装备批产全过程管控体系建设与应用研究

张 伟

(中国电子科技集团公司第十四研究所,江苏 南京 210039)

0 引言

装备制造业是制造业的核心组成部分,是国民经济发展特别是工业发展的基础,为国民经济和国防建设提供技术装备。“十三五”以来,我国大力推进制造强国战略,装备制造已进入全面优化升级阶段,数字化转型进程日益加速。

随着新一代信息技术与传统装备制造的深度融合,装备制造逐步向高端化、智能化迈进。随着新体制装备的加速研制以及装备批生产任务量的逐年增加,传统的装备批生产管理模式已无法适应快速迭代、效能持续升级的要求,急需聚焦装备发展态势、用户需求和任务形势,推进装备批生产管理模式升级,基于数字化、信息化等手段构建装备批生产全过程管控体系[1],为装备批产管理提供科学决策,推动装备生产任务优质高效完成。

1 装备批产管理现状及存在问题

随着装备制造企业内部精益设计平台(IDS)、企业资源规划系统(ERP)、制造运营平台(MOM)、售后服务管理系统(MRO)等应用系统的部署应用,信息化平台已基本覆盖装备设计、研制、生产和保障等各环节,装备生产制造、集成调试与服务保障工作的管理效率得到大幅提升。但在装备批生产过程中,批产计划的精细化程度、实物管理的有效管控、测试数据的价值挖掘、知识成果的共享应用等方面还存在一定不足,需要进一步优化管理方式与管理手段。

1.1 计划管理精细化程度不足

装备批产集成调试的计划管理主要涉及生产主管部门、批产集成调试部门和生产加工部门。计划主管部门聚焦用户交付要求,基于装备组成结构树(BOM)对装备生产制造进行计划分解,形成装备批生产调试的生产订单计划,生产订单计划覆盖装备组成表中每一个需要调试的部件。装备生产制造的主体业务流程是由加工部门完成各组件、分系统及整机的生产与装配,再由集成调试部门完成分系统调试与整机联调,最终完成装备整机验收与交付。

基于ERP和MOM平台,装备批生产集成调试计划已穿透至组件级,同时依托信息化平台,部门间的信息传递和问题处理效率得到有效提升。但随着新研装备大批量上线、传统装备产能需求的大幅增加,现有的装备批产计划管理在计划管理精细度、计划考核颗粒度以及批产调试部门内计划管理手段弱等问题逐步显现。需建立基于人机料法环测的批产计划排程管理,进一步细化生产计划,从订单级穿透至工序级,不断提升装备批生产计划管理的精细化程度。

1.2 实物管理与调度效率不足

装备批生产整个过程会涉及很多种类的实物,其中集成调试涉及装备的整机、分系统与组件等调试件,并涉及相对应的仪器仪表、生产设备和调试工装等配套资源;装备维修涉及从用户返回的返修件、维修所需的物料器件以及支撑维修工作的配套设备;装备保障涉及备品备件、设备资源等实物。在装备物资齐套、集成调试、交付用户、服务保障等过程中,各种实物的转入、存储与转出,主要依靠电子表单建立台账信息,并手动进行状态的变更,缺乏信息化手段进行统一管理和实时流转更新,配套调试资源的调度效率较低。

1.3 测试数据采集与应用不足

在装备批生产调试、返修件维修和装备服务保障过程中会产生过程测试数据、指标测试数据、产品维修数据和保障数据,这些数据是实现装备全生命周期管理的重要基础支撑。针对这些数据的管理主要存在以下问题。

1.3.1 缺乏统一管理

批生产数据涉及周期长、覆盖面广,因缺少整体管理规划,存在数据记录管理归口分散、记录不全面等问题,同时又因缺乏信息化手段支撑,进行数据追溯时,会出现数据难以获取及信息不易共享。

1.3.2 数据采集不全

部分支撑质量改进、装备生产与保障效率提升的批生产数据未得到有效记录;部分数据保留在调试计算机中,随着人、机的变动,数据容易丢失;部分数据以纸质、Word文档等形式保存,数据非结构化,不易提取与分析。

1.3.3 应用不充分

随着新体制装备的大量上线,装备故障诊断与健康管理的重要性更为凸显,装备批产过程数据作为重要的基础支撑,因未全面采集和统一管理,其价值无法充分应用。

因此,需开展装备批产数据信息化管理,为实现装备全寿期管理提供有效的数据支撑。

1.4 知识共享与价值挖掘不足

在装备批生产调试、排故与服务保障工作中,积累了大量的知识成果,有作业指导书、排故案例、调试方法、项目策划、项目总结等文档材料,这些知识成果目前归档或存储在各业务系统以及个人办公计算机中。因各系统的管理业务相对独立,系统间缺乏一定的知识信息互连,且部分批产调试技术人员在工作中沉淀的经验总结与知识成果留存在个人手中,因此,批生产调试过程中产生的各类知识成果未能得到有效共享,知识价值没有得到很好的挖掘应用。

2 装备批产全过程管控体系建设

聚焦企业整体发展规划和远景目标,开展装备批生产全过程管控体系研究,梳理与优化批产业务流程,针对管理薄弱点,积极转变传统批产管理方式,利用数字化、信息化等手段推动装备批生产信息互联互通。结合装备批产业务梳理情况(见表1),以问题为导向,形成围绕批产集成调试计划、实物、数据与知识的全过程精益管理信息化建设目标,并开展批产集成调试全过程管控体系建设,最终实现全过程管控与科学决策,助力装备批生产核心能力提升。

表1 装备批产业务梳理情况

2.1 实施精细化生产计划管理

2.1.1 高级计划排程

装备批产计划管理是按计划输入、分解、下达、跟踪和落实的流程开展,过程中通过人工拉动和协调,推动计划完成[2]。为形成基于人力资源、调试设备产能和产品齐套情况的批生产计划精益管理,围绕装备年度台套任务目标,依据产品技术路线,开展装备批生产调试精益化计划排程。在保障装备交付节点和有限资源的前提下,通过倒向排程形成从整机联调到分系统测试,再到零部件制造加工的业务需求推演,逐层识别后道对前道的需求,形成合理的装备批生产排程计划。同时,以装备BOM表为基础开展正向排程,结合调试资源和各工序、各层级的齐套情况,形成符合当前批生产调试的生产计划和风险识别,为任务拉动和推进做出合理的决策支撑,确保装备任务完成。

2.1.2 工序级计划管理

在整个装备批产业务流程上,企业内应用系统已能支撑整体生产管理,但批产集成调试部门内的管理还存在薄弱环节,因此,结合装备生产多品种小批量、科研批产混线生产的特点,细化业务流程,优化资源配置,构建覆盖批产全业务、全要素的信息化管理系统。基于信息化系统更高效、更快捷地开展批产任务物资齐套、设备调度、问题处理与技术保障等的协调与拉动工作,实现全流程的生产制造管控,实现部门级计划监视测量与数据统计,使得企业级生产制造管理系统有效延伸至部门级管理,订单级计划管理细化至工序级,打破企业内部门间的流程壁垒,在大幅提升计划管理精细化水平的同时,实现计划的动态管控和预警决策。

2.2 实施全过程实物动态管控

装备批产过程实物管理涉及调试组件、分系统、整机、仪表设备、工装、产品备件等多种类型实物的输入、存储与输出,实物种类多、状态变化快、位置变动频繁,人工建账、手动变更信息已无法满足装备批产形势要求,与批生产过程中各类资源的精确调度需求存在较大差距。为提升装备生产过程的实物管理效能,建设实物管理信息化平台,对装备生产所需的设备与物料进行全过程流转管控,对人员、调试件、工装、仪器仪表等进行统一管理,实现实物精准定位、账物一致,准确、实时地掌握实物信息[3]。

2.2.1 针对实物特点分类梳理流程

在批生产过程中会涉及多类实物类型,针对调试件、返修件、调试设备、器件物料等分类开展实物管理流程梳理,研究与制定各类实物的编码规则,结合实际业务需求形成合理、规范的信息化需求。

2.2.2 构建实物与存储库的扫码功能

为提升实物流转效率,利用扫码枪开展实物出入库及过程流转,各类实物的交接信息由人工记录至电子表单转换成自动记录至信息化平台,整体过程减少人工介入,减少等待。

2.2.3 建立实时、可追溯的实物台账

规范各类型实物在部门的输入、存储与输出,建立标准台账。利用信息化平台实现批产实物全过程动态管理、实物信息全覆盖记录和存储,实物台账清晰、全寿命周期溯源。

2.2.4 入库、在储与出库管理

统一实物与存储库及货位的管理规则,应用二维码技术,实现实物与库位的准确绑定。支持实物快速移库,能实时查询到实物的状态和位置信息;支持以区域、时间对实物盘点。

基于实物的实时动态管理,开展实物相关数据与信息的统计与分析,实现对批产调试资源分配的辅助决策,形成科学、合理的调度方案。

2.3 推进装备批生产数据管理

针对装备批产数据管理存在的不足,整体规划,推进基于装备BOM的批生产数据统一管理与信息化建设,系统功能架构包括数据采集管理、数据存储管理、数据分析管理和健康预测管理,如图1所示。

图1 装备批生产数据管理系统组成

2.3.1 数据采集管理

开展数据规范与标准研究,形成装备批产数据类型、标准化结构、采集方式、采集接口、数据存取策略、数据容错处理的整体方案。针对数字化程度较高的生产设备、仪器仪表等调试平台,建立批产测试数据自动采集功能;针对批生产调试过程中由人工介入生成的验收指标、测试、维修等数据,建立基于标准化数据模板的数据录入功能,可在线或批量记录数据。

2.3.2 数据存储管理

按照产品调试BOM结构管理数据,具备生成和编辑调试BOM的功能;数据表单可以动态生成、编辑和批量操作;各类型数据录入至结构树相应层级,各层级的操作和查询等根据权限分级,实现对所采集数据的动态存储管理。

2.3.3 数据分析管理

基于历史数据开展统计与分析,为调试和保障人员提供技术支撑,具备对历史数据信息搜索、故障种类分布情况分析和查询、故障趋势分析和展示等功能;指导调试和保障人员进行问题定位,包括故障判断方式、故障信息分类、故障修复时间等信息;分析产品技术状态渐变规律,为产品设计改进提供依据。

2.3.4 健康预测管理

目前,大部分装备通常以修复性维修和预防性保障为主,这两类方式不仅耗费人力、物力,效率还较低。针对这些问题,需要转换保障方式,由修复性和预防性保障向现代保障方式转变。通过判断装备故障和寿命预测,为装备提供辅助决策建议,从而保证装备的性能和可靠性。研究装备故障预警模型与算法,通过状态指标与故障预警值,实现装备故障提前告警。

批生产装备具有多品种、小批量特点,且每年装备数量较多,以百为单位增加,因此,装备批产数据管理系统具有以下特点:基于BOM结构树开展数据采集与管理;表格、字段、属性可编辑、动态调整;结构化数据支持批量导入、手工记录,非结构化数据可上传保存至结构树相应层级;数据版本可备份和更新;各产品都有一个BOM结构树,结构树随着产品版本的迭代会更新;产品调试BOM一般分为整机、分系统单元/机柜、组件,每个层级都有相应的验收指标、测试和维修等数据,数据组成会随着产品版本的迭代更新。

2.4 开展高效便捷的知识共享

装备批生产过程中沉淀了大量的调试总结、作业指导书、维修报告等知识成果,主要存储在个人办公计算机中,知识复用率低,无法及时有效共享。为更好地应对批产集成、保障任务的爆发式增长形势,可构建高效、便捷的知识管理平台,实现知识的统一管理、查阅与共享,深入挖掘知识价值[4]。

2.4.1 前端设计迭代优化

随着装备订单量与交付节奏的不断加快,研制、批产交叉严重,设计验证周期短,导致前端验证不充分,批产后技术状态变更多,对批产交付造成较大压力。在装备批产与保障过程中,集成调试与保障人员在工程实施方面积累了丰富的经验与知识,为强化装备前端设计水平,需加强跨专业、跨领域间设计师经验的共享性,避免经验孤岛效应,充分挖掘批产、保障服务后端经验,为前端设计提供参考,促进设计质量的提升。

2.4.2 批产过程提质增效

批产过程中沉淀了大量的集成调试有关的知识成果,因无统一的管理平台,知识复用率低,价值未得到有效挖掘。同时,装备设计研发文档、历史故障信息、设计更改信息等分布于各信息化平台中,而这些系统之间缺乏一定互连,文档和信息查询较为复杂,检索效率较低,通过知识管理平台可促进批产过程提质增效。

2.4.3 加快员工培养与成长

人才是企业发展的第一资源,人才培养工作需要更好地聚焦技术一线。当前员工学习主要依靠企业一级培训、部门二级培训,大部分为通识教育,对于结合具体岗位的特色化辅导针对性不够,需要在企业培训的大框架下,结合员工入职年限、岗位名称、职级职称等相关信息,搭建员工自主学习的知识平台,动态推送员工自主学习内容,最大化激活知识价值。

推进知识管理完善与运用,构建知识管理平台,实现全寿命周期知识成果的快速检索,将原先需要在多个平台才能完成的知识检索整合到一个平台进行,涵盖知识成果、技术状态、历史记录等多重信息,提升知识检索效率和人才培养成效。

3 装备批产全过程管控体系应用

批产信息化管理系统与实物管理系统已在企业批产部门内全覆盖应用,企业内批产计划与实物得到有效管控。批产计划管理的颗粒度从部门级逐级穿透至科室、班组和个人,实现了“计划到人、责任到人”。在计划的精细化方面,从装备订单级计划管理逐步细化至工序级管理,使得单个产品的每一个图号及其工序均得到全过程管控。在装备批产任务输入、执行与闭环的计划管理方面,随着高级计划排程功能的逐步实现,装备生产计划更加合理与科学,批产任务计划实现精准管理。在实物管理方面,实现批产过程各类实物的实时动态管控,台账管理从Excel表单记录向在线电子表单记录转变,实物流转信息从人工纸质记录向扫码自动变更转变,实现了全业务过程的实物管理。

随着装备批产数据管理与知识管理系统的运行,装备全生命周期内的数据与知识得到统一管理与有效应用。通过对历史数据与知识的分析挖掘,为产品全生命周期管理提供全面、可靠的知识体系,为问题排查与解决提供方法与思路,大幅提高装备排故效率。在装备服务保障工作中,通过装备大数据分析,不断验证装备故障模式的覆盖性和正确性,及时发现设计偏差,通过反哺设计提升装备研发能力。在装备批产与保障人员培养方面,通过批产知识管理系统的运行,有效提升了知识价值的增值与发挥速度,加快了人员能力培养。

4 结语

针对装备批生产业务流程上的管理薄弱环节,以问题为导向,积极开展问题分析,明确目标,制定对应的改进措施。利用数字化、信息化等手段开展批产计划、实物、数据与知识管理需求梳理,推进信息化系统建设,构建装备批产全过程管控体系,升级形成新的装备管理模式,并在制造企业的批产部门内推广运行,有效提升了装备批产管理效能。