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流程ERP_制浆造纸行业应用

浙江大学

硕士学位论文

流程ERP:制浆造纸行业应用

姓名:吴国良

申请学位级别:硕士

专业:控制理论与控制工程

指导教师:宋执环;李平

2002.3.1

浙江大学硕士学位论文n

摘要

(流程工业既有制造系统的共性,又有本身特性所决定的个性。与离散制、、

造业相比,流程工业有很多不同之处,已经相对成熟的离散制造业CIMS技术有很多不能适用于流程工业,因此流程工业CIMS的理论和技术还需要深入研究和大力发展。特别是由于流程工业在我国国民经济中所占的重要地位以及对环境保护举足轻重的影响作用,流程工业CIMS的发展成为今后我国以信息技术改造来带动传统产业的一个重要方面。\1

本文针对流程工业CIMS的体系结构及ERP在流程CIMS中的应用进行一些探讨,主要内容包括以下几个方面:

1、主要讨论了流程工业的特点及流程工业中生产计划的研究与发展,以及流程工业中CIMS的体系结构和它的研究及应用情况。

2、,在讨论了流程工业的特点及流程工业中生产计划的研究与发展,以及流\

程工业中CIMS的体系结构和它的研究及应用情况的基础上,参考微软

公司的流程工业CIMS方案和臼本横河公司的三层结构流程工业CIMS

方案等方案,以解决实际问题为前提,)本课题组提出了ERP/MES/PCS三层结构。MES层技术难点的解决将极大地推动流程工业CIMS在实际生产中的应用。

3、提出了在某大型纸业集团ERP实施过程中经实际分析得出来的流程ERP体系结构和实施技术,对流程行业有一定的适用性。

4、介绍客户关系管理系统的意义和需求,以及其体系结构,并对其的实施方法进行了探讨。

5、以制浆造纸企业销售的实际需求为目的,在传统DSS四库结构的基础上,结合数据仓库、OLAP、数据挖掘技术提出了基于数据仓库的DSS体系结构,设计了一个基于数据仓库的制浆造纸企业销售DSS。

6、以销售DSS中数据仓库、数据挖掘和联机分析处理的应用为例,介绍了

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数据仓库、数据挖掘和联机分析处理等新技术,并对销售DSS中数据仓库和联机分析处理的设计进行了详细的分析,提出了一种易于与ERP集成的DSG体系结构。

7、销售预测在ERP中有着重要应用,它是ERP软件得以正常运行的原驱动力“本文以销售DSS为例对销售预测模型库的设计进行讲解,并提出了一种有利于在ERP中实施的体系结构。最后,利用青山纸业的销售数据给出了Box.Jenkins法的预测结果,结果显示销售DSS可使企业的决策水平明显提高,更有效地控制企业的经营活动,从而取得较好的经济效益。

8、本文以青山纸业ERP系统软件设计为背景从资金流、物料流集成的角度解决了流程工业企业ERP工程实施过程中的管理集成问题,提出了与ERP工程相配合的管理模式设计构架和实现技术,提出了用以指导流程工业企业成本控制的参考模型。

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ABSTRACT

Thenatureofthemanufacturingsystemsinprocessindustriesprovidesitdifferentfromdiscretemanufacturingsystems.Asaresult,thetheoryandtechnologyaboutCIMSofdiscreteindustrycouldnotbedirectlyappliedtothatoftheprocessindustry.Processindustriesplayveryimportantroleinournationaleconomyand

haveallimportantinfluenceontheenvironmentalprotection.Moreover,the

CIMSinprocessindustrieswillpromoterenovationofourimprovementofthe

traditionalindustry.Accordingtotheabove,theresearchesoftheCIMSinprocess

industrieswillbechallengingandsignificant.Inthepaper,theframeworkoftheCIMSoftheprocessindustryandtheapplicationofERPinprocessindustriesarediscussed.Thefollowingarethecontentsofthispaper:

1.Reviewingtheresearch,andimprovementofproductionplanningofprocessindustries.Thenatureandfeaturesoftheprocessindustryaresummarized.

Theresearch,applicationandfundamentalframeworkofCIMSinprocess

industriesarediscussed.

2.A3-levels(ERP/MES/PCS)frameworkofCIMSinprocessindustriesisconstructedwhichcarlreducethedrawbackofCIMSoftheprocessindustry

hasbeenappliedinpractice.Intheframework,solutiontothelevelofMES

willpromotetheapplicationofCIMSoftheprocessindustryinpractice.3.AnalyzingtheimplementationofERPinapapermakinggroup,thesystemframeworkandtechnologycarriedoutinpracticeofERPareconstructed

whichhasapplicabilityinprocessindustries.

4.Theconstructionofclientrelativemanagement(CRM)systeminERPis

introduced.Andthefunctions,positionandimplementationofCRMarealso

discussed.

5.ThefranleworkofDSSiSconstructedbasedon4.databaseconstructionofthe

traditionalDSS,andthetechnologyofdatawarehouse(DW),OLAPanddata

framework.

mining(DM)areincurredtothe

6.Thenewtechnologyofdatawarehouse(DW),datamining(DM)andOLAP

areappliedtotheDSSofsaleinapapermakinggroup.Andaframeworkof

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DSSisdesignedwhichissubjecttointegratewithERR

7.PredictionofsaleisaveryimportantpartintheERPsystem.BasedontheDSSofsale,asystemframeworkofpredictivemodel—baseofsaleisconstructedwhichispronetobecarriedoutinERRApredictiveresultofBox—JenkinswasgottenbyusingthesaledataofQingshanPapermakingGroup,whichshowsthatDSSofsaleimprovesthedecisionofenterprisegreatly.

8.Inviewoftheflowofcostandmaterial,thedesignframeworkandthetechnologyintheprocedureoftheimplementationofERPareinvestigated.TheERPsoRwareofQingshanPapermakingGroupisdevelopedandimplemented.Meanwhile,areferencemodelwhichCandirectcostcontrolinprocessindustriesiSalSOdiscussed.

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第一章绪论

本章主要阐述了课题研究工作的背景和意义,并对本人所研究的CIMS及ERP工作的相关技术和理论作了扼要的介绍。最后对本文所作的工作进行了总结。

§1.1市场的需要

二十世纪的重大变革之一是形成了一个统一的全球市场,在这统一的全球市场中,竞争更加激烈,表现为产品更新换代加快、质量更好、价格更便宜、产品的技术含量更高,并且围绕产品的服务也越做越好。这就要求企业能尽快响应市场的变化,提高市场竞争能力。

信息技术和现代管理技术是改造传统制造业,提高企业市场竞争能力的一种高技术。企业信息化已成为国有企业改革的主要途径。随着科学技术的飞速发展,人类已进入新的信息时代,信息已成为社会和经济发展的重要支柱之一。大量复杂信息的产生和传播,在推动着社会进步和经济发展的同时,也增加了个人和组织处理信息的工作量和信息贮存量。管理和决策离不开信息的支持,信息作为一种战略资源,在竞争激烈的当今社会中起者日趋重要的作用。现代企业如何在未来的信息时代赢得竞争优势,关键在于如何顺应当前管理与技术发展的新的潮流,搭上信息化的早班车,熔入全球一体化的经济大潮。而要实现信息化,对于制造业企业,全面实施CI~IS是必由之路。

§1.2流程工业企业的特点[31]

流程工业企业的生产仍然属于制造性生产(通过物理和(或)化学作用将有形输入转化为有形输出的过程)。但流程工业企业的生产有其自身的特点,属于流程型生产,包括化工(塑料、药品、肥皂、肥料等)、炼油、冶金、食品、造纸等。在流程型生产过程中,物料是均匀、连续地按一定的工艺顺序加工的,工艺过程的加工顺序是固定不变的,生产设施按照工艺流程布置:劳动对象按照固定的工艺流程连续不断的通过~系列设备和装置被加工处理成为成品。加工

ARIS,GERAM,SLA等几类。

图i-iC[~{-OSA框架

CIM—OSA就是欧洲ESPRrr计划中一个由来自多个国家的22个公司、研究所和大学组成的集团AMICE所开发的,它由一个三个座标的立方体表示,如图1—1所示。第一个座标叫做“逐步具体化”(stepwiseinstantiation,后改称stepwisepaⅢcularizatjon),它描述了从形成基本建造块到建立用于各种类型工业的部分通用模型,再到最后建立特定企业的专用模型的建模过程。第二个座标叫作“逐步推导”,(stepwisederivation),提供了ClM开发的生命周期中不同阶段的模型描述。第三个座标叫作“逐步生成”(stepwisegeneration),它或许是最重要的一个座标,这里用四个视图,即功能、信息、资源、和组织,来建立了总系统各个方面的模型。这四个视图必须互相联系在一起,来给出整个系统的描述。因为它们是同一系统的不同侧面,就必然存在着一定程度的重叠,而不会是完全独立正交的,正象从不同角度对一个人照相,一定会有些部分是重复的。另外,CIM—OSA还有一个突出的优点,就是开发了一套集成基础结构(integratinginfrastructure),使得不同的单元技术、异构的应用软件、人机接口等等之间的互连和通讯,变得很方便。在具体建模方法方面,CIM—OSA提供了很详细的功能模型和信息模型的建模方法,但在资源和组织方面,始终只看到过简单的叙述。

图1—5SLA框架

我们已经简要地阐述了CIMS的体系结构,这些体系结构重点强调了CIMS

图1—6CIMS平面框架

的开发过程。下面我们给出CIMS的一个平面模型,它强调了CIMS所应具备的

功能。任何企业都可用这种模型勾勒出自己的CIMS总体粗框架。

§1.4流程工业企业的生产计划及目前研究开发情况[31]

目前,在制造工业流行的几种生产管理思想有:物料需求计划(MaterialRequirementPlanningMRP)、制造资源计划(ManufacturingResourcesPlanningMRP11)、准时生产方式(Just—In—TimeJIT)、最优生产技术(OptimizedProductionTechnologyOPT)、精益生产(LeanProductionLP)、约束理论(TheoryOfConstraintsTOC)、敏捷制造(kgileManufacturingAM)、并行工程(ConcurrentEngineeringCE)。

(1)在物料需求计划(MRP)中,它对生产的计划、控制逻辑流程如下图卜7所示。若把生产能力考虑进去,就把需求与可能结合起来,或者说把需求与供给结合起来,形成了一个完整的计划与控制系统,这就是闭环MRP。

图i-7闭环MRP逻辑流程图

浙江大学硕士学位论文9

(2)在制造资源计划(MRPII)中,资源指的是:人力、物料、设备、能源、‘资金、空间和时间。它不仅包括了人们常说的“人、财、物”,而且包括了往往被人们忽略的时问资源。任何作业都要消耗时间资源;讲计划、生产率、交货期、提前期都含有时间的因素。各种资源在MRPII系统中都是以“信息”的形

图卜8MRPII逻辑流程图

式来表现的。通过信息集成,对企业有限的各种制造资源进行有效周密的计划,合理利用以提高企业的竞争力。MRPII逻辑流程图如图1-8示。

(3)在准时制生产(JIT)中,其思想来源于无库存生产方式,“无库存生产”

就是不提供暂时不需要的物料的生产,即提供的都是当时需要的东西,这就是“准时生产”的意思。它采用看扳(KanBan)管理,采用牵引方式(Pull)组织生产(即从产品装配出发,每道工序和每个车间按照当时需要向前一道工序和车间提出要求,发出指令,前面的工序和车间按这些指令进行生产。)采用牵引式系统可以真正实现按需生产,减少在制品库存。

(4)在最优生产技术(OPT)中,OPT的倡导者强调,任何制造企业的真正目标只有一个,即是现在和将来都能赚钱。要实现这个目标,必须在增加产销率

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(Throughput)的同时,减少库存和运行费(OperatingExpenses)。OPT有九条原则,我认为最重要的是解决瓶颈,因为系统的约束就是瓶颈,非瓶颈资源的利用程度不是他们自己的潜力决定的,而是由系统的约束决定的,瓶颈上的损失就是整个系统的损失,所以整个生产过程围绕着解决瓶颈进行。

(5)在约束理论(TOC)中,约束理论来源于最优生产技术(OPT)。约束理论的前提是必须能识别约束整个系统的因素,然后进行优化,采取合适的步骤优化,打破“瓶颈”。但是,在生产不断进行的同时,优化也是在不断进行的,因为一个瓶颈的解决,意味着下一个瓶颈的出现。但是正是在这个动态的优化过程中,整个生产系统获得了充分的优化,整个系统的利用率提高了。

§1.5决策支持系统(DSS)

自从ScottMorton等人在70年代初提出计算机对决策的支持作用和决策支持系统后,随着决策理论、人工智能、计算机技术的发展。DSS在概念、结构和应用等方面都获得了极大的发展。决策支持系统是在管理信息系统(MIS)基础上发展起来的。MIS是利用数据库技术实现各级管理者的管理业务,在计算机上进行各种事务处理工作,DSS要达到为各级管理者辅助决策的能力。

1980年Sprague提出了决策支持系统三部件结构,即对话部件、数据部件(数据库DB和数据库管理系统DBMS)、模型部件(模型库MB和模型库管理系统MBMS)。90年代,智能决策支持系统(IDSS)逐渐形成,即在三部件的基础上,增加知识部件(知识库KB和知识库管理系统KBMS以及推理机),它是把决策支持系统和专家系统结合起来。如图l一9。

90年代中期,由于数据库的发

展,兴起了三革新的辅助决策技术:

数据仓库(DataWarehouse,DW)、联

机分析处理(On—LineAria]ytical

Processing,OLAP)和数据开采(Data

Mining,DM)。数据库是为事物处理服

务的,是管理信息系统的基础。而数据仓库是根据决策主题的需要汇集大

图1—9传统DSS

茵虽五

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量的数据库,并对它进行重新组织和提取,通过综合和分析得到辅助决策的信息。联机分析处理是以客户机IN.务器的方式完成多维数据分析。数据开采是利用一系列方法,从大量的数据库中获取有用的知识。这些知识是对数据库中数据的浓缩,为决策服务。数据开采的概念是从知识发现概念引申出来的。

数据仓库(Dw):数据仓库可以认为具有如下特性【27]:l、面向主题的(subject—oriented)2、集成的(integrated)3、时变的(time-variallt)4、稳定的(nonvolatile)数据集合(collection)。用以支持经营管理的决策制定过程。数据仓库是在原有关系型数据库基础上发展形成的,但不同于数据库系统的组织结构形式,它从原有的业务数据库中获得的基本数据和综合数据被分成一些不同的级(1evels)。一般数据仓库的结构组成包括:当前基本数据(currentdetaildata);历史基本数据(olderdetaildata);轻度综合数据(1ightlYsummarizeddata);高度综合数据(highlysummarizeddata):元数据(metadata)。整个数据仓库的组织结构是由元数据来组织的,它不包含任何业务数据库的实际数据信息。元数据在数据仓库中扮演了重要的角色,它被用在以下几种用途:起到辅助DSS分析过程中定位数据仓库的目录作用:数据从业务环境向数据仓库环境传送数据仓库的目录内容;指导从近期基本数据到轻度综合数据,轻度综合数据到高度综合数据的综合算法选择。元数据至少包括以下一些信息:数据结构、用于综合的算法、从业务环境到数据仓库的映射。

联机分析处理(OLAP):1993年,Codd提出0LAP的概念,主要是实现客户机/HH务器方式的多维数据分析。多维数据结构是从数据中提取有用信息的有效组织形式。多维数据结构的物理存储形式有两种:基于关系数据库的ROLAP和多维数据库的MOLAP。0LAP的主要工作是多维数据分析,具体有:l、切片和切块(sliceanddice):在多维数据结构中按二维进行切片,按三维进行切块,得到所需的数据。2、钻取(drill):钻取有向下钻取(drilldown)和向上钻取(drillup)操作。3、旋转(pivoting):通过旋转可以得到不同视角的数据。

数据开采(DM):数据开采被认为是知识发现(KDD)过程中的一个特定步骤,它用专门算法从数据中抽取模式(patterns)。知识发现(KDD)被认为是从数据中发现有用知识的整个过程,它重载数据中鉴别出有效的模式的非平

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凡过程,该模式是新的,可能有用的和最终可理解的。DM技术涉及数据库、AI、机器学习和统计分析等技术、主要处理相关分析、聚类、概念描述、偏差检测及预测等任务。其具体方法和技术有:1、决策树方法2、神经网络方法3、覆盖正例排斥反例方法4、粗集(RoughSet)方法5、概念树方法6、遗传算法7、公式发现8、统计分析方法9、模糊论方法10、可视化技术。

§1.6本文概要

本文在流程CIMS的大前提下,着重研究了流程ERP在流程CIMS的应用,并提出了一些自己的看法,在青山纸业ERP项目的实施过程中得到应用。在总结项目经验的基础上,提出了一些有利于项目实施的改进方案。本文研究内容安排如下。

第一章:在C1MS工程技术研究中心网站和北京和利时系统工程股份有限公司863项目流程工业企业的生产计划和调度决策支持系统的技术文档等资料的基础上主要讨论了流程工业的特点及流程工业中生产计划的研究与发展,以及流程工业中CIMS的体系结构和它的研究及应用情况。

第二章:在微软公司的流程工业CIMS方案和日本横河公司的三层结构流程工业CIMS方案等方案的基础上本课题组提出了ERP/MES/PCS三层结构。

第三章:在实施某大型纸业集团ERP的基础上,经实际分析提出了一种ERP体系结构,并采用了较先进的软件技术,对流程行业有~定的适用性。

第四章:讲述了客户关系管理系统的意义和需求,以及其体系结构,并对其的实施方法进行了探讨。

第五章:以制浆造纸企业销售的实际需求为目的,在传统DSS四库结构的基础上结合数据仓库、OLAP、数据挖掘技术提出了基于数据仓库的DSS体系结构。

第六章:介绍了数据仓库与数据挖掘的体系结构。并结合数据仓库与数据挖掘在上一章所述的销售DSS中的应用对数据仓库与数据挖掘的一些特点进行了讲解。

第七章:介绍了模型库体系结构和实施技术。然后提出了一种在销售预测中应用的模型库结构,该结构具有结构灵活、易于开发等优点,有一定的适用

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性。

第八章:介绍一下本课题组在863/CLMS应用基础研究项目的支持下,所研究开发的集成化管理信息系统中笔者从事的工作。

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第二章流程工业CIMS系统结构在讨论了流程工业的特点及流程工业中生产计划的研究与发展,以及流程工业中CIMS的体系结构和它的研究及应用情况的基础上,本章主要介绍流程工业企业ClMS的体系结构的发展及现况,并提出了~种新的流程CIMS体系结构。

§2.1流程工业ClMS的意义及需求

流程工业主要是指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源工业行业,其特点是对生产原料的伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工。我国流程工业的产值占全国工业总产值的70%以上,在制造业中占据重要的地位,是国民经济发展中极为重要的基础产业。

流程工业的产品通常用作于其它工业制造过程的原材料或动力源,具有多品种、多层次、服务面广、配套性强的特点,与其它工业部门和直接消费市场关系密切,对国民经济影响巨大。同时流程工业对连续生产、安全生产要求很高、而且规模大、投资大、对环境影响大、是资金密集和技术密集的产业。

在知识经济时代的21世纪,作为传统工业的流程工业将仍然是经济发展的重要支柱产业。用先进技术对其进行现代化改造,使其保持可持续发展,无论是对于增强国家的经济竞争力和国家安全都是至关重要的。

随着企业生产和经营管理水平的不断提高以及计算机和信息技术的飞速发展,更由于经济的全球化导致市场竞争的日趋激烈,流程工业企业已不再满足于只是通过生产过程自动化系统来保持生产安全平稳和过程参数优化以提高生产效率和经济效益的传统作法,而是对采用计算机和信息技术来综合应用生产和经营管理信息以应对瞬息万变的市场需求提出了更高的要求。面对复杂多变的原材料供应和市场客户需求,CIMS已成为流程工业企业迅速调整生产计划和生产结构、降低生产成本、提高市场竞争力的重要手段。

作为原材料制造业,流程工业既有制造系统的共性,又有本身特性所决定的个性。与离散制造业相比,流程工业有很多不同之处,已经相对成熟的离散制造qpCIMS技术有很名不能适用于流稃T、Ik,冈此流秘T、IpCIMS的碑诊

和技术还需要深入研究和大力发展。特别是由于流程工业在我国国民经济中所占的重要地位以及对环境保护举足轻重的影响作用,流程工业CIMS的发展成为今后我国以信息技术改造来带动传统产业的一个重要方面。

§2.2流程工业CIMS的Purdue模型

CIMS首先需要进行合理的全局规划和优化,要对企业实体进行多层次、多角度抽象,揭示出企业运作诸环节的内在联系和相互作用.并用得到的CIMS的总体结构和层次模型来指导其各个环节的实施。因此,CIMS的体系结构得到了广泛的研究,其体系结构也趋向合理化。在离散制造业,CIMS的体系结构已经比较成熟,但在流程工业中,CIMS的体系结构还在不断的发展中。其中Purdue模型有着重大的影响,并被大多数学者所接受。

在Purdue模型中,流程工业CIMS自下而上从功能上被分为了过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经营决策五个层次,如图2一l。

图2~1.Purdue模型

位于最顶层的是经营决策级,完成企业级综合查询、决策支持、市场预测、投资决策、公司事务管理和下属企业管理等;经营管理层完成生产管理之外的企业经营管理,如销售管理、采购管理、仓储管理、财务管理、人事管理、售后服务等:生产调度层完成生产过程监控、生产数据实时统计、生产调度、生产计划、生产信息咨询、生产技术管理、生产设备管理等功能:过程优化层实

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