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制造企業智能決策管理案例

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2019-11-13 來源:Q管理

   美國成為制造業大國誕生了“泰勒管理”;日本成為制造業大國誕生了“豐田管理”;德國成為制造業大國,SAP、西門子等成為“信息化管理”的先驅。中國是世界制造業第一大國,卻在工業管理領域毫無建樹。中國不缺創新的需求、人才、技術和資金,最缺少的是“先進用戶”。

 

  本文介紹我們在美國NOV公司實施系統管理軟件工程的案例,把我們創新實踐的體會與制造業企業關注“智能制造”的朋友分享。

本文分兩次刊出。這次主要介紹項目背景和項目實施過程。下一篇介紹系統原理、架構、功能,以及實施方法論。

項目背景

我們在美國NOV公司實施的“坤特管理系統”已經上線運行近兩年了。這可能是中國知識產權的綜合系統管理軟件打入發達國家的第一個案例。之所以到現在我們才對外講這個案例,是因為在過去近二十年做企業管理軟件系統得到的經驗教訓。一個成功的有生命力的管理軟件必須要經得住時間的考驗。在工業企業有很多管理軟件系統往往上線的時候還可以應對工廠的需求,但是一旦企業的市場及工廠環境變了(訂單變了、生產資源變了),系統的效率就會大幅度降低,甚至無法正常運行。實踐證明,一個好的管理系統必須對需求變化有很強的“魯棒性”,經得起時間的檢驗,否則就不是一個具有普適性的管理軟件。

我們的團隊由一批研究運籌學的專家組成,從事生產現場管理的研究至今已二十年。“坤特管理系統”(Quantitative Management System、QMS)誕生于2013年。在2012年,我們承擔了科技部一個“863課題”的子項目,研究在大型裝備制造企業應用APS(高級計劃與排程)解決生產計劃及調度的動態優化問題。其實,“坤特管理系統”的理論、系統架構以及功能設計的整體方案是在“863課題”結題后才完成的。在這個研究項目中,我們發現了APS在架構、模型和算法方面的一些致命問題。但是,當我們把這個創新的“坤特管理系統”向若干大企業推介的時候,普遍的問題是:你們有沒有成功案例?有沒有樣板可以參觀?找不到“小白鼠”,走投無路,只好到美國的企業去嘗試。

       在這里,我們不得不佩服美國人的創新意識。當我們把“坤特管理系統”向美國NOV公司的主管介紹時,他們首先關心的是,如果采用了這個創新產品,企業在同行業的競爭中會不會取得競爭優勢,其次才是項目的成本和實施風險。

 

 

National Oilwell Varco(NOV)是世界“500強”跨國公司,由National,Oilwell,Varco三家油氣技術公司合并而成,有150年的歷史。總部位于德州休斯頓市大夏普鎮。其主營業務包括深海,淺海,陸上鉆采設備的制造、集成系統開發、井下工具及供應鏈解決方案。我們在NOV公司位于休斯頓的一個叫WLY的工廠實施這個項目。這是一個巨大的工廠,生產制造深水防噴器組,英文名叫BOP Stack。它的作用就是放在海上深水油井井口,防止井噴。產品大約高20米,重500噸,結構和工藝非常復雜。

雖然美國人的創新意識很強,但是也不失其謹慎的作風。首先,他們讓我們做一個試點看看效果。于是,從2015年7月到11月我們在WLY的閘板車間實施了車間調度系統。這個車間是他們管理最困難的車間之一。由于這個調度系統效果明顯,這個時候才進入到商務階段。在這個時候,WLY的管理系統正在從Glovia ERP系統過渡到XXX ERP。XXX公司是美國一家最著名的ERP供應商。于是,WLY提出了由我們和XXX公司以同樣的需求、環境、數據的條件下進行競爭這個項目。通過三次激烈的競爭,我們拿到這個合同。

在第一階段閘板車間調度系統基礎,WLY項目分了兩期完成。第一期,從2016年2月到2016年8月。這一期我們完成了它所有的各個車間獨立的調度系統,例如機加,焊接,噴漆,初級組裝,質檢等。第二期,從2016年11月啟動,到2017年1月15號結束。在各個車間實現了車間調度后,又為整個工廠做各個車間之間的整合,以及工廠從接到訂單,到采購、庫存、投產等一系列的生產計劃層面的管理模塊的上線,以及完成了與企業原有的ERP、MES、PDM等軟件系統的集成。

項目在2017年春節前得到NOV集團公司的驗收,并獲得了高度評價:“The utilization of theScheduling Optimizer is driving us to improve our discipline and causing aculture change”  。

 

項目簡況

在我們實施“坤特管理系統”的時候,正值國際石油價格低迷,整個行業效益下滑,石油設備供應商利潤微薄,企業經營情況不好的時候。這個時候是否需要進行企業管理的改革?對這一點的認識,美國企業與中國企業也有很大的不同。我們的企業在市場旺盛的時候,即使企業管理水平不是很好,照樣可以盈利,沒有必要做管理變革。當企業效益不好的時候,又沒錢或者不愿意掏錢做管理改善。美國企業NOV認為越是市場蕭條的時候,企業越是裁減人員的時候,越應該抓住時機進行管理升級,因為這個時期項目實施的機會成本最小。

雖然NOV是世界最大最具實力的石油鉆井裝備供應商之一。但是從管理層面說也存在很多棘手的問題。NOV屬于高度離散性的制造企業。產品高度定制化。在項目實施前,工廠產能浪費嚴重,工廠的產能利用率只有36%;中長期計劃形同虛設,計劃產能遠大于實際產能;近78%的工單延誤,嚴重影響了客戶滿意度。NOV上線了很多信息化管理系統,ERP、MES、PDM、PLM等等。生產計劃和車間調度依然是人工經驗和Excel的方式操作。由于產品全部是客戶定制化的,所以在生產過程中需要反復與設計、客戶、供應鏈多方面協調;再加上生產過程中插單、撤單、異常、例外事件不斷發生,工廠的管理人員天天如同“救火隊”忙于處理各種各類的問題。

WLY是全世界僅有的幾個能夠生產深水防噴器的廠家之一,有15個生產型車間和服務型車間。在做完閘板車間基礎,我們把與生產密切相關的10個車間/部門帥選出來分別上線了定制化的的車間調度管理系統。這一點與傳統的APS有很大不同。不同的車間/設備、不同的工藝、不同的物料轉移路線和拆分合并過程以及不同的約束條件,不可能用一個模型和一個算法實現車間的調度優化。因此,我們很對特定的場景和需求設計了不同的模型和優化求解算法。例如在閘板,閥門,控制器,焊接,質檢,噴漆,初級組裝,整機組裝等各個車間上線不同邏輯的調度系統,實現車間內部產能最大化,局部達到最優或次優。

 

圖示是WLY的生產結構和組織流程。在第二期實施過程,我們完成了從下往上由各個車間加工生產、流轉,然后通過部件裝配、總裝配完成整個產品的生產管理控制。在工廠層面的管理功能,包括了生產計劃、投產、采購、市場銷售、庫存等業務部門。我們系統的實施是從底層的零部件加工、機加車間開始,逐漸向上層組裝,自下而上實現全工廠完整的管理系統,最終實現全集團性生產運營管理解決方案。

自下而上和自上而下是“坤特管理系統”兩條不同的實施路徑。由于美國NOV公司的數據環境非常好,具備自下而上實施整體信息化管理的基礎。如果企業的數據環境不是很完善,從底層開始實施數字化管理會非常吃力且需要很長時間的數據完善和適應;這種情況下,自上而下的實施路徑將是效率更好的一種模式。

坤特管理系統認為,凡是企業正在正常應用的管理軟件系統都積累沉淀了很多企業的知識和經驗,必須和這些軟件實施系統集成。WLY經過多年的信息化建設已經實施了ERP,MES,PDM,PLM,SCM等很多軟件系統,坤特管理系統通過與它們集成,形成了一套全工廠的數字管理系統。關于系統集成的方法,我們大多采用了“中間件”或者叫做“中間庫”。由于各個管理軟件系統都有自己的管理邏輯,誰都不敢冒然開放端口讓別人讀寫。所以,凡是需要交換的數據統一調入“中間庫”,再由各個管理系統各取所需。

從工廠的整個管理體系上,我們主要是做了中長期企業生產計劃管理和短期計劃管理。

中長期計劃管理過去是由ERP管理,現在由坤特管理系統接管,其功能包括:

實現了與所有的各個生產車間短期計劃的協同。

通過ATP檢查和設置(安全庫存、在途庫存,在產庫存,已下達采購訂單,以及已限制使用凍結的庫存)、并且進行以訂單交付最少延期為目標的優化計算,提供銷售訂單完工時間,采購訂單需求/采購時間,投產工單的投產時間。

實現了中長期、全覆蓋的設備利用率可視化。

訂單關鍵路徑分析和可視化。

仿真優化分析,訂單接單的預評估等等。

我們從ERP的MRP獲得需要加工生產的工單信息,再從MES的生產反饋獲得所有生產作業完成的實際情況,坤特管理系統需要制定短期生產計劃也就是車間的生產調度計劃。這個短期生產計劃的優化目標與中長期生產計劃不同,它是按照各個車間產能最大化為目標制定的。短期生產計劃提供周計劃。根據周計劃,各個車間可以提前準備相應的工裝、卡具、刀具、輔料等等。更重要的是短期計劃中的日計劃。這個生產計劃確定了每天各個工位/工人的作業計劃。同時,短期生產計劃管理模塊還可以進行工單性能分析時刻跟蹤和工單健康狀況的檢查。

下面展示部分實際功能模塊的界面。

這是車間調度管理界面,可以提供設備甘特圖管理車間產能。

 

       這是管理車間派工、指揮生產現場作業的界面

 

工單監測,根據現場反饋實時監測工單生產的健康狀況

 

銷售訂單甘特,跟蹤訂單狀態,交期可視化

 

企業產能管理,管理企業的中長期產能規劃

 

投產管理根據產能合理安排投產計劃

 

        這是系統仿真界面,可以做訂單評估、產能預估等分析

 

“坤特管理系統”通過近兩年的實際運行,已經成為了整個WLY廠從經理到主管,從生產計劃員、調度員到采購員都離不開的一個系統。從用戶給出的報告來看,所有部門產能與上線之前都提升了28%以上,尤其是機加車間的產能利用率可以達到80%;訂單生產周期縮短三分之一;人均創造價值比過去增加了62.5%。重要的是大大提高了客戶滿意度,也就是訂單的按時交付率。現在企業絕大多數訂單都能滿足按時交付。即使訂單交付延期,企業也清清楚楚知道是什么原因。

下圖是WLY所有涉及應用“坤特管理系統”的部門和人員。

 

平均每天有45人使用該系統,占生產管理相關員工的85%。平均每天登陸次數55次,坤特管理系統內部每天產生數據量超過300兆。事實上,“坤特管理系統”涉及到全工廠與生產直接相關的所有人員,包括車間第一線的員工以及進、銷、存、人、財、物等等這些業務管理方面的人員。例如,系統中有一個模塊“Programmer”。WLY有很多自動化程度很高的設備,在生產加工前需要編程送給PLC,設備根據PLC指令運行作業。所以他們有若干名程序員負責編程。派給程序員需要編程的任務很多,而且生產現場是經常出現例外的。如果程序員不知道編程任務的輕重緩急,就會造成機器的等待,影響車間的產能。通過“Programmer”告訴程序員做事的順序,就可減少這種低效。

“坤特管理系統”本質上是企業的智能決策系統。系統的上線讓所有管理人員的工作強度大幅度降低,因此極大地解放了“白領”。在車間層面的調度管理員原先有25人,經過一段時間的系統運行,這個崗位逐步減少,從25人減少到現在由總調度員1人兼顧就行了。

NOV在全球有幾十個工廠,他們有一個兩百多人的IT團隊。WLY工廠項目的成功應用后,我們給他們的IT團隊開放了API接口,由他們再向集團其他工廠實施。

NOV就是本文前面說的“先進用戶”。我們感謝NOV。一個管理系統的理論創新和實際的應用有著很大的距離。運籌學領域每年發表成千上萬的優秀論文,但是真正能夠用于實踐的寥寥無幾。我們也是在WLY工廠實施的過程中,做了大量的研究試驗,才最終將“坤特管理系統”完善,并基本實現了標準化和模塊化。陸續我們又在美國和國內做了若干項目。

中國是制造業大國,理應在工業管理領域對世界做出貢獻。創新具有中國特色的管理理論和系統工具是我們做工業管理和軟件人的理想。這需要很多“先進用戶”的支持,也需要很多有理想的人共同努力。

每一次工業革命及其伴隨的工業管理的變革都極大地提升了效率.工業管理變革的本質體現在人在工業系統中的價值。“泰勒管理“年代,工人就是一臺干活的設備;“豐田管理”讓工人參與到管理中;“信息化管理”的信息化和自動化技術極大地解放了“藍領”;在新一輪的工業革命中,我們有理由相信,解放“白領”,讓管理知識、技術、經驗自動化和智能化將是努力的方向。 

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