裝備批產全過程管控體系建設與應用研究

張 偉

(中國電子科技集團公司第十四研究所,江蘇 南京 210039)

0 引言

裝備制造業是制造業的核心組成部分,是國民經濟發展特別是工業發展的基礎,為國民經濟和國防建設提供技術裝備。“十三五”以來,我國大力推進制造強國戰略,裝備制造已進入全面優化升級階段,數字化轉型進程日益加速。

隨著新一代信息技術與傳統裝備制造的深度融合,裝備制造逐步向高端化、智能化邁進。隨著新體制裝備的加速研制以及裝備批生產任務量的逐年增加,傳統的裝備批生產管理模式已無法適應快速迭代、效能持續升級的要求,急需聚焦裝備發展態勢、用戶需求和任務形勢,推進裝備批生產管理模式升級,基于數字化、信息化等手段構建裝備批生產全過程管控體系[1],為裝備批產管理提供科學決策,推動裝備生產任務優質高效完成。

1 裝備批產管理現狀及存在問題

隨著裝備制造企業內部精益設計平臺(IDS)、企業資源規劃系統(ERP)、制造運營平臺(MOM)、售后服務管理系統(MRO)等應用系統的部署應用,信息化平臺已基本覆蓋裝備設計、研制、生產和保障等各環節,裝備生產制造、集成調試與服務保障工作的管理效率得到大幅提升。但在裝備批生產過程中,批產計劃的精細化程度、實物管理的有效管控、測試數據的價值挖掘、知識成果的共享應用等方面還存在一定不足,需要進一步優化管理方式與管理手段。

1.1 計劃管理精細化程度不足

裝備批產集成調試的計劃管理主要涉及生產主管部門、批產集成調試部門和生產加工部門。計劃主管部門聚焦用戶交付要求,基于裝備組成結構樹(BOM)對裝備生產制造進行計劃分解,形成裝備批生產調試的生產訂單計劃,生產訂單計劃覆蓋裝備組成表中每一個需要調試的部件。裝備生產制造的主體業務流程是由加工部門完成各組件、分系統及整機的生產與裝配,再由集成調試部門完成分系統調試與整機聯調,最終完成裝備整機驗收與交付。

基于ERP和MOM平臺,裝備批生產集成調試計劃已穿透至組件級,同時依托信息化平臺,部門間的信息傳遞和問題處理效率得到有效提升。但隨著新研裝備大批量上線、傳統裝備產能需求的大幅增加,現有的裝備批產計劃管理在計劃管理精細度、計劃考核顆粒度以及批產調試部門內計劃管理手段弱等問題逐步顯現。需建立基于人機料法環測的批產計劃排程管理,進一步細化生產計劃,從訂單級穿透至工序級,不斷提升裝備批生產計劃管理的精細化程度。

1.2 實物管理與調度效率不足

裝備批生產整個過程會涉及很多種類的實物,其中集成調試涉及裝備的整機、分系統與組件等調試件,并涉及相對應的儀器儀表、生產設備和調試工裝等配套資源;裝備維修涉及從用戶返回的返修件、維修所需的物料器件以及支撐維修工作的配套設備;裝備保障涉及備品備件、設備資源等實物。在裝備物資齊套、集成調試、交付用戶、服務保障等過程中,各種實物的轉入、存儲與轉出,主要依靠電子表單建立臺賬信息,并手動進行狀態的變更,缺乏信息化手段進行統一管理和實時流轉更新,配套調試資源的調度效率較低。

1.3 測試數據采集與應用不足

在裝備批生產調試、返修件維修和裝備服務保障過程中會產生過程測試數據、指標測試數據、產品維修數據和保障數據,這些數據是實現裝備全生命周期管理的重要基礎支撐。針對這些數據的管理主要存在以下問題。

1.3.1 缺乏統一管理

批生產數據涉及周期長、覆蓋面廣,因缺少整體管理規劃,存在數據記錄管理歸口分散、記錄不全面等問題,同時又因缺乏信息化手段支撐,進行數據追溯時,會出現數據難以獲取及信息不易共享。

1.3.2 數據采集不全

部分支撐質量改進、裝備生產與保障效率提升的批生產數據未得到有效記錄;部分數據保留在調試計算機中,隨著人、機的變動,數據容易丟失;部分數據以紙質、Word文檔等形式保存,數據非結構化,不易提取與分析。

1.3.3 應用不充分

隨著新體制裝備的大量上線,裝備故障診斷與健康管理的重要性更為凸顯,裝備批產過程數據作為重要的基礎支撐,因未全面采集和統一管理,其價值無法充分應用。

因此,需開展裝備批產數據信息化管理,為實現裝備全壽期管理提供有效的數據支撐。

1.4 知識共享與價值挖掘不足

在裝備批生產調試、排故與服務保障工作中,積累了大量的知識成果,有作業指導書、排故案例、調試方法、項目策劃、項目總結等文檔材料,這些知識成果目前歸檔或存儲在各業務系統以及個人辦公計算機中。因各系統的管理業務相對獨立,系統間缺乏一定的知識信息互連,且部分批產調試技術人員在工作中沉淀的經驗總結與知識成果留存在個人手中,因此,批生產調試過程中產生的各類知識成果未能得到有效共享,知識價值沒有得到很好的挖掘應用。

2 裝備批產全過程管控體系建設

聚焦企業整體發展規劃和遠景目標,開展裝備批生產全過程管控體系研究,梳理與優化批產業務流程,針對管理薄弱點,積極轉變傳統批產管理方式,利用數字化、信息化等手段推動裝備批生產信息互聯互通。結合裝備批產業務梳理情況(見表1),以問題為導向,形成圍繞批產集成調試計劃、實物、數據與知識的全過程精益管理信息化建設目標,并開展批產集成調試全過程管控體系建設,最終實現全過程管控與科學決策,助力裝備批生產核心能力提升。

表1 裝備批產業務梳理情況

2.1 實施精細化生產計劃管理

2.1.1 高級計劃排程

裝備批產計劃管理是按計劃輸入、分解、下達、跟蹤和落實的流程開展,過程中通過人工拉動和協調,推動計劃完成[2]。為形成基于人力資源、調試設備產能和產品齊套情況的批生產計劃精益管理,圍繞裝備年度臺套任務目標,依據產品技術路線,開展裝備批生產調試精益化計劃排程。在保障裝備交付節點和有限資源的前提下,通過倒向排程形成從整機聯調到分系統測試,再到零部件制造加工的業務需求推演,逐層識別后道對前道的需求,形成合理的裝備批生產排程計劃。同時,以裝備BOM表為基礎開展正向排程,結合調試資源和各工序、各層級的齊套情況,形成符合當前批生產調試的生產計劃和風險識別,為任務拉動和推進做出合理的決策支撐,確保裝備任務完成。

2.1.2 工序級計劃管理

在整個裝備批產業務流程上,企業內應用系統已能支撐整體生產管理,但批產集成調試部門內的管理還存在薄弱環節,因此,結合裝備生產多品種小批量、科研批產混線生產的特點,細化業務流程,優化資源配置,構建覆蓋批產全業務、全要素的信息化管理系統。基于信息化系統更高效、更快捷地開展批產任務物資齊套、設備調度、問題處理與技術保障等的協調與拉動工作,實現全流程的生產制造管控,實現部門級計劃監視測量與數據統計,使得企業級生產制造管理系統有效延伸至部門級管理,訂單級計劃管理細化至工序級,打破企業內部門間的流程壁壘,在大幅提升計劃管理精細化水平的同時,實現計劃的動態管控和預警決策。

2.2 實施全過程實物動態管控

裝備批產過程實物管理涉及調試組件、分系統、整機、儀表設備、工裝、產品備件等多種類型實物的輸入、存儲與輸出,實物種類多、狀態變化快、位置變動頻繁,人工建賬、手動變更信息已無法滿足裝備批產形勢要求,與批生產過程中各類資源的精確調度需求存在較大差距。為提升裝備生產過程的實物管理效能,建設實物管理信息化平臺,對裝備生產所需的設備與物料進行全過程流轉管控,對人員、調試件、工裝、儀器儀表等進行統一管理,實現實物精準定位、賬物一致,準確、實時地掌握實物信息[3]。

2.2.1 針對實物特點分類梳理流程

在批生產過程中會涉及多類實物類型,針對調試件、返修件、調試設備、器件物料等分類開展實物管理流程梳理,研究與制定各類實物的編碼規則,結合實際業務需求形成合理、規范的信息化需求。

2.2.2 構建實物與存儲庫的掃碼功能

為提升實物流轉效率,利用掃碼槍開展實物出入庫及過程流轉,各類實物的交接信息由人工記錄至電子表單轉換成自動記錄至信息化平臺,整體過程減少人工介入,減少等待。

2.2.3 建立實時、可追溯的實物臺賬

規范各類型實物在部門的輸入、存儲與輸出,建立標準臺賬。利用信息化平臺實現批產實物全過程動態管理、實物信息全覆蓋記錄和存儲,實物臺賬清晰、全壽命周期溯源。

2.2.4 入庫、在儲與出庫管理

統一實物與存儲庫及貨位的管理規則,應用二維碼技術,實現實物與庫位的準確綁定。支持實物快速移庫,能實時查詢到實物的狀態和位置信息;支持以區域、時間對實物盤點。

基于實物的實時動態管理,開展實物相關數據與信息的統計與分析,實現對批產調試資源分配的輔助決策,形成科學、合理的調度方案。

2.3 推進裝備批生產數據管理

針對裝備批產數據管理存在的不足,整體規劃,推進基于裝備BOM的批生產數據統一管理與信息化建設,系統功能架構包括數據采集管理、數據存儲管理、數據分析管理和健康預測管理,如圖1所示。

圖1 裝備批生產數據管理系統組成

2.3.1 數據采集管理

開展數據規范與標準研究,形成裝備批產數據類型、標準化結構、采集方式、采集接口、數據存取策略、數據容錯處理的整體方案。針對數字化程度較高的生產設備、儀器儀表等調試平臺,建立批產測試數據自動采集功能;針對批生產調試過程中由人工介入生成的驗收指標、測試、維修等數據,建立基于標準化數據模板的數據錄入功能,可在線或批量記錄數據。

2.3.2 數據存儲管理

按照產品調試BOM結構管理數據,具備生成和編輯調試BOM的功能;數據表單可以動態生成、編輯和批量操作;各類型數據錄入至結構樹相應層級,各層級的操作和查詢等根據權限分級,實現對所采集數據的動態存儲管理。

2.3.3 數據分析管理

基于歷史數據開展統計與分析,為調試和保障人員提供技術支撐,具備對歷史數據信息搜索、故障種類分布情況分析和查詢、故障趨勢分析和展示等功能;指導調試和保障人員進行問題定位,包括故障判斷方式、故障信息分類、故障修復時間等信息;分析產品技術狀態漸變規律,為產品設計改進提供依據。

2.3.4 健康預測管理

目前,大部分裝備通常以修復性維修和預防性保障為主,這兩類方式不僅耗費人力、物力,效率還較低。針對這些問題,需要轉換保障方式,由修復性和預防性保障向現代保障方式轉變。通過判斷裝備故障和壽命預測,為裝備提供輔助決策建議,從而保證裝備的性能和可靠性。研究裝備故障預警模型與算法,通過狀態指標與故障預警值,實現裝備故障提前告警。

批生產裝備具有多品種、小批量特點,且每年裝備數量較多,以百為單位增加,因此,裝備批產數據管理系統具有以下特點:基于BOM結構樹開展數據采集與管理;表格、字段、屬性可編輯、動態調整;結構化數據支持批量導入、手工記錄,非結構化數據可上傳保存至結構樹相應層級;數據版本可備份和更新;各產品都有一個BOM結構樹,結構樹隨著產品版本的迭代會更新;產品調試BOM一般分為整機、分系統單元/機柜、組件,每個層級都有相應的驗收指標、測試和維修等數據,數據組成會隨著產品版本的迭代更新。

2.4 開展高效便捷的知識共享

裝備批生產過程中沉淀了大量的調試總結、作業指導書、維修報告等知識成果,主要存儲在個人辦公計算機中,知識復用率低,無法及時有效共享。為更好地應對批產集成、保障任務的爆發式增長形勢,可構建高效、便捷的知識管理平臺,實現知識的統一管理、查閱與共享,深入挖掘知識價值[4]。

2.4.1 前端設計迭代優化

隨著裝備訂單量與交付節奏的不斷加快,研制、批產交叉嚴重,設計驗證周期短,導致前端驗證不充分,批產后技術狀態變更多,對批產交付造成較大壓力。在裝備批產與保障過程中,集成調試與保障人員在工程實施方面積累了豐富的經驗與知識,為強化裝備前端設計水平,需加強跨專業、跨領域間設計師經驗的共享性,避免經驗孤島效應,充分挖掘批產、保障服務后端經驗,為前端設計提供參考,促進設計質量的提升。

2.4.2 批產過程提質增效

批產過程中沉淀了大量的集成調試有關的知識成果,因無統一的管理平臺,知識復用率低,價值未得到有效挖掘。同時,裝備設計研發文檔、歷史故障信息、設計更改信息等分布于各信息化平臺中,而這些系統之間缺乏一定互連,文檔和信息查詢較為復雜,檢索效率較低,通過知識管理平臺可促進批產過程提質增效。

2.4.3 加快員工培養與成長

人才是企業發展的第一資源,人才培養工作需要更好地聚焦技術一線。當前員工學習主要依靠企業一級培訓、部門二級培訓,大部分為通識教育,對于結合具體崗位的特色化輔導針對性不夠,需要在企業培訓的大框架下,結合員工入職年限、崗位名稱、職級職稱等相關信息,搭建員工自主學習的知識平臺,動態推送員工自主學習內容,最大化激活知識價值。

推進知識管理完善與運用,構建知識管理平臺,實現全壽命周期知識成果的快速檢索,將原先需要在多個平臺才能完成的知識檢索整合到一個平臺進行,涵蓋知識成果、技術狀態、歷史記錄等多重信息,提升知識檢索效率和人才培養成效。

3 裝備批產全過程管控體系應用

批產信息化管理系統與實物管理系統已在企業批產部門內全覆蓋應用,企業內批產計劃與實物得到有效管控。批產計劃管理的顆粒度從部門級逐級穿透至科室、班組和個人,實現了“計劃到人、責任到人”。在計劃的精細化方面,從裝備訂單級計劃管理逐步細化至工序級管理,使得單個產品的每一個圖號及其工序均得到全過程管控。在裝備批產任務輸入、執行與閉環的計劃管理方面,隨著高級計劃排程功能的逐步實現,裝備生產計劃更加合理與科學,批產任務計劃實現精準管理。在實物管理方面,實現批產過程各類實物的實時動態管控,臺賬管理從Excel表單記錄向在線電子表單記錄轉變,實物流轉信息從人工紙質記錄向掃碼自動變更轉變,實現了全業務過程的實物管理。

隨著裝備批產數據管理與知識管理系統的運行,裝備全生命周期內的數據與知識得到統一管理與有效應用。通過對歷史數據與知識的分析挖掘,為產品全生命周期管理提供全面、可靠的知識體系,為問題排查與解決提供方法與思路,大幅提高裝備排故效率。在裝備服務保障工作中,通過裝備大數據分析,不斷驗證裝備故障模式的覆蓋性和正確性,及時發現設計偏差,通過反哺設計提升裝備研發能力。在裝備批產與保障人員培養方面,通過批產知識管理系統的運行,有效提升了知識價值的增值與發揮速度,加快了人員能力培養。

4 結語

針對裝備批生產業務流程上的管理薄弱環節,以問題為導向,積極開展問題分析,明確目標,制定對應的改進措施。利用數字化、信息化等手段開展批產計劃、實物、數據與知識管理需求梳理,推進信息化系統建設,構建裝備批產全過程管控體系,升級形成新的裝備管理模式,并在制造企業的批產部門內推廣運行,有效提升了裝備批產管理效能。