数据收集减少了人类收集和检查数据的需要。同样，手动在桶中混合添加剂，而不是安装混合罐，增加了人工参与。

尽管有许多“植物熄灯”的预言，但要实现自动化并完全消除人类的角色是不切实际的。然而，自动化并消除引入不必要的可变性、创造不安全条件或不能为正在生产的产品增加可测量价值的人类角色是可行的。

存在大量的企业集成标准和模型，但大多数都是针对特定行业或类似行业的一组而开发的，就像不同的行业在建造房屋时使用不同的标准一样。

例如，一个欧洲技术委员会(CEN TC310 WG1)正在研究先进的制造业信息集成解决方案;亚琛信息系统公司正在开发化学工程数据库和元数据库信息集成;ISA有积极的委员会制定企业/控制系统集成(S95)和批量控制(S88)标准;ISO正在开展活动，以制定产品数据交换标准(STEP)。

PERA提供了一个保护伞式模型，该模型确保用户根据需要定义的内容和架构师设计的内容、实际构建的内容以及构建的内容与原始的、已批准的设计非常相似，而不考虑使用的后续实现模型和标准。这意味着，随着制造和业务系统集成技术和工具的发展，PERA提供了粘合剂，以确保总体计划中定义的目标和目标保持不变，同时处理各种规程的定期更改和更新的连锁反应。

企业是由人、控制和信息、设施等多维架构构成的。使用各种方法来定义每个体系结构。信息集成的挑战是通过以主题为导向的控制结构和信息系统从资产结构中获取数据，以支持有操作组织的人员及时准确地做出决策。

存在相似之处

制造和信息技术人员经常发现，特别是在总体规划的目标和目标中添加了更多的细节时，他们在进行沟通，但几乎没有信心能够理解。这部分是由于术语的原因，但主要是由于对组成企业的架构结构的不同看法造成的。

设施通常被视为资产，而控制和信息采用面向主题的结构，人们在面向操作的组织中工作。(参见相关架构图。)

例如，企业的业务层面(部门)包括财务、研究、采购和生产，而设施(资产)包括建筑物、车辆、坦克和机械。收集信息以便人们能够控制设施需要以主题为导向的控制和信息系统。

令许多人惊讶的是，控制系统(无论新旧)都是使用控制回路、泵、电机、序列等面向主题的隔离来配置(编程)的。很少有用户/操作员意识到面向资产或单元的图形显示是将面向主题的元素收集到操作结构化视图中的唯一地方。这就是为什么分配到配置和维护控制系统的人经常期望发现控制系统的“内脏”是面向资产或单元的，当面对控制系统的面向主题的结构时，他们会迷失方向。

幸运的是(或不幸运)信息技术中也存在同样的面向主题的结构。例如，数据仓库是公司的信息存储库，因此是业务决策支持和知识管理的“首选”来源。但是，数据仓库以面向主题的结构(客户、供应商、产品、销售等)存储数据，并且业务决策是从操作的角度做出的。用于控制和自动化系统的图形显示器将控制回路和泵组装到容器或机器图形上。同样，数据信息和数据集市将来自数据仓库的特定客户、产品和订单状态数据组装成表格、图形和报告，以满足特定用户组的需求。(详见本期相关文章)

理解和理解结构上的差异，以及控制、自动化和数据仓库系统之间的相似之处，对于确保在需求在整个生命周期开发过程中进行沟通和理解是一个巨大的好处。

解决了四个R

寻址响应，决议，可靠性,可补救在过去的30多年里，硬件和软件应用程序(四个R)在控制和自动化系统中相当普遍，但在商业系统和办公网络中不太常见。

随着越来越多的公司从事电子商务、供应链管理和需求构建生产，他们越来越发现必须在整个信息技术架构中重新检查和重新应用“四个R”。

实际上，这四个R最初并不是PERA的一部分。直到Enterprise Consultants (Houston, Tex.)的总裁Gary Rathwell将他的控制和自动化经验应用到PERA中，才应用了4R，以确保企业应用程序和网络在正确的架构级别上实现。其结果是，当软件应用程序(例如，控制、优化、维护、财务、规划等)和硬件网络(例如，控制高速公路、工业局域网和广域网以及办公网络)共享共同的4R特征时，将它们置于相同的“体系结构级别”的企业体系结构方法。

• 短的系统响应时间有时被称为“实时”。”Response time requirements often change as information is passed up and down and around the enterprise. For example, at the controller level, data must be acted upon in a matter of milliseconds or it becomes too ‘stale’ to use; while response times of hours, days, or even weeks may be perfectly adequate for technical and business applications at higher levels.

• 通常决议大部分数据(平均、综合等)应由较低级别系统进行，以减少向较高级别系统传输的数据量。

例如，一个快速压力控制回路可能需要每100毫秒对工厂数据进行一次操作，以实现平滑控制，然而操作员可能只需要每两秒显示一次相同的数据。第3级的优化应用程序可能根据最近两分钟数据的平均值确定新的设定值;5级的预测性维护管理应用程序可能使用过去一周集成的压力值。

就像响应而且决议随着企业数据的增加，需求趋于减少，可靠性而且可补救需求也趋于减少。

• 控制系统可靠性(平均故障间隔时间)通常通过从现场设备开始并通过控制器、操作员接口和通信网络扩展热备冗余来增强。相比之下，商业计算机和办公网络很少包含冗余硬件，因为只要数据最终到达，将数据延迟几分钟甚至几小时是可以接受的。

• 通常被称为可维护性或平均修复时间，可补救处理修复、更换或升级硬件和/或软件所需的时间。运行关键流程的控制系统具有易于完成维修、更换和/或升级的功能。由于企业系统和网络需要增加“正常运行时间”，它们将结合当今控制系统中常见的可靠性和可修复性特征。

拉斯韦尔警告说，“许多人都明白，随着企业中数据的增加，响应、分辨率、可靠性和可修复性需求会发生怎样的变化，但却不理解当这些数据传回较低级别应用程序时的后果。由于4R随着数据的上升而减少，因此与较低级别通信的数据也会减少4R特征。”

控制工程师认为这类似于过程控制回路的不稳定性，是由引入滞后时间引起的。由于工厂控制系统人员理解将4R应用于设计、操作和维护高可用性系统的重要性，因此他们在将4R应用于企业架构的其他级别方面有很大贡献。

共享信息

早期在连接标准和技术方面的差距是集成制造和业务系统的主要障碍，但这种情况正在迅速改变。以太网作为物理介质的广泛接受创造了大量的网络硬件选择。在协议和应用方面，国际认可和事实上的标准到处都在出现。

ISA S95是对信息集成讨论感兴趣的一个国际认可标准。正在开发的S95是一个多部分标准，用于定义业务系统和制造系统之间的接口。(见ISA S95图中包含的功能和数据流)

ISA-S95.00.01,企业控制系统集成，第1部分:模型和术语，是IT和制造人员用于记录业务系统和制造系统之间共享的信息的常用术语字典。S95第1部分定义了构成需求基础的实体，如批号、分批号、合格检验和生产计划。与PERA的设施、人员、控制和信息的概念一致，S95第1部分包含了交换静态和动态信息的定义。

ISA-S95.00.02,企业控制系统集成，第2部分:数据结构和属性没有添加新的概念，但是添加了更多的细节和例子来解释和说明第1部分中定义的对象。例如，第2部分从可用人员、使用和生产的材料、使用的设备以及用于调度和成本计算的生产部分来描述生产。

为了使整个S95标准适用于多个行业，一个跨行业定义地图正在包括食品、化工和电子行业。

如果一切顺利的话，S95 Part 2应该会在4月份之前被批准为标准。

尽管S95第1部分和第2部分没有定义系统间信息交换的正式协议或详细格式，但它们确实提供了交换可以在其上进行的基础。

S95委员会已经开始了第3部分的工作(预计需要18到24个月的时间来完成)，为制造操作和业务物流系统之间必须发生的不同活动定义模型，以最终实现集成企业愿景。

XML(可扩展标记语言)模式定义还没有由Web标准组织最终确定，但这并没有阻止一些S95委员会成员公司，他们“打赌”XML将是最重要的事实上的交换信息的标准。这些公司已经着手创建解决方案，以支持使用XML模式共享业务和制造信息。事实上，XML是企业范围内连接方法的有力竞争者，OPC基金会(Austin, Tex.)希望将XML作为新的OPC (OLE for Process Control)规范的一部分。(参见本期相关报道。)

几年前，制造执行系统(MES)部分地弥补了现在由S95解决的制造和业务系统集成的差距。然而，S95的范围更广，并将MES的离散制造重点扩展到包括连续和批处理。

S95的第3部分内容深深植根于PERA和MES协会(MESA)国际功能模型，但添加了足够的细节，供应商可以定义可互操作的产品，并帮助降低不同供应商系统的复杂性。

ISA S95最可能标识业务/控制域的每一端的功能
彼此之间共享数据，并详细说明共享该数据的标准格式。

解决互操作性

ISA S95通过定义和详细描述业务和制造领域之间的功能和数据流来解决互操作性问题。

从AMR Research (Boston, Mass.)的电子产品生命周期管理(e-PLM)组件定义列表开始，S95第3部分将定义应用程序应包括的功能(组件)和数据流的最小或基本列表，以支持制造到业务领域的信息交换。有了描述需求的通用语言，用户和供应商就能够更有效、更准确地交流需求和功能。

S95允许供应商在基本S95功能列表之外添加增值功能，从而实现灵活性和增长。例如，如果用户需要一个新的数据历史学家，他需要S95定义的8个基本功能中的5个，那么任何符合S95标准的数据历史学家都可以满足用户的需求。如果需要S95范围以外的功能，用户会寻找产品符合S95标准的供应商而且提供额外的功能。

除了保证遵循S95的产品“与其他产品兼容”之外，用户还可以定义和购买基本应用程序，并更容易地确定附加功能的增量成本/价值。

与此同时，供应商也会受益，因为可以将注意力花在开发和营销增值功能上。

企业由集成人员、设备、控制和信息的多维体系结构组成。这些体系结构使用各种方法和方法来定义它们的结构。实现ERP的“应许之地”的挑战是通过以主题为导向的控制和信息系统结构从资产(设施)结构中获取数据，以支持及时和准确的决策和由操作组织的人员进行知识管理。

企业架构模型(如PERA)的开发和使用，以及基于标准的技术的使用，有助于确保以一种增强企业做出基于知识的决策的能力并获得竞争优势的方式实现业务/制造集成，这远远超出了控制、MES或ERP。

比较建筑师

许多人在中了彩票之后，就开始计划建造一个定制设计的梦想之家。但每个人都知道，你不能一开始就把木材、砖块和灰泥运到建筑工地，然后雇一个装帧人员开始施工。

定制住宅需要与在设计所需风格和大小的房屋方面经验丰富的建筑师坐在一起。在设计过程的早期，你学习了很多建筑师的行话，并进行了几次面试，以确定你的家人将如何使用房子，你如何社交，哪些事情是重要的，哪些不是。简而言之，您遵循架构师的方法来确定功能需求。在适当的时候，架构师会让设计师/建造者参与进来，以确保物理设计可以安全地构建，以满足您的功能需求。

创建健壮、灵活的企业信息集成解决方案与建造定制住宅项目有很多相似之处。你不会从一堆路由器、交换机和电缆开始组装。相反，您可以从您所在行业和公司规模中经验丰富的企业架构师开始，一起制定一个定义短期和长期功能需求的总体计划。在适当的时候，架构师还包括网络设计人员/构建人员，以确保物理设计满足所定义的功能需求。

无论是家庭还是信息系统，成功与否取决于确定功能需求和然后设计最能满足这些需求的物理实体。

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