第九章 企业资源计划(ERP)和计算机集成制造系统(CIMS).doc

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1、第九章 企业资源计划（ERP）和计算机集成制造系统（CIMS）内容提要 企业资源计划的发展，可分为以下四个阶段： 1、物料需求计划阶段。 2、闭环物料需求计划阶段。 3、制造资源计划阶段。 4、企业资源计划阶段。 第一节 物料需求计划（MRP） 一、MRP的原理 （一）独立需求与相关需求 独立需求是指一项物料的需求与其他项的需求无关，例如对最终成品和产品的需求，或维修服务行业对维修零部件的需求都属独立需求。成与之相反，某些物料项目的需求取决于对另一些项目的需求，则对这些物料项目的需求为相关需求。例如，汽车制造工厂对汽车轮胎的需求量，取决于汽车的产量，属相关需求。 （二）MRP的原理 MRP的基

2、本原理可归结为： 1、从最终产品的主生产计划（Master Production Schedule, MPS）导出相关物料（原材料、零件、组件、部件等）的需求量和需求时间。 2、根据物料的需求时间和生产（订货）周期来确定其投产（订货）时间。 二、MRP的工作逻辑 （一）MRP的目标 MRP的目标是： 1、保证按时供应用户所需产品，及时取得生产所需的原材料及零部件； 2、保证尽可能低的库存水平； 3、计划生产活动、交货进度与采购活动，使各车间生产的零部件、外购配套件与装配的要求在时间和数量上精确衔接。 （二）MRP的输入信息 MRP系统有两种输入信息： 1、主生产计划（MRS）。它表示在计划期间

3、每个时间段计划需求每种成品（产品）的数量。 2、库存状态信息。库存状态信息应保存所有产品、零部件、在制品、原材料（我们将之统称为项目）的库存状态信息。 （三）产品结构信息 产品结构又称为零件（材料）需要明细表示如图91所示。图中以字母表示部件、组件，数字表示零件，括号中数字表示装配数。组件和零件中，有些是工厂自己生产的，有些可能是外购件，如果是外购件，如图92中的E，则不必再进一步分解。 （四）MRP的工作逻辑 MRP的计算是根据反工艺路线的原理，按照主生产计划规定的产品生产数量及期限要求，利用产品结构、零部件和在制品库存情况、各生产阶段（或订购）的提前期、安全库存等信息，反工艺顺序地推算出各

4、个零部件的出产数量与期限，由于它采用电子计算机辅助计算，因此具有以下三个主要特点。 1、根据产品计划，可以自动连锁地推算出制造这些产品所需的各部件、零件的生产任务。 2、可以进行动态模拟。不仅可以计算出零部件需要数量，而且可以同时计算出它们生产的期限要求；不仅可以算出下一周期的计划要求，而且可推算出今后多个周期的要求。 3、运算速度快，便于计划的调整与修正。 三、MRP的决策参数 （一）时间参数 1、计划展望期。系统生成物料需求计划所覆盖的未来时间区间，称为计划展望期。 MRP计划展望期的长度，要足以覆盖计划中物为的最长累计提前期，最长累计提前期是产品结构各层次上最长提前之和。通过层层提前期求

5、和，找出最长路径，才能决定计划展望期。 2、时间段（周期）。计划展望期被分成称为时间段的小时间区间，把各项目的需要量，预计到货量，可利用库存量，生产指令下达等一系列活动的连续时间，分割为时间段，按时间段来组织生产作业。 （二）提前期 提前期是执行某项任务由开始到完成所消耗的时间。在图92中，订单下达之前的一段时间称为管理提前期，用来计划和准备订单。采购件的提前期由管理提前期、供应商提前期与验收时间等组成，制造件的提前期是管理提前期以及制造工艺路线中的每道工序的移动、排队、等待与准备、加工时间之和。 计算MRP矩阵所用的提前期是计划提前期，而不是实际提前期。MRP中所用的提前期，可凭经验公式估算

6、，常用的经验方式是：LT=2N+6 式中，N为工序数。 （三）批量 在MRP计算中，常用的决定批量的方法，分为静态方法和动态方法两类。（1）静态方法就是保持订货数量为一常数。常用的静态方法有：固定批量法、经济订货批量。（2）动态方法在不同周期订货数量可能变动，常用的动态方法有：直接批量法、固定周期批量法等。 （四）安全库存 为使生产经营活动正常进行，防止因需求或供应的波动引起缺货或停工待料，经常在仓库中各项目保持一定数量的计划库存量，称之为安全库存，安全库存是消除制造过程中不可预知变化的重要方法，但是，安全库存必然会增加库存费用。因此，须要确定一个适宜的安全库存水平。第二节 闭环MRP 一、闭

7、环MRP的处理过程 初期MRP还不够完善，其主要缺陷是没有解决如何保证零部件生产计划成功实施的问题。它缺乏对完成计划所需的各种资源进行计划与保证的功能；也缺乏根据计划实施实际情况的反馈信息。对计划进行调整的功能。 在初期MRP的基础上，引入资源计划与保证、安排生产、执行监控与反馈等功能，形成闭环的MRP系统。 在闭环MRP中，主生产计划及物料需求计划计算以后，要通过粗能力计划，能力需求计划等模块进行生产能力平衡。若生产能力不能满足计划要求，应根据能力调整相应的计划。同时，它还能收集生产（采购）活动执行结果以及外界环境变化的反馈信息，作为制订下一周期计划或调整计划的依据。由于增加了上述功能，使之

8、形成“计划执行反馈”的生产管理循环，可以有效地对生产过程进行计划与控制。 二、生产数据库 闭环MRP系统的运行，需要大量的数据。因此，生产数据库的建立与维护是MRP的基础。 生产数据库是统一管理（组织、维护）和提供生产管理所需数据的子系统。在生产数据中集中组织与管理的基础数据主要有： （一）产品定义数据 对企业的产品加以定义。称为“项目”数据。数据内容为：项目号、项目名称、类型（产品、部件、零件、标准件等），计量单位、批量、安全库存、提前期（安全提前期）、制造或采购代码、存放位置、低层代码、工艺路线号、所用材料标准及价格等。 （二）产品结构数据（Bill of Materials, BOM）

9、用以定义产品的结构，描述产品、部件、零件之间的装配关系与数量要求。它是物料需求计划产品拆零的基础。 （三）加工工艺数据 可以分两级建立与维护，即工艺阶段数据和工艺路线数据。工艺阶段数据描述包括所在车间、提前期、起止工序、价格（或成本）增值及其他有关数据。 （四）工作中心（能力资源）数据 能力资源主要指人力资源及设备资源，为编制作业计划和进行能力平衡，需要按加工工艺特征，将能完成相同或相似工序的一组设备和（或）劳动力，划为一个中心，作业计划和进行能力平衡都围绕着工作中心进行。 （五）工具数据 （六）工厂日历 它是由普通日历除去周末休假、假日、停工和其他不生产的日子，并将日期表示为顺序形式而形成的

10、日历。 三、能力需求计划 在编制主生产计划时，一般都从总体上进行了能力平衡的核算工作。但是，年总负荷核算平衡时，每个生产周期，每个工作中心不可能全部都平衡。所以还要按较短的时间周期（如旬、周等）、更小的能力范围（如工作中心）进行详细的核算和平衡。 核算过程是根据来自MRP的零部件作业计划、生产数据库中的工作中心文件、工厂日历、工艺路线文件以及车间在制任务文件等信息，进行以下处理： （一）编制工序进度计划 通过MRP展开，已获得各零部件计划订单下达日期（开工日期）、计划订单入库日期（完工日期）以及数量，利用上述两个日期，编制零（部）件工序进度计划。 （二）编制负荷图 当所有订单都编制了工序进度计

11、划以后，以工作中心为单位编制负荷图。首先计算工作中心负荷。对每个工作中心，按周期将各订单所需的负荷工时累加，获得各工作中心各周期的计划负荷需求。 同时，计算工作中心可用能力，每周期工作中心可用能力可用下式计算： 可用能力=机器数或操作人员数每班工时每日班数每周工作日数利用率效率 然后，根据工作中心负荷及工作中心每周期可用能力，确定各工作中心的负荷与能力直方图及负荷分析报告。 （三）负荷与能力调平 如果大多数工作中心表现为超负荷或欠负荷，而且超欠量比较大，说明能力不平衡，应找出引起能力不平衡的因素，分析原因，逐个纠正。 在纠正存在问题以后，能力和负荷仍不平衡时，就要通过增加或降低能力，增加或降低

12、负荷，同时调整能力和负荷等方法，将能力与负荷调平。 四、生活活动控制 通过能力需求计划、负荷与能力平衡处理，使各工作中心能力与负荷需求基本平衡。为组织生产活动、安排作业（派工）打下基础。在闭环MRP中生产活动控制的任务是：有效地组织生产活动，合理利用各种资源以保证各项订单任务完成；及时反馈生产活动进行状况的信息，并根据反馈信息对生产活动进行调整和控制，具体包括以下三方面内容。 （一）作业排序 （二）任务下达 任务下达过程如下： 1、按工作中心建立可排序的作业集合，计划作业日期仅是一个推荐日期。订单能否按期下达还要事先检查下达任务的条件是否具备，这些条件主要指作业所需的原材料、零部件、工具、作业

13、能力等。 2、计算优先级。 3、下达任务，根据优先顺序下达任务，输出作业分配表，现场操作人员根据作业分配表进行生产活动。 （三）信息反馈与生产控制 任务下达以后，理想的情况是完全按照所制订计划的要求，执行分配与的作业，按时完成订单。但是，在实际计划执行过程中，很可能出现工作中心的生产落后于原计划或提前于原计划，如机器可能出现故障、人员缺勤、工件在转移过程中出现错误、出现了次品等等，均会使实际生产进度偏离计划要求。因此，必须监视每个工作中心的活动，及时反馈实际生产情况的信息，以便采取相应的对策进行控制。反馈的主要信息有： 1、输入/输出报告。它表明计划与实际的输入负荷以及计划与实际的产出；比较计

14、划与实际之差别。 2、状态报告。反馈的状态报告主要有： （1）拖期任务报告。 （2）物料短缺报告。说明短缺物料号及数量。 （3）机床状态报告。给出由于计划外维修，故障等所造成的不可用设备的信息。 3、有关生产“瓶颈”的信息。 上述各反馈信息是现场管理人员调度、控制生产的依据。当实际情况与计划偏离较大时，或本周期的调整偏差仍超出允许范围，应将信息反馈给系统，作为下周期制定计划的依据。 第三节 制造资源计划（MRP）和企业资源计划（ERP） 一、MRP系统的组成和特点 （一）MRP系统的组成 在闭环MRP完成对生产的计划与控制的基础上，进一步扩展将企业的生产制造、财务会计、市场营销、采购供应以及信

15、息管理等各个部门纳入整体管理之中，形成MRP系统。 （二）MRP系统的特点 MRP系统的特点主要表现在以下方面： 1、计划的一致性和可执行性。 2、数据共享性。 3、动态应变性。 4、模拟预测性。 二、ERP系统 （一）ERP的概念 ERP是一个使财务、分销、制造和其他经营业务达到均衡协调的应用软件系统。 ERP的核心管理思想就是实现对供应链的有效管理。 （二）ERP系统与MRP的区别 ERP是在MRP基础上进一步发展起来的企业管理信息系统，ERP与MRP之间的区别主要表现在： 1、在资源管理范围方面的差别。 MRP主要侧重对企业内部人、财、物等资源的管理，ERP系统提出了供应链概念，即把客户

16、需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起，并对供应链上的所有环节进行有效管理。 2、在生产方式管理方面的差别 MRP主要适用于离散型制造企业，ERP不仅能支持离散型制造业，也支持连续型生产和服务型企业。 3、在管理功能方面的差别。 ERP增加了支持整个供应链上物料流通体系中供、产、需各个环节之间的运输管理和仓库管理；支持生产保障体系的质量管理、实验室管理等。 4、在跨国（或地区）经营事务处理方面的差别。 ERP可以支持跨国经营的多国家地区、多工厂、多语种、多币制应用需求。 （三）实施ERP的基本条件 ERP是一种在市场经济条件下组织现代化大生产的技术，一种科学的管理工具。它的实施

17、在宏观上有赖于市场经济的完善。 在微观层面上，实施ERP除需要计算机硬件、软件系统以外，还需要以下基本条件。 1、客观需要是企业实施ERP的动力。企业要实施ERP系统必须有明确的目的和需求，才能有的放矢引入所需要的系统并坚持实施。 2、组成以企业主管领导为首的决策机构，是实施成功的重要条件。 3、完整和准确的数据是ERP实施的基础。 4、教育培训提高职工队伍素质，是实施ERP的重要保证。 第四节 计算机集成制造系统（CIMS） 一、计算机集成制造和计算机集成制造系统的概念 1973年美国的约瑟夫.哈林顿（Joseph Harrington）博士在（Computer Integrated Man

18、ufacturing）一书中，首次提出了计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing，CIM）的概念，其基本思想可归纳为两点：（1）从产品研制到售后服务的生产周期全部活动，是一个不可分割的整体，每个组成过程应紧密连接安排不能单独考虑；（2）整个生产过程的活动，实质上是一系列数据处理过程，每一过程都有数据产生、分类、传输、分析、加工等处理，其最终生成的产品，可以看作是数据的物质表现。 此后，许多专家对CIM提出各种认识，但是，到目前为止，还没有形成一个对CIM公认的、统一的定义。 1、根据CIM概念提出后20多年来的研究与实践，可以对它作如下理解：CIM

19、是一种现代信息技术、管理技术和生产技术对生产企业从产品设计、生产准备、生产管理、加工制造、直到产品发货与用户服务的整个生产过程的信息进行统一管理、控制，以优化企业生产活动，提高企业效益与市场竞争力的思想方法或生产模式。 2、CIMS与工厂自动化（Factory Automation, FA）。两者虽有许多共同点，但两者又有本质的区别： （1）在功能上，CIMS包含了一个企业全部生产经营活动的功能，即从市场预测、产品设计、加工制造，直到产品售后服务的全部活动。CIMS比传统的工厂自动化的范围要大得多。 （2）CIMS涉及的自动化不是工厂各环节的自动化或计算机化的简单相加，而是有机的集成。不仅是设

20、备、机器的集成，更主要的是以体现信息集成为特征的技术集成，创造整体配合协作的环境，将各子系统紧密集成为一个整体。 二、CIMS的特征 CIMS的特点可以归纳为以下四个方面： 1、从科学技术、创造发明来说，CIMS是高科技密集型技术，是系统工程、管理科学、计算技术、通信网络技术、软件工程和制造技术等高技术的高度综合体。 2、从制造业的生产管理和经营管理来看，CIMS是一个大型的一体化的管理系统。由于CIMS将市场分析、预测、经营决策、产品设计、工艺设计、加工制造和销售、经营集成为一个良性循环系统，这就大大地增强了企业的应变和竞争能力。 3、从数据的共享来看，CIMS将物流、技术信息流和管理信息流

21、集成为一体，它使企业中数据共享达到了一个崭新的水平。 4、从管理技术和方法上，CIMS将MIS、MRP、计算机辅助设计、计算机辅助工艺计划、计算机辅助制造、成组技术等技术集成起来。 三、CIMS的功能与组成 （一）功能 CIMS的功能包括四个功能分系统与两个支撑系统。 1、经营管理功能，通过对经营信息及管理控制层的业务性信息进行管理，来控制和协调企业的生产活动。 2、工程设计自动化，用以支持产品的设计和工艺准备。 3、生产制造自动化，用以支持企业的制造功能。 4、质量保证自动化，用以控制产品质量。 此外，计算机网络系统，用以实现CIMS的数据传递和系统通信功能，满足各功能分系统对网络支持服务的

22、不同要求。数据库系统，用以实现CIMS的数据实现数据共享和信息集成。 （二）组成 制造型企业CIMS的组成是上述功能结构企业中的具体化，四方面功能中包括一些功能模块。 1、管理信息分系统（Management Information System, MIS）包括经营管理、生产计划与控制、采购管理、财务管理等功能，与MRP系统相似。 2、技术信息分系统包括计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）、计算机辅助工艺规程编制（Computer Aided Process Planning, CAPP）和数控程序编制（Numerical Control Programmed

23、, NCP）等功能，用以支持产品的设计和工艺准备，处理有关产品结构方面的信息。 3、制造自动化分系统。制造自动化分系统也可称为计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture, CAM）分系统，它包括各种不同自动化程度的制造设备和子系统，如数控机床，柔性制造单元，柔性制造系统、装配系统、进货管理系统、运输管理系统、设备维修系统等，用来实现信息流对物流的控制和完成物流的转换。它是信流和物流的接合部，用来支持企业的制造功能。 4、计算机辅助质量管理分系统。计算机辅助质量管理（Contputer Aided Quality Control, CAQ）分系统具有制定质量管理计划，实

24、施质量管理、处理质量方面信息、支持质量保证等功能。 四、CIMS实施的效益 根据许多资料分析，CIMS取得效益主要在如下方面： 1、提高设备利用率。 2、降低直接和间接劳动强度。 3、缩短制造周期。 4、加工中使用设备较少。 5、生产计划可调性。 以上这些效果直接表现在产品成本的降低、生产周期的缩短和产品质量的提高等直接经济效益上。CIMS的实施，还可以带来一系列重要的、间接的、不可定量计算的效果。如提高了企业的市场竞争能力，提高顾客的满意度、保证均衡生产、加快产品更新换代周期、交货期准时，改善企业形象、提高人员素质、改善人员结构和员工工作气氛。因此实施CIMS已成为现代企业发展的一个方向。