数字化海洋平台材料管理系统研究

李淑民，黄太安，尹宝瑞，张小刚，王 佳，刘晓芳，李玉明

[海洋石油工程(青岛)有限公司设计部，山东 青岛 266520]

数字化海洋平台材料管理系统研究

李淑民，黄太安，尹宝瑞，张小刚，王 佳，刘晓芳，李玉明

[海洋石油工程(青岛)有限公司设计部，山东 青岛 266520]

为改善目前国内海洋工程企业材料管理效率普遍低下、信息化水平严重不足的现实情况，通过分析国内外先进的材料管理理论阐述材料管理的意义。以某公司的实际项目为背景，通过实地调研得出企业对于材料管理的需求，针对需求分析进行梳理整合，进而得到系统结构建模，依托Java语言，结合MyEclipse开发环境和Oracle数据库开发出基于“面向服务的体系结构”(SOA)的原型系统。通过对实际项目材料管理全过程的演示验证了系统的合理性和有效性。

海洋平台建造；数字化；材料管理；统一软件开发过程

0 引 言

材料管理主要是指对产品生产过程中所需要的材料的全生命周期进行管理，以便迅速得到材料何时何地在何位置充当何种角色(功能)。材料管理涉及材料从采购、质检、入库、出库直到使用的过程中灵活支配的全过程。精确的材料管理不仅有利于减少产品在生产过程中对材料的不必要浪费，减少材料运输和保管的费用和人工成本，还能在产品出现问题时，及时、准确地追溯到是哪个材料引起的问题，这样既有利于公司责任制度的明确落实，又有利于提高企业的经济效益。

与其他行业对比，海洋工程项目需要的材料数量更多，类型更复杂，加之海洋工程项目需要的材料种类杂、体积大，运输成本和运输难度都远远高出其他行业，并且在材料的运输和使用过程中往往涉及多部门、多种类的进程协同，因此对材料管理的需求显得更为突出[1]。

随着各国材料管理理论的不断发展，一些组织和公司根据自身特点和实践经验提出了一些先进的材料管理理论，其中主要包括美国提出的物料需求计划(MRP)和由其发展而来的制造资源计划(MRPII)、企业资源计划(ERP)，日本提出的准时化生产(JIT)，以色列提出的约束理论(TOC)等[2]。

我国的海洋工程起步较晚，至今不少企业还在沿用传统的生产管理体制，其信息化水平远低于日、韩等国的造船企业。信息化管理水平的不足使得我国的海洋工程项目效率的提升受到极大牵制，这种牵制尤其体现在材料管理上。目前国内尚没有一套完全针对海洋工程项目的材料管理软件，船企大多直接应用其他行业的材料管理软件来进行移植，为了适应海洋工程项目生产特点，船企往往会对这些软件进行大量的二次开发工作，这样不仅要耗费大量人力，并且一旦船企生产管理流程发生变化，则软件很可能再次需要大量的二次开发，甚至被弃用。为解决目前市面上通用材料管理软件(如ERP系统)无法灵活应对企业流程经常变化的问题，本文采用面向服务的体系结构(SOA)开发系统。以某公司的一个实际项目为背景，通过分析需求进行系统建模，进而开发出材料管理系统指导企业材料管理，提高企业生产效率。系统集成了运行框架、组件库、开发环境和辅助工具，提供了便捷的流程再造功能，能比较好地适应目前海洋工程企业流程可能改变的现状，也为之后软件通用性的开发奠定了基础。

1 需求分析

想要对企业进行准确合理的材料管理，必须先对企业的实际情况以及需求有一个详细的了解。需求分析主要包括角色功能需求分析和业务流程需求分析两大部分。通过需求分析，能够较为清楚地了解企业在项目进度管理过程中的关键环节和希望借助软件实现的关键功能。

1.1 角色功能需求分析

角色功能需求分析是为了更好地理清角色分工，针对角色合理设计软件开发需求功能。通过对某公司的调研，针对材料管理中涉及到的主要角色，得出相关的功能需求分析。

材料管理过程是多部门协调管理的过程，涉及部门较多，主要有设计部门、生产部门、船东、供货商、采购部门、质监部门和仓储部门。根据分析，这些部门各自对系统的需求如下。

(1) 设计部门：设计人员根据图纸建造方案等，编制描述所需材料的资材清单，用来向生产部门提交；根据已制订的生产计划和图纸编制，制订包括时间、数量在内的材料领料凭证(看板)并通过系统提交给生产部；通过系统第一时间获知生产过程出现的风险，通过系统与生产部等相沟通进行风险解决，并作出计划和看板的调整等；同时，根据产品设计方案，设计部应当根据材料上下级关系，制定材料的批次清单(BOL)模型。

(2) 生产部门：生产部门根据纳期计划，生成材料采购的采购纳期表；在采购方案的审批当中与船东保持联系；从设计部门领取看板，并将看板发放给车间；车间通过看板领取材料并进行生产；当产品出现质量问题等风险时，分析问题原因并反馈给设计部。

(3) 船东：系统应辅助船东进行采购计划的审批；当出现风险时，应通知船东协商解决。船东通过系统协调，对风险进行管理。

(4) 供货商：供货商并不属于船厂部门，但使用软件能够对供货商的竞投标过程等进行有效的管理，提高采购效率。

(5) 采购部门：在需求分析阶段，进行市场询价；选择供应商并提交生产部门、船东等批准；与供应商谈判并签订合同；执行对材料的追踪管理；分析采购过程是否存在风险并及时防范；无法防范时及时联合供货商、船东和质检部门共同处理；协同供货商和质检部门对采购到物品进行到货检验；验收货物；统计采购过程总成本。

(6) 质检部门：质量检验部门对采购材料的质量和生产产品的质量状况进行检测并登记数据，制作质量报表。

(7) 仓储部门：库存管理是仓储部门管理的主要内容。仓储门部人员负责材料出入库的管理和登记，并计算材料在仓储过程中的损耗成本[3]。

1.2业务流程需求分析

1.2.1 业务流程概述

材料管理的制造范围包括了材料需求分析、材料基本资料管理、材料采购管理、材料库存管理、材料质量控制、材料生产流动管理和材料成本核算环节。其业务流程需求如下。

(1) 需求阶段。根据生产设计方案，设计部门提出所需要材料的资材清单；生产部门根据设计部门的资材清单，制定生产的纳期计划，输出采购纳期表；根据采购纳期表，采购部开始适时进行市场询价，供货商开始报价。

(2) 采购订货阶段。根据竞标结果，采购部选定供应商并输出供应商评价表；船东和生产部根据既有经验等，审核供货商是否具有供货资质，若不具有，将返回纳期计划重新进行竞投标；若同意，则由采购部与供货商谈判签约，并输出采购合同。

(3) 采购监控阶段。对采购执行监控是采购管理的重要环节，采购人员将根据材料、设备的重要程度设定检查节点和检查项目，确保供应商能够按时、按质完成供应任务，并将监控信息及时公开、共享，形成采购看板。供货商在按照合同组织生产的过程中，依据事先确定的检验计划对产品进行检验。在主要产品生产过程中，船厂将派检验员参与相关检验，并详细记录检验结果和处理意见。

(4) 到货检验。采购货物回厂后，采购人员协同供应商、船东、船检、厂内质检部门进行质量检验。若检验过程发现问题，分析并及时协调解决；若检验通过则进入仓储管理；根据检验过程形成检验报告，详细记录各个环节和单据，确保所有执行活动可控、可查；随同货物的各类说明书、检验证书等文档资料必须查验，并归档保存。

(5) 库存管理。验收合格后，仓储部门进行理货、入库工作，对货物进行标识，确保货物的可识别性；按照生产部门看板准时发货；保证所有出入库活动可控、可查。

(6) 生产管理。设计部门根据图纸方案和生产计划进行看板的编制，下发到生产部门；生产部门根据计划，将看板准时发到车间；车间凭借看板到库房领取生产材料，进行相应工序的生产。生产产品经质检部门检验合格后，入库作为下道工序生产材料。若生产产品不合格，需要由生产部门分析原因，作出整顿，同时由设计部门评估影响，并视影响程度进行计划调整。

(7)成本核算。生产部门计算生产成本，采购部门计算采购环节成本，仓储部门进行库存环节成本计算，从而对材料成本进行总核算[4]。

1.2.2 材料管理业务流程总图

材料管理详细业务流程总图如图1所示。该图覆盖了某公司材料管理过程的主要阶段，同时，体现了设计部门、生产部门、船东、供货商、采购部门、质监部门和仓储部门等相关部门在各阶段中的具体业务过程与交互关系。材料管理以项目为单位，不同项目的材料不能合并在一起管理。物料跟踪过程中以采购码作为物料的唯一标识，采购码与物料一一对应。采购码作为系统的基础数据在系统外维护(海洋工程方面有专门的系统维护采购码)，以Excel文件格式导入系统中。采购码的管理工作由设计部“系统维护人员”这一角色用户完成。

2 系统原型建模

2.1 部门用例细化

为了让系统更加符合企业的实际需求，需要对需求分析中各部门的职责进行梳理和整合，分析其中哪些任务需要系统来实现，哪些任务在线下进行更加合理，然后根据梳理结果得到各个部门的用例细化结果，以便生成相应的系统功能。部门用例细化情况如表1所示。

表1 部门用例细化表Table 1 Refinement of department use cases

2.2 各部门活动图

部门活动图主要是根据部门用例细化结果得出的，以系统用户的形式表达出不同部门对系统的实际使用情况[5]，现以设计部门为例加以阐述。设计部门的活动图如图2所示。

2.3 系统结构功能树

由以上分析，构建出由系列子功能模块组成的系统结构功能树图，如图3所示。

图1 业务流程总图Fig.1 Business process diagram

图2 设计部门活动图Fig.2 Activity diagram of design department

图3 海洋工程建造项目材料管理软件系统功能树图Fig.3 Functional tree diagram of the materials management system for ocean engineering projects

3 系统原型建模

系统的实现选用Java语言，结合MyEclipse开发环境和Oracle数据库进行软件系统开发。

3.1 系统架构的设计

系统架构分为三层：用户层、逻辑层和数据层。

用户层直接面向软件使用者，对应前阶段中的细化用例和软件活动图。系统用户包括设计(1SJ)、生产(2SC)、船东(3CD)、供货(4GH)、采购(5CG)、质检(6ZJ)、仓储(7CC)和领导层(AA)。

逻辑层是数据抽象的中间层，描述数据库数据整体的逻辑结构。这一层的数据抽象称为逻辑数据模型(简称数据模型)。

数据层在三层结构的最底层，实现对数据的直接访问和直接管理，并提供数据的权限、存储管理与多种输出形式[6]。

数字化海洋平台项目材料管理模块系统数据架构图如图4所示。

图4 系统数据架构图Fig.4 System data structure

3.2 系统界面的设计

(1) 用户登录界面设计。采用“用户名-密码”二级校验体制，用户名和密码为用户预先得知；校验通过后，后台识别用户身份，调出相应界面。

(2) 主界面设计。主界面是指用户成功登陆后跳转到的界面，主界面主要显示各个模块树的分布，一个项目一般涉及到多个模块，如项目进度管理、成本管理、材料管理等。点击各个模块树即可进入相应的模块进行操作。

(3) 料单编制界面设计。料单编制模块供生产部门人员制作领料凭证所用。从设计部门接收看板，添加必要信息生成领料凭证并存储于数据库。料单编制界面包括“数据添加”、“数据修改”、“信息检索”等多个功能，可以满足实际材料管理过程中的大部分需求。通过对料单的制作以及后期的反馈和修改，可以及时有效地对生产过程中的材料进行管理，并且可通过对材料物料码的检索实现快速的材料追溯。

(4) 仓储管理页面设计。仓储管理页面提供给仓储工程师包括入库凭证管理、出库凭证管理、退库凭证管理以及库存管理在内的所有围绕仓储管理的页面功能，将传统纸质凭证录入系统，更加易于保存、查询和调用。库存管理页面可以根据入库、出库、退库信息来统计材料库存信息，以此来指导生产与采购。

(5) 领料控制页面设计。领料凭证制作模块供生产部门人员制作领料凭证所用。凭证可打印，通过纸质凭证与电子凭证的对应关系来杜绝跨程序领料造成的领料混乱现象，通过把领料单号设置成唯一性标识来避免重复领料。

(6) 权限管理界面设计。一个完整的材料管理系统必须要有严格的权限制度，这样可以保证不同部门之间的用户互不干扰，避免因职责混乱而造成的责任制度的不明确。权限管理主要是规定用户拥有哪些权限，而对于无权访问的界面则实行不可查看或者可查看但不可编辑的权限设置[7]。

以上各主要界面实际效果图如图5所示。

图5 主要界面实际效果图Fig.5 Actual effect of the main interfaces

3.3 系统实例验证

在本系统开发完毕后，以某公司的一个实际项目为例进行了实例验证。实例验证主要完成了以下工作：(1)通过系统进行料单的编制、保存和检索；(2)通过权限设置不同的用户组，使不同部门的人员拥有不同的权限；(3)通过建立庞大的数据库，简单快捷地查看仓储情况；(4)通过定义材料编号以及采办料单号，准确快速地检索某种材料的入库、出库以及使用情况；(5)通过系统内置的材料仓储不足警告机制，将紧急情况及时反馈到生产部门以指导生产。

结果表明：采用本系统，可以明显改善企业的材料管理效率以及质量，使企业责任制度更加明确，材料的料单以及其他单据更加易于保存和检索，同时也使材料的追溯更加易于实现。

4 结 语

本文就目前国内海洋工程企业材料管理普遍不足的现实情况进行分析，以某公司的一个实际项目为背景，通过对企业的调研整理出企业需求，通过对需求的梳理和整合得出系统原型建模，针对目前通用的材料管理软件无法满足海洋工程企业流程可能改变的现状进行研究，进而依托Java语言，结合MyEclipse开发环境和Oracle数据库开发出基于SOA的原型系统，并进行了实例验证。利用该系统实现了材料的智能化管理。这一研究对于提高海洋工程企业材料管理的水平有一定的理论意义和实用价值。但由于不同企业之间材料管理流程存在差异，如何让软件更具普适性的问题还有待进一步研究。

[1] 王平,任南,潘燕华,等.船舶集成制造管理理论与方法[M].北京:科学出版社,2010.

[2] 李敬东.基于MRPII/JIT的企业生产物流管理模式研究[D].沈阳:辽宁科技大学,2008.

[3] 李逦.UML在员工管理信息系统中的应用[J].办公自动化杂志,2008(11)：22.

[4] 全婷.基于UML和.NET框架的船厂物料管理系统设计与实现研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

[5] Boykin R F. Enterprise resource planning software: a solution to the return material authorization problem[J]. Computers in Industry, 2001(1): 99.

[6] 李钊,刘家国.海洋工程装备项目的BOL材料追溯模型[J].哈尔滨工程大学学报,2011,32(4)：525.

[7] 李代平.软件工程[M].北京:清华大学出版社,2008:31，154-159.

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

国家科技重大专项(2011ZX05026-002)

李淑民(1960—)，男，高级工程师，主要从事海洋工程设计和管理工作。