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信息系统工程在制造业信息化中的应用

作者:北京神州宏图科技有限公司   宋秋明

摘要:
  我国制造业的信息化相对于西方发达国家的制造业信息化,起步较晚,在经过多年发展之后,目前已经到了一个非常关键的阶段,面临的最主要的问题就是如何整合已有的应用系统和数据(即如何解决"信息孤岛"),为企业的决策层、管理层和业务层提供统一的信息化支持,使企业信息化收到更大的综合效益。我国制造业在全球经济一体化的背景下,面对的是全球范围内的竞争,所以我国制造业的信息化,已经不单纯是制造企业自身的事情,它涉及到相关的国家战略、政策导向、基础研究、标准制定、培训推广、产品开发、项目实施等诸多方面,本文试从信息系统工程的角度,论述如何破解制造业信息化发展难题,从而实现制造业信息化水平的提升,为"十二五"期间制造业升级提供有力的支撑。
关键词:
  系统工程(SE),信息工程(IE),信息资源规划(IRP),数据中心(DC),企业资源规划(ERP),制造执行系统(MES),信息孤岛。
正文:
  我国制造业信息化现状
  制造业是我国国民经济的支柱产业之一,特别是在"十二五"期间,要实现制造业的转型和升级,改变只依靠劳动力资源的优势和牺牲环境为代价来获取较低的附加值的模式,要形成现代先进制造业的研发、设计、制造、服务完整的产业链,增强我国制造业在世界上的综合竞争力。要达到这些目标,没有强有力的信息化支撑是无法想象的。
  我国制造业信息化的发展,从起步到今天,大体经过了两个阶段的发展:第一阶段,可以称为起步阶段,即从无到有的阶段,这个阶段的主要特征体现为以购买硬件为主,以单机版的软件为辅。其中,硬件包括PC机(微机)及周边设备,如打印机、绘图仪、扫描仪等,还包括专业的制造用设备,如机床、高炉、流水线作业设备等。而软件方面,基本上是以解决办公自动化和单点的应用为主,如财务电算化、对原材料及成品的库存、销售信息进行记录。第二阶段,可以成为发展阶段,即从简单的单机应用向网络化的、能支持制造业业务流程的应用系统的发展阶段。这个阶段的特征是大量相关应用系统的引进、开发和实施,其中具有代表性的系统包括:ERP(企业资源规划)、SCM(供应链管理)、CRM(客户关系管理)、MES(制造执行系统),其中ERP系统(包括引进、二次开发和自主开发)应该是在制造业中普及度最广的系统。
  我国制造业的信息化在经历了多年的发展之后,可以说已经取得了初步的效果,对制造企业的工艺、生产计划、采购、制造执行、成本、质量、库存、销售以及财务会计等职能提供了信息化的支持,初步实现了各业务流程的信息化。但是随着企业的不断发展,制造企业的信息化主管发现,在原有的众多信息系统的基础上,再新建一个信息系统,不但其难度加大(需要与现有的系统兼容,同时还要处理好与其他应用系统的数据接口),而且其产生的效用已经不能使最终用户和领导获得以前的那种满足感,究其原因,一方面是经济学的边际效用递减原理在起作用,另一方面是企业的内部环境和外部环境已经发生了很大变化,企业对信息系统的要求也有了很大的提高,即不仅仅要求应用系统支持条块的业务流程,还需要在多个业务职能域之间能自动共享关键业务数据,对应用系统的整体性要求比较高。我国制造业信息化面临的问题具有普遍性,例如,ERP的主生产计划如何传递到MES,MES的物料申请如何回传给ERP,MES的产量数据如何共享给质量管理系统,MES的工时数据和原材料消耗数据如何传递给财务的成本核算系统,等等。事实已经证明,只靠应用系统间的接口是无法满足企业需求的,我们必须对这些问题进行深入剖析,找到问题的要素和根源,才能破解这些难题,取得信息化的突破性发展。
  制造业信息化亟待解决的问题
  制造业信息化亟待解决的问题体现在两个层面,一是国家和行业层面,二是企业自身层面。
  在国家和行业层面,制造业信息化的主要问题体现在:
  1、总体信息化水平不高,有很大的提升空间。现阶段基本的局面是南方企业平均信息化水平高于北方企业,东部企业平均信息化水平高于西部企业。
  2、受制造业整体利润率制约,信息化投入不足。由于我国制造业在全球制造业产业链分工的环节中,整体上处于下游,也就是附加值低、资源消耗大、对环境造成破坏的加工环节,平均利润率5%-10%之间,甚至有的外向型制造企业,其利润率还达不到5%,一旦人民币汇率升值,其利润很容易就会被吞噬掉,造成赔本生产的局面。没有利润的保证,很多制造企业,特别是中小型制造企业,生存已经成为问题,信息化的投入恐怕也就无法列入计划了。
  3、行业信息化的标准化工作滞后,例如缺乏针对具体细分行业的软件功能模型和数据模型。另外,很多标准实用性不强,而且不能形成完整的标准体系,企业不愿意采用。
  4、政府部门的引导和指导作用没有得到充分发挥,信息化做得很成功的企业的经验也没有得到推广。
  5、培训工作滞后,缺乏高端的制造业信息化人才。目前的信息化培训,多是针对硬件、网络的维护使用培训,或者是具体的编程语言、开发工具、数据库的基本技能培训,以及各软件厂商针对自己产品提供的最终用户使用培训,这些培训确实也为我国制造业的信息化作出了很大贡献,但是这些培训从总体上来说还是针对中低端人才的,缺乏像培养信息化总体设计、总体规划方面的培训。制造业信息化高端人才的缺失,犹如作战没有总指挥,东打西杀看起来很热闹,但很难取得大的胜利。
  在企业自身层面,制造业信息化的主要问题体现在:
  1、由于数据标准不统一,导致陆续建成的、不同的信息系统形成了大大小小的"信息孤岛",仅靠接口实现应用系统之间的数据共享已经被证明是无法实现的。同时,积累多年的数据资源也无法发挥其综合效益。
  2、应用系统多以部门为单位,导致某些数据被重复采集,致使在统计分析时"数出多源",谁也说不清该以哪个数据为准,给管理和决策带来了不必要的麻烦。
  3、缺乏统一的数据平台,无法对决策层、管理层、业务层提供统一的工作支持,特别是管理层,无法进行实时、有效的生产指挥调度和应急处理。
  4、缺乏统一的控制和协调,各应用系统根据自己的需要建立自己的应用数据库,最终导致应用数据库的数量随着应用系统的增加而不断增加,也就使信息中心的维护工作量不断增加,大量的精力都消耗在对系统的维护上,对新的应用需求无暇顾及。
  5、对信息化的认识还需要进一步提升,特别是有些决策层和管理层领导,对信息化在现代制造业中的地位和作用,认识还不到位,仅仅停留在"信息化就是使工作能实现自动化"层面上。
  在国家和行业层面,我国制造业的信息化可以从整体上看做是一个很大的系统,这个系统的运行涉及到制造企业自身、政府部门、信息化供应商等成千上万的组织机构,其相互之间的作用关系也异常复杂。
  对于一个企业而言,其本身也可以看做是一个复杂的系统,这个系统的每一个部件,必须要保持整体上的协调运转,才能使企业的总体综合效益达到最优。换句话说,企业信息化不仅仅是信息中心的事情,而应该是自上而下,每一个领导和员工共同的事情。
  以上这些问题,综合起来看,都应该是系统性的问题(而且是大系统套着小系统),而不单纯是某一方面的问题。因此,这些问题都可以运用系统工程和信息工程的理论和方法,从国家和行业层面,以及企业自身层面,找到有效的解决方案。
  系统工程和信息工程在制造业信息化中的应用
  系统工程(System Engineering)是组织管理"系统"的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,这个方法也同样适用于对我国制造业信息化的研究和实践。
  在政府部门和行业层面,构成制造业信息化这个复杂的系统的有机组成部分如图1所示:


图1:"制造业信息化"系统示意图

  除制造企业自身外,其余各组成部分都应承担起自己的任务或发挥自己的作用,相互促进,共同推进制造业信息化:
  1、政府部门:应发挥其主导作用,主要体现在政策支持、选取试点示范、推广先进成果,积极促进两化融合;
  2、科研机构:对制造业信息化的核心和本质进行深入研究,以便形成"科学-技术-生产"的正向良性循环;
  3、标准化组织:针对我国制造业的细分行业,研究、实践、总结、提升相关信息化标准,形成体系,并进行推广;
  4、培训机构:针对制造业信息化需要的高、中、低三个层次的人才,合理设置培训的课程体系,使培训模块化,提供知识、技能的培训;
  5、软硬件厂商:硬件厂商提供性价比高的计算机及周边设备、服务器、存储产品、网络设备等产品及服务;软件厂商提供符合标准规范的、组件化的应用平台以及定制开发和系统维护服务)。
  以上从系统工程的角度,对除制造企业以外的其他组成部分的分工进行了描述,这里需要强调的是,除了分工,更重要的是协作,即系统各部分之间的有机联系、互相促进,否则就不能收到预期的效果。
  对制造企业自身来说,除了要应用系统工程方法论外,其信息化的问题还需要用信息工程方法论来解决。信息工程(Information Engineering,简称IE)是由詹姆斯·马丁在20世纪70年代初首先提出,并在20世纪80年代发展起来的一门学科,它是根据20世纪70-80年代企业在建设信息系统的过程中积累的大量成功和失败的经验,进行分析、总结、规范化而提出的关于创建企业综合信息系统的规划、分析、设计和实施的一套方法学。对一个企业的信息化来说,信息工程分为四个层次,如图2所示:


图2:信息工程金字塔

  信息工程涵盖的范围比软件工程要广,所以,对我国的制造企业来说,要想做好信息化,必须研究信息工程方法论并按照信息工程的规律来进行实践,而不应该只停留在软件工程的层面上。具体来说,制造业的信息化要实现突破,必须做好以下几点:
  1、对信息化的再认识:我国制造企业大多数的领导,对信息化的认识还停留在实现工作自动化的层面上,这已经远远落在了西方先进制造企业的后面。在世界经济一体化的背景下,西方很多先进制造企业早就已经实现了全球范围内的虚拟化生产,例如福特汽车,早在1994年就已经通过电子方式,将分布在4大洲的7个设计中心联合在一起,实现了统一设计和开发。正如詹姆斯·马丁在《生存之路》一书中指出的"信息化是一场不流血的革命……传统意义上的几何空间已经被计算机化空间所代替……企业的经营管理人员,必须根据计算机化空间、剧烈变化的市场营销,为实时互动而重建的价值流、虚拟企业、灵活的企业间关系、以及新的员工小组等来考虑事业的机会和经营",我国制造企业的领导,在商业环境发生重大转变的今天,也必须转变思维,在信息化世界里边,找到自己的位置,构建产业链,重新设计企业组织机构及运作模式。
  2、抓住信息化的重点:首先,必须深入理解信息工程的基本原理,即企业的信息化是以数据为中心,而不是以处理(应用系统)为中心的;数据是稳定的,而处理是可以多变的。其次,在理解并接受信息化要以数据为中心的基础上,要明确企业在十二五乃至十三五期间信息化的重点,即建设企业级的数据中心和综合应用系统。建设数据中心是企业信息化进入高级阶段的重要标志,数据中心是企业级的、统一的数据平台,它按照主题组织、存储规范化和标准化的核心数据,对业务系统、管理系统和决策系统提供统一的数据支持,是企业的信息资源管理中心。企业级的数据中心并不是哪一个部门所有的,而是全企业各部门共建、共享的;企业数据中心的建立,并不是简单地把现有应用系统的服务器集中到一个机房里边,而是要通过科学、严谨的信息资源规划(Information Resource Planning,简称IRP,是在引进相关国际先进理论的基础上,结合中国国情,经过多年的实践、探索和研究而形成的一套科学、简明、实用的信息化建设方法论)工程,建立统一的信息模型和数据标准,并按照这些标准建立主题数据库/数据仓库,形成高档次的数据环境,构成了企业级的、统一的数据平台,在这个数据平台之上,可以构建集成化的、各种类型的应用系统,对企业的各个层面提供支持;数据中心强调逻辑上的集中,在物理上是可以分布的。
  3、技术路线:技术路线的选择,从一开始就能决定企业信息化最终的成败。我国制造企业的信息化,应该摒弃以往传统的"买硬件+建独立应用系统"的路线,而采用"信息资源规划+3大工程"新技术路线,其中3大工程系指通信-计算机网络工程、数据库工程及应用软件工程。其中,信息资源规划是制造业信息化的基础工程,而数据库工程是对信息资源规划成果中数据模型和数据标准的落实,是最关键的一环,也是传统的信息化路线容易忽略的一个环节。上述的新技术路线,已经被很多的实际案例证明能够有效消除信息孤岛、实现企业信息资源的有效开发和利用,对企业的生产运营提供了有力的支撑。
  结论
  当前我国制造业的信息化,无论从行业角度、产业链角度,还是具体到每一个制造企业,其信息化都是一个复杂的社会-技术系统工程,只有依照系统工程方法论的指导,再结合企业的实际情况,才有可能制定出合理的信息化技术路线,继而选择合适的软硬件产品,按计划、分步骤、稳步推进数据中心和综合应用系统的建设,最终实现信息化战略的目标,为"十二五"期间我国的制造业升级奠定坚实的信息化基础。