數(shù)字化海洋平臺材料管理系統(tǒng)研究

李淑民，黃太安，尹寶瑞，張小剛，王 佳，劉曉芳，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司設(shè)計(jì)部，山東 青島 266520]

數(shù)字化海洋平臺材料管理系統(tǒng)研究

李淑民，黃太安，尹寶瑞，張小剛，王 佳，劉曉芳，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司設(shè)計(jì)部，山東 青島 266520]

為改善目前國內(nèi)海洋工程企業(yè)材料管理效率普遍低下、信息化水平嚴(yán)重不足的現(xiàn)實(shí)情況，通過分析國內(nèi)外先進(jìn)的材料管理理論闡述材料管理的意義。以某公司的實(shí)際項(xiàng)目為背景，通過實(shí)地調(diào)研得出企業(yè)對于材料管理的需求，針對需求分析進(jìn)行梳理整合，進(jìn)而得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模，依托Java語言，結(jié)合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)出基于“面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)”(SOA)的原型系統(tǒng)。通過對實(shí)際項(xiàng)目材料管理全過程的演示驗(yàn)證了系統(tǒng)的合理性和有效性。

海洋平臺建造；數(shù)字化；材料管理；統(tǒng)一軟件開發(fā)過程

0 引 言

材料管理主要是指對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所需要的材料的全生命周期進(jìn)行管理，以便迅速得到材料何時(shí)何地在何位置充當(dāng)何種角色(功能)。材料管理涉及材料從采購、質(zhì)檢、入庫、出庫直到使用的過程中靈活支配的全過程。精確的材料管理不僅有利于減少產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中對材料的不必要浪費(fèi)，減少材料運(yùn)輸和保管的費(fèi)用和人工成本，還能在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)、準(zhǔn)確地追溯到是哪個(gè)材料引起的問題，這樣既有利于公司責(zé)任制度的明確落實(shí)，又有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

與其他行業(yè)對比，海洋工程項(xiàng)目需要的材料數(shù)量更多，類型更復(fù)雜，加之海洋工程項(xiàng)目需要的材料種類雜、體積大，運(yùn)輸成本和運(yùn)輸難度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他行業(yè)，并且在材料的運(yùn)輸和使用過程中往往涉及多部門、多種類的進(jìn)程協(xié)同，因此對材料管理的需求顯得更為突出[1]。

隨著各國材料管理理論的不斷發(fā)展，一些組織和公司根據(jù)自身特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了一些先進(jìn)的材料管理理論，其中主要包括美國提出的物料需求計(jì)劃(MRP)和由其發(fā)展而來的制造資源計(jì)劃(MRPII)、企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)，日本提出的準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)(JIT)，以色列提出的約束理論(TOC)等[2]。

我國的海洋工程起步較晚，至今不少企業(yè)還在沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理體制，其信息化水平遠(yuǎn)低于日、韓等國的造船企業(yè)。信息化管理水平的不足使得我國的海洋工程項(xiàng)目效率的提升受到極大牽制，這種牽制尤其體現(xiàn)在材料管理上。目前國內(nèi)尚沒有一套完全針對海洋工程項(xiàng)目的材料管理軟件，船企大多直接應(yīng)用其他行業(yè)的材料管理軟件來進(jìn)行移植，為了適應(yīng)海洋工程項(xiàng)目生產(chǎn)特點(diǎn)，船企往往會對這些軟件進(jìn)行大量的二次開發(fā)工作，這樣不僅要耗費(fèi)大量人力，并且一旦船企生產(chǎn)管理流程發(fā)生變化，則軟件很可能再次需要大量的二次開發(fā)，甚至被棄用。為解決目前市面上通用材料管理軟件(如ERP系統(tǒng))無法靈活應(yīng)對企業(yè)流程經(jīng)常變化的問題，本文采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)開發(fā)系統(tǒng)。以某公司的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目為背景，通過分析需求進(jìn)行系統(tǒng)建模，進(jìn)而開發(fā)出材料管理系統(tǒng)指導(dǎo)企業(yè)材料管理，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。系統(tǒng)集成了運(yùn)行框架、組件庫、開發(fā)環(huán)境和輔助工具，提供了便捷的流程再造功能，能比較好地適應(yīng)目前海洋工程企業(yè)流程可能改變的現(xiàn)狀，也為之后軟件通用性的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1 需求分析

想要對企業(yè)進(jìn)行準(zhǔn)確合理的材料管理，必須先對企業(yè)的實(shí)際情況以及需求有一個(gè)詳細(xì)的了解。需求分析主要包括角色功能需求分析和業(yè)務(wù)流程需求分析兩大部分。通過需求分析，能夠較為清楚地了解企業(yè)在項(xiàng)目進(jìn)度管理過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和希望借助軟件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵功能。

1.1 角色功能需求分析

角色功能需求分析是為了更好地理清角色分工，針對角色合理設(shè)計(jì)軟件開發(fā)需求功能。通過對某公司的調(diào)研，針對材料管理中涉及到的主要角色，得出相關(guān)的功能需求分析。

材料管理過程是多部門協(xié)調(diào)管理的過程，涉及部門較多，主要有設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門、船東、供貨商、采購部門、質(zhì)監(jiān)部門和倉儲部門。根據(jù)分析，這些部門各自對系統(tǒng)的需求如下。

(1) 設(shè)計(jì)部門：設(shè)計(jì)人員根據(jù)圖紙建造方案等，編制描述所需材料的資材清單，用來向生產(chǎn)部門提交；根據(jù)已制訂的生產(chǎn)計(jì)劃和圖紙編制，制訂包括時(shí)間、數(shù)量在內(nèi)的材料領(lǐng)料憑證(看板)并通過系統(tǒng)提交給生產(chǎn)部；通過系統(tǒng)第一時(shí)間獲知生產(chǎn)過程出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，通過系統(tǒng)與生產(chǎn)部等相溝通進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)解決，并作出計(jì)劃和看板的調(diào)整等；同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)部應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料上下級關(guān)系，制定材料的批次清單(BOL)模型。

(2) 生產(chǎn)部門：生產(chǎn)部門根據(jù)納期計(jì)劃，生成材料采購的采購納期表；在采購方案的審批當(dāng)中與船東保持聯(lián)系；從設(shè)計(jì)部門領(lǐng)取看板，并將看板發(fā)放給車間；車間通過看板領(lǐng)取材料并進(jìn)行生產(chǎn)；當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，分析問題原因并反饋給設(shè)計(jì)部。

(3) 船東：系統(tǒng)應(yīng)輔助船東進(jìn)行采購計(jì)劃的審批；當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)通知船東協(xié)商解決。船東通過系統(tǒng)協(xié)調(diào)，對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。

(4) 供貨商：供貨商并不屬于船廠部門，但使用軟件能夠?qū)┴浬痰母偼稑?biāo)過程等進(jìn)行有效的管理，提高采購效率。

(5) 采購部門：在需求分析階段，進(jìn)行市場詢價(jià)；選擇供應(yīng)商并提交生產(chǎn)部門、船東等批準(zhǔn)；與供應(yīng)商談判并簽訂合同；執(zhí)行對材料的追蹤管理；分析采購過程是否存在風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)防范；無法防范時(shí)及時(shí)聯(lián)合供貨商、船東和質(zhì)檢部門共同處理；協(xié)同供貨商和質(zhì)檢部門對采購到物品進(jìn)行到貨檢驗(yàn)；驗(yàn)收貨物；統(tǒng)計(jì)采購過程總成本。

(6) 質(zhì)檢部門：質(zhì)量檢驗(yàn)部門對采購材料的質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量狀況進(jìn)行檢測并登記數(shù)據(jù)，制作質(zhì)量報(bào)表。

(7) 倉儲部門：庫存管理是倉儲部門管理的主要內(nèi)容。倉儲門部人員負(fù)責(zé)材料出入庫的管理和登記，并計(jì)算材料在倉儲過程中的損耗成本[3]。

1.2業(yè)務(wù)流程需求分析

1.2.1 業(yè)務(wù)流程概述

材料管理的制造范圍包括了材料需求分析、材料基本資料管理、材料采購管理、材料庫存管理、材料質(zhì)量控制、材料生產(chǎn)流動管理和材料成本核算環(huán)節(jié)。其業(yè)務(wù)流程需求如下。

(1) 需求階段。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)部門提出所需要材料的資材清單；生產(chǎn)部門根據(jù)設(shè)計(jì)部門的資材清單，制定生產(chǎn)的納期計(jì)劃，輸出采購納期表；根據(jù)采購納期表，采購部開始適時(shí)進(jìn)行市場詢價(jià)，供貨商開始報(bào)價(jià)。

(2) 采購訂貨階段。根據(jù)競標(biāo)結(jié)果，采購部選定供應(yīng)商并輸出供應(yīng)商評價(jià)表；船東和生產(chǎn)部根據(jù)既有經(jīng)驗(yàn)等，審核供貨商是否具有供貨資質(zhì)，若不具有，將返回納期計(jì)劃重新進(jìn)行競投標(biāo)；若同意，則由采購部與供貨商談判簽約，并輸出采購合同。

(3) 采購監(jiān)控階段。對采購執(zhí)行監(jiān)控是采購管理的重要環(huán)節(jié)，采購人員將根據(jù)材料、設(shè)備的重要程度設(shè)定檢查節(jié)點(diǎn)和檢查項(xiàng)目，確保供應(yīng)商能夠按時(shí)、按質(zhì)完成供應(yīng)任務(wù)，并將監(jiān)控信息及時(shí)公開、共享，形成采購看板。供貨商在按照合同組織生產(chǎn)的過程中，依據(jù)事先確定的檢驗(yàn)計(jì)劃對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)。在主要產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，船廠將派檢驗(yàn)員參與相關(guān)檢驗(yàn)，并詳細(xì)記錄檢驗(yàn)結(jié)果和處理意見。

(4) 到貨檢驗(yàn)。采購貨物回廠后，采購人員協(xié)同供應(yīng)商、船東、船檢、廠內(nèi)質(zhì)檢部門進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)問題，分析并及時(shí)協(xié)調(diào)解決；若檢驗(yàn)通過則進(jìn)入倉儲管理；根據(jù)檢驗(yàn)過程形成檢驗(yàn)報(bào)告，詳細(xì)記錄各個(gè)環(huán)節(jié)和單據(jù)，確保所有執(zhí)行活動可控、可查；隨同貨物的各類說明書、檢驗(yàn)證書等文檔資料必須查驗(yàn)，并歸檔保存。

(5) 庫存管理。驗(yàn)收合格后，倉儲部門進(jìn)行理貨、入庫工作，對貨物進(jìn)行標(biāo)識，確保貨物的可識別性；按照生產(chǎn)部門看板準(zhǔn)時(shí)發(fā)貨；保證所有出入庫活動可控、可查。

(6) 生產(chǎn)管理。設(shè)計(jì)部門根據(jù)圖紙方案和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行看板的編制，下發(fā)到生產(chǎn)部門；生產(chǎn)部門根據(jù)計(jì)劃，將看板準(zhǔn)時(shí)發(fā)到車間；車間憑借看板到庫房領(lǐng)取生產(chǎn)材料，進(jìn)行相應(yīng)工序的生產(chǎn)。生產(chǎn)產(chǎn)品經(jīng)質(zhì)檢部門檢驗(yàn)合格后，入庫作為下道工序生產(chǎn)材料。若生產(chǎn)產(chǎn)品不合格，需要由生產(chǎn)部門分析原因，作出整頓，同時(shí)由設(shè)計(jì)部門評估影響，并視影響程度進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整。

(7)成本核算。生產(chǎn)部門計(jì)算生產(chǎn)成本，采購部門計(jì)算采購環(huán)節(jié)成本，倉儲部門進(jìn)行庫存環(huán)節(jié)成本計(jì)算，從而對材料成本進(jìn)行總核算[4]。

1.2.2 材料管理業(yè)務(wù)流程總圖

材料管理詳細(xì)業(yè)務(wù)流程總圖如圖1所示。該圖覆蓋了某公司材料管理過程的主要階段，同時(shí)，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門、船東、供貨商、采購部門、質(zhì)監(jiān)部門和倉儲部門等相關(guān)部門在各階段中的具體業(yè)務(wù)過程與交互關(guān)系。材料管理以項(xiàng)目為單位，不同項(xiàng)目的材料不能合并在一起管理。物料跟蹤過程中以采購碼作為物料的唯一標(biāo)識，采購碼與物料一一對應(yīng)。采購碼作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)外維護(hù)(海洋工程方面有專門的系統(tǒng)維護(hù)采購碼)，以Excel文件格式導(dǎo)入系統(tǒng)中。采購碼的管理工作由設(shè)計(jì)部“系統(tǒng)維護(hù)人員”這一角色用戶完成。

2 系統(tǒng)原型建模

2.1 部門用例細(xì)化

為了讓系統(tǒng)更加符合企業(yè)的實(shí)際需求，需要對需求分析中各部門的職責(zé)進(jìn)行梳理和整合，分析其中哪些任務(wù)需要系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，哪些任務(wù)在線下進(jìn)行更加合理，然后根據(jù)梳理結(jié)果得到各個(gè)部門的用例細(xì)化結(jié)果，以便生成相應(yīng)的系統(tǒng)功能。部門用例細(xì)化情況如表1所示。

表1 部門用例細(xì)化表Table 1 Refinement of department use cases

2.2 各部門活動圖

部門活動圖主要是根據(jù)部門用例細(xì)化結(jié)果得出的，以系統(tǒng)用戶的形式表達(dá)出不同部門對系統(tǒng)的實(shí)際使用情況[5]，現(xiàn)以設(shè)計(jì)部門為例加以闡述。設(shè)計(jì)部門的活動圖如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能樹

由以上分析，構(gòu)建出由系列子功能模塊組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能樹圖，如圖3所示。

圖1 業(yè)務(wù)流程總圖Fig.1 Business process diagram

圖2 設(shè)計(jì)部門活動圖Fig.2 Activity diagram of design department

圖3 海洋工程建造項(xiàng)目材料管理軟件系統(tǒng)功能樹圖Fig.3 Functional tree diagram of the materials management system for ocean engineering projects

3 系統(tǒng)原型建模

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)選用Java語言，結(jié)合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)分為三層：用戶層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。

用戶層直接面向軟件使用者，對應(yīng)前階段中的細(xì)化用例和軟件活動圖。系統(tǒng)用戶包括設(shè)計(jì)(1SJ)、生產(chǎn)(2SC)、船東(3CD)、供貨(4GH)、采購(5CG)、質(zhì)檢(6ZJ)、倉儲(7CC)和領(lǐng)導(dǎo)層(AA)。

邏輯層是數(shù)據(jù)抽象的中間層，描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整體的邏輯結(jié)構(gòu)。這一層的數(shù)據(jù)抽象稱為邏輯數(shù)據(jù)模型(簡稱數(shù)據(jù)模型)。

數(shù)據(jù)層在三層結(jié)構(gòu)的最底層，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的直接訪問和直接管理，并提供數(shù)據(jù)的權(quán)限、存儲管理與多種輸出形式[6]。

數(shù)字化海洋平臺項(xiàng)目材料管理模塊系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖Fig.4 System data structure

3.2 系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)

(1) 用戶登錄界面設(shè)計(jì)。采用“用戶名-密碼”二級校驗(yàn)體制，用戶名和密碼為用戶預(yù)先得知；校驗(yàn)通過后，后臺識別用戶身份，調(diào)出相應(yīng)界面。

(2) 主界面設(shè)計(jì)。主界面是指用戶成功登陸后跳轉(zhuǎn)到的界面，主界面主要顯示各個(gè)模塊樹的分布，一個(gè)項(xiàng)目一般涉及到多個(gè)模塊，如項(xiàng)目進(jìn)度管理、成本管理、材料管理等。點(diǎn)擊各個(gè)模塊樹即可進(jìn)入相應(yīng)的模塊進(jìn)行操作。

(3) 料單編制界面設(shè)計(jì)。料單編制模塊供生產(chǎn)部門人員制作領(lǐng)料憑證所用。從設(shè)計(jì)部門接收看板，添加必要信息生成領(lǐng)料憑證并存儲于數(shù)據(jù)庫。料單編制界面包括“數(shù)據(jù)添加”、“數(shù)據(jù)修改”、“信息檢索”等多個(gè)功能，可以滿足實(shí)際材料管理過程中的大部分需求。通過對料單的制作以及后期的反饋和修改，可以及時(shí)有效地對生產(chǎn)過程中的材料進(jìn)行管理，并且可通過對材料物料碼的檢索實(shí)現(xiàn)快速的材料追溯。

(4) 倉儲管理頁面設(shè)計(jì)。倉儲管理頁面提供給倉儲工程師包括入庫憑證管理、出庫憑證管理、退庫憑證管理以及庫存管理在內(nèi)的所有圍繞倉儲管理的頁面功能，將傳統(tǒng)紙質(zhì)憑證錄入系統(tǒng)，更加易于保存、查詢和調(diào)用。庫存管理頁面可以根據(jù)入庫、出庫、退庫信息來統(tǒng)計(jì)材料庫存信息，以此來指導(dǎo)生產(chǎn)與采購。

(5) 領(lǐng)料控制頁面設(shè)計(jì)。領(lǐng)料憑證制作模塊供生產(chǎn)部門人員制作領(lǐng)料憑證所用。憑證可打印，通過紙質(zhì)憑證與電子憑證的對應(yīng)關(guān)系來杜絕跨程序領(lǐng)料造成的領(lǐng)料混亂現(xiàn)象，通過把領(lǐng)料單號設(shè)置成唯一性標(biāo)識來避免重復(fù)領(lǐng)料。

(6) 權(quán)限管理界面設(shè)計(jì)。一個(gè)完整的材料管理系統(tǒng)必須要有嚴(yán)格的權(quán)限制度，這樣可以保證不同部門之間的用戶互不干擾，避免因職責(zé)混亂而造成的責(zé)任制度的不明確。權(quán)限管理主要是規(guī)定用戶擁有哪些權(quán)限，而對于無權(quán)訪問的界面則實(shí)行不可查看或者可查看但不可編輯的權(quán)限設(shè)置[7]。

以上各主要界面實(shí)際效果圖如圖5所示。

圖5 主要界面實(shí)際效果圖Fig.5 Actual effect of the main interfaces

3.3 系統(tǒng)實(shí)例驗(yàn)證

在本系統(tǒng)開發(fā)完畢后，以某公司的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目為例進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。實(shí)例驗(yàn)證主要完成了以下工作：(1)通過系統(tǒng)進(jìn)行料單的編制、保存和檢索；(2)通過權(quán)限設(shè)置不同的用戶組，使不同部門的人員擁有不同的權(quán)限；(3)通過建立龐大的數(shù)據(jù)庫，簡單快捷地查看倉儲情況；(4)通過定義材料編號以及采辦料單號，準(zhǔn)確快速地檢索某種材料的入庫、出庫以及使用情況；(5)通過系統(tǒng)內(nèi)置的材料倉儲不足警告機(jī)制，將緊急情況及時(shí)反饋到生產(chǎn)部門以指導(dǎo)生產(chǎn)。

結(jié)果表明：采用本系統(tǒng)，可以明顯改善企業(yè)的材料管理效率以及質(zhì)量，使企業(yè)責(zé)任制度更加明確，材料的料單以及其他單據(jù)更加易于保存和檢索，同時(shí)也使材料的追溯更加易于實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 語

本文就目前國內(nèi)海洋工程企業(yè)材料管理普遍不足的現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行分析，以某公司的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目為背景，通過對企業(yè)的調(diào)研整理出企業(yè)需求，通過對需求的梳理和整合得出系統(tǒng)原型建模，針對目前通用的材料管理軟件無法滿足海洋工程企業(yè)流程可能改變的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，進(jìn)而依托Java語言，結(jié)合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)出基于SOA的原型系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了材料的智能化管理。這一研究對于提高海洋工程企業(yè)材料管理的水平有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。但由于不同企業(yè)之間材料管理流程存在差異，如何讓軟件更具普適性的問題還有待進(jìn)一步研究。

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ResearchonMaterialsManagementDigitalSystemofOffshorePlatform

LI Shu-min, HUANG Tai-an, YIN Bao-rui, ZHANG Xiao-gang, WANG Jia, LIU Xiao-fang, LI Yu-ming

[OffshorePetroleumEngineering(Qingdao)Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong266520,China]

Considering the low materials management efficiency and a serious shortage of informatization level in domestic offshore engineering enterprises, the significance of materials management is emphasized through the analysis of domestic and foreign advanced materials management theory. Taking the actual project of a company as the background, business demand for materials management is drawn through field investigation, and the structure of the management system is figured out based on the demand analysis. The structural modelling of the system is thus accomplished. Using Java language, combined with MyEclipse development environment and Oracle database, we develop a prototype system. The feasibility and validity of the system are testified through the demonstration of the actual project material management process.

offshore platform construction; digitalization; materials management; rational unified process

TP315

A

2095-7297(2015)02-0138-07

2015-03-01

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05026-002)

李淑民(1960—)，男，高級工程師，主要從事海洋工程設(shè)計(jì)和管理工作。