離散制造企業(yè)工裝全生命周期管理系統(tǒng)研究

王琦，任超

（金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司，北京 100028）

1 概述

在制造業(yè)中，把產(chǎn)品放入加工所必需用到的裝置叫做工藝裝備，簡稱工裝。工裝在離散制造業(yè)中是產(chǎn)品的質(zhì)量、周期和成本的關(guān)鍵因素?？茖W(xué)有效的管理工裝，對于提高企業(yè)生產(chǎn)率，降低成本，保障制造執(zhí)行系統(tǒng)的可靠性有著十分重要的意義。

在中國制造2025 戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，大型離散制造業(yè)蓬勃發(fā)展，工藝裝備的功能越來越復(fù)雜、需求時間越來緊急、品種類型越來越多，工裝的技術(shù)參數(shù)、管理參數(shù)和使用過程數(shù)據(jù)越來越大。在傳統(tǒng)的管理模式下，信息覆蓋不全、審批效率低下、數(shù)據(jù)共享困難、預(yù)警缺乏根據(jù)等問題越來越凸顯，成為制約生產(chǎn)的瓶頸問題。

借助數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)，引入全生產(chǎn)周期流程化的管理思想，解決制造業(yè)對工裝需求日益增加與工裝供給難以保障的矛盾，改變現(xiàn)有的管理模式，實(shí)現(xiàn)組件化工裝生命周期管理，實(shí)現(xiàn)敏捷化的生產(chǎn)準(zhǔn)備，支持輔助決策，支持信息共享，實(shí)現(xiàn)工裝的規(guī)范化、高效化管理，全面提升生產(chǎn)制造的效率，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提高企業(yè)的整體能力。

本文所選取的研究對象為某航空產(chǎn)品制造企業(yè)，是典型的多品種、變批量離散制造企業(yè)，基于企業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀和發(fā)展訴求，梳理業(yè)務(wù)流程關(guān)系，提出了較為全面的系統(tǒng)解決方案。重點(diǎn)針對工裝設(shè)計、制造、采購、庫存、日常使用等過程存在的問題，進(jìn)行工裝管理系統(tǒng)的專項(xiàng)研究。利用J2EE 平臺，按軟件工程的規(guī)范完成系統(tǒng)的總體架構(gòu)，將工裝生命周期按設(shè)計、制造、庫存、作業(yè)檢修等階段進(jìn)行組件化，并將其與該企業(yè)已有的信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)時、準(zhǔn)確地記錄工裝的狀態(tài)，保證工裝數(shù)據(jù)在各應(yīng)用系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)，保障各項(xiàng)工裝業(yè)務(wù)能夠與生產(chǎn)過程相互協(xié)同，提高各業(yè)務(wù)部門業(yè)務(wù)流程響應(yīng)能力，達(dá)到工裝管理的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。

2 系統(tǒng)理論依據(jù)

2.1 全生命周期管理

產(chǎn)品生命周期管理是一種先進(jìn)的管理理念和管理方法，能夠使管理者從全局把控產(chǎn)品的需求和成本，進(jìn)行全過程的協(xié)調(diào)和優(yōu)化。對于工裝而言，其產(chǎn)品全生命周期始于制造單位對工裝產(chǎn)品的需求，在通過評估后，完成工裝的設(shè)計和制造，交付用戶使用，最終工裝到壽報廢的整個過程，全生命周期過程需要對工裝需求的提出、工裝的設(shè)計制造及采購、中間存儲和使用過程和最后工裝報廢整個過程進(jìn)行管理和協(xié)同。

通過使用科學(xué)的方法，加強(qiáng)對過程源頭的控制，做到審批有據(jù)，計劃合理，才能從根本上杜絕浪費(fèi)。通過梳理流程，合理進(jìn)行軟件架構(gòu)，和企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)有效的集成，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)流動起來，才能形成完整的工裝工具全生命周期管理，壓縮工裝設(shè)計與制造的周期，減少車間生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，并降低工裝的閑置浪費(fèi)，降低企業(yè)在工裝部分的開銷。

2.2 業(yè)務(wù)組件化

業(yè)務(wù)組件化就是通過對業(yè)務(wù)域和業(yè)務(wù)流程的分析，將業(yè)務(wù)緊密并且相對獨(dú)立的一組流程、角色和數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和整合，形成一套完整的功能組件，并對外提供統(tǒng)一的輸入和輸入，通過建立組件之間的邏輯關(guān)系，形成整體的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。將業(yè)務(wù)流程分解到大的較為獨(dú)立的階段，這些階段可以形成關(guān)鍵的功能域，在大的階段中又有粗粒度的業(yè)務(wù)子流程或活動，這些內(nèi)容可以抽象為業(yè)務(wù)組件，業(yè)務(wù)組件既可以自治也可共同組裝來完成了流程的整合。這樣可以保證工裝系統(tǒng)的組件可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際業(yè)務(wù)選用其中一個或幾個組件使用，也可以同時全組件聯(lián)合實(shí)施。

工裝全生命周期活動可分成工裝的前期管理和工裝的后期管理兩部分。這個結(jié)構(gòu)統(tǒng)一和簡化了整個企業(yè)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能夠減少系統(tǒng)界面和接口，對系統(tǒng)運(yùn)行和長期的維護(hù)有重要的作用。前期管理是工裝胚胎期和成長期，主要業(yè)務(wù)是根據(jù)現(xiàn)場對于工裝的需求，進(jìn)行有計劃的工裝的采購和自制。工裝的采購一般是在企業(yè)ERP 采購系統(tǒng)完成，業(yè)務(wù)相對獨(dú)立，將采購管理設(shè)置為一個單獨(dú)的業(yè)務(wù)組件，功能為發(fā)起采購申請，跟蹤采購進(jìn)度，采購?fù)瓿珊筮M(jìn)行入庫操作，預(yù)留與ERP 采購系統(tǒng)的接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)互通。工裝的自制分為工裝設(shè)計和制造兩部分，需要分別派發(fā)工裝需求到設(shè)計部門和制造部門，發(fā)起的源頭與業(yè)務(wù)流程均不同，因此，將工裝自制分為設(shè)計和制造兩個業(yè)務(wù)組件進(jìn)行開發(fā)。

后期管理是工裝的成熟期和衰亡期，具體內(nèi)容包括工裝庫房管理、工裝現(xiàn)場作業(yè)及報廢退庫。工裝的庫存數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是一個任務(wù)繁雜、耗時巨大的工程，庫存管理是工裝系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)通工裝前期管理和后期管理的橋梁。首先進(jìn)行工裝的庫存建立是許多企業(yè)建設(shè)工裝管理系統(tǒng)的第一步，將庫存管理組件化，使庫存管理既能夠獨(dú)立于任何系統(tǒng)和模塊之外獨(dú)立上線運(yùn)行，又能夠通過數(shù)據(jù)上下打通，與采購接口、工裝制造組件進(jìn)行對接，進(jìn)行庫存數(shù)據(jù)的初始化是十分必要的。工裝作業(yè)管理是對工裝的出庫、入庫、修理、檢定等使用業(yè)務(wù)的管理，現(xiàn)場作業(yè)的基本模式為記錄業(yè)務(wù)單據(jù)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)改變庫存的數(shù)量及狀態(tài)。工裝的報廢管理也可歸入該模式，因此這些業(yè)務(wù)流程基本類似的功能可以聚合為工裝的現(xiàn)場作業(yè)組件。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 采購管理組件

外購工裝庫存不足需要補(bǔ)充采購時，由分廠填寫需求計劃，物資采購員錄入工裝品種信息，并編制采購需求計劃，通過集成組件，向ERP 采購系統(tǒng)推送采購需求，并可以實(shí)時監(jiān)控合同進(jìn)度和到貨情況。采購到貨后，再次通過集成組件，系統(tǒng)自動會通知需求方到中央庫房領(lǐng)料入庫，通過執(zhí)行入庫動作將采購單上的工裝轉(zhuǎn)固到臺帳中。

3.2 工裝設(shè)計管理組件

新制工裝時，需求單位在線填寫設(shè)計申請，提交給生產(chǎn)保障部門審批，計劃編制人員匯總?cè)舅械墓ぱb需求，平衡當(dāng)前在產(chǎn)工裝和在庫工裝，對必要的工裝需求進(jìn)行計劃編制，在編制完成計劃并經(jīng)過流程審核后，計劃員下達(dá)計劃，計劃信息通過集成組件推送給設(shè)計單位的PDM 系統(tǒng)，并在設(shè)計完成以后系統(tǒng)自動將相關(guān)信息放入工裝品種信息中。

3.3 工裝制造管理組件

新制工裝設(shè)計完成可以繼續(xù)進(jìn)行基于設(shè)計圖的制造過程的流轉(zhuǎn)，而對于復(fù)制工裝，則需要單獨(dú)提出制造申請。申請單經(jīng)過各單位和生產(chǎn)保障部門的審批后，由計劃員做需求匯總，并進(jìn)行計劃編制，計劃員將部分公司工裝制造部門因故無法生產(chǎn)的，制定外委計劃，外委給工裝的供應(yīng)商去做，其他部分下達(dá)給工裝制造部門。工裝制造部門通過集成組件反饋制造進(jìn)度，制造完成后系統(tǒng)通知各需求單位進(jìn)行工裝的領(lǐng)用，雙方完成交接手續(xù)后，使用單位進(jìn)行入庫登記，建立工裝臺賬。

3.4 工裝庫房管理組件

庫房管理還是工裝后期管理的開始，整個工裝作業(yè)管理操作都是建立在庫房狀態(tài)基礎(chǔ)之上的。庫房管理組件首先需要定義工裝的存放物理位置，包括帶有標(biāo)準(zhǔn)編碼的庫房、具體的貨架、層級和貨位。其次是管理庫房的權(quán)限，不同單位的工裝庫房管理人員管理相應(yīng)的庫房，而生產(chǎn)保障部門則需要查看全公司的庫房。最后是建立信息完備的庫存臺賬到相應(yīng)的庫房庫位中，可通過承接工裝制造組件的結(jié)果，將領(lǐng)用回來的工裝進(jìn)行登記，也可對存量工裝進(jìn)行一次性批量初始化建賬。

3.5 工裝現(xiàn)場作業(yè)管理組件

現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)管理是工裝管理的一個重點(diǎn)組件，它涵蓋了工裝使用期的全部業(yè)務(wù)流程。作業(yè)管理圍繞工裝臺賬為核心，覆蓋工裝日常的生產(chǎn)領(lǐng)用出庫和歸還流程、工裝報修和維修出入庫登記流程、計量送檢登記流程、刀具返磨登記流程、封存和啟封登記流程，記錄相關(guān)業(yè)務(wù)單據(jù)，并實(shí)現(xiàn)臺賬相應(yīng)狀態(tài)的動態(tài)變化。當(dāng)工裝因故無法繼續(xù)使用時，發(fā)起報廢申請流程，在有關(guān)單位進(jìn)行核實(shí)和確認(rèn)后，完成報廢銷賬和永久性出庫。

3.6 工裝監(jiān)控與分析組件

對于企業(yè)各級管理人員，需要實(shí)時的掌握工裝全生命周期的信息，包括前期請制流程的跟蹤和統(tǒng)計，入庫后各個分廠有工裝的詳細(xì)庫存信息，工裝利用率等管理上需要查看的信息和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，隨著工裝生命周期管理模塊的逐步建成，系統(tǒng)中也將獲得大量的可以追溯的現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)。將分析看板分為定額、質(zhì)量、成本和效率數(shù)據(jù)四大類進(jìn)行匯總統(tǒng)計，根據(jù)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場問題的關(guān)系形成利用率、消耗量評比、質(zhì)量評比和資金占用分析等指標(biāo)看板，通過系統(tǒng)能夠高效的、靈活的、準(zhǔn)確的進(jìn)行各項(xiàng)統(tǒng)計，幫助管理者發(fā)現(xiàn)和分析問題，提供解決問題的依據(jù)。

3.7 集成組件

工裝設(shè)計計劃下達(dá)后，工裝所組織進(jìn)行工裝設(shè)計，由工裝所計劃管理人員將設(shè)計及更改任務(wù)分配給各個設(shè)計室，然后由工裝設(shè)計室主任將設(shè)計及更改任務(wù)分配到個人。設(shè)計過程和審批過程是在PDM 系統(tǒng)中完成，因此，如果想實(shí)時了解到工裝的設(shè)計狀態(tài)，必須與PDM 集成。PDM 系統(tǒng)記錄工裝設(shè)計及更改的相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，用XML 格式提交到制造資源管理系統(tǒng)，便于管理人員及時掌握工裝設(shè)計狀態(tài)。

工裝生產(chǎn)狀態(tài)信息，如工藝施工、下料、下工段、完工移交等，通過接口從工裝制造部門生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)時寫入工裝管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在本系統(tǒng)中用戶可以查詢到工裝最新的生產(chǎn)狀態(tài)。

工裝采購狀態(tài)信息，生產(chǎn)保障部門將各車間上報的工裝需求匯總、庫存平衡，平衡后上報到生產(chǎn)指揮部進(jìn)行計劃平衡，平衡后列入采購計劃的工具通過數(shù)據(jù)接口直接進(jìn)入ERP 采購系統(tǒng)形成采購計劃，ERP 完成采購作業(yè)后，交運(yùn)行保障部門登帳，實(shí)物按采購計劃分發(fā)到各工廠入庫。

工裝管理系統(tǒng)需要為現(xiàn)場MES 系統(tǒng)提供生產(chǎn)過程所需工裝的庫存明細(xì)信息，做生產(chǎn)準(zhǔn)備檢查和出庫領(lǐng)用。MES 系統(tǒng)可以通過班產(chǎn)任務(wù)所需工裝清單，向工裝系統(tǒng)發(fā)起出庫請求，工裝管理員可按照MES系統(tǒng)提供工裝清單提前做好生產(chǎn)準(zhǔn)備，統(tǒng)一配送工裝。

4 結(jié)語

工裝管理系統(tǒng)既可以構(gòu)成一個獨(dú)立的系統(tǒng)，也可以與上層系統(tǒng)集成，為生產(chǎn)計劃以及PDM 等系統(tǒng)提供實(shí)時數(shù)據(jù)信息，作為公司信息化中的必要組成部分，有效的管理企業(yè)工裝資源，實(shí)時、準(zhǔn)確地掌握工具、工裝的即時狀態(tài)，提高了生產(chǎn)正常進(jìn)行和計劃穩(wěn)定性，扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程成本高、浪費(fèi)大的狀況，縮短工裝生產(chǎn)周期，同時保障產(chǎn)品的交付進(jìn)度，節(jié)約生產(chǎn)成本和庫存成本，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)競爭力。