壓縮機企業生產物流協同平臺的設計與實現

孫家坤王平凡房慧娟

(1.山東建筑大學管理工程學院,山東濟南250101；2.山東新思軟件有限公司,山東 濟南250014)

0 引言

企業生產物流是指企業內部為確保生產需要而產生的物流活動,對于保障生產、降低物流成本、縮短交付期具有重要作用[1-2]。石化壓縮機是典型的大型裝備,是石化裝置的關鍵設備,廣泛應用于石化氣體的開采、運輸、儲存、加工等多個環節[3-4]。面對日益激烈和復雜的市場競爭,石化壓縮機企業對產品交期、物流成本和產品追溯等方面的要求更加嚴格,生產物流越來越成為制約企業競爭力提升的重要因素。

我國關于生產物流管理的研究最早始于1992年,丁淑蘭[5]在總結美國聯合收割機廠生產物流管理方法的基礎上,闡述了國內企業加強生產物流管理的必要性。由于大型裝備與制造企業與一般的制造型企業相比,具有產品結構復雜、定制化程度高、生產制造過程復雜、周期長等特點,其生產物流管理相比一般的制造型企業更加復雜[6],國內早期有關生產物流管理的研究多集中在一般的制造型企業,關于大型裝備制造企業生產物流管理的研究成果相對較少。近年來,隨著國內相關研究的不斷深入,以及市場競爭環境的不斷變化,越來越多的大型裝備制造企業開始重視生產物流管理的研究與應用。戴博[7]針對高端裝備制造企業提出了智能物流管理模式,其有助于提高高端裝備制造企業物流管理水平。車明波[8]通過對某船業公司生產物流管理實際的改善活動,提出了與大型裝備制造企業生產物流改善相關的方法和步驟,對大型裝備制造企業生產物流管理改進具有一定參考價值。與此同時,隨著互聯網與信息技術的發展,企業逐漸開始重視生產物流管理系統的實施與應用。徐杰等[9]設計了現代制造業生產物流管理信息系統,并分析了該系統的業務運作和管理模式。戴博等[6]以國內一家世界五百強裝備制造企業為例,設計了面向裝備制造企業的生產物流系統,并在該企業取得良好的應用。

成壓公司是我國國產往復活塞式壓縮機專業生產廠,其多種產品填補了國內多項空白,產品銷售遍及全國多個省、市、自治區的油田市場和部分國際市場。近年來,隨著企業的發展,訂單量不斷增加,生產物流方面相關問題逐漸顯現,如賬實不符、物料狀態不透明、物料歸屬不明確、不齊套等問題成為制約企業生產和訂單交付的重要因素。企業亟需通過提高生產物流管理水平,進一步提高產品交付能力和交付質量,降低物流成本,以保持在國內市場的競爭優勢。

1 需求分析及業務流程改進

1.1 存在的問題及需求分析

目前,成壓公司生產物流管理主要涉及采購、倉儲、生產等部門的協同作業,其中采購部門負責物料收貨與送檢,倉儲部門主要負責質檢合格物料的出入庫及保管,而生產部門根據生產需要自行到倉庫領料。基于對其業務流程與作業方法的調研、分析,發現該企業當前在生產物流管理存在如下問題和需求:

(1)在采購收貨環節,由于缺乏有效的技術手段支持,物料進廠后需要由采購員到倉儲中心現場簽收并協調各方工作,質檢合格后仍需要采購員先辦理企業資源規劃ERP(Enterprise Resource Planning)入庫憑證,再到倉儲中心現場協調庫管員入庫。收貨效率低、物料不能及時入庫,不僅造成收貨區積壓、庫存信息不準確,還影響到了生產計劃的編制以及生產裝配的執行。需要對業務流程進行優化,應用可視化、條碼化等手段加強現場管理,應用信息化手段實現各部門間信息協同,應用移動終端提高現場作業效率。

(2)在出入庫和庫內作業環節,庫管員需要持各類紙質單據至現場進行作業,事后將執行結果統一錄入系統,作業效率低、實時性差、易出錯。同時,現場作業情況與異常信息無法實時監控與反饋,各類管理報表需要線下人工生成,制約了管理效率和水平的提高。需要通過移動終端的廣泛深入應用,改進作業方法,提高作業效率,保證庫存數據的實時性,同時對作業情況進行實時監控,對業務數據實現自動統計與分析。

(3)在領料環節,目前由各生產班組長安排專人去倉庫領料,各班組為保證自身進度,常出現屯料與物料借用等情況,最終造成生產現場物料堆積與缺料并存,影響生產進度。因此,企業需要在提高生產物流管理水平的基礎上,改領料制為配送制,基于生產計劃與現場實際需求進行物料配送,減少現場物料堆積。

基于以上分析,針對企業當前生產物流管理業務流程不清晰、執行過程缺乏支撐工具、信息不透明、實時性差等問題,需要優化業務流程,改進作業方法,應用射頻識別 RFID(RadioFrequency Identification)、移動互聯等技術[10-11],建設統一的生產物流協同平臺,打造符合企業特點的精益化、信息化、敏捷化的生產物流管理模式,實現物流和信息流的統一管理及各部門高效協同與移動化作業。

1.2 業務流程的改進

針對當前業務流程與執行過程中存在的問題,通過會議與現場調研,繪制現行業務流程圖,并在此基礎上,通過關鍵用戶訪談、5W1H(何事、何因、何地、何時、何人、何法)、ECRS(取消、合并、重排、簡化)等方法[12],結合企業實際,對現行業務流程進行分析與改進。文章以采購收貨業務流程改進的過程為例進行說明。

根據實際調研情況,繪制現行采購收貨業務流程如圖1所示。

圖1 現行采購收貨業務流程圖

對現行采購收貨業務流程中各環節逐一進行提問并改進,以配送接收環節為例,給出具體提問和改進過程,見表1。

表1 對配送接收環節進行提問與改善表

改進后的采購收貨業務流程圖如圖2所示。

圖2 改進的采購收貨業務流程圖

改進后的采購收貨業務流程為:

(1)供應商發貨、物料到廠后,系統自動將收貨任務推送至物資中心庫管員,提醒其進行采購收貨。庫管員到達收貨區,使用手持機掃描送貨單條碼,系統帶出采購訂單信息,經現場清點、檢查無誤后進行收貨操作,生成物料收貨憑證。

(2)采購物料收貨后,系統根據物料的質檢屬性,向質檢部門推送質檢任務,由質檢員對物料進行檢驗。自制物料由駐各分廠的質檢員現場檢驗,質檢合格的物料由庫管員辦理入庫。

(3)辦理入庫時,庫管員首先使用手持機掃描物料條碼與托盤RFID標簽進行綁盤。綁盤后系統將根據物料屬性自動生成推薦庫位和叉車任務。對于需要儲存在自動化立庫和自動化回轉庫的物料,庫管員可使用移動端對其進行控制。上架完成并由庫管員確認后,系統關閉入庫任務,生成物料入庫憑證。

改進后的采購收貨流程,將主要責任人由采購員改變為庫管員；將配送接收和質檢通知合并,將入庫通知和入庫上架環節合并,改由系統生成相關任務直接指導現場作業；將辦理ERP入庫憑證與實物入庫進行合并和簡化,改為現場實際作業結束時調用與ERP系統的接口,自動辦理ERP入庫憑證；改進了信息傳遞方式,質檢通知、質檢結果、入庫通知等各類信息通過線上傳遞；改進了作業方式,由線下手工作業改為線上移動端作業。改進后的流程通過實時業務數據驅動現場移動化作業,可以減少人員四處去協調工作,減少各環節之間的等待,提高采購收貨效率,保障賬實相符。

改進后的總體流程如圖3所示,其具體流程為:

(1)庫內作業 如盤點、月結、整理等,由系統根據業務規則自動生成或由人工創建相應作業任務,由庫管員使用移動端現場作業,系統自動記錄作業過程、統計作業結果。

(2)配送計劃 由系統根據車間作業計劃以及需求部門手工提交的臨時要料需求計算生成。配送計劃鎖定后通過系統傳遞至倉儲部門并計算生成揀配任務,庫管員使用移動終端,根據系統指令進行揀貨、配貨、綁盤等操作。

(3)物料揀配 完成后將進入配送區,按照物料配送地點集中存放,等待配送。通過對倉庫現場、轉運工具、包裝容器的目視化和RFID改造,提高標識的可識別性,提升配送作業的準確性和作業效率。

(4)根據不同物料配送屬性,按照配送時區或生產現場的拉動信號(如電子看板等)進行出庫,實現推拉結合的精確配送,在保證物料配送準確性、及時性的同時,避免造成生產現場的物料積壓。出庫時,系統向庫管員自動推送出庫任務,庫管員使用移動端進行出庫操作。

(5)物料出庫后,系統生成車間接收作業任務,待物料送達車間現場,由車間物料管理員通過移動端驗收,系統關閉相關任務。

通過業務流程改進,將采購收貨業務劃歸倉儲部門,可以減少部門間的交接手續,提高流程效率；改領料制為配送制,物料需求由系統計算生成或由管理人員線上提交,可以提高生產物流管理的計劃性與規范性,減少生產現場物料堆積；使用移動端作業,改進作業方式,可以減少紙質單據,提高執行效率,使執行過程更加透明、可控。

圖3 生產物流管理業務流程圖

2 生產物流協同平臺系統設計

2.1 架構設計

根據用戶需求分析的結果,綜合考慮系統實際業務需要、性能、開發、維護等方面的要求,將系統分為個人電腦(PC)端和安卓(Android)移動端兩個部分,采用B/S結構對系統進行設計和開發。系統總體架構包括基礎服務層、平臺支撐層、基礎數據層、業務功能層等4層,如圖4所示。

圖4 生產物流協同平臺系統架構圖

其中,系統基礎服務層通過搭建數據庫集群和基于分布式存儲,實現數據安全存儲和避免人為失誤造成的應用系統停止工作,是保障系統持續平穩運行的基礎；平臺支撐層通過搭建負載監控引擎、數據集成引擎、集成通信服務引擎、流程引擎、規則引擎保證系統各模塊之間信息流和數據流的流暢,從而保證整個平臺系統功能模塊的業務處理；系統基礎數據層統一管理系統內外部各類數據,實現對包括倉庫、物料、器具、條碼、物料清單 BOM(Bill of Material)等基礎數據在內的各類數據的統一集成、管理與維護,為業務執行提供數據支撐；系統業務功能層,以完成實際業務的操作,包含生產物流管理所涉及的諸多業務功能模塊,是實現生產物流業務及管理功能的核心。

2.2 功能設計

生產物流協同平臺主要包括倉儲配送管理、采購協同、質量協同、計劃協同、生產協同、決策支持與移動端等功能模塊,支撐企業各業務環節運作與執行,如圖4所示。其中,移動端功能包括倉儲收貨、質量檢驗、貨物碼盤等系統核心功能,并與系統中采購協同、生產協同、決策支持等其它模塊集成和傳遞信息,是系統具有代表性的功能模塊,因此,以移動端功能設計為例對系統功能設計予以說明,移動端功能設計圖如圖5所示。

圖5 移動端功能設計圖

(1)倉儲收貨包括單據掃描、在線核對、移動收貨等功能。系統通過采購協同模塊獲取到貨通知和采購信息,生成收貨任務,指導和輔助庫管員進行移動收貨作業。

(2)質量檢驗主要負責物料質檢結果的錄入和統計查詢。系統通過質量協同模塊向質檢員推送質檢任務,提供質檢結果現場錄入(移動端)和批量導入(PC端)功能。

(3)貨物碼盤主要負責待入庫物料的RFID綁盤。庫管員通過掃描托盤RFID標簽和物料條碼(或批量選擇物料),快速建立(或解除)物料與托盤的綁定關系。

(4)入庫上架包括庫位推薦、智能叉車、設備控制、RFID確認等功能。庫位推薦主要負責為待入庫的物料按照其存儲屬性自動生成推薦庫位,指導庫管員操作；智能叉車應用主要負責實現叉車的調度以及叉車上架等功能；設備控制,即實現系統對自動化立庫、自動化回轉庫設備的集成控制；RFID確認主要負責對人工執行結果的現場掃描確認,當實際執行結果與系統默認值存在差異時可以進行補救和調整。

(5)庫內作業主要包括移動盤點、移庫、整理等功能,實現倉儲現場的無紙化作業。

(6)出庫下架主要負責物料的下架操作,并在完成后報工,方便后續揀配、盤點等操作。

(7)波次揀配系統從生產協同模塊獲取配送計劃,按物料配送屬性、包裝屬性等拆分或合并,生成配送單,對配送單進行波次匯總與揀貨路徑計算,生成揀配任務并推送至庫管員。揀配執行時,根據配送單指示將貨物撿配到相應配貨區托盤,掃描托盤RFID標簽,實現配送單與托盤的綁定。系統自動判斷配送單撿配齊套,打印帶條碼的配送單后等待出庫。

(8)出庫配送主要根據生產協同模塊傳遞的時區配送與拉動配送信號,實現RFID配送出庫與批量配送出庫。物料送至需求部門后,由需求部門進行配送接收。

(9)決策支持包含各業務部門所需各類統計報表、圖表和管理駕駛艙等,實現業務數據的自動統計與可視化展示,為管理決策提供數據支持。

(10)集成管理主要與企業現有 ERP、MES、PLM、WCS等系統集成[13-16],實現平臺系統與企業其它系統間信息的實時傳遞,以及自動化設備的集成控制。

系統基于數據驅動的理念進行設計,各類數據和信息通過線上平臺統一管理,實現數據驅動業務執行,提高協同作業效率。同時,移動化操作可以實現無紙化作業,減少數據錄入差錯,保證數據的實時性和完整性。

2.3 數據庫設計

良好的數據庫設計對于保障信息系統的平穩高效運行起到重要的作用。生產物流協同平臺在數據庫設計時根據系統功能需求,按照一定的數據庫設計規范和步驟,充分考慮數據流之間的關系,使用數據庫設計工具(PowerDesigner)[17],建立合理的數據模型,將系統各功能模塊所涉及的數據信息映射成數據庫中相應的數據表,以保證系統開發效率和運行效果。文章以系統主要業務之一的倉儲收貨業務為例,對系統數據庫設計予以說明。

(1)在需求分析的基礎上,建立概念數據模型CDM(Conceptual Data Model)。其包含相應的實體和實體間的聯系,以及實體的屬性和主碼。

(2)將CDM轉化為物理數據模型PDM(Physical Data Model),將各數據表之間的關系用一種可視化的形式表達出來。在PowerDesigner中,有效的CDM與PDM可以自動相互轉化,倉儲收貨PDM如圖6所示。

(3)使用PDM生成具體的數據庫結構。將PowerDesigner與 SQL Server 2012數據庫連接,PowerDesigner即可使用PDM在SQL Server 2012數據庫中自動生成具體的數據庫結構。

倉儲收貨主要數據表包括:

物料信息表(PW_MATERIEL)主要存儲物料基礎信息,包括物料編號(matcode)、物料類別(mattype)、設計圖號(drawcode)、最小包裝單位(unit)、尺寸(length、width、height)、重量(weight)等字段；

物料采購員表(PW_MATERIEL_BUYER)主要用于記錄物料與采購員的對應關系,包括采購員編號(buyercode)、采購員名稱(buyer)、物料編號(matcode)等字段；

物料庫管員表(PW_MATERIEL_KEEPER)主要用于記錄物料與庫管員的對應關系,包括庫管員編號(keeper_id)、物料編號(matcode)等字段；

供應商信息表(PW_SUPPLIER_CONTACT)主要存儲供應商基礎信息,包括供應商編號(supcode)、供應商名稱(supnm)、準入日期(admissiondate)、供應商狀態(state)等字段；

采購配送單主表(PW_PURCHASE_DELIVERY_M)主要用于記錄配送單信息,包括采購配送單編號(delivery_code)、采購配送單狀態(state)、到達日期(arrival_date)等字段；

采購配送單明細表(PW_PURCHASE_DELIVERY_C)主要存儲配送單詳細信息,包括配送單編號(delivery_code)、配送批次(delivery_batch)、物料編號(matcode)、物料名稱(matname)、設計圖號(drawcode)、包裝單位(unit)、接收狀態(state)、接收庫管員(keeper_id)等字段。

圖6 倉儲收貨PDM圖

3 生產物流協同平臺的實現

基于Eclipse開發平臺[18],使用Java完成系統開發；移動端采用 HTML5+安卓原生的開發模式[19],具有開發速度快、機型適配性好、版本升級方便、便于維護、代碼重用性好、一碼多用等優點。

系統持久層數據庫服務器使用SQL Server 2012數據庫,應用服務器使用Windows Server 2012操作系統,使用Tomcat 8.0作為Web應用服務器；系統框架使用Spring Boot、Spring MVC和MyBatis作為系統主要開發框架；系統接口使用 Web服務(WebService)接口和輕量級的JS對象簡譜(JavaScript Object Notation)數據格式,通過 Web應用服務器訪問數據庫；系統用戶界面層使用Bootstrap作為前端開發框架,使用jQuery和LayUI作為前端開發的主要方法庫和UI組件庫；用戶層使用瀏覽器和Android APP分別為PC端和移動端用戶提供圖形化的人機操作界面。生產物流協同平臺技術架構如圖7所示。生產物流協同平臺系統界面如圖8所示。

圖7 生產物流協同平臺技術架構圖

圖8 生產物流協同平臺系統界面圖

4 結語

文章在分析與改進成壓公司生產物流業務流程與作業方法的基礎上,設計并實現了生產物流協同平臺。經過近兩個月試運行,通過業務流程的改進和信息系統的應用,可有效提高生產物料配送及時率和齊套率,實現關鍵物料的準時化供應；減少了生產和倉儲現場物料堆積,提高作業效率和賬物相符率；實現了各類數據和信息的線上傳遞與統一管理,以及移動化、無紙化的現場作業；提高了各部門間協同效率與作業執行效率,對于企業提高生產物流管理水平,降低生產物流管理成本具有重要作用。