基于IBM车库创新的 可视化订单平台研究——以 广东肯富来泵业股份有限公司为例

莫宇石 ，王 星 ，林钰峰，王会军，胡鹏伟

（1.广东肯富来泵业股份有限公司，广东佛山 528100；2.佛山市三水区淼才投资有限公司，广东佛山 528100；3.IBM大数据和人工智能专家实验室，北京 100085）

0 引言

新形势下，随着中国制造业发展战略规划以及相关配套政策的陆续出台，传统制造业正加速推进智能数字化转型升级[1]。伴随着全球经济和技术发展，全球范围内制造业升级从未停止前进的脚步。自20世纪90年代以来，发达国家已经出现了制造业衰败和外移的情况[2]。例如，美国因制造业衰败而导致的社会问题层出不穷，出现了包括经济危机，失业、产业核心技术丢失等多种问题。鉴于此，发达国家更早地对制造业未来进行思考。经过长期摸索后，美国针对制造业推出了一系列改革方针和规定：早在2010年，奥巴马政府就出台了《2010美国制造业促进法案》；2012年，开始推行先进制造业国家战略计划；2014年，推出《复兴美国制造业创新法案》。同期，欧洲国家也推出了一系列推进制造业转型升级的计划和法案。经过一个完整的升级周期，欧美的制造业在智能化和数字化方面已经得到了全方位的提高，数字技术让制造业在生产过程中获得了极大的效率优势。

随着新兴经济体中几个工业大国的迅速崛起，曾出现在发达国家制造业中的问题也逐渐在这些国家的制造业转型中出现。不仅如此，由于时代的发展，制造业在需求量和多样性上又发生了巨大的改变，相关问题更加突出和棘手：由于技术难度的提升和技术手段的丰富，制造业所需要的技术投入规模远远高于上一个时代发达国家的需求；与此同时，制造业自动化的发展淘汰了更多人力而引入了更多脑力，每个生产流程不再有大量的人力投入，而复杂的产品对各流程、各部门之间的配合度要求极高，因此，企业对管理人员和市场人员的要求跟以往相比发生了翻天覆地的变化。如今，越来越多制造企业期望其内部制造系统能够与销售、运输、物流、采购等各部门进行多点对接，实现从供应端到需求端的一体化的数字化工厂[3]，以及对整个生产和销售过程实现数字可视化、信息可追溯、物流与制造业可对接等。目前我国大部分制造业企业经营压力大，可灵活投资建设的资源少，对转型升级失败的风险承担能力差；此外，很多企业还面临着基础设施陈旧落后、员工对新技术的了解程度和接受度低、信息技术人才匮乏等问题。这些都给实现制造业智能数字化转型升级带来了很大的障碍。尽管如此，在政府和市场的引导下，我国大部分制造业企业都对智能数字化转型持有非常积极的态度，一些大型制造业企业已经率先开展了转型升级的工作。完整的制造业智能数字化转型意味着在生产和销售的完整周期内，对整个产品链的需求和供给迈上新台阶，也意味着从采购、仓储，到研发、生产、物流、销售和交付，再到回收利用及客户服务环节，通过智能数字化在各个阶段都能更好地满足日益复杂多样的实际需求，每一个参与者都能从升级中获得额外的生产力和创造力，并能随时为整个数据流共享出自己的信息。作为制造业强国，德国在提出“工业4.0”的理念时就指出打通信息系统是工业智能数字化的一大主题[4]。围绕这一主题，可建立信息系统连接系统、人和物，实现制造业中全参与者和全产品网络的建立、实时网络节点流通的动态化，通过线上化、智能化、可视化和移动化等技术提升整个网络的效率和流动速度[5-6]。这将打通企业和供需两方之间的障碍，降低制造业各个环节的风险，减少生产流程成本和库存积压，为客户创造实际经济价值。

1 需求现状和车库（garage）概念

在向各行各业提供服务的过程中，IBM 积累了丰富的经验和方法，而IBM车库创新正是这些经验和方法的集大成者。IBM车库创新将人员、场地和方法论规范地结合到一个创造性的环境中，以最佳实践为基础，以IBM技术为能力支撑，通过IBM和客户一起参与的设计思维、敏捷开发、DevOps等步骤共同完成商机分析、开发构建、部署管理等工作，实现快速创新和业务转型，对于落地企业，以初创企业的执行速度实现成熟企业的需求[7]。IBM车库是 IBM 与客户共创的创新中心，依托IBM各种前沿的技术与方法论，帮助企业在最短的时间内交付产品方案。为实现这一目标，在确定商机或定位问题之后，通过定义和实施最小可行产品（MVP），快速验证用户的商机或痛点，以最低成本（时间、费用）来验证假设。总的来说，IBM以车库创新方法论为理论依据，针对企业痛点和业务需求，利用先进的技术和解决方案，定义企业转型的最小化可行性产品，从最有价值的地方着手，以迭代方式开始孵化，帮助企业迈出创新和转型升级的关键一步。通过长期与粤港澳大湾区的本地企业进行合作，IBM车库创新发现制造业企业普遍存在新产品迭代周期缩短带来的订单管理效率低下，交货周期延长最终导致的资金冗余等一系列问题；此外，企业内各部门的分工差异巨大，加之传统的内部制造系统存在无法快速定位风险环节和缺乏标准化管理等问题，导致部门间的信息传递滞缓：针对这种情况，IBM车库创新应运而生，协助这类企业完成管理、文化、技术层面的转型[8]。

2 可视化管理平台方案

广东肯富来泵业股份有限公司（以下简称“肯富来”）是一家集研发、生产、销售于一体的专业制泵企业，其主要产品有真空泵和离心泵等，广泛应用于电力、石油、化工、造纸、煤碳、轻工、供水、城建、消防、空调等行业。目前，泵制造业仍普遍沿袭着传统的制造管理模式，迫切需要引入信息化手段提升工业自动化水平，以提高企业管理水平和精细化制造能力，实现数字化转型，但仍存在着经验不足、无法精准定位企业内部痛点或商机等挑战。本文以肯富来的可视化订单管理平台（以下简称“可视化平台”）方案为例，探讨制造业企业在新形势下该如何实现数字化转型。

2.1 肯富来智能数字化商机探索

尽管智能数字化技术越发成熟多样，但并不意味着企业应该盲目采用这些技术。实际上，企业会遵循效益为先的原则，优先落地能对实际生产效益起积极作用的技术。在与制造业企业的长期合作中，IBM发现日渐丰富的产品以及多样化的需求使得制造业企业的生产条件不断变化；同样的，整个供应链上的生产材料、制造场景、销售、物流等各环节的操作流程也变得更加繁琐，生产人员不断减少，跨部门的合作协同要求却不断加强[9]。可视化技术作为能够最快实现并能直观体现智能数字化所带来的生产体验的升级选择，应该将其应用到供应链管理中，使得供应链及其相关节点企业的物流、库存、订单等的有关指标实现可视化、可控化、可追溯化，从而有效提高整条供应链的透明度，大大降低供应链风险，提高供应链运作的效率。车库创新在商机探索的过程中发现了企业在控制交货期的痛点问题导致企业营运效率低、风险高，为了解决这一痛点，车库创新针对计划中心的人员、销售和销售经理、技术人员、生产部门（如铸造中心、零件中心和成品中心等）确定优化变更管理的目标，包括实现内外信息汇总、信息分析筛选与决策，以及资源动态分配。具体来说，车库创新定位出企业生产过程中的几个具体痛点，包括订单与工单变更的复杂性与冗长流程，及其带来的连锁效应和大量手工工作。经过上述步骤，车库创新了解了企业目前的痛点和商机，确定了商机声明以及利益相关者。

2.2 企业MVP可实现需求探索

通过举办企业设计思维研讨会，根据企业痛点梳理和提出方案，确定MVP探索方向。在企业订单管理的场景下，可视化平台需要使得订单、工单的执行情况，以及物料清单（ BOM表）的状态变得一目了然；此外，还需要可视化平台具备快速找到堵塞节点以及责任人，估算缺料状况和物料到货时间，并进行及时提醒等能力。事实上，许多企业都常遇到工单堵塞在多个管理平台之间的问题，可视化平台可以帮助优化业务流程。可视化平台利用信息技术采集、传递、存储、分析和处理供应链中的订单、物流以及库存等相关指标信息；同时，按照供应链的需求，将数据通过图形化、地理化手段形象真实地表现出来，包括进行数据的采集、传输、存储、分析处理及展示等，并建立多维数据集和利用数据聚集技术对数据进行组织和汇总，通过联机分析和可视化工具对这些数据迅速进行评价，最后使用前端展示工具将可视化信息以各种图表的方式直观展示出来，极大地方便了经营者的战略决策，以及实施者调整执行策略。一方面，可视化平台可以提高工作人员的操作体验，让其对各部门和自己工作范围内的数据一目了然；另一方面，实时且又清晰的工作数据也解决了节点堵塞、责任人不清楚、时间估算不准确等问题。在此基础上，添加供需匹配的智能算法，有利于制造业企业生产部门和采购部门进行协调和配合，协助工作人员完成原本需要花费大量时间去匹配的库存、供给和需求，实现动态匹配。

2.3 车库创新MVP架构和系统开发模式

通过前期对企业进行内部资源分析、外部需求以及MVP可实现目标的探索，最终确定MVP的整体方案。其中，最需要关注的是可视化平台架构，以及系统实现相关探索和设计工作，包含但不限于架构设计、界面设计、数据探索、熟悉业务以及需求的细化与再次确认等。在这里，为了迅速完成一个MVP，降低企业成本、提高迭代效率，车库创新遵照以下步骤作为开发模式：

（1）按照优先级对项目需求列表进行排序，包括功能特性、用户故事和画面结构等；

（2）团队选择从最高优先级需求项开始，选择能够在当前迭代交付的需求开始工作；

（3）开始分解任务，进行迭代开发；

（4）进行迭代总结，回顾完成任务，引入燃尽图与企业产品经理角色共同参与迭代；

（5）测试、部署、交付企业。

其中，步骤（3）和步骤（4）以每周为一个迭代周期循环，以每日团队站立会议为中心点，持续循环直至项目完成。

3 可视化管理平台的功能和智能匹配方法

3.1 功能特点实现

肯富来的孵化主题是“订单工单可视化平台”，包括：甘特图式样的订单可视化界面；产品、零件以及工单关系的呈现；供货来源展示；工单逾期警示；各部门的权限管理等功能的实现；通过IBM车库创新项目的孵化，添加优化库存、提供排产计划决策、共享订单状况、降低企业沟通成本、在线评估订单生命周期和风险预测、归因与管理的功能。肯富来最终可以通过该平台 清晰便捷地查看订单工单的执行状况，改进工作方法、提高工作效率、减少库存。可视化平台的主要功能如表1所示。

表 1 可视化订单管理平台功能概要

3.2 供需动态匹配算法

3.2.1 供给量和需求量分析

产品/元件的供给有4个来源，按供给的优先级排序，分别是库存、工单、采购单（预计到货时间越早优先级越高）、请购单（预计到货时间越早优先级越高）。其中，库存包括现有可立即领走使用的产品/元件供给量，以及数据库表中存有元件ID和对应的库存量这两个主要组成部分；工单和采购单部分包括正在生产或采购的产品/元件供给量，以及数据库表中存有元件ID、单据类型（工单、采购单）、订单ID、开始日期、完工日期和总供给量等；请购单中包括没有采购记录且需要请购的产品/元件供给量，以及数据库表中存有元件ID、订单ID和供给量等。订单下的产品和配件为订单的初始需求，如果产品和配件未下工单BOM，其技术BOM元件亦为需求；虚设件展开至元件，元件亦是需求。分配的优先级定义在订单下的产品和配件上，并逐级向下层传递。图1为可视化平台的一个示例页面。

图1 广东肯富来泵业股份有限公司的可视化订单管理平台界面示例

3.2.2 供需匹配算法逻辑流程

（1）将未完成的订单展开到产品和配件层，含有虚设件的展开至元件层。

（2）取待分配供给的最高优先级的一个产品和配件的一个叶子结点作为需求，寻求供给：

1）从库存中寻求供给，若库存足量则完成匹配，并更新剩余库存量；库存不足时，则将能分配的物资分配给此需求，并寻求后续供给。

2）从工单和采购单中寻求供给，以预计到货时间最早的单或采购单作为最高优先级。若工单或采购单足量，则完成匹配，并更新工单或采购单的剩余供给量；工单或采购单不足时，则将能分配的工单分配给此需求，并寻求后续供给。当工单作为供给时，展开此工单下的未领料元件作为新的需求（继承前序优先级），并转步骤（2）寻求供给。

3）从请购单中寻求供给。若请购单足量，则完成匹配，并更新请购单的剩余供给量；请购单不足时，将能分配的分配给此需求。

（3）转至步骤（2），循环匹配至完毕。

3.2.3 供需匹配算法概要

（1）库存。如果库存中有一级产品/元件的库存，且库存数量大于需求数量时，将库存表中该产品/元件的需求数量分配给该条需求记录，同时更新库存表里该产品/元件的供给数量。如果该产品/元件的库存数量小于需求数量时，将库存表中该产品/元件的所有供给数量分配给该条需求记录，同时将库存表里该产品/元件的供给数量更新为0。其中，该产品/元件的需求数量应更新为原需求数量减去供给数量的差值，并将该条已更新的需求记录重新插入到内存表中的第一位；不足的需求数量进入到工单或采购单的表中寻求供给分配。算法流程如图2所示。

图2 可视化订单管理平台库存供需匹配算法流程

（2）采购单。如果采购单中某个产品/元件的供给数量大于需求数量时，将采购单中该产品/元件的需求数量分配给该条需求记录，同时更新采购单中该元件的供给数量。如果采购单中该产品/元件的供给数量小于需求数量时，将采购单中该产品/元件的所有供给数量分配给该条需求记录，同时将采购单里该产品/元件的供给数量更新为0。其中，应该产品/元件的需求数量更新为原需求数量减去供给数量的差值；不足的需求数量到工单中寻求供给分配。

（3）工单。工单分配过程会体现在工单明细表中，后者会记录生产该元件所需的子元件的种类及数量，包括各元件已领料的数量，因此实际需求量为原本需求量减去已领数量。如果工单中该产品/元件的供给数量大于需求数量时，将工单中该产品/元件的需求数量分配给该条需求记录，同时更新工单中该元件的供给数量。如果工单中该产品/元件的供给数量小于需求数量时，将工单中该产品/元件的所有供给数量分配给该条需求记录，同时将工单里该产品/元件的供给数量更新为0，不足的数量通过请购单来补充。

（4）请购单。如果请购单中某个产品/元件的供给数量大于需求数量时，将请购单中该产品/元件的需求数量分配给该条需求记录，同时更新请购单里该产品/元件的供给数量。如果请购单中该产品/元件的供给数量小于需求数量时，将请购单中该产品/元件的所有供给数量分配给该条需求记录，同时将请购单里该产品/元件的供给数量更新为0，更新该产品/元件的需求数量为原需求数量减去供给数量的差值，并分配新的请购单。

4 车库创新和可视化管理平台对企业的价值

肯富来的订单管理可视化平台车库孵化项目通过打通市场销售、计划投产和生产制造3个环节的信息壁垒，构建统一的信息咨询平台，帮助企业直观了解各订单工单的执行情况，及其可能存在的逾期风险和风险根源，帮助企业及时跟进处理风险，提高订单及时交付率，增强了企业对市场变化的应对能力和竞争力。本项目构建的可视化订单管理平台和数据基础，降低了企业的内部管理和沟通成本，提升了订单追踪的效率，同时为计划排产提供了决策依据，也为库存优化提供了基础，后续实施基于此方向的库存优化策略预计可为企业降低约50%的库存。

4.1 对存在逾期交付风险的订单一目了然

通过可视化平台，企业可在数千条订单中快速筛选出存在逾期风险的订单。而在此之前，企业需要查看每个订单内的流程执行情况，且无法准确判断订单是否有逾期风险。因此，可视化平台帮助企业实现了从手工分析到自动化分析的提升。

4.2 快速找到造成订单逾期风险的根源

通过可视化平台，企业可在单个订单成百上千的流程明细中快速定位出存在逾期风险的环节。在此之前，用户需要手工查询订单内各个环节的具体情况，并对逾期环节的影响范围进行人工判断。因此，可视化平台能帮助企业减少定位逾期环节的时间，从原来的20 min/笔降低到目前的1 min/笔。

4.3 基于订单需求与企业产能的动态估算合理评估每个订单的交付能力

可视化平台能基于订单的优先级和企业的产能供给，每10 min动态估算和更新订单的预期交付情况，对于可能存在逾期交付的订单，可视化平台以红色字体示警，企业可根据实际业务需求调整订单的优先级或及时补足原料。使用可视化平台后，订单的及时交付率预计可提高20%。

4.4 企业内全局的订单状态共享降低企业沟通成本

通过可视化平台，企业内部用户（销售、技术、计划中心人员等）可查询其获授权范围内的订单状态，及时了解订单进展。在此之前，企业内各部门人员相互咨询各自订单的细节和状态，不仅沟通成本高，而且具体情况不一定准确。在使用订单可视化平台后，预计可以为企业释放2人/D的工作量，用于更专业的计划排产工作，同时减少获取订单状态的耗时，从20 min/笔降低到1 min/笔；此外，还可以令订单状态的准确性提升30%。可视化平台落地后的企业内部沟通变化情况如图3所示。

图3 可视化订单管理平台落地后的企业内部沟通流程变化

4.5 辅助排产计划和优化库存

通过订单需求与企业产能的动态匹配计算，可以准确估算出元件所需的入库时间，帮助企业确定元件库存是否足够支持订单的需求、何时需要采购元件及入库，以及何时需要制造元件及入库（即何时需要下厂内工单或委外工单），进而帮助企业合理规划排产计划、降低库存。长期以往，可视化订单管理平台预计可为企业降低约50%的库存。

5 结语

IBM车库创新项目在国内外同类行业有多个成功的实施案例，能够迅速找出企业实际痛点，手把手协同企业建立智能数字化的思维模式，以用户体验驱动业务创新和转型。通过导入标准的MVP开发流程，解决用户核心业务痛点，以最小的成本帮助用户验证了智能数字化产品对企业的实际价值。在整个实施过程中，IBM车库带领企业进行业务和解决方案创新，同时也对工作方法、协同工作与内部流程进行创新，与企业一起经历创新的阵痛期，最终让企业拥有自主创新的能力。本项目的可视化平台已于2020年投入使用，目前肯富来的多个部门在该平台上成功实现了业务转移，提升了员工的工作效率，降低了企业库存风险，已成为该企业的核心平台。本文的可视化订单管理平台能够快速定位企业痛点，高效完成MVP开发，可作为一个示范案例推广到多个同类企业之中。