數字化海洋平臺材料管理系統(tǒng)研究

李淑民，黃太安，尹寶瑞，張小剛，王 佳，劉曉芳，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司設計部，山東 青島 266520]

數字化海洋平臺材料管理系統(tǒng)研究

李淑民，黃太安，尹寶瑞，張小剛，王 佳，劉曉芳，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司設計部，山東 青島 266520]

為改善目前國內海洋工程企業(yè)材料管理效率普遍低下、信息化水平嚴重不足的現實情況，通過分析國內外先進的材料管理理論闡述材料管理的意義。以某公司的實際項目為背景，通過實地調研得出企業(yè)對于材料管理的需求，針對需求分析進行梳理整合，進而得到系統(tǒng)結構建模，依托Java語言，結合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數據庫開發(fā)出基于“面向服務的體系結構”(SOA)的原型系統(tǒng)。通過對實際項目材料管理全過程的演示驗證了系統(tǒng)的合理性和有效性。

海洋平臺建造；數字化；材料管理；統(tǒng)一軟件開發(fā)過程

0 引 言

材料管理主要是指對產品生產過程中所需要的材料的全生命周期進行管理，以便迅速得到材料何時何地在何位置充當何種角色(功能)。材料管理涉及材料從采購、質檢、入庫、出庫直到使用的過程中靈活支配的全過程。精確的材料管理不僅有利于減少產品在生產過程中對材料的不必要浪費，減少材料運輸和保管的費用和人工成本，還能在產品出現問題時，及時、準確地追溯到是哪個材料引起的問題，這樣既有利于公司責任制度的明確落實，又有利于提高企業(yè)的經濟效益。

與其他行業(yè)對比，海洋工程項目需要的材料數量更多，類型更復雜，加之海洋工程項目需要的材料種類雜、體積大，運輸成本和運輸難度都遠遠高出其他行業(yè)，并且在材料的運輸和使用過程中往往涉及多部門、多種類的進程協(xié)同，因此對材料管理的需求顯得更為突出[1]。

隨著各國材料管理理論的不斷發(fā)展，一些組織和公司根據自身特點和實踐經驗提出了一些先進的材料管理理論，其中主要包括美國提出的物料需求計劃(MRP)和由其發(fā)展而來的制造資源計劃(MRPII)、企業(yè)資源計劃(ERP)，日本提出的準時化生產(JIT)，以色列提出的約束理論(TOC)等[2]。

我國的海洋工程起步較晚，至今不少企業(yè)還在沿用傳統(tǒng)的生產管理體制，其信息化水平遠低于日、韓等國的造船企業(yè)。信息化管理水平的不足使得我國的海洋工程項目效率的提升受到極大牽制，這種牽制尤其體現在材料管理上。目前國內尚沒有一套完全針對海洋工程項目的材料管理軟件，船企大多直接應用其他行業(yè)的材料管理軟件來進行移植，為了適應海洋工程項目生產特點，船企往往會對這些軟件進行大量的二次開發(fā)工作，這樣不僅要耗費大量人力，并且一旦船企生產管理流程發(fā)生變化，則軟件很可能再次需要大量的二次開發(fā)，甚至被棄用。為解決目前市面上通用材料管理軟件(如ERP系統(tǒng))無法靈活應對企業(yè)流程經常變化的問題，本文采用面向服務的體系結構(SOA)開發(fā)系統(tǒng)。以某公司的一個實際項目為背景，通過分析需求進行系統(tǒng)建模，進而開發(fā)出材料管理系統(tǒng)指導企業(yè)材料管理，提高企業(yè)生產效率。系統(tǒng)集成了運行框架、組件庫、開發(fā)環(huán)境和輔助工具，提供了便捷的流程再造功能，能比較好地適應目前海洋工程企業(yè)流程可能改變的現狀，也為之后軟件通用性的開發(fā)奠定了基礎。

1 需求分析

想要對企業(yè)進行準確合理的材料管理，必須先對企業(yè)的實際情況以及需求有一個詳細的了解。需求分析主要包括角色功能需求分析和業(yè)務流程需求分析兩大部分。通過需求分析，能夠較為清楚地了解企業(yè)在項目進度管理過程中的關鍵環(huán)節(jié)和希望借助軟件實現的關鍵功能。

1.1 角色功能需求分析

角色功能需求分析是為了更好地理清角色分工，針對角色合理設計軟件開發(fā)需求功能。通過對某公司的調研，針對材料管理中涉及到的主要角色，得出相關的功能需求分析。

材料管理過程是多部門協(xié)調管理的過程，涉及部門較多，主要有設計部門、生產部門、船東、供貨商、采購部門、質監(jiān)部門和倉儲部門。根據分析，這些部門各自對系統(tǒng)的需求如下。

(1) 設計部門：設計人員根據圖紙建造方案等，編制描述所需材料的資材清單，用來向生產部門提交；根據已制訂的生產計劃和圖紙編制，制訂包括時間、數量在內的材料領料憑證(看板)并通過系統(tǒng)提交給生產部；通過系統(tǒng)第一時間獲知生產過程出現的風險，通過系統(tǒng)與生產部等相溝通進行風險解決，并作出計劃和看板的調整等；同時，根據產品設計方案，設計部應當根據材料上下級關系，制定材料的批次清單(BOL)模型。

(2) 生產部門：生產部門根據納期計劃，生成材料采購的采購納期表；在采購方案的審批當中與船東保持聯(lián)系；從設計部門領取看板，并將看板發(fā)放給車間；車間通過看板領取材料并進行生產；當產品出現質量問題等風險時，分析問題原因并反饋給設計部。

(3) 船東：系統(tǒng)應輔助船東進行采購計劃的審批；當出現風險時，應通知船東協(xié)商解決。船東通過系統(tǒng)協(xié)調，對風險進行管理。

(4) 供貨商：供貨商并不屬于船廠部門，但使用軟件能夠對供貨商的競投標過程等進行有效的管理，提高采購效率。

(5) 采購部門：在需求分析階段，進行市場詢價；選擇供應商并提交生產部門、船東等批準；與供應商談判并簽訂合同；執(zhí)行對材料的追蹤管理；分析采購過程是否存在風險并及時防范；無法防范時及時聯(lián)合供貨商、船東和質檢部門共同處理；協(xié)同供貨商和質檢部門對采購到物品進行到貨檢驗；驗收貨物；統(tǒng)計采購過程總成本。

(6) 質檢部門：質量檢驗部門對采購材料的質量和生產產品的質量狀況進行檢測并登記數據，制作質量報表。

(7) 倉儲部門：庫存管理是倉儲部門管理的主要內容。倉儲門部人員負責材料出入庫的管理和登記，并計算材料在倉儲過程中的損耗成本[3]。

1.2業(yè)務流程需求分析

1.2.1 業(yè)務流程概述

材料管理的制造范圍包括了材料需求分析、材料基本資料管理、材料采購管理、材料庫存管理、材料質量控制、材料生產流動管理和材料成本核算環(huán)節(jié)。其業(yè)務流程需求如下。

(1) 需求階段。根據生產設計方案，設計部門提出所需要材料的資材清單；生產部門根據設計部門的資材清單，制定生產的納期計劃，輸出采購納期表；根據采購納期表，采購部開始適時進行市場詢價，供貨商開始報價。

(2) 采購訂貨階段。根據競標結果，采購部選定供應商并輸出供應商評價表；船東和生產部根據既有經驗等，審核供貨商是否具有供貨資質，若不具有，將返回納期計劃重新進行競投標；若同意，則由采購部與供貨商談判簽約，并輸出采購合同。

(3) 采購監(jiān)控階段。對采購執(zhí)行監(jiān)控是采購管理的重要環(huán)節(jié)，采購人員將根據材料、設備的重要程度設定檢查節(jié)點和檢查項目，確保供應商能夠按時、按質完成供應任務，并將監(jiān)控信息及時公開、共享，形成采購看板。供貨商在按照合同組織生產的過程中，依據事先確定的檢驗計劃對產品進行檢驗。在主要產品生產過程中，船廠將派檢驗員參與相關檢驗，并詳細記錄檢驗結果和處理意見。

(4) 到貨檢驗。采購貨物回廠后，采購人員協(xié)同供應商、船東、船檢、廠內質檢部門進行質量檢驗。若檢驗過程發(fā)現問題，分析并及時協(xié)調解決；若檢驗通過則進入倉儲管理；根據檢驗過程形成檢驗報告，詳細記錄各個環(huán)節(jié)和單據，確保所有執(zhí)行活動可控、可查；隨同貨物的各類說明書、檢驗證書等文檔資料必須查驗，并歸檔保存。

(5) 庫存管理。驗收合格后，倉儲部門進行理貨、入庫工作，對貨物進行標識，確保貨物的可識別性；按照生產部門看板準時發(fā)貨；保證所有出入庫活動可控、可查。

(6) 生產管理。設計部門根據圖紙方案和生產計劃進行看板的編制，下發(fā)到生產部門；生產部門根據計劃，將看板準時發(fā)到車間；車間憑借看板到庫房領取生產材料，進行相應工序的生產。生產產品經質檢部門檢驗合格后，入庫作為下道工序生產材料。若生產產品不合格，需要由生產部門分析原因，作出整頓，同時由設計部門評估影響，并視影響程度進行計劃調整。

(7)成本核算。生產部門計算生產成本，采購部門計算采購環(huán)節(jié)成本，倉儲部門進行庫存環(huán)節(jié)成本計算，從而對材料成本進行總核算[4]。

1.2.2 材料管理業(yè)務流程總圖

材料管理詳細業(yè)務流程總圖如圖1所示。該圖覆蓋了某公司材料管理過程的主要階段，同時，體現了設計部門、生產部門、船東、供貨商、采購部門、質監(jiān)部門和倉儲部門等相關部門在各階段中的具體業(yè)務過程與交互關系。材料管理以項目為單位，不同項目的材料不能合并在一起管理。物料跟蹤過程中以采購碼作為物料的唯一標識，采購碼與物料一一對應。采購碼作為系統(tǒng)的基礎數據在系統(tǒng)外維護(海洋工程方面有專門的系統(tǒng)維護采購碼)，以Excel文件格式導入系統(tǒng)中。采購碼的管理工作由設計部“系統(tǒng)維護人員”這一角色用戶完成。

2 系統(tǒng)原型建模

2.1 部門用例細化

為了讓系統(tǒng)更加符合企業(yè)的實際需求，需要對需求分析中各部門的職責進行梳理和整合，分析其中哪些任務需要系統(tǒng)來實現，哪些任務在線下進行更加合理，然后根據梳理結果得到各個部門的用例細化結果，以便生成相應的系統(tǒng)功能。部門用例細化情況如表1所示。

表1 部門用例細化表Table 1 Refinement of department use cases

2.2 各部門活動圖

部門活動圖主要是根據部門用例細化結果得出的，以系統(tǒng)用戶的形式表達出不同部門對系統(tǒng)的實際使用情況[5]，現以設計部門為例加以闡述。設計部門的活動圖如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)結構功能樹

由以上分析，構建出由系列子功能模塊組成的系統(tǒng)結構功能樹圖，如圖3所示。

圖1 業(yè)務流程總圖Fig.1 Business process diagram

圖2 設計部門活動圖Fig.2 Activity diagram of design department

圖3 海洋工程建造項目材料管理軟件系統(tǒng)功能樹圖Fig.3 Functional tree diagram of the materials management system for ocean engineering projects

3 系統(tǒng)原型建模

系統(tǒng)的實現選用Java語言，結合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數據庫進行軟件系統(tǒng)開發(fā)。

3.1 系統(tǒng)架構的設計

系統(tǒng)架構分為三層：用戶層、邏輯層和數據層。

用戶層直接面向軟件使用者，對應前階段中的細化用例和軟件活動圖。系統(tǒng)用戶包括設計(1SJ)、生產(2SC)、船東(3CD)、供貨(4GH)、采購(5CG)、質檢(6ZJ)、倉儲(7CC)和領導層(AA)。

邏輯層是數據抽象的中間層，描述數據庫數據整體的邏輯結構。這一層的數據抽象稱為邏輯數據模型(簡稱數據模型)。

數據層在三層結構的最底層，實現對數據的直接訪問和直接管理，并提供數據的權限、存儲管理與多種輸出形式[6]。

數字化海洋平臺項目材料管理模塊系統(tǒng)數據架構圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)數據架構圖Fig.4 System data structure

3.2 系統(tǒng)界面的設計

(1) 用戶登錄界面設計。采用“用戶名-密碼”二級校驗體制，用戶名和密碼為用戶預先得知；校驗通過后，后臺識別用戶身份，調出相應界面。

(2) 主界面設計。主界面是指用戶成功登陸后跳轉到的界面，主界面主要顯示各個模塊樹的分布，一個項目一般涉及到多個模塊，如項目進度管理、成本管理、材料管理等。點擊各個模塊樹即可進入相應的模塊進行操作。

(3) 料單編制界面設計。料單編制模塊供生產部門人員制作領料憑證所用。從設計部門接收看板，添加必要信息生成領料憑證并存儲于數據庫。料單編制界面包括“數據添加”、“數據修改”、“信息檢索”等多個功能，可以滿足實際材料管理過程中的大部分需求。通過對料單的制作以及后期的反饋和修改，可以及時有效地對生產過程中的材料進行管理，并且可通過對材料物料碼的檢索實現快速的材料追溯。

(4) 倉儲管理頁面設計。倉儲管理頁面提供給倉儲工程師包括入庫憑證管理、出庫憑證管理、退庫憑證管理以及庫存管理在內的所有圍繞倉儲管理的頁面功能，將傳統(tǒng)紙質憑證錄入系統(tǒng)，更加易于保存、查詢和調用。庫存管理頁面可以根據入庫、出庫、退庫信息來統(tǒng)計材料庫存信息，以此來指導生產與采購。

(5) 領料控制頁面設計。領料憑證制作模塊供生產部門人員制作領料憑證所用。憑證可打印，通過紙質憑證與電子憑證的對應關系來杜絕跨程序領料造成的領料混亂現象，通過把領料單號設置成唯一性標識來避免重復領料。

(6) 權限管理界面設計。一個完整的材料管理系統(tǒng)必須要有嚴格的權限制度，這樣可以保證不同部門之間的用戶互不干擾，避免因職責混亂而造成的責任制度的不明確。權限管理主要是規(guī)定用戶擁有哪些權限，而對于無權訪問的界面則實行不可查看或者可查看但不可編輯的權限設置[7]。

以上各主要界面實際效果圖如圖5所示。

圖5 主要界面實際效果圖Fig.5 Actual effect of the main interfaces

3.3 系統(tǒng)實例驗證

在本系統(tǒng)開發(fā)完畢后，以某公司的一個實際項目為例進行了實例驗證。實例驗證主要完成了以下工作：(1)通過系統(tǒng)進行料單的編制、保存和檢索；(2)通過權限設置不同的用戶組，使不同部門的人員擁有不同的權限；(3)通過建立龐大的數據庫，簡單快捷地查看倉儲情況；(4)通過定義材料編號以及采辦料單號，準確快速地檢索某種材料的入庫、出庫以及使用情況；(5)通過系統(tǒng)內置的材料倉儲不足警告機制，將緊急情況及時反饋到生產部門以指導生產。

結果表明：采用本系統(tǒng)，可以明顯改善企業(yè)的材料管理效率以及質量，使企業(yè)責任制度更加明確，材料的料單以及其他單據更加易于保存和檢索，同時也使材料的追溯更加易于實現。

4 結 語

本文就目前國內海洋工程企業(yè)材料管理普遍不足的現實情況進行分析，以某公司的一個實際項目為背景，通過對企業(yè)的調研整理出企業(yè)需求，通過對需求的梳理和整合得出系統(tǒng)原型建模，針對目前通用的材料管理軟件無法滿足海洋工程企業(yè)流程可能改變的現狀進行研究，進而依托Java語言，結合MyEclipse開發(fā)環(huán)境和Oracle數據庫開發(fā)出基于SOA的原型系統(tǒng)，并進行了實例驗證。利用該系統(tǒng)實現了材料的智能化管理。這一研究對于提高海洋工程企業(yè)材料管理的水平有一定的理論意義和實用價值。但由于不同企業(yè)之間材料管理流程存在差異，如何讓軟件更具普適性的問題還有待進一步研究。

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ResearchonMaterialsManagementDigitalSystemofOffshorePlatform

LI Shu-min, HUANG Tai-an, YIN Bao-rui, ZHANG Xiao-gang, WANG Jia, LIU Xiao-fang, LI Yu-ming

[OffshorePetroleumEngineering(Qingdao)Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong266520,China]

Considering the low materials management efficiency and a serious shortage of informatization level in domestic offshore engineering enterprises, the significance of materials management is emphasized through the analysis of domestic and foreign advanced materials management theory. Taking the actual project of a company as the background, business demand for materials management is drawn through field investigation, and the structure of the management system is figured out based on the demand analysis. The structural modelling of the system is thus accomplished. Using Java language, combined with MyEclipse development environment and Oracle database, we develop a prototype system. The feasibility and validity of the system are testified through the demonstration of the actual project material management process.

offshore platform construction; digitalization; materials management; rational unified process

TP315

A

2095-7297(2015)02-0138-07

2015-03-01

國家科技重大專項(2011ZX05026-002)

李淑民(1960—)，男，高級工程師，主要從事海洋工程設計和管理工作。