江南造船数字化生产计划关键技术应用

1、江南造船数字化生产计划关键技术应用 75企业管理江南造船数字化生产计划关键技术应用郑冬标，邢晓龙（江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）摘要：造船数字化生产计划体系以构建一体化的计划共享管理平台为核心，通过网络优化、电子看板等技术综合管理建造计划、设计计划、生产准备计划和物资配套计划，使计划管理达到事前、事中和反馈控制，有效提升计划的可执行性，提高生产效率、压缩生产成本、缩短整体建造周期。关键词：生产计划；数字化建模；WBS模板；网络计划；电子看板；关键链中图分类号：U673.2 文献标识码：C 文章编号：1005-9962(2010) 02-0072-07Abstract: Sh

2、ipbuilding digital production planning system builds an integrated plan-sharing management platform as the core. It manages comprehensively the construction plan, design plan, production preparation plan and material distribution plan through the technologies such as network optimization and electro

3、nic billboards, enables program management to achieve feed forward, concurrent and feedback control, enhances effectively the enforceability of the plan, improves production efficiency, reduces production costs and reduces the overall manufacturing cycle.Key words: production planning; digital model

4、ing; WBS template; network planning; electronic billboards; key chain0 引 言造船生产计划（本文将其定义为广义涵盖企业整个造船活动的计划）管理对提高生产管理水平和生产效率有着决定性的作用。一个高质量高效率的生产计划管理系统，对生产计划的制订、执行、反馈与持续改进应起到良好的辅助作用，使整个生产计划形成有效地闭环管理，支持现代造船模式1应用，增强企业的综合竞争力，为企业带来更高的经济效益。1 造船生产计划的功能造船企业的生产活动都是在计划的指导下开展的，造船生产计划的功能见图1。现代造船模式从流程整体优化的角度要求职能部门按各

5、相关计划有序运行，使得各职能计划既达到分层精细化管理、又实现相互之间的紧密协调和约束2。采用信息技术手段，我们将基于流程优化的造船生产计划定义为数字化生产计划，它将注重以下三个管理控制：第一作者简介：郑冬标，男，研究员。1970年生，1992年浙江大学内燃机专业毕业，2006年获工商管理硕士，从事技术管理及信息技术工作。财务及成本计划生产计划经营计划长远发展计划船型产品研究开发计划工艺规划发展计划制造资源投资计划人力资源准备计划船型产品质量计划物流作业计划设计工作计划生产准备计划制造资源使用计划劳动力使用计划图1 造船生产计划的功能1) 事前控制。利用制造资源的配套性，充分分析计划执行可能发生

6、的不利事件，及时识别控制对象即将出现的偏差，在计划执行前就采取必要的措施加以预防；2) 事中控制。在计划执行过程中所实施的控制，监督和纠正错误、及时地实施控制；3) 反馈控制。根据计划的执行状况，发现并预测问题，采取措施、纠正偏差，保证计划的正确执行。江南造船在数字化造船整体架构规划的指导下，目前已启动了造船数字化生产计划系统，希望在现代造船模式的思想和理念指导下，以数字化生产计划管理为核心，实现对设计、制造和资源等的一体化管理，并结合质量、成本和安全等相关因素的综合管理，以达到质量、成本和周期之间的协调优化控制。2 造船数字化生产计划体系架构2.1 业务流程优化与计划共享平台造船数字化生产计

7、划管理不是一个孤立的系统，它是数字化造船三大体系：数字化设计、数字化建造和数字化管理中的核心组成部分，因此它应从整体业务流程优化的角度来构建，由于江南造船已经基本实现了现代造船模式，所以主要采用信息技术手段来实现手工作业很难完成的优化处理。造船数字化生产计划管理将涉及设计、生产和物资等多项管理，而建立标准的作业流程、全程共享的信息平台以及准确的定额体系等都需要长期持续改进的决心和企业自身管理水平的不断提升。造船数字化生产计划管理致力于建立遵循统一流程的计划共享平台，所有的计划都将基于这个计划共享平台，采用统一的流程来进行计划的制订和管理。上述流程如图2所示，其综合计划、生产管理计划、生产准备计

8、划、生产作业计划、运输配送计划、质量计划、设计出图计划、资源计划等都将统一构建在该计划共享平台上。平台将协助建立各类计划之间的相互关联，相互制约关系。通过配套性检查，确保计划的制订与实行情况相吻合，形成更加贴近生产实际、可执行的计划。此外，系统还可提供电子看板的手段来辅助后道计划的制订和拉动后道计划的执行。生产管理计划主计划搭载计划先行中日程后行中日程加工中日程出图计划物料MRP采购及纳期综合计划五年滚动计划年度计划成本计划生产作业计划月计划WP/WO日计划实绩反馈电子看板运输配送计划设备到货计划模块集配计划分段运输计划质量计划质量控制计划质量数据采集工序SPC计划共享平台辅助后道计划制订计划

9、制订前检查配套性制订计划平衡计划能力执行时检查配套性执行计划反馈执行实绩生成电子看板拉动后道执行计划图2 遵循统一流程的计划共享平台2.2 数字化生产计划体系架构根据数字化造船的相关理论以及造船数字化生产计划管理的实际需求，造船数字化生产计划管理系统规划的主要目标是实现4个信息化管理平台。2.2.1 单船项目计划管理平台单船项目计划管理平台依据造船数字化建模平台中提供的对象参数数据或WBS（PBS）模板，自动生成基本计划框架，建立多级计划或多维度计划的相关性约束。自动测算出当量数据、自动报告资源冲突和人机交互平衡资源冲突。该平台主要涉及的对象包括主计划、搭载网络计划、先行中日程计划、后行中日程

10、计划、制作中日程计划、WP/WO等。2.2.2 造船综合计划管理平台造船综合计划管理平台负责经营规划计划以及年度运作计划等宏观计划以及汇总单船项目计划管理平台产生的单船项目计划，平衡多船间资源冲突，产生综合计划，同时将提供挣值管理技术进行费用和进度的控制。该平台主要涉及的对象包括3（5）年滚动计划、年度计划、季度计划、月计划、周计划、日计划等。2.2.3 项目管理实时协同平台项目管理实时协同平台主要是基于生产管理门户，通过工作流控制的计划评审、发布，实现版本管理，建立快捷的计划共享体系，基于强大安全控制的权限管理、保护及有效利用计划数据。2.2.4 计划执行控制平台计划执行控制平台主要是基于包

11、括无线等多种接入技术，实现主动推计划信息到客户端，实时上报汇总计划完成实绩、并计算出实际完成当量值。控制计划与实际执行的差值，自动发出脱期警报。该平台的主要目的是实现计划执行的闭环控制。造船数字化生产计划管理的详细应用功能模型见图3。造船数字化生产计划管理应用功能模型生产计划管理门户统计及绩效综合计划编制计划评审仿真配套管理质量管理数字化建模项目库历史库数字模型库知识管理单船计划编制计划审批发布计划跟踪控制风险管理移动中间件变更管理版本管理成本管理接口管理图3 造船数字化生产计划管理功能3 造船数字化生产计划关键技术研究对于造船数字化生产计划管理系统开发中涉及的许多关键技术，以项目管理思想为核

12、心，采用基于号船的单项目管理与基于多船的项目群组综合管理相结合的计划模式，见图4所示。基于多船的项目群组综合计划管理基于号船的单项目管理5年滚动计划年度计划主计划搭载计划中日程计划小日程计划图4 多项目管理核心计划模式在船舶建造过程中，对于号船建造计划采用单项目管理，每一号船都具备相对独立的主计划、搭载网络计划、先行中日程计划、后行中日程计划、制造中日程计划、物资采购计划、自制件计划、月度计划、周计划、日计划等；多个号船的并行建造计划采用基于多船的项目群组综合计划管理。在综合计划管理体系下，号船建造计划既相对独立又相互关联，相互制约。3.1 数字化建模数字化建模是整个造船数字化生产计划管理的基

13、础，目标是建立可计算的基础规则模型，支持柔性的系统配置。数字化模型主要建立如下基础数据模型：1) 船型产品结构数据；2) 工艺制造数据；3) 制造资源数据；4) 定额数据；5) 计划基础数据；6) 标准代码；7) 其他基础数据。数字化建模的技术特性主要为2个方面：1) 图形技术的应用：运用可视化的图形技术，建立计划业务对象，方便在计划编制、执行、控制过程中的优化计算。主要应用微软的WPF技术，直接将图元当作对象操作，简化了图形处理的复杂性；2) 与设计系统（Tribon）、设计管理系统（PDM/PLM）和其它系统的集成：集成的作用是双向的，设计系统和设计管理系统的生产制造基础数据通过数字化建模

14、支持生产计划管理系统的运作，而生产计划管理系统的运作中产生的设计改进数据也可通过数字化建模集成至设计系统和设计管理系统。3.2 WBS模板WBS模板定义为各类计划的工作分解结构（Work Breakdown Structure，WBS）模板项。其对应着各类各层级计划的任务项，它能自动计算产生计划。建立WBS模板的作用是将造船工艺对应到造船项目管理，实现生产设计与生产管理的一体化。WBS最重要的特征是可以建立2种相关性：1) 1个WBS与另1个WBS之间的关系（尤其是上下2层WBS）：定义WBS上下约束关系及2个WBS中相关节点项关系（自动推算的链接点），建立自动计算的规则；2) 1个WBS中2

15、个项之间的关系：定义WBS 2个任务项之间的逻辑关系，它们包括：完成-开始（FS）、开始-开始（SS）、开始-完成（SF）、完成-完成（FF）4种类型。3.3 网络计划网络计划技术是应用于工程项目计划与控制的一项管理技术，它的基本技术包括关键路径法（CPM）与计划评审法（PERT）3。网络计划有以下主要优点：1) 能充分反映工作之间的相互联系和相互制约关系，定义任务项之间的严格逻辑关系；2) 能提供任务项的最早可能开始、最早可能结束、最迟必须开始、最迟必须结束、总时差、局部时差等时间参数，表达动态的计划概念； 3) 可以区分关键任务和非关键任务，进行有效的优化和监督；4) 可作为控制工期的有效

16、工具，不改变工作之间的逻辑关系，调整时差重新计算和优化就可以得到变化以后的新计划方案。造船生产计划管理中采用网络计划技术最典型的应用是船台（坞）搭载计划，其主要应用为：1) 关键路径在搭载网络计划图中，关键路径的长度就是整个搭载周期的长度。调整搭载网络计划中关键路径上的任务将影响整个搭载周期，调整非关键路径上的任务则不影响整个搭载周期。因此可非常方便地拖拉节点来压缩或延长搭载周期，实现工期的优化，如图5所示（图中粗线表示关键路径）：2) 时标图时标图实际上是关键路径型搭载网络计划的另外一种表现方式，在这种表现方式下，水平轴表示时间，所有任务的工期用代表任务的线条跨度来表示，同时关键路径的关键任

17、务在图中为首尾连接的线条，其他非关键活动则分居关键路径两侧，可在同一图上表达多个项目，并汇总出每个日程的负荷（物量等），方便进行整体的物量平衡，如图6所示。图5 网络计划关键路径图6 网络计划时标总之，通过网络计划技术不同表现方式的组合可以方便地进行持续的优化控制，事实上在造船数字化生产计划管理中的其它计划都可采用网络计划技术来进行优化控制。3.4 电子看板看板（Kanban）管理是丰田生产模式中的重要概念，它是准时生产（JIT）方式控制现场作业的工具。将电子看板方式来作为生产计划目视化管理的重要工具，通过工期、任务和制造资源（见图7）表达造船各级生产计划的当前状态，方便进行多项目的生产调度控

18、制。主要有2种电子看板：1) 管理电子看板管理电子看板主要负责生产计划相关的信息流传递，包括计划看板、质量看板、成本看板、配套/集配看板、供应看板、运输看板、场地看板等，它们贯穿生产计划的制订、执行、反馈、传递、调度、调整的全过程。2) 图形展示电子看板图形展示看板通过图形方式表示各类生产计划的状态，主要采用2种方式：(1) 船体轮廓计划展示图，主要从分段角度表示计划执行的状态；(2) 制造资源展示图，主要表示安排在各重要1. 计划执行状态，包括进度、质量和成本2. 影响本计划执行的前道或其它拖期计划及原因3. 本计划拖期影响的后道或其它计划4. 针对特定计划的配套性及供应性5. 配套/供应拖

19、期影响的计划6. 发出拉动看板（包括运输）7. 可视化的场地和设备资源计划和实作管理场地资源看板运输看板供应看板配套/集配看板成本看板质量看板计划看板电子看板 图7 电子看板结构制造资源的计划执行状态；电子看板能通过交互方式可视化，进行生产计划的管理控制，并使各级管理层共享同一个看板，防止数据的偏差。3.5 关键链关键链（CCPM）是TOC约束理论在项目管理中的应用。其基本思想是解决生产链中最薄弱的环节，提升瓶颈处的能力4。基于关键链的计划编制的基本原理体现在关键链的确定以及缓冲区的设置。关键链的确定基本同关键路径。缓冲区设置有3种：1) 接入缓冲（Feeding Buffer,FB）：设置在

20、非关键链与关键链的汇合处，以非关键链上的所有工作节省工期之和的50%为缓冲区的大小，设置输入缓冲是为了保护关键链上的工作计划不会因为非关键链上工作的延迟而受到影响。2) 项目缓冲（Project Buffer,PB）：设置在关键链的末尾，以关键链上所有任务工期的50%为缓冲区的大小，设置项目缓冲是为了有效地保证项目在计划内完成。3) 资源缓冲(Resource Buffer,RB)：用来保证所需的资源在使用前是可有效利用的，从而保证所有的任务都能按期完成。 缓冲位置的设立如图8所示。造船数字化生产计划管理通过预设的规则，自动将零星缓冲变为接入缓冲和项目缓冲，使生产计划在关键链技术的支持下更具实

21、用性。接入缓冲接入缓冲接入缓冲项目缓冲完工日期图8 关键链缓冲位置3.6 预 测造船数字化生产计划管理通过项目挣值管理（Earned Value Management, EVM）进行计划进度和成本的控制及预测。采用与进度计划、成本预算和实际成本相联系的3个独立的变量，进行项目绩效测量3；它比较计划工作量、实际完成量（挣得）与实际成本花费，以决定成本和进度绩效是否符合原定计划。 挣值分析有3个基本参数及4个评价指标：1) 3个基本参数：(1) BCWS（Budgeted Cost for Work Scheduled）：BCWS=计划工作量预算定额，计算出的值反应了完成的任务量和任务的计划成本；(2) ACWP（Actual Cost for Work Performed）：到当前日期为止计划执行的实际工时的成本和所有固定成本之和；(3) BCWP（