離散制造企業工裝全生命周期管理系統研究

王琦，任超

（金航數碼科技有限責任公司，北京 100028）

1 概述

在制造業中，把產品放入加工所必需用到的裝置叫做工藝裝備，簡稱工裝。工裝在離散制造業中是產品的質量、周期和成本的關鍵因素。科學有效的管理工裝，對于提高企業生產率，降低成本，保障制造執行系統的可靠性有著十分重要的意義。

在中國制造2025 戰略的引領下，大型離散制造業蓬勃發展，工藝裝備的功能越來越復雜、需求時間越來緊急、品種類型越來越多，工裝的技術參數、管理參數和使用過程數據越來越大。在傳統的管理模式下，信息覆蓋不全、審批效率低下、數據共享困難、預警缺乏根據等問題越來越凸顯，成為制約生產的瓶頸問題。

借助數據化、網絡化的信息系統，引入全生產周期流程化的管理思想，解決制造業對工裝需求日益增加與工裝供給難以保障的矛盾，改變現有的管理模式，實現組件化工裝生命周期管理，實現敏捷化的生產準備，支持輔助決策，支持信息共享，實現工裝的規范化、高效化管理，全面提升生產制造的效率，降低生產成本，進而提高企業的整體能力。

本文所選取的研究對象為某航空產品制造企業，是典型的多品種、變批量離散制造企業，基于企業的實際現狀和發展訴求，梳理業務流程關系，提出了較為全面的系統解決方案。重點針對工裝設計、制造、采購、庫存、日常使用等過程存在的問題，進行工裝管理系統的專項研究。利用J2EE 平臺，按軟件工程的規范完成系統的總體架構，將工裝生命周期按設計、制造、庫存、作業檢修等階段進行組件化，并將其與該企業已有的信息系統進行集成，實時、準確地記錄工裝的狀態，保證工裝數據在各應用系統中流轉，保障各項工裝業務能夠與生產過程相互協同，提高各業務部門業務流程響應能力，達到工裝管理的數字化和網絡化。

2 系統理論依據

2.1 全生命周期管理

產品生命周期管理是一種先進的管理理念和管理方法，能夠使管理者從全局把控產品的需求和成本，進行全過程的協調和優化。對于工裝而言，其產品全生命周期始于制造單位對工裝產品的需求，在通過評估后，完成工裝的設計和制造，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行管理和協同。

通過使用科學的方法，加強對過程源頭的控制，做到審批有據，計劃合理，才能從根本上杜絕浪費。通過梳理流程，合理進行軟件架構，和企業現有系統有效的集成，各系統之間數據流動起來，才能形成完整的工裝工具全生命周期管理，壓縮工裝設計與制造的周期，減少車間生產現場的生產準備時間，并降低工裝的閑置浪費，降低企業在工裝部分的開銷。

2.2 業務組件化

業務組件化就是通過對業務域和業務流程的分析，將業務緊密并且相對獨立的一組流程、角色和數據進行優化和整合，形成一套完整的功能組件，并對外提供統一的輸入和輸入，通過建立組件之間的邏輯關系，形成整體的業務系統。將業務流程分解到大的較為獨立的階段，這些階段可以形成關鍵的功能域，在大的階段中又有粗粒度的業務子流程或活動，這些內容可以抽象為業務組件，業務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的組件可以根據現場實際業務選用其中一個或幾個組件使用，也可以同時全組件聯合實施。

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。這個結構統一和簡化了整個企業信息系統的結構，能夠減少系統界面和接口，對系統運行和長期的維護有重要的作用。前期管理是工裝胚胎期和成長期，主要業務是根據現場對于工裝的需求，進行有計劃的工裝的采購和自制。工裝的采購一般是在企業ERP 采購系統完成，業務相對獨立，將采購管理設置為一個單獨的業務組件，功能為發起采購申請，跟蹤采購進度，采購完成后進行入庫操作，預留與ERP 采購系統的接口，進行數據互通。工裝的自制分為工裝設計和制造兩部分，需要分別派發工裝需求到設計部門和制造部門，發起的源頭與業務流程均不同，因此，將工裝自制分為設計和制造兩個業務組件進行開發。

后期管理是工裝的成熟期和衰亡期，具體內容包括工裝庫房管理、工裝現場作業及報廢退庫。工裝的庫存數據準備是一個任務繁雜、耗時巨大的工程，庫存管理是工裝系統的基礎，是聯通工裝前期管理和后期管理的橋梁。首先進行工裝的庫存建立是許多企業建設工裝管理系統的第一步，將庫存管理組件化，使庫存管理既能夠獨立于任何系統和模塊之外獨立上線運行，又能夠通過數據上下打通，與采購接口、工裝制造組件進行對接，進行庫存數據的初始化是十分必要的。工裝作業管理是對工裝的出庫、入庫、修理、檢定等使用業務的管理，現場作業的基本模式為記錄業務單據，根據不同業務改變庫存的數量及狀態。工裝的報廢管理也可歸入該模式，因此這些業務流程基本類似的功能可以聚合為工裝的現場作業組件。

3 系統的實現

3.1 采購管理組件

外購工裝庫存不足需要補充采購時，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 采購系統推送采購需求，并可以實時監控合同進度和到貨情況。采購到貨后，再次通過集成組件，系統自動會通知需求方到中央庫房領料入庫，通過執行入庫動作將采購單上的工裝轉固到臺帳中。

3.2 工裝設計管理組件

新制工裝時，需求單位在線填寫設計申請，提交給生產保障部門審批，計劃編制人員匯總全公司所有的工裝需求，平衡當前在產工裝和在庫工裝，對必要的工裝需求進行計劃編制，在編制完成計劃并經過流程審核后，計劃員下達計劃，計劃信息通過集成組件推送給設計單位的PDM 系統，并在設計完成以后系統自動將相關信息放入工裝品種信息中。

3.3 工裝制造管理組件

新制工裝設計完成可以繼續進行基于設計圖的制造過程的流轉，而對于復制工裝，則需要單獨提出制造申請。申請單經過各單位和生產保障部門的審批后，由計劃員做需求匯總，并進行計劃編制，計劃員將部分公司工裝制造部門因故無法生產的，制定外委計劃，外委給工裝的供應商去做，其他部分下達給工裝制造部門。工裝制造部門通過集成組件反饋制造進度，制造完成后系統通知各需求單位進行工裝的領用，雙方完成交接手續后，使用單位進行入庫登記，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，整個工裝作業管理操作都是建立在庫房狀態基礎之上的。庫房管理組件首先需要定義工裝的存放物理位置，包括帶有標準編碼的庫房、具體的貨架、層級和貨位。其次是管理庫房的權限，不同單位的工裝庫房管理人員管理相應的庫房，而生產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的庫房庫位中，可通過承接工裝制造組件的結果，將領用回來的工裝進行登記，也可對存量工裝進行一次性批量初始化建賬。

3.5 工裝現場作業管理組件

現場生產作業管理是工裝管理的一個重點組件，它涵蓋了工裝使用期的全部業務流程。作業管理圍繞工裝臺賬為核心，覆蓋工裝日常的生產領用出庫和歸還流程、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，記錄相關業務單據，并實現臺賬相應狀態的動態變化。當工裝因故無法繼續使用時，發起報廢申請流程，在有關單位進行核實和確認后，完成報廢銷賬和永久性出庫。

3.6 工裝監控與分析組件

對于企業各級管理人員，需要實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計，入庫后各個分廠有工裝的詳細庫存信息，工裝利用率等管理上需要查看的信息和統計數據，隨著工裝生命周期管理模塊的逐步建成，系統中也將獲得大量的可以追溯的現場使用數據。將分析看板分為定額、質量、成本和效率數據四大類進行匯總統計，根據數據與現場問題的關系形成利用率、消耗量評比、質量評比和資金占用分析等指標看板，通過系統能夠高效的、靈活的、準確的進行各項統計，幫助管理者發現和分析問題，提供解決問題的依據。

3.7 集成組件

工裝設計計劃下達后，工裝所組織進行工裝設計，由工裝所計劃管理人員將設計及更改任務分配給各個設計室，然后由工裝設計室主任將設計及更改任務分配到個人。設計過程和審批過程是在PDM 系統中完成，因此，如果想實時了解到工裝的設計狀態，必須與PDM 集成。PDM 系統記錄工裝設計及更改的相關節點信息，用XML 格式提交到制造資源管理系統，便于管理人員及時掌握工裝設計狀態。

工裝生產狀態信息，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管理系統實時寫入工裝管理系統數據庫，在本系統中用戶可以查詢到工裝最新的生產狀態。

工裝采購狀態信息，生產保障部門將各車間上報的工裝需求匯總、庫存平衡，平衡后上報到生產指揮部進行計劃平衡，平衡后列入采購計劃的工具通過數據接口直接進入ERP 采購系統形成采購計劃，ERP 完成采購作業后，交運行保障部門登帳，實物按采購計劃分發到各工廠入庫。

工裝管理系統需要為現場MES 系統提供生產過程所需工裝的庫存明細信息，做生產準備檢查和出庫領用。MES 系統可以通過班產任務所需工裝清單，向工裝系統發起出庫請求，工裝管理員可按照MES系統提供工裝清單提前做好生產準備，統一配送工裝。

4 結語

工裝管理系統既可以構成一個獨立的系統，也可以與上層系統集成，為生產計劃以及PDM 等系統提供實時數據信息，作為公司信息化中的必要組成部分，有效的管理企業工裝資源，實時、準確地掌握工具、工裝的即時狀態，提高了生產正常進行和計劃穩定性，扭轉生產準備過程成本高、浪費大的狀況，縮短工裝生產周期，同時保障產品的交付進度，節約生產成本和庫存成本，進而增強企業競爭力。