水泥行业是典型的流程型生产行业。作为传统制造业,长期以来,我国水泥企业普遍对生产过程控制水平比较重视,而对业务管理信息化的重视不足。目前,与国际水泥企业尤其是大型水泥集团相比,我国水泥企业信息化总体上尚处于起步阶段,绝大多数水泥企业的信息化尚停留在单元系统应用层面,严重影响了我国水泥企业竞争力的提升。在企业内全面实施先进、成熟、适用的商品化ERP 软件产品,是企业实现管理信息化的重要举措。然而,通用的商品化ERP 软件产品常常不能满足特定行业的具体管理需求 。对特定行业的信息化需求特点进行深入分析,进而给出目标行业的信息化整体参考架构,是成功研发及实施行业化ERP 软件产品的基础工作。

　　1 水泥行业信息化需求特点分析

　　作为流程型生产行业的子行业,水泥行业具备流程生产行业的所有典型特点。为方便行业知识复用,首先归纳出流程型生产行业信息化的典型需求特点,然后在此基础上给出水泥行业特有的典型需求。

　　1.1 流程型行业的典型需求特点

　　a.原料及产品特征。

　　一般地,流程型行业的原料形态多样,成分较复杂。少数原材料可以生产出多种产品。产品结构相对简单,反映到BOM 上表现为层次较少,产品设计方面的变更频度不高。制造BOM 中上下级物料之间的数量关系可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。以水泥行业为例,成品水泥与石灰石的消耗关系就不是一个完全确定的关系。其次,每个工艺过程中的输出通常不只限于产品或中间产品,常需要进一步细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物等子类别。流程型生产中的BOM 又称为配方,通常按生产的工艺流程、物料投入产出的先后顺序进行划分,既反映了产品结构,又反映了工艺流程,有时配方还应具有批量、有效期、保密性等方面的要求。产品和原料的物理特点决定了通常采用罐、箱、柜、桶等容器来进行存储,在计量手段上常使用传感器,比如水泥企业中放粉的流量阀。

　　b. 生产过程特点。

　　生产过程是一个动态的连续过程,多采用大规模生产方式,生产工艺技术成熟,生产过程一般尽量不中断,存在转产损失。物料配方和工艺参数的控制水平将影响产出率,相同的配方或原材料可产出不同产量的产品,原材料消耗比例可变,产品的生产过程中也会产生出一定的回收物和废料,这使得很难做到事前准确估算具体品种的产量和回收物及废料的比例。因此,流程行业在生产过程中需要有很大弹性来处理实时跟踪、控制纠偏、动态调整等问题。

　　c.工艺特点。

　　工艺流程多采用专用设备或装置,设备投资高且常按产品进行布置,流程和能力相对固定,工序间连续且能力匹配性好,产能往往在最高和最低产量间波动。产出品可能随原料产地和工艺参数变化,需要按成分、质量等级分类,进出料常常是连续的。生产自动化程度往往较高,广泛采用分散控制、集中管理的集散控制系统(DCS) 。生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。

　　d.生产计划管理特点。

　　流程企业由于主要是大批量生产,订单通常与生产无直接关系。企业只有满负荷生产,才能将成本降下来。因此,在流程工业企业的生产计划中,年度计划更具有重要性。年度生产计划和销售计划,决定了企业的物料平衡,即物料采购计划。一般情况下,企业按月份签订供货合同以及结算货款。每日、每周生产计划的物料平衡依靠原材料库存来保证和调节。

　　e.设备管理及备品配件管理在流程型生产行业占有重要地位。这是由流程生产的连续性特点所决定的。流程型企业的设备通常由固定生产线组成,设备投资比较大,生产线上的设备维护特别重要,设备故障造成的非正常停机往往会给企业造成巨大损失。对于价值高昂的关键备品配件,尽管其使用概率较低,库存必须予以保证。

　　f.批号跟踪与管理。

　　批号是流程型行业区别于离散型行业的一个重要方面。流程型行业从投入到生产的整个生产过程,物料中间停留时间很短,甚至是一直处于连续流动之中,生产者难以直接接触到物料,等到发现问题时,往往已生产出一大批不合格产品,且很难追查具体原因或责任人。通过引入批号管理,对克服影响产品质量的人为因素,跟踪影响产品质量的问题环节、确定质量责任等具有重要意义。

　　g.质量管理具有特殊性。流程行业的质量管理不仅是对原材料、产成品的质量检验,更重要的是对生产过程中的质量进行控制。流程行业的工艺或环境影响到产品质量,需严格控制每个工艺步骤。对过程质量数据实时采集、及时统计判别和化验分析是防止生产中产生较多等级品甚至废品的重要控制手段。另外,流程行业的质量标准和工艺有严格要求,国家有专门的法规对包装、标签、工艺、配方比例等进行严格的质量认证。

　　h.能源动力(煤、汽、水、电等) 在流程型企业产品成本中占很大比重。为降低成本,必须有效地降低能耗,为此必须对能源进行精细化管理,探索各种有效的途径,如:及时对能源消耗的差异进行分析,提高计量手段和方法,循环再利用能源等。

　　i.管控一体化的需求非常迫切。流程行业生产过程的连续性和实时性,客观上要求生产管理不仅仅对生产资源进行有效的控制和管理,还需要实时地采集与分析来自生产过程的实时数据,通过控制工艺参数,保证产品质量;实时采集来自车间和设备的水、电、汽等动力能源消耗,为成本核算提供基础数据;自动取得底层设备和生产线的运行状态数据,为预测性维护和预防性维修提供科学依据。这客观上要求实现过程控制层(DCS) 、车间现场管理层与管理信息系统层的信息集成。

　　1.2 流程型行业下的特定子行业的典型需求特点

　　水泥作为流程型生产行业的子行业,除具备流程型生产的如上典型特点外,作为个案行业,又具有自身的一些具体特点,对这些知识的进一步挖掘,反映了行业知识的深化过程。在作为流程型生产的子行业的层面上,我们提炼出水泥行业的如下典型需求特点:

　　a.水泥产品结构简单,不需要结构设计,但需要成分设计,标号不同的水泥有不同的配方。水泥产品具有品种少(同一品种具有不同规格) 、批量大的特点。主要面向库存生产,同时兼顾市场订单情况。水泥具有“包装”和“散装”2 种形态,“包装”产品以袋为计量单位,数量上要求精确控制,而“散装”产品以质量“吨”为计量单位,数量上只要求模糊控制。水泥是粉末状物体这一物理特性对水泥的生产、存储、计量、包装、运输提出了新的要求,并产生对劳保、环保的管理需求。

　　b.水泥属于短途供应型、低附加值产品,主要供应周边区域内客户。这也是水泥企业通常不设二级库的主要原因。水泥市场需求具有明显的季节性特点,并受国家宏观政策影响。通常,冬季天气寒冷时节,水泥需求下降,而夏、秋季建筑工程量大时对水泥的需求量较大。近几年国家在建筑、交通等国家基础设施方面发展迅速,导致水泥市场需求旺盛。因此,结合市场需求特点,兼顾研究和分析国家整体经济走向,是企业市场分析和预测的重要内容。

　　c.大宗原材料管理采用批号管理。水泥行业的大宗原材料(如煤、石灰等) ,通常采购批量较大,堆放时占用较大空间,准确计量困难,不同批次的材料其质量往往存在较大差异,需要采用批号管理,以便追踪问题来源与责任认定。对其质量管理也涉及取样、化验、质量标准及相关质量文档的管理。

　　d.水泥生产可认为属于大批量半连续型生产类型。从总的工艺流程看,物料依次通过生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨3 个串联阶段,最终得到水泥产品。在局部环节又同时存在着并联的生产过程,如:部分物料流具有循环、反复加工特点;在石灰石粉磨的同时,铁粉及黏土等也在并行制备等。熟料煅烧的关键设备(回转窑) 要求连续运转,避免计划外停机。熟料煅烧前面的工序采用“拉”式方式组织生产和备料,允许储备中间库存和生产环节的中断,熟料可存储或出售,在熟料之前的生产环节,各中间制品没有批次区分,管理控制的重点在于按照生产计划控制原料或中间制品的流速、流量、温度、湿度等。在水泥粉磨工序,通过加入不同的添加剂,得到不同标号的水泥产品。同一型号的水泥需要单独存储在库存中,不能混合。不同批号的水泥生产换产时伴随转产损失,因此必须在生产计划中合理安排转产次序。转产损失的存在和市场对不同规格水泥的离散需求,客观上使得水泥生产企业同时对不同规格产品保持合理的库存量是十分必要的。

　　e.质量管理与生产过程紧密集成。水泥产品质量保证通常依赖于以化验室为中心的全面质量保证体系。水泥企业需要对化验质检数据进行全面管理,需要监控水泥生产过程的全部质量过程,以此来进行生产配方调度以及质量控制。质检过程覆盖控制组、分析组、物理组的原材料、生料、熟料、水泥等所有产品。另外,水泥行业特别强调成品水泥(或熟料) 出厂检验的管理,包括3 天、28天质检报告,质保书发放及质量追踪分析。

　　f.水泥企业的物流组织特点。熟料和水泥运输的主要途径有铁路、水路、公路运输,为减少物流成本,必要时可把水泥运输外包给专业货运公司。水泥商品的运输计划与装车优化、发运过程监控是水泥行业物流管理的重点。

　　g.伙伴关系管理的重点是大客户和关键供应商管理。水泥企业的大客户如公路或桥梁承包商、建筑集团等,大客户队伍的稳定及其增长直接关系到水泥企业的生存与发展。大宗原材料、关键备品配件的稳定供应与质量保证水平取决于关键供应商的服务水平,与关键供应商建立长期伙伴关系对于保证水泥企业生产过程稳定、提高产品质量、降低成本等具有重要意义。

　　2 水泥行业信息化整体架构设计

　　基于如上分析,在文献基础上,这里进一步给出一个旨在实现管控一体的、多层次的水泥行业信息化整体架构参考方案。如图1 所示,该方案紧紧围绕实现决策系统、管理信息系统、生产过程控制、现场数据采集4 个部分的无缝集成,实现生产过程与管理决策的管控一体。该整体架构分为5个层次:

　　第1层,数据采集层,也称基础自动化层。主要由DCS、PLC、FCS 等一些控制系统组成,直接与艺设备连接,其功能主要是面向单个的电器仪表控制,采集来自生产现场的控制信息。通过配置适当数量的过程控制站(如原料、烧成、制成) 和配料站(如原料配料、熟料配料等) ,在目标场所设置相应的传感器、在线分析设备等,实现生产过程数据、质量数据等的在线实时采集,采集的数据存储在实时数据库中,并按照一定时间间隔将数据送入历史数据库中。该层是实现水泥生产自动化的关键层。

　　第2层,过程控制层。完成对水泥生产的基础控制功能,负责主要工序和设备的优化控制,包括原料粉磨、生料均化,预分解炉、回转窑烧成控制等。该层主要以实现水泥生产的过程优化为目标,向上接受来自制造执行层的系统调度指令,向下负责与PLC/ DCS 等基础自动化层设备的连接,并将采集检测的现场工况及设备运行状态等实时数据返回制造执行层。

　　第3层,生产现场管理,也称制造执行层。该层次位于整个水泥企业管理信息系统( ERP) 与生产过程自动控制系统的结合处,是ERP 与过程控制系统之间的信息纽带,主要实现水泥生产车间及职能部门级的运营优化功能。相对于ERP 层,该管理主要针对生产现场资源,如:设备、工艺、物料等。该层执行由ERP 制定的计划(通过相关业务单据,如车间作业订单) ,根据底层过程控制系统采集的生产实时数据,进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置、生产过程优化、生产质量监控、设备管理等工作,并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给ERP 系统。水泥行业制造执行层应包括生产管制与作业管理(生产调度、生产优化、进度控制、生产统计) 、质量管理(质量监控、检化验管理) 、计量管理、物料管理、设备维护等。

　　第1～3层主要面向生产过程,强调信息的实时性和准确性,实现这些实时数据与管理信息系统层( ERP) 的集成是实现管控一体、管控系统闭合运行的关键,这也是近年来水泥行业企业信息化建设中备受关注的关键点之一。

　　第4层,管理信息系统层( ERP) 。通用ERP系统配置中的大部分功能模块(如: 采购、人力资源、财务等) 都可在水泥行业中得到重用(或经过少量定制后重用) 。某些模块,如销售管理、质量管理、设备管理、生产计划管理、物料管理等由于具有较强的行业特点,需要对这些体现行业特色需求的模块给予充分关注。例如:水泥行业中销售模式大致可分为现款销售与赊销两种,其中现款销售业务控制点在于杜绝超水泥款发货现象。赊销业务控制重点是对量、价、款业务的预警管理,消除呆账业务。对于赊销业务一般都采用合同预定义控制方式(比如月结、三付一) ,水泥发货时系统进行业务预警,只有通过领导审批才可以执行。在水泥销售发运业务中,实现ERP 系统与称重系统的实时数据交换是一项基本需求, 要求称重系统可以从ERP 系统中获取调度后的发运单信息,然后根据发运单信息进行发放并记录实际过磅数量, 而ERP 系统需要从称重系统中获取发运单的实际过磅数量。

　　第5层,决策支持与企业门户层。该部分体现对水泥行业信息化的深化应用。在水泥企业信息化建设取得一定成绩后,并已经步入健康的持续发展道路,可考虑进一步建立数据仓库,在此基础上对数据进行深层次的挖掘与运用; 建立企业门户(如供应商门户、客户门户、内部员工门户) ;开展与合作伙伴的网上业务协同等。

　　3 结束语

　　行业化趋势是企业管理信息系统应用深化的体现。本文从行业知识复用的角度,首先归纳出流程型生产行业信息化的典型需求特点,进而深入挖掘水泥行业管理需求特点,并在此基础上提出实现管控一体的、多层次的水泥行业信息化整体架构,本文研究成果对研发及实施水泥行业的企业管理软件产品具有较好的指导意义和参考价值。

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