信息系統工程在制造業信息化中的應用
2013-02-20
摘要：
我國制造業的信息化相對于西方發達國家的制造業信息化，起步較晚，在經過多年發展之后，目前已經到了一個非常關鍵的階段，面臨的最主要的問題就是如何整合已有的應用系統和數據（即如何解決"信息孤島"），為企業的決策層、管理層和業務層提供統一的信息化支持，使企業信息化收到更大的綜合效益。我國制造業在全球經濟一體化的背景下，面對的是全球范圍內的競爭，所以我國制造業的信息化，已經不單純是制造企業自身的事情，它涉及到相關的國家戰略、政策導向、基礎研究、標準制定、培訓推廣、產品開發、項目實施等諸多方面，本文試從信息系統工程的角度，論述如何破解制造業信息化發展難題，從而實現制造業信息化水平的提升，為"十二五"期間制造業升級提供有力的支撐。
關鍵詞：
系統工程（SE），信息工程（IE），信息資源規劃（IRP），數據中心（DC），企業資源規劃（ERP），制造執行系統（MES），信息孤島。
正文：
我國制造業信息化現狀
制造業是我國國民經濟的支柱產業之一，特別是在"十二五"期間，要實現制造業的轉型和升級，改變只依靠勞動力資源的優勢和犧牲環境為代價來獲取較低的附加值的模式，要形成現代先進制造業的研發、設計、制造、服務完整的產業鏈，增強我國制造業在世界上的綜合競爭力。要達到這些目標，沒有強有力的信息化支撐是無法想象的。
我國制造業信息化的發展，從起步到今天，大體經過了兩個階段的發展：第一階段，可以稱為起步階段，即從無到有的階段，這個階段的主要特征體現為以購買硬件為主，以單機版的軟件為輔。其中，硬件包括PC機（微機）及周邊設備，如打印機、繪圖儀、掃描儀等，還包括專業的制造用設備，如機床、高爐、流水線作業設備等。而軟件方面，基本上是以解決辦公自動化和單點的應用為主，如財務電算化、對原材料及成品的庫存、銷售信息進行記錄。第二階段，可以成為發展階段，即從簡單的單機應用向網絡化的、能支持制造業業務流程的應用系統的發展階段。這個階段的特征是大量相關應用系統的引進、開發和實施，其中具有代表性的系統包括：ERP（企業資源規劃）、SCM（供應鏈管理）、CRM（客戶關系管理）、MES（制造執行系統），其中ERP系統（包括引進、二次開發和自主開發）應該是在制造業中普及度最廣的系統。
我國制造業的信息化在經歷了多年的發展之后，可以說已經取得了初步的效果，對制造企業的工藝、生產計劃、采購、制造執行、成本、質量、庫存、銷售以及財務會計等職能提供了信息化的支持，初步實現了各業務流程的信息化。但是隨著企業的不斷發展，制造企業的信息化主管發現，在原有的眾多信息系統的基礎上，再新建一個信息系統，不但其難度加大（需要與現有的系統兼容，同時還要處理好與其他應用系統的數據接口），而且其產生的效用已經不能使最終用戶和領導獲得以前的那種滿足感，究其原因，一方面是經濟學的邊際效用遞減原理在起作用，另一方面是企業的內部環境和外部環境已經發生了很大變化，企業對信息系統的要求也有了很大的提高，即不僅僅要求應用系統支持條塊的業務流程，還需要在多個業務職能域之間能自動共享關鍵業務數據，對應用系統的整體性要求比較高。我國制造業信息化面臨的問題具有普遍性，例如，ERP的主生產計劃如何傳遞到MES，MES的物料申請如何回傳給ERP，MES的產量數據如何共享給質量管理系統，MES的工時數據和原材料消耗數據如何傳遞給財務的成本核算系統，等等。事實已經證明，只靠應用系統間的接口是無法滿足企業需求的，我們必須對這些問題進行深入剖析，找到問題的要素和根源，才能破解這些難題，取得信息化的突破性發展。
制造業信息化亟待解決的問題
制造業信息化亟待解決的問題體現在兩個層面，一是國家和行業層面，二是企業自身層面。
在國家和行業層面，制造業信息化的主要問題體現在：
1、總體信息化水平不高，有很大的提升空間。現階段基本的局面是南方企業平均信息化水平高于北方企業，東部企業平均信息化水平高于西部企業。
2、受制造業整體利潤率制約，信息化投入不足。由于我國制造業在全球制造業產業鏈分工的環節中，整體上處于下游，也就是附加值低、資源消耗大、對環境造成破壞的加工環節，平均利潤率5%-10%之間，甚至有的外向型制造企業，其利潤率還達不到5%，一旦人民幣匯率升值，其利潤很容易就會被吞噬掉，造成賠本生產的局面。沒有利潤的保證，很多制造企業，特別是中小型制造企業，生存已經成為問題，信息化的投入恐怕也就無法列入計劃了。
3、行業信息化的標準化工作滯后，例如缺乏針對具體細分行業的軟件功能模型和數據模型。另外，很多標準實用性不強，而且不能形成完整的標準體系，企業不愿意采用。
4、政府部門的引導和指導作用沒有得到充分發揮，信息化做得很成功的企業的經驗也沒有得到推廣。
5、培訓工作滯后，缺乏高端的制造業信息化人才。目前的信息化培訓，多是針對硬件、網絡的維護使用培訓，或者是具體的編程語言、開發工具、數據庫的基本技能培訓，以及各軟件廠商針對自己產品提供的最終用戶使用培訓，這些培訓確實也為我國制造業的信息化作出了很大貢獻，但是這些培訓從總體上來說還是針對中低端人才的，缺乏像培養信息化總體設計、總體規劃方面的培訓。制造業信息化高端人才的缺失，猶如作戰沒有總指揮，東打西殺看起來很熱鬧，但很難取得大的勝利。
在企業自身層面，制造業信息化的主要問題體現在：
1、由于數據標準不統一，導致陸續建成的、不同的信息系統形成了大大小小的"信息孤島"，僅靠接口實現應用系統之間的數據共享已經被證明是無法實現的。同時，積累多年的數據資源也無法發揮其綜合效益。
2、應用系統多以部門為單位，導致某些數據被重復采集，致使在統計分析時"數出多源"，誰也說不清該以哪個數據為準，給管理和決策帶來了不必要的麻煩。
3、缺乏統一的數據平臺，無法對決策層、管理層、業務層提供統一的工作支持，特別是管理層，無法進行實時、有效的生產指揮調度和應急處理。
4、缺乏統一的控制和協調，各應用系統根據自己的需要建立自己的應用數據庫，最終導致應用數據庫的數量隨著應用系統的增加而不斷增加，也就使信息中心的維護工作量不斷增加，大量的精力都消耗在對系統的維護上，對新的應用需求無暇顧及。
5、對信息化的認識還需要進一步提升，特別是有些決策層和管理層領導，對信息化在現代制造業中的地位和作用，認識還不到位，僅僅停留在"信息化就是使工作能實現自動化"層面上。
在國家和行業層面，我國制造業的信息化可以從整體上看做是一個很大的系統，這個系統的運行涉及到制造企業自身、政府部門、信息化供應商等成千上萬的組織機構，其相互之間的作用關系也異常復雜。
對于一個企業而言，其本身也可以看做是一個復雜的系統，這個系統的每一個部件，必須要保持整體上的協調運轉，才能使企業的總體綜合效益達到最優。換句話說，企業信息化不僅僅是信息中心的事情，而應該是自上而下，每一個領導和員工共同的事情。
以上這些問題，綜合起來看，都應該是系統性的問題（而且是大系統套著小系統），而不單純是某一方面的問題。因此，這些問題都可以運用系統工程和信息工程的理論和方法，從國家和行業層面，以及企業自身層面，找到有效的解決方案。
系統工程和信息工程在制造業信息化中的應用
系統工程（System Engineering）是組織管理"系統"的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，這個方法也同樣適用于對我國制造業信息化的研究和實踐。
在政府部門和行業層面，構成制造業信息化這個復雜的系統的有機組成部分如圖1所示：
圖1："制造業信息化"系統示意圖
除制造企業自身外，其余各組成部分都應承擔起自己的任務或發揮自己的作用，相互促進，共同推進制造業信息化：
1、政府部門：應發揮其主導作用，主要體現在政策支持、選取試點示范、推廣先進成果，積極促進兩化融合；
2、科研機構：對制造業信息化的核心和本質進行深入研究，以便形成"科學-技術-生產"的正向良性循環；
3、標準化組織：針對我國制造業的細分行業，研究、實踐、總結、提升相關信息化標準，形成體系，并進行推廣；
4、培訓機構：針對制造業信息化需要的高、中、低三個層次的人才，合理設置培訓的課程體系，使培訓模塊化，提供知識、技能的培訓；
5、軟硬件廠商：硬件廠商提供性價比高的計算機及周邊設備、服務器、存儲產品、網絡設備等產品及服務；軟件廠商提供符合標準規范的、組件化的應用平臺以及定制開發和系統維護服務）。
以上從系統工程的角度，對除制造企業以外的其他組成部分的分工進行了描述，這里需要強調的是，除了分工，更重要的是協作，即系統各部分之間的有機聯系、互相促進，否則就不能收到預期的效果。
對制造企業自身來說，除了要應用系統工程方法論外，其信息化的問題還需要用信息工程方法論來解決。信息工程（Information Engineering，簡稱IE）是由詹姆斯·馬丁在20世紀70年代初首先提出，并在20世紀80年代發展起來的一門學科，它是根據20世紀70-80年代企業在建設信息系統的過程中積累的大量成功和失敗的經驗，進行分析、總結、規范化而提出的關于創建企業綜合信息系統的規劃、分析、設計和實施的一套方法學。對一個企業的信息化來說，信息工程分為四個層次，如圖2所示：
圖2：信息工程金字塔
信息工程涵蓋的范圍比軟件工程要廣，所以，對我國的制造企業來說，要想做好信息化，必須研究信息工程方法論并按照信息工程的規律來進行實踐，而不應該只停留在軟件工程的層面上。具體來說，制造業的信息化要實現突破，必須做好以下幾點：
1、對信息化的再認識：我國制造企業大多數的領導，對信息化的認識還停留在實現工作自動化的層面上，這已經遠遠落在了西方先進制造企業的后面。在世界經濟一體化的背景下，西方很多先進制造企業早就已經實現了全球范圍內的虛擬化生產，例如福特汽車，早在1994年就已經通過電子方式，將分布在4大洲的7個設計中心聯合在一起，實現了統一設計和開發。正如詹姆斯·馬丁在《生存之路》一書中指出的"信息化是一場不流血的革命……傳統意義上的幾何空間已經被計算機化空間所代替……企業的經營管理人員，必須根據計算機化空間、劇烈變化的市場營銷，為實時互動而重建的價值流、虛擬企業、靈活的企業間關系、以及新的員工小組等來考慮事業的機會和經營"，我國制造企業的領導，在商業環境發生重大轉變的今天，也必須轉變思維，在信息化世界里邊，找到自己的位置，構建產業鏈，重新設計企業組織機構及運作模式。
2、抓住信息化的重點：首先，必須深入理解信息工程的基本原理，即企業的信息化是以數據為中心，而不是以處理（應用系統）為中心的；數據是穩定的，而處理是可以多變的。其次，在理解并接受信息化要以數據為中心的基礎上，要明確企業在十二五乃至十三五期間信息化的重點，即建設企業級的數據中心和綜合應用系統。建設數據中心是企業信息化進入高級階段的重要標志，數據中心是企業級的、統一的數據平臺，它按照主題組織、存儲規范化和標準化的核心數據，對業務系統、管理系統和決策系統提供統一的數據支持，是企業的信息資源管理中心。企業級的數據中心并不是哪一個部門所有的，而是全企業各部門共建、共享的；企業數據中心的建立，并不是簡單地把現有應用系統的服務器集中到一個機房里邊，而是要通過科學、嚴謹的信息資源規劃（Information Resource Planning，簡稱IRP，是在引進相關國際先進理論的基礎上，結合中國國情，經過多年的實踐、探索和研究而形成的一套科學、簡明、實用的信息化建設方法論）工程，建立統一的信息模型和數據標準，并按照這些標準建立主題數據庫/數據倉庫，形成高檔次的數據環境，構成了企業級的、統一的數據平臺，在這個數據平臺之上，可以構建集成化的、各種類型的應用系統，對企業的各個層面提供支持；數據中心強調邏輯上的集中，在物理上是可以分布的。
3、技術路線：技術路線的選擇，從一開始就能決定企業信息化最終的成敗。我國制造企業的信息化，應該摒棄以往傳統的"買硬件+建獨立應用系統"的路線，而采用"信息資源規劃+3大工程"新技術路線，其中3大工程系指通信-計算機網絡工程、數據庫工程及應用軟件工程。其中，信息資源規劃是制造業信息化的基礎工程，而數據庫工程是對信息資源規劃成果中數據模型和數據標準的落實，是最關鍵的一環，也是傳統的信息化路線容易忽略的一個環節。上述的新技術路線，已經被很多的實際案例證明能夠有效消除信息孤島、實現企業信息資源的有效開發和利用，對企業的生產運營提供了有力的支撐。
結論
當前我國制造業的信息化，無論從行業角度、產業鏈角度，還是具體到每一個制造企業，其信息化都是一個復雜的社會-技術系統工程，只有依照系統工程方法論的指導，再結合企業的實際情況，才有可能制定出合理的信息化技術路線，繼而選擇合適的軟硬件產品，按計劃、分步驟、穩步推進數據中心和綜合應用系統的建設，最終實現信息化戰略的目標，為"十二五"期間我國的制造業升級奠定堅實的信息化基礎。
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