压缩机企业生产物流协同平台的设计与实现

孙家坤王平凡房慧娟

(1.山东建筑大学管理工程学院,山东济南250101；2.山东新思软件有限公司,山东 济南250014)

0 引言

企业生产物流是指企业内部为确保生产需要而产生的物流活动,对于保障生产、降低物流成本、缩短交付期具有重要作用[1-2]。石化压缩机是典型的大型装备,是石化装置的关键设备,广泛应用于石化气体的开采、运输、储存、加工等多个环节[3-4]。面对日益激烈和复杂的市场竞争,石化压缩机企业对产品交期、物流成本和产品追溯等方面的要求更加严格,生产物流越来越成为制约企业竞争力提升的重要因素。

我国关于生产物流管理的研究最早始于1992年,丁淑兰[5]在总结美国联合收割机厂生产物流管理方法的基础上,阐述了国内企业加强生产物流管理的必要性。由于大型装备与制造企业与一般的制造型企业相比,具有产品结构复杂、定制化程度高、生产制造过程复杂、周期长等特点,其生产物流管理相比一般的制造型企业更加复杂[6],国内早期有关生产物流管理的研究多集中在一般的制造型企业,关于大型装备制造企业生产物流管理的研究成果相对较少。近年来,随着国内相关研究的不断深入,以及市场竞争环境的不断变化,越来越多的大型装备制造企业开始重视生产物流管理的研究与应用。戴博[7]针对高端装备制造企业提出了智能物流管理模式,其有助于提高高端装备制造企业物流管理水平。车明波[8]通过对某船业公司生产物流管理实际的改善活动,提出了与大型装备制造企业生产物流改善相关的方法和步骤,对大型装备制造企业生产物流管理改进具有一定参考价值。与此同时,随着互联网与信息技术的发展,企业逐渐开始重视生产物流管理系统的实施与应用。徐杰等[9]设计了现代制造业生产物流管理信息系统,并分析了该系统的业务运作和管理模式。戴博等[6]以国内一家世界五百强装备制造企业为例,设计了面向装备制造企业的生产物流系统,并在该企业取得良好的应用。

成压公司是我国国产往复活塞式压缩机专业生产厂,其多种产品填补了国内多项空白,产品销售遍及全国多个省、市、自治区的油田市场和部分国际市场。近年来,随着企业的发展,订单量不断增加,生产物流方面相关问题逐渐显现,如账实不符、物料状态不透明、物料归属不明确、不齐套等问题成为制约企业生产和订单交付的重要因素。企业亟需通过提高生产物流管理水平,进一步提高产品交付能力和交付质量,降低物流成本,以保持在国内市场的竞争优势。

1 需求分析及业务流程改进

1.1 存在的问题及需求分析

目前,成压公司生产物流管理主要涉及采购、仓储、生产等部门的协同作业,其中采购部门负责物料收货与送检,仓储部门主要负责质检合格物料的出入库及保管,而生产部门根据生产需要自行到仓库领料。基于对其业务流程与作业方法的调研、分析,发现该企业当前在生产物流管理存在如下问题和需求:

(1)在采购收货环节,由于缺乏有效的技术手段支持,物料进厂后需要由采购员到仓储中心现场签收并协调各方工作,质检合格后仍需要采购员先办理企业资源规划ERP(Enterprise Resource Planning)入库凭证,再到仓储中心现场协调库管员入库。收货效率低、物料不能及时入库,不仅造成收货区积压、库存信息不准确,还影响到了生产计划的编制以及生产装配的执行。需要对业务流程进行优化,应用可视化、条码化等手段加强现场管理,应用信息化手段实现各部门间信息协同,应用移动终端提高现场作业效率。

(2)在出入库和库内作业环节,库管员需要持各类纸质单据至现场进行作业,事后将执行结果统一录入系统,作业效率低、实时性差、易出错。同时,现场作业情况与异常信息无法实时监控与反馈,各类管理报表需要线下人工生成,制约了管理效率和水平的提高。需要通过移动终端的广泛深入应用,改进作业方法,提高作业效率,保证库存数据的实时性,同时对作业情况进行实时监控,对业务数据实现自动统计与分析。

(3)在领料环节,目前由各生产班组长安排专人去仓库领料,各班组为保证自身进度,常出现屯料与物料借用等情况,最终造成生产现场物料堆积与缺料并存,影响生产进度。因此,企业需要在提高生产物流管理水平的基础上,改领料制为配送制,基于生产计划与现场实际需求进行物料配送,减少现场物料堆积。

基于以上分析,针对企业当前生产物流管理业务流程不清晰、执行过程缺乏支撑工具、信息不透明、实时性差等问题,需要优化业务流程,改进作业方法,应用射频识别 RFID(RadioFrequency Identification)、移动互联等技术[10-11],建设统一的生产物流协同平台,打造符合企业特点的精益化、信息化、敏捷化的生产物流管理模式,实现物流和信息流的统一管理及各部门高效协同与移动化作业。

1.2 业务流程的改进

针对当前业务流程与执行过程中存在的问题,通过会议与现场调研,绘制现行业务流程图,并在此基础上,通过关键用户访谈、5W1H(何事、何因、何地、何时、何人、何法)、ECRS(取消、合并、重排、简化)等方法[12],结合企业实际,对现行业务流程进行分析与改进。文章以采购收货业务流程改进的过程为例进行说明。

根据实际调研情况,绘制现行采购收货业务流程如图1所示。

图1 现行采购收货业务流程图

对现行采购收货业务流程中各环节逐一进行提问并改进,以配送接收环节为例,给出具体提问和改进过程,见表1。

表1 对配送接收环节进行提问与改善表

改进后的采购收货业务流程图如图2所示。

图2 改进的采购收货业务流程图

改进后的采购收货业务流程为:

(1)供应商发货、物料到厂后,系统自动将收货任务推送至物资中心库管员,提醒其进行采购收货。库管员到达收货区,使用手持机扫描送货单条码,系统带出采购订单信息,经现场清点、检查无误后进行收货操作,生成物料收货凭证。

(2)采购物料收货后,系统根据物料的质检属性,向质检部门推送质检任务,由质检员对物料进行检验。自制物料由驻各分厂的质检员现场检验,质检合格的物料由库管员办理入库。

(3)办理入库时,库管员首先使用手持机扫描物料条码与托盘RFID标签进行绑盘。绑盘后系统将根据物料属性自动生成推荐库位和叉车任务。对于需要储存在自动化立库和自动化回转库的物料,库管员可使用移动端对其进行控制。上架完成并由库管员确认后,系统关闭入库任务,生成物料入库凭证。

改进后的采购收货流程,将主要责任人由采购员改变为库管员；将配送接收和质检通知合并,将入库通知和入库上架环节合并,改由系统生成相关任务直接指导现场作业；将办理ERP入库凭证与实物入库进行合并和简化,改为现场实际作业结束时调用与ERP系统的接口,自动办理ERP入库凭证；改进了信息传递方式,质检通知、质检结果、入库通知等各类信息通过线上传递；改进了作业方式,由线下手工作业改为线上移动端作业。改进后的流程通过实时业务数据驱动现场移动化作业,可以减少人员四处去协调工作,减少各环节之间的等待,提高采购收货效率,保障账实相符。

改进后的总体流程如图3所示,其具体流程为:

(1)库内作业 如盘点、月结、整理等,由系统根据业务规则自动生成或由人工创建相应作业任务,由库管员使用移动端现场作业,系统自动记录作业过程、统计作业结果。

(2)配送计划 由系统根据车间作业计划以及需求部门手工提交的临时要料需求计算生成。配送计划锁定后通过系统传递至仓储部门并计算生成拣配任务,库管员使用移动终端,根据系统指令进行拣货、配货、绑盘等操作。

(3)物料拣配 完成后将进入配送区,按照物料配送地点集中存放,等待配送。通过对仓库现场、转运工具、包装容器的目视化和RFID改造,提高标识的可识别性,提升配送作业的准确性和作业效率。

(4)根据不同物料配送属性,按照配送时区或生产现场的拉动信号(如电子看板等)进行出库,实现推拉结合的精确配送,在保证物料配送准确性、及时性的同时,避免造成生产现场的物料积压。出库时,系统向库管员自动推送出库任务,库管员使用移动端进行出库操作。

(5)物料出库后,系统生成车间接收作业任务,待物料送达车间现场,由车间物料管理员通过移动端验收,系统关闭相关任务。

通过业务流程改进,将采购收货业务划归仓储部门,可以减少部门间的交接手续,提高流程效率；改领料制为配送制,物料需求由系统计算生成或由管理人员线上提交,可以提高生产物流管理的计划性与规范性,减少生产现场物料堆积；使用移动端作业,改进作业方式,可以减少纸质单据,提高执行效率,使执行过程更加透明、可控。

图3 生产物流管理业务流程图

2 生产物流协同平台系统设计

2.1 架构设计

根据用户需求分析的结果,综合考虑系统实际业务需要、性能、开发、维护等方面的要求,将系统分为个人电脑(PC)端和安卓(Android)移动端两个部分,采用B/S结构对系统进行设计和开发。系统总体架构包括基础服务层、平台支撑层、基础数据层、业务功能层等4层,如图4所示。

图4 生产物流协同平台系统架构图

其中,系统基础服务层通过搭建数据库集群和基于分布式存储,实现数据安全存储和避免人为失误造成的应用系统停止工作,是保障系统持续平稳运行的基础；平台支撑层通过搭建负载监控引擎、数据集成引擎、集成通信服务引擎、流程引擎、规则引擎保证系统各模块之间信息流和数据流的流畅,从而保证整个平台系统功能模块的业务处理；系统基础数据层统一管理系统内外部各类数据,实现对包括仓库、物料、器具、条码、物料清单 BOM(Bill of Material)等基础数据在内的各类数据的统一集成、管理与维护,为业务执行提供数据支撑；系统业务功能层,以完成实际业务的操作,包含生产物流管理所涉及的诸多业务功能模块,是实现生产物流业务及管理功能的核心。

2.2 功能设计

生产物流协同平台主要包括仓储配送管理、采购协同、质量协同、计划协同、生产协同、决策支持与移动端等功能模块,支撑企业各业务环节运作与执行,如图4所示。其中,移动端功能包括仓储收货、质量检验、货物码盘等系统核心功能,并与系统中采购协同、生产协同、决策支持等其它模块集成和传递信息,是系统具有代表性的功能模块,因此,以移动端功能设计为例对系统功能设计予以说明,移动端功能设计图如图5所示。

图5 移动端功能设计图

(1)仓储收货包括单据扫描、在线核对、移动收货等功能。系统通过采购协同模块获取到货通知和采购信息,生成收货任务,指导和辅助库管员进行移动收货作业。

(2)质量检验主要负责物料质检结果的录入和统计查询。系统通过质量协同模块向质检员推送质检任务,提供质检结果现场录入(移动端)和批量导入(PC端)功能。

(3)货物码盘主要负责待入库物料的RFID绑盘。库管员通过扫描托盘RFID标签和物料条码(或批量选择物料),快速建立(或解除)物料与托盘的绑定关系。

(4)入库上架包括库位推荐、智能叉车、设备控制、RFID确认等功能。库位推荐主要负责为待入库的物料按照其存储属性自动生成推荐库位,指导库管员操作；智能叉车应用主要负责实现叉车的调度以及叉车上架等功能；设备控制,即实现系统对自动化立库、自动化回转库设备的集成控制；RFID确认主要负责对人工执行结果的现场扫描确认,当实际执行结果与系统默认值存在差异时可以进行补救和调整。

(5)库内作业主要包括移动盘点、移库、整理等功能,实现仓储现场的无纸化作业。

(6)出库下架主要负责物料的下架操作,并在完成后报工,方便后续拣配、盘点等操作。

(7)波次拣配系统从生产协同模块获取配送计划,按物料配送属性、包装属性等拆分或合并,生成配送单,对配送单进行波次汇总与拣货路径计算,生成拣配任务并推送至库管员。拣配执行时,根据配送单指示将货物捡配到相应配货区托盘,扫描托盘RFID标签,实现配送单与托盘的绑定。系统自动判断配送单捡配齐套,打印带条码的配送单后等待出库。

(8)出库配送主要根据生产协同模块传递的时区配送与拉动配送信号,实现RFID配送出库与批量配送出库。物料送至需求部门后,由需求部门进行配送接收。

(9)决策支持包含各业务部门所需各类统计报表、图表和管理驾驶舱等,实现业务数据的自动统计与可视化展示,为管理决策提供数据支持。

(10)集成管理主要与企业现有 ERP、MES、PLM、WCS等系统集成[13-16],实现平台系统与企业其它系统间信息的实时传递,以及自动化设备的集成控制。

系统基于数据驱动的理念进行设计,各类数据和信息通过线上平台统一管理,实现数据驱动业务执行,提高协同作业效率。同时,移动化操作可以实现无纸化作业,减少数据录入差错,保证数据的实时性和完整性。

2.3 数据库设计

良好的数据库设计对于保障信息系统的平稳高效运行起到重要的作用。生产物流协同平台在数据库设计时根据系统功能需求,按照一定的数据库设计规范和步骤,充分考虑数据流之间的关系,使用数据库设计工具(PowerDesigner)[17],建立合理的数据模型,将系统各功能模块所涉及的数据信息映射成数据库中相应的数据表,以保证系统开发效率和运行效果。文章以系统主要业务之一的仓储收货业务为例,对系统数据库设计予以说明。

(1)在需求分析的基础上,建立概念数据模型CDM(Conceptual Data Model)。其包含相应的实体和实体间的联系,以及实体的属性和主码。

(2)将CDM转化为物理数据模型PDM(Physical Data Model),将各数据表之间的关系用一种可视化的形式表达出来。在PowerDesigner中,有效的CDM与PDM可以自动相互转化,仓储收货PDM如图6所示。

(3)使用PDM生成具体的数据库结构。将PowerDesigner与 SQL Server 2012数据库连接,PowerDesigner即可使用PDM在SQL Server 2012数据库中自动生成具体的数据库结构。

仓储收货主要数据表包括:

物料信息表(PW_MATERIEL)主要存储物料基础信息,包括物料编号(matcode)、物料类别(mattype)、设计图号(drawcode)、最小包装单位(unit)、尺寸(length、width、height)、重量(weight)等字段；

物料采购员表(PW_MATERIEL_BUYER)主要用于记录物料与采购员的对应关系,包括采购员编号(buyercode)、采购员名称(buyer)、物料编号(matcode)等字段；

物料库管员表(PW_MATERIEL_KEEPER)主要用于记录物料与库管员的对应关系,包括库管员编号(keeper_id)、物料编号(matcode)等字段；

供应商信息表(PW_SUPPLIER_CONTACT)主要存储供应商基础信息,包括供应商编号(supcode)、供应商名称(supnm)、准入日期(admissiondate)、供应商状态(state)等字段；

采购配送单主表(PW_PURCHASE_DELIVERY_M)主要用于记录配送单信息,包括采购配送单编号(delivery_code)、采购配送单状态(state)、到达日期(arrival_date)等字段；

采购配送单明细表(PW_PURCHASE_DELIVERY_C)主要存储配送单详细信息,包括配送单编号(delivery_code)、配送批次(delivery_batch)、物料编号(matcode)、物料名称(matname)、设计图号(drawcode)、包装单位(unit)、接收状态(state)、接收库管员(keeper_id)等字段。

图6 仓储收货PDM图

3 生产物流协同平台的实现

基于Eclipse开发平台[18],使用Java完成系统开发；移动端采用 HTML5+安卓原生的开发模式[19],具有开发速度快、机型适配性好、版本升级方便、便于维护、代码重用性好、一码多用等优点。

系统持久层数据库服务器使用SQL Server 2012数据库,应用服务器使用Windows Server 2012操作系统,使用Tomcat 8.0作为Web应用服务器；系统框架使用Spring Boot、Spring MVC和MyBatis作为系统主要开发框架；系统接口使用 Web服务(WebService)接口和轻量级的JS对象简谱(JavaScript Object Notation)数据格式,通过 Web应用服务器访问数据库；系统用户界面层使用Bootstrap作为前端开发框架,使用jQuery和LayUI作为前端开发的主要方法库和UI组件库；用户层使用浏览器和Android APP分别为PC端和移动端用户提供图形化的人机操作界面。生产物流协同平台技术架构如图7所示。生产物流协同平台系统界面如图8所示。

图7 生产物流协同平台技术架构图

图8 生产物流协同平台系统界面图

4 结语

文章在分析与改进成压公司生产物流业务流程与作业方法的基础上,设计并实现了生产物流协同平台。经过近两个月试运行,通过业务流程的改进和信息系统的应用,可有效提高生产物料配送及时率和齐套率,实现关键物料的准时化供应；减少了生产和仓储现场物料堆积,提高作业效率和账物相符率；实现了各类数据和信息的线上传递与统一管理,以及移动化、无纸化的现场作业；提高了各部门间协同效率与作业执行效率,对于企业提高生产物流管理水平,降低生产物流管理成本具有重要作用。