江南造船数字化生产计划关键技术应用

江南造船数字化生产计划关键技术应用郑冬标邢晓龙[摘要]：造船数字化生产计划体系以项目管理为核心，构建围绕生产建造计划的一体化计划共享管理平台，通过网络优化、电子看板等技术综合管理生产计划、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；项目管理；数字化建模；WBS模板；网络计划；电子看板；关键链；预测。[Abstract]:Shipbuildingdigitalproductionplanningsystemtoprojectmanagementasthecoretobuildaroundtheproductionofanintegratedplantoshareintheconstructionprogrammanagementplatform,throughthenetworkoptimization,electronicbillboardsintegratedmanagementtechnologiessuchasproductionplanning,designplanning,productionplanningandmaterialstopreparesupportingplans,sothatprogrammanagementtoachievebeforehand,duringandfeedbackcontrol,aneffectiveplantoenhancetheenforceabilityof,improveproductionefficiency,reduceproductioncosts,reducetheoverallmanufacturingcycle.[Keyword]:Productionplanning,projectmanagement,digitalmodeling,WBStemplate,networkplanning,electronicbillboards,keychain.1.引言船舶制造是以订单为导向、生产为核心的大型复杂产品制造模式，其行业特点决定一切活动都是以生产为核心；因此造船生产计划（本文将造船生产计划定义为广义的计划，涵盖企业整个造船活动。）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，支持现代造船模式应用，增强企业的综合竞争力，为企业带来更高的经济效益。造船企业的一切活动都是在计划的指导下开展的，从业务职能的角度来看，造船生产计划的功能见下图1-1：经营计划长远发展计划生产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制造资源使用计划生产准备计划财务及成本计划劳动力使用计划船型产品研究开发计划【图1-1造船生产计划的功能】传统的造船生产计划管理通过手工或采用电子表格进行编制，主要存在以下挑战：（1）缺乏一体化的计划共享执行平台，计划的层级、计划之间逻辑关系尽管明确，但手工计算、汇总很难产生一体化的生产计划，使层级和逻辑关系无法发挥真正的作用，致使各级层次计划没有权威性，调整的随意性很大；（2）整体计划被局部计划牵着鼻子走，公司指令和意图不能得到认真贯彻和执行；大、中、小日程计划相互独立，互不关联，各层次的计划项目不能对应；上层计划不能制约和指导下层计划，下层计划不能主动反馈到上层计划；（3）计划制订前和计划执行中的配套性检查管理不善，无法得知配套项执行现状，从而严重影响生产计划的可执行性；（4）无法根据目前的生产计划执行状况来有效地预测未来计划目标可完成性及成本控制可实现性。现代造船模式从流程整体优化的角度要求职能部门按各相关计划有序运行，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。基于流程优化的造船生产计划管理将更注重以下三个管理控制：（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.业务流程优化造船数字化生产计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数字化管理的核心组成部分，因此它应从整体业务流程优化的角度来构建，但是我们并不主张采用激烈的变革来进行业务流程优化，并且江南造船已经基本转换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。在持续改进的过程中也需要企业自身管理水平的不断提升，以此促进企业的业务流程不断革新、固化及标准化，一个有价值的信息系统的成功实施同样需要有完善的管理制度和理念支撑。造船数字化生产计划管理致力于建立一个计划制订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制订和管理。上述流程如图2-1所示，其综合计划、生产管理计划、生产准备计划、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。由于存在共享平台，因此各个计划之间不再是孤立的，平台将协助建立各类计划之间的相互关联，相互制约关系。通过系统提供的无处不在的配套性检查，可以确保计划的制订与计划实际执行情况相吻合，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。计划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辅助后道计划制订拉动后道执行计划计划共享平台五年滚动计划---------------年度计划---------------成本计划综合计划生产管理计划生产作业计划运输配送计划质量计划主计划---------------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---------------采购及纳期月计划---------------WP/WO---------------日计划---------------实绩反馈---------------电子看板设备到货计划---------------模块集配计划---------------分段运输计划质量控制计划---------------质量数据采集---------------工序SPC【图2-1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四个信息化管理平台：造船数字化建模平台单船项目计划管理平台造船综合计划管理平台计划执行控制平台项目管理实时协同平台（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。该基础平台的主要目标是作为造船项目数据的唯一入口，一次录入后只需一定程度的维护便可全程使用。从而减少数据重复录入，并保持数据的完整性和一致性。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、后行中日程计划、制作中日程计划、WP/WO等。（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。未来造船成本控制也将在综合计划管理平台进行，主要包括成本估算、成本预算和成本控制优化。系统将提供挣值管理技术进行费用和进度的控制，本期系统仅提供工期进度的控制。该平台主要涉及的对象包括三（五）年滚动计划、年度计划、季度计划、月计划、周计划、日计划等。（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。生产计划管理中的数据能扩展或集成进生产管理门户中，实现项目管理实时协同平台，并成为整个造船生产管理的协同平台。（4）计划执行控制平台计划执行控制平台主要是基于包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。控制计划插单、调整、变更的流程要求，自动反映调整的影响区域，并提供可行解决方案的有限仿真。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下图2-2：造船数字化生产计划管理应用功能模型移动中间件配套管理计划跟踪控制统计及绩效知识管理变更管理单船计划编制综合计划编制计划评审仿真成本管理质量管理风险管理接口管理数字化建模数字模型库项目库历史库生产计划管理门户版本管理计划审批发布【图2-2造船数字化生产计划管理功能图】3.造船数字化生产计划关键技术研究在造船数字化生产计划管理系统开发中涉及许多关键技术，它们基于项目管理思想为核心，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制订模式，见下图3-1所示：五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基于号船号的单项目管理基于多船的项目群组综合计划管理【图3-1多项目管理核心思想图】在船舶建造过程中，对于号船建造计划一般采用单项目管理，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；但是对于整个造船集团，将同时存在多个号船的并行建造，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。鉴于篇幅，本文无法完整阐述基于流程的系统性关键技术，而将只就主要的关键技术进行离散的说明。3.1.数字化建模数字化建模主要建立造船各种制造资源等基础数据的数字化模型，它是整个造船数字化生产计划管理的基础，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。我们定义数字化建模的技术特性主要为二个方面：（1）图形技术的应用：运用图形技术能可视化的建立计划业务对象，方便在计划编制、执行、控制过程中的优化计算。我们在系统中主要应用了微软的WPF技术，它直接将图元当作对象操作，简化了图形处理的复杂性，使更关注于生产计划业务本身；（2）与设计系统（如：Tribon）、设计管理系统（如：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模板定义各类