制造企业智能决策管理案例

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[align=justify]美国成为制造业大国诞生了“泰勒管理”；日本成为制造业大国诞生了“丰田管理”；德国成为制造业大国，SAP、西门子等成为“信息化管理”的先驱。中国是世界制造业第一大国，却在工业管理领域毫无建树。中国不缺创新的需求、人才、技术和资金，最缺少的是“先进用户”。[align=justify] [align=justify]　　本文介绍我们在美国NOV公司实施系统管理软件工程的案例，把我们创新实践的体会与制造业企业关注“智能制造”的朋友分享。[align=justify]本文分两次刊出。这次主要介绍项目背景和项目实施过程。下一篇介绍系统原理、架构、功能，以及实施方法论。[align=justify]项目背景[align=justify]我们在美国NOV公司实施的“坤特管理系统”已经上线运行近两年了。这可能是中国知识产权的综合系统管理软件打入发达国家的第一个案例。之所以到现在我们才对外讲这个案例，是因为在过去近二十年做企业管理软件系统得到的经验教训。一个成功的有生命力的管理软件必须要经得住时间的考验。在工业企业有很多管理软件系统往往上线的时候还可以应对工厂的需求，但是一旦企业的市场及工厂环境变了（订单变了、生产资源变了），系统的效率就会大幅度降低，甚至无法正常运行。实践证明，一个好的管理系统必须对需求变化有很强的“鲁棒性”，经得起时间的检验，否则就不是一个具有普适性的管理软件。[align=justify]我们的团队由一批研究运筹学的专家组成，从事生产现场管理的研究至今已二十年。“坤特管理系统”（Quantitative Management System、QMS）诞生于2013年。在2012年，我们承担了科技部一个“863课题”的子项目，研究在大型装备制造企业应用APS（高级计划与排程）解决生产计划及调度的动态优化问题。其实，“坤特管理系统”的理论、系统架构以及功能设计的整体方案是在“863课题”结题后才完成的。在这个研究项目中，我们发现了APS在架构、模型和算法方面的一些致命问题。但是，当我们把这个创新的“坤特管理系统”向若干大企业推介的时候，普遍的问题是：你们有没有成功案例？有没有样板可以参观？找不到“小白鼠”，走投无路，只好到美国的企业去尝试。[align=justify]       在这里，我们不得不佩服美国人的创新意识。当我们把“坤特管理系统”向美国NOV公司的主管介绍时，他们首先关心的是，如果采用了这个创新产品，企业在同行业的竞争中会不会取得竞争优势，其次才是项目的成本和实施风险。[align=justify]

 

[align=justify]National Oilwell Varco（NOV）是世界“500强”跨国公司，由National，Oilwell，Varco三家油气技术公司合并而成，有150年的历史。总部位于德州休斯顿市大夏普镇。其主营业务包括深海，浅海，陆上钻采设备的制造、集成系统开发、井下工具及供应链解决方案。我们在NOV公司位于休斯顿的一个叫WLY的工厂实施这个项目。这是一个巨大的工厂，生产制造深水防喷器组，英文名叫BOP Stack。它的作用就是放在海上深水油井井口，防止井喷。产品大约高20米，重500吨，结构和工艺非常复杂。[align=justify]虽然美国人的创新意识很强，但是也不失其谨慎的作风。首先，他们让我们做一个试点看看效果。于是，从2015年7月到11月我们在WLY的闸板车间实施了车间调度系统。这个车间是他们管理最困难的车间之一。由于这个调度系统效果明显，这个时候才进入到商务阶段。在这个时候，WLY的管理系统正在从Glovia ERP系统过渡到XXX ERP。XXX公司是美国一家最著名的ERP供应商。于是，WLY提出了由我们和XXX公司以同样的需求、环境、数据的条件下进行竞争这个项目。通过三次激烈的竞争，我们拿到这个合同。[align=justify]在第一阶段闸板车间调度系统基础，WLY项目分了两期完成。第一期，从2016年2月到2016年8月。这一期我们完成了它所有的各个车间独立的调度系统，例如机加，焊接，喷漆，初级组装，质检等。第二期，从2016年11月启动，到2017年1月15号结束。在各个车间实现了车间调度后，又为整个工厂做各个车间之间的整合，以及工厂从接到订单，到采购、库存、投产等一系列的生产计划层面的管理模块的上线，以及完成了与企业原有的ERP、MES、PDM等软件系统的集成。[align=justify]项目在2017年春节前得到NOV集团公司的验收，并获得了高度评价：“The utilization of theScheduling Optimizer is driving us to improve our discipline and causing aculture change”  。[align=justify] [align=justify]项目简况[align=justify]在我们实施“坤特管理系统”的时候，正值国际石油价格低迷，整个行业效益下滑，石油设备供应商利润微薄，企业经营情况不好的时候。这个时候是否需要进行企业管理的改革？对这一点的认识，美国企业与中国企业也有很大的不同。我们的企业在市场旺盛的时候，即使企业管理水平不是很好，照样可以盈利，没有必要做管理变革。当企业效益不好的时候，又没钱或者不愿意掏钱做管理改善。美国企业NOV认为越是市场萧条的时候，企业越是裁减人员的时候，越应该抓住时机进行管理升级，因为这个时期项目实施的机会成本最小。[align=justify]虽然NOV是世界最大最具实力的石油钻井装备供应商之一。但是从管理层面说也存在很多棘手的问题。NOV属于高度离散性的制造企业。产品高度定制化。在项目实施前，工厂产能浪费严重，工厂的产能利用率只有36%；中长期计划形同虚设，计划产能远大于实际产能；近78%的工单延误，严重影响了客户满意度。NOV上线了很多信息化管理系统，ERP、MES、PDM、PLM等等。生产计划和车间调度依然是人工经验和Excel的方式操作。由于产品全部是客户定制化的，所以在生产过程中需要反复与设计、客户、供应链多方面协调；再加上生产过程中插单、撤单、异常、例外事件不断发生，工厂的管理人员天天如同“救火队”忙于处理各种各类的问题。[align=justify]WLY是全世界仅有的几个能够生产深水防喷器的厂家之一，有15个生产型车间和服务型车间。在做完闸板车间基础，我们把与生产密切相关的10个车间/部门帅选出来分别上线了定制化的的车间调度管理系统。这一点与传统的APS有很大不同。不同的车间/设备、不同的工艺、不同的物料转移路线和拆分合并过程以及不同的约束条件，不可能用一个模型和一个算法实现车间的调度优化。因此，我们很对特定的场景和需求设计了不同的模型和优化求解算法。例如在闸板，阀门，控制器，焊接，质检，喷漆，初级组装，整机组装等各个车间上线不同逻辑的调度系统，实现车间内部产能最大化，局部达到最优或次优。

 

[align=justify]图示是WLY的生产结构和组织流程。在第二期实施过程，我们完成了从下往上由各个车间加工生产、流转，然后通过部件装配、总装配完成整个产品的生产管理控制。在工厂层面的管理功能，包括了生产计划、投产、采购、市场销售、库存等业务部门。我们系统的实施是从底层的零部件加工、机加车间开始，逐渐向上层组装，自下而上实现全工厂完整的管理系统，最终实现全集团性生产运营管理解决方案。[align=justify]自下而上和自上而下是“坤特管理系统”两条不同的实施路径。由于美国NOV公司的数据环境非常好，具备自下而上实施整体信息化管理的基础。如果企业的数据环境不是很完善，从底层开始实施数字化管理会非常吃力且需要很长时间的数据完善和适应；这种情况下，自上而下的实施路径将是效率更好的一种模式。[align=justify]坤特管理系统认为，凡是企业正在正常应用的管理软件系统都积累沉淀了很多企业的知识和经验，必须和这些软件实施系统集成。WLY经过多年的信息化建设已经实施了ERP，MES，PDM，PLM，SCM等很多软件系统，坤特管理系统通过与它们集成，形成了一套全工厂的数字管理系统。关于系统集成的方法，我们大多采用了“中间件”或者叫做“中间库”。由于各个管理软件系统都有自己的管理逻辑，谁都不敢冒然开放端口让别人读写。所以，凡是需要交换的数据统一调入“中间库”，再由各个管理系统各取所需。[align=justify]从工厂的整个管理体系上，我们主要是做了中长期企业生产计划管理和短期计划管理。[align=justify]中长期计划管理过去是由ERP管理，现在由坤特管理系统接管，其功能包括：[align=justify]实现了与所有的各个生产车间短期计划的协同。[align=justify]通过ATP检查和设置（安全库存、在途库存，在产库存，已下达采购订单，以及已限制使用冻结的库存）、并且进行以订单交付最少延期为目标的优化计算，提供销售订单完工时间，采购订单需求/采购时间，投产工单的投产时间。[align=justify]实现了中长期、全覆盖的设备利用率可视化。[align=justify]订单关键路径分析和可视化。[align=justify]仿真优化分析，订单接单的预评估等等。[align=justify]我们从ERP的MRP获得需要加工生产的工单信息，再从MES的生产反馈获得所有生产作业完成的实际情况，坤特管理系统需要制定短期生产计划也就是车间的生产调度计划。这个短期生产计划的优化目标与中长期生产计划不同，它是按照各个车间产能最大化为目标制定的。短期生产计划提供周计划。根据周计划，各个车间可以提前准备相应的工装、卡具、刀具、辅料等等。更重要的是短期计划中的日计划。这个生产计划确定了每天各个工位/工人的作业计划。同时，短期生产计划管理模块还可以进行工单性能分析时刻跟踪和工单健康状况的检查。[align=justify]下面展示部分实际功能模块的界面。[align=justify]这是车间调度管理界面，可以提供设备甘特图管理车间产能。

 

       这是管理车间派工、指挥生产现场作业的界面

 

[align=justify]工单监测，根据现场反馈实时监测工单生产的健康状况

 

[align=justify]销售订单甘特，跟踪订单状态，交期可视化

 

[align=justify]企业产能管理，管理企业的中长期产能规划

 

投产管理根据产能合理安排投产计划

 

        这是系统仿真界面，可以做订单评估、产能预估等分析

 

[align=justify]“坤特管理系统”通过近两年的实际运行，已经成为了整个WLY厂从经理到主管，从生产计划员、调度员到采购员都离不开的一个系统。从用户给出的报告来看，所有部门产能与上线之前都提升了28%以上，尤其是机加车间的产能利用率可以达到80%；订单生产周期缩短三分之一；人均创造价值比过去增加了62.5%。重要的是大大提高了客户满意度，也就是订单的按时交付率。现在企业绝大多数订单都能满足按时交付。即使订单交付延期，企业也清清楚楚知道是什么原因。[align=justify]下图是WLY所有涉及应用“坤特管理系统”的部门和人员。

 

[align=justify]平均每天有45人使用该系统，占生产管理相关员工的85%。平均每天登陆次数55次，坤特管理系统内部每天产生数据量超过300兆。事实上，“坤特管理系统”涉及到全工厂与生产直接相关的所有人员，包括车间第一线的员工以及进、销、存、人、财、物等等这些业务管理方面的人员。例如，系统中有一个模块“Programmer”。WLY有很多自动化程度很高的设备，在生产加工前需要编程送给PLC，设备根据PLC指令运行作业。所以他们有若干名程序员负责编程。派给程序员需要编程的任务很多，而且生产现场是经常出现例外的。如果程序员不知道编程任务的轻重缓急，就会造成机器的等待，影响车间的产能。通过“Programmer”告诉程序员做事的顺序，就可减少这种低效。[align=justify]“坤特管理系统”本质上是企业的智能决策系统。系统的上线让所有管理人员的工作强度大幅度降低，因此极大地解放了“白领”。在车间层面的调度管理员原先有25人，经过一段时间的系统运行，这个岗位逐步减少，从25人减少到现在由总调度员1人兼顾就行了。[align=justify]NOV在全球有几十个工厂，他们有一个两百多人的IT团队。WLY工厂项目的成功应用后，我们给他们的IT团队开放了API接口，由他们再向集团其他工厂实施。[align=justify]NOV就是本文前面说的“先进用户”。我们感谢NOV。一个管理系统的理论创新和实际的应用有着很大的距离。运筹学领域每年发表成千上万的优秀论文，但是真正能够用于实践的寥寥无几。我们也是在WLY工厂实施的过程中，做了大量的研究试验，才最终将“坤特管理系统”完善，并基本实现了标准化和模块化。陆续我们又在美国和国内做了若干项目。[align=justify]中国是制造业大国，理应在工业管理领域对世界做出贡献。创新具有中国特色的管理理论和系统工具是我们做工业管理和软件人的理想。这需要很多“先进用户”的支持，也需要很多有理想的人共同努力。每一次工业革命及其伴随的工业管理的变革都极大地提升了效率.工业管理变革的本质体现在人在工业系统中的价值。“泰勒管理“年代,工人就是一台干活的设备；“丰田管理”让工人参与到管理中；“信息化管理”的信息化和自动化技术极大地解放了“蓝领”；在新一轮的工业革命中，我们有理由相信，解放“白领”，让管理知识、技术、经验自动化和智能化将是努力的方向。