美國(guó)成為制造業(yè)大國(guó)誕生了“泰勒管理”；日本成為制造業(yè)大國(guó)誕生了“豐田管理”；德國(guó)成為制造業(yè)大國(guó)，SAP、西門子等成為“信息化管理”的先驅(qū)。中國(guó)是世界制造業(yè)第一大國(guó)，卻在工業(yè)管理領(lǐng)域毫無建樹。中國(guó)不缺創(chuàng)新的需求、人才、技術(shù)和資金，最缺少的是“先進(jìn)用戶”。
本文介紹我們?cè)诿绹?guó)NOV公司實(shí)施系統(tǒng)管理軟件工程的案例，把我們創(chuàng)新實(shí)踐的體會(huì)與制造業(yè)企業(yè)關(guān)注“智能制造”的朋友分享。
本文分兩次刊出。這次主要介紹項(xiàng)目背景和項(xiàng)目實(shí)施過程。下一篇介紹系統(tǒng)原理、架構(gòu)、功能，以及實(shí)施方法論。
項(xiàng)目背景
我們?cè)诿绹?guó)NOV公司實(shí)施的“坤特管理系統(tǒng)”已經(jīng)上線運(yùn)行近兩年了。這可能是中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綜合系統(tǒng)管理軟件打入發(fā)達(dá)國(guó)家的第一個(gè)案例。之所以到現(xiàn)在我們才對(duì)外講這個(gè)案例，是因?yàn)樵谶^去近二十年做企業(yè)管理軟件系統(tǒng)得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。一個(gè)成功的有生命力的管理軟件必須要經(jīng)得住時(shí)間的考驗(yàn)。在工業(yè)企業(yè)有很多管理軟件系統(tǒng)往往上線的時(shí)候還可以應(yīng)對(duì)工廠的需求，但是一旦企業(yè)的市場(chǎng)及工廠環(huán)境變了（訂單變了、生產(chǎn)資源變了），系統(tǒng)的效率就會(huì)大幅度降低，甚至無法正常運(yùn)行。實(shí)踐證明，一個(gè)好的管理系統(tǒng)必須對(duì)需求變化有很強(qiáng)的“魯棒性”，經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)，否則就不是一個(gè)具有普適性的管理軟件。
我們的團(tuán)隊(duì)由一批研究運(yùn)籌學(xué)的專家組成，從事生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理的研究至今已二十年?！袄ぬ毓芾硐到y(tǒng)”（Quantitative Management System、QMS）誕生于2013年。在2012年，我們承擔(dān)了科技部一個(gè)“863課題”的子項(xiàng)目，研究在大型裝備制造企業(yè)應(yīng)用APS（高級(jí)計(jì)劃與排程）解決生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問題。其實(shí)，“坤特管理系統(tǒng)”的理論、系統(tǒng)架構(gòu)以及功能設(shè)計(jì)的整體方案是在“863課題”結(jié)題后才完成的。在這個(gè)研究項(xiàng)目中，我們發(fā)現(xiàn)了APS在架構(gòu)、模型和算法方面的一些致命問題。但是，當(dāng)我們把這個(gè)創(chuàng)新的“坤特管理系統(tǒng)”向若干大企業(yè)推介的時(shí)候，普遍的問題是：你們有沒有成功案例？有沒有樣板可以參觀？找不到“小白鼠”，走投無路，只好到美國(guó)的企業(yè)去嘗試。
在這里，我們不得不佩服美國(guó)人的創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)我們把“坤特管理系統(tǒng)”向美國(guó)NOV公司的主管介紹時(shí)，他們首先關(guān)心的是，如果采用了這個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)品，企業(yè)在同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)不會(huì)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其次才是項(xiàng)目的成本和實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。
National Oilwell Varco（NOV）是世界“500強(qiáng)”跨國(guó)公司，由National，Oilwell，Varco三家油氣技術(shù)公司合并而成，有150年的歷史。總部位于德州休斯頓市大夏普鎮(zhèn)。其主營(yíng)業(yè)務(wù)包括深海，淺海，陸上鉆采設(shè)備的制造、集成系統(tǒng)開發(fā)、井下工具及供應(yīng)鏈解決方案。我們?cè)贜OV公司位于休斯頓的一個(gè)叫WLY的工廠實(shí)施這個(gè)項(xiàng)目。這是一個(gè)巨大的工廠，生產(chǎn)制造深水防噴器組，英文名叫BOP Stack。它的作用就是放在海上深水油井井口，防止井噴。產(chǎn)品大約高20米，重500噸，結(jié)構(gòu)和工藝非常復(fù)雜。
雖然美國(guó)人的創(chuàng)新意識(shí)很強(qiáng)，但是也不失其謹(jǐn)慎的作風(fēng)。首先，他們讓我們做一個(gè)試點(diǎn)看看效果。于是，從2015年7月到11月我們?cè)赪LY的閘板車間實(shí)施了車間調(diào)度系統(tǒng)。這個(gè)車間是他們管理最困難的車間之一。由于這個(gè)調(diào)度系統(tǒng)效果明顯，這個(gè)時(shí)候才進(jìn)入到商務(wù)階段。在這個(gè)時(shí)候，WLY的管理系統(tǒng)正在從Glovia ERP系統(tǒng)過渡到XXX ERP。XXX公司是美國(guó)一家最著名的ERP供應(yīng)商。于是，WLY提出了由我們和XXX公司以同樣的需求、環(huán)境、數(shù)據(jù)的條件下進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)項(xiàng)目。通過三次激烈的競(jìng)爭(zhēng)，我們拿到這個(gè)合同。
在第一階段閘板車間調(diào)度系統(tǒng)基礎(chǔ)，WLY項(xiàng)目分了兩期完成。第一期，從2016年2月到2016年8月。這一期我們完成了它所有的各個(gè)車間獨(dú)立的調(diào)度系統(tǒng)，例如機(jī)加，焊接，噴漆，初級(jí)組裝，質(zhì)檢等。第二期，從2016年11月啟動(dòng)，到2017年1月15號(hào)結(jié)束。在各個(gè)車間實(shí)現(xiàn)了車間調(diào)度后，又為整個(gè)工廠做各個(gè)車間之間的整合，以及工廠從接到訂單，到采購(gòu)、庫(kù)存、投產(chǎn)等一系列的生產(chǎn)計(jì)劃層面的管理模塊的上線，以及完成了與企業(yè)原有的ERP、MES、PDM等軟件系統(tǒng)的集成。
項(xiàng)目在2017年春節(jié)前得到NOV集團(tuán)公司的驗(yàn)收，并獲得了高度評(píng)價(jià)：“The utilization of theScheduling Optimizer is driving us to improve our discipline and causing aculture change” 。
項(xiàng)目簡(jiǎn)況
在我們實(shí)施“坤特管理系統(tǒng)”的時(shí)候，正值國(guó)際石油價(jià)格低迷，整個(gè)行業(yè)效益下滑，石油設(shè)備供應(yīng)商利潤(rùn)微薄，企業(yè)經(jīng)營(yíng)情況不好的時(shí)候。這個(gè)時(shí)候是否需要進(jìn)行企業(yè)管理的改革？對(duì)這一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，美國(guó)企業(yè)與中國(guó)企業(yè)也有很大的不同。我們的企業(yè)在市場(chǎng)旺盛的時(shí)候，即使企業(yè)管理水平不是很好，照樣可以盈利，沒有必要做管理變革。當(dāng)企業(yè)效益不好的時(shí)候，又沒錢或者不愿意掏錢做管理改善。美國(guó)企業(yè)NOV認(rèn)為越是市場(chǎng)蕭條的時(shí)候，企業(yè)越是裁減人員的時(shí)候，越應(yīng)該抓住時(shí)機(jī)進(jìn)行管理升級(jí)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期項(xiàng)目實(shí)施的機(jī)會(huì)成本最小。
雖然NOV是世界最大最具實(shí)力的石油鉆井裝備供應(yīng)商之一。但是從管理層面說也存在很多棘手的問題。NOV屬于高度離散性的制造企業(yè)。產(chǎn)品高度定制化。在項(xiàng)目實(shí)施前，工廠產(chǎn)能浪費(fèi)嚴(yán)重，工廠的產(chǎn)能利用率只有36%；中長(zhǎng)期計(jì)劃形同虛設(shè)，計(jì)劃產(chǎn)能遠(yuǎn)大于實(shí)際產(chǎn)能；近78%的工單延誤，嚴(yán)重影響了客戶滿意度。NOV上線了很多信息化管理系統(tǒng)，ERP、MES、PDM、PLM等等。生產(chǎn)計(jì)劃和車間調(diào)度依然是人工經(jīng)驗(yàn)和Excel的方式操作。由于產(chǎn)品全部是客戶定制化的，所以在生產(chǎn)過程中需要反復(fù)與設(shè)計(jì)、客戶、供應(yīng)鏈多方面協(xié)調(diào)；再加上生產(chǎn)過程中插單、撤單、異常、例外事件不斷發(fā)生，工廠的管理人員天天如同“救火隊(duì)”忙于處理各種各類的問題。
WLY是全世界僅有的幾個(gè)能夠生產(chǎn)深水防噴器的廠家之一，有15個(gè)生產(chǎn)型車間和服務(wù)型車間。在做完閘板車間基礎(chǔ)，我們把與生產(chǎn)密切相關(guān)的10個(gè)車間/部門帥選出來分別上線了定制化的的車間調(diào)度管理系統(tǒng)。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的APS有很大不同。不同的車間/設(shè)備、不同的工藝、不同的物料轉(zhuǎn)移路線和拆分合并過程以及不同的約束條件，不可能用一個(gè)模型和一個(gè)算法實(shí)現(xiàn)車間的調(diào)度優(yōu)化。因此，我們很對(duì)特定的場(chǎng)景和需求設(shè)計(jì)了不同的模型和優(yōu)化求解算法。例如在閘板，閥門，控制器，焊接，質(zhì)檢，噴漆，初級(jí)組裝，整機(jī)組裝等各個(gè)車間上線不同邏輯的調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部產(chǎn)能最大化，局部達(dá)到最優(yōu)或次優(yōu)。
圖示是WLY的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和組織流程。在第二期實(shí)施過程，我們完成了從下往上由各個(gè)車間加工生產(chǎn)、流轉(zhuǎn)，然后通過部件裝配、總裝配完成整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)管理控制。在工廠層面的管理功能，包括了生產(chǎn)計(jì)劃、投產(chǎn)、采購(gòu)、市場(chǎng)銷售、庫(kù)存等業(yè)務(wù)部門。我們系統(tǒng)的實(shí)施是從底層的零部件加工、機(jī)加車間開始，逐漸向上層組裝，自下而上實(shí)現(xiàn)全工廠完整的管理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)全集團(tuán)性生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理解決方案。
自下而上和自上而下是“坤特管理系統(tǒng)”兩條不同的實(shí)施路徑。由于美國(guó)NOV公司的數(shù)據(jù)環(huán)境非常好，具備自下而上實(shí)施整體信息化管理的基礎(chǔ)。如果企業(yè)的數(shù)據(jù)環(huán)境不是很完善，從底層開始實(shí)施數(shù)字化管理會(huì)非常吃力且需要很長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)完善和適應(yīng)；這種情況下，自上而下的實(shí)施路徑將是效率更好的一種模式。
坤特管理系統(tǒng)認(rèn)為，凡是企業(yè)正在正常應(yīng)用的管理軟件系統(tǒng)都積累沉淀了很多企業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，必須和這些軟件實(shí)施系統(tǒng)集成。WLY經(jīng)過多年的信息化建設(shè)已經(jīng)實(shí)施了ERP，MES，PDM，PLM，SCM等很多軟件系統(tǒng)，坤特管理系統(tǒng)通過與它們集成，形成了一套全工廠的數(shù)字管理系統(tǒng)。關(guān)于系統(tǒng)集成的方法，我們大多采用了“中間件”或者叫做“中間庫(kù)”。由于各個(gè)管理軟件系統(tǒng)都有自己的管理邏輯，誰(shuí)都不敢冒然開放端口讓別人讀寫。所以，凡是需要交換的數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)入“中間庫(kù)”，再由各個(gè)管理系統(tǒng)各取所需。
從工廠的整個(gè)管理體系上，我們主要是做了中長(zhǎng)期企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃管理和短期計(jì)劃管理。
中長(zhǎng)期計(jì)劃管理過去是由ERP管理，現(xiàn)在由坤特管理系統(tǒng)接管，其功能包括：
實(shí)現(xiàn)了與所有的各個(gè)生產(chǎn)車間短期計(jì)劃的協(xié)同。
通過ATP檢查和設(shè)置（安全庫(kù)存、在途庫(kù)存，在產(chǎn)庫(kù)存，已下達(dá)采購(gòu)訂單，以及已限制使用凍結(jié)的庫(kù)存）、并且進(jìn)行以訂單交付最少延期為目標(biāo)的優(yōu)化計(jì)算，提供銷售訂單完工時(shí)間，采購(gòu)訂單需求/采購(gòu)時(shí)間，投產(chǎn)工單的投產(chǎn)時(shí)間。
實(shí)現(xiàn)了中長(zhǎng)期、全覆蓋的設(shè)備利用率可視化。
訂單關(guān)鍵路徑分析和可視化。
仿真優(yōu)化分析，訂單接單的預(yù)評(píng)估等等。
我們從ERP的MRP獲得需要加工生產(chǎn)的工單信息，再?gòu)腗ES的生產(chǎn)反饋獲得所有生產(chǎn)作業(yè)完成的實(shí)際情況，坤特管理系統(tǒng)需要制定短期生產(chǎn)計(jì)劃也就是車間的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃。這個(gè)短期生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化目標(biāo)與中長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃不同，它是按照各個(gè)車間產(chǎn)能最大化為目標(biāo)制定的。短期生產(chǎn)計(jì)劃提供周計(jì)劃。根據(jù)周計(jì)劃，各個(gè)車間可以提前準(zhǔn)備相應(yīng)的工裝、卡具、刀具、輔料等等。更重要的是短期計(jì)劃中的日計(jì)劃。這個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃確定了每天各個(gè)工位/工人的作業(yè)計(jì)劃。同時(shí)，短期生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊還可以進(jìn)行工單性能分析時(shí)刻跟蹤和工單健康狀況的檢查。
下面展示部分實(shí)際功能模塊的界面。
這是車間調(diào)度管理界面，可以提供設(shè)備甘特圖管理車間產(chǎn)能。
這是管理車間派工、指揮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的界面
工單監(jiān)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工單生產(chǎn)的健康狀況
銷售訂單甘特，跟蹤訂單狀態(tài)，交期可視化
企業(yè)產(chǎn)能管理，管理企業(yè)的中長(zhǎng)期產(chǎn)能規(guī)劃
投產(chǎn)管理根據(jù)產(chǎn)能合理安排投產(chǎn)計(jì)劃
這是系統(tǒng)仿真界面，可以做訂單評(píng)估、產(chǎn)能預(yù)估等分析
“坤特管理系統(tǒng)”通過近兩年的實(shí)際運(yùn)行，已經(jīng)成為了整個(gè)WLY廠從經(jīng)理到主管，從生產(chǎn)計(jì)劃員、調(diào)度員到采購(gòu)員都離不開的一個(gè)系統(tǒng)。從用戶給出的報(bào)告來看，所有部門產(chǎn)能與上線之前都提升了28%以上，尤其是機(jī)加車間的產(chǎn)能利用率可以達(dá)到80%；訂單生產(chǎn)周期縮短三分之一；人均創(chuàng)造價(jià)值比過去增加了62.5%。重要的是大大提高了客戶滿意度，也就是訂單的按時(shí)交付率?，F(xiàn)在企業(yè)絕大多數(shù)訂單都能滿足按時(shí)交付。即使訂單交付延期，企業(yè)也清清楚楚知道是什么原因。
下圖是WLY所有涉及應(yīng)用“坤特管理系統(tǒng)”的部門和人員。
平均每天有45人使用該系統(tǒng)，占生產(chǎn)管理相關(guān)員工的85%。平均每天登陸次數(shù)55次，坤特管理系統(tǒng)內(nèi)部每天產(chǎn)生數(shù)據(jù)量超過300兆。事實(shí)上，“坤特管理系統(tǒng)”涉及到全工廠與生產(chǎn)直接相關(guān)的所有人員，包括車間第一線的員工以及進(jìn)、銷、存、人、財(cái)、物等等這些業(yè)務(wù)管理方面的人員。例如，系統(tǒng)中有一個(gè)模塊“Programmer”。WLY有很多自動(dòng)化程度很高的設(shè)備，在生產(chǎn)加工前需要編程送給PLC，設(shè)備根據(jù)PLC指令運(yùn)行作業(yè)。所以他們有若干名程序員負(fù)責(zé)編程。派給程序員需要編程的任務(wù)很多，而且生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是經(jīng)常出現(xiàn)例外的。如果程序員不知道編程任務(wù)的輕重緩急，就會(huì)造成機(jī)器的等待，影響車間的產(chǎn)能。通過“Programmer”告訴程序員做事的順序，就可減少這種低效。
“坤特管理系統(tǒng)”本質(zhì)上是企業(yè)的智能決策系統(tǒng)。系統(tǒng)的上線讓所有管理人員的工作強(qiáng)度大幅度降低，因此極大地解放了“白領(lǐng)”。在車間層面的調(diào)度管理員原先有25人，經(jīng)過一段時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行，這個(gè)崗位逐步減少，從25人減少到現(xiàn)在由總調(diào)度員1人兼顧就行了。
NOV在全球有幾十個(gè)工廠，他們有一個(gè)兩百多人的IT團(tuán)隊(duì)。WLY工廠項(xiàng)目的成功應(yīng)用后，我們給他們的IT團(tuán)隊(duì)開放了API接口，由他們?cè)傧蚣瘓F(tuán)其他工廠實(shí)施。
NOV就是本文前面說的“先進(jìn)用戶”。我們感謝NOV。一個(gè)管理系統(tǒng)的理論創(chuàng)新和實(shí)際的應(yīng)用有著很大的距離。運(yùn)籌學(xué)領(lǐng)域每年發(fā)表成千上萬(wàn)的優(yōu)秀論文，但是真正能夠用于實(shí)踐的寥寥無幾。我們也是在WLY工廠實(shí)施的過程中，做了大量的研究試驗(yàn)，才最終將“坤特管理系統(tǒng)”完善，并基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。陸續(xù)我們又在美國(guó)和國(guó)內(nèi)做了若干項(xiàng)目。
中國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，理應(yīng)在工業(yè)管理領(lǐng)域?qū)κ澜缱龀鲐暙I(xiàn)。創(chuàng)新具有中國(guó)特色的管理理論和系統(tǒng)工具是我們做工業(yè)管理和軟件人的理想。這需要很多“先進(jìn)用戶”的支持，也需要很多有理想的人共同努力。
每一次工業(yè)革命及其伴隨的工業(yè)管理的變革都極大地提升了效率.工業(yè)管理變革的本質(zhì)體現(xiàn)在人在工業(yè)系統(tǒng)中的價(jià)值?！疤├展芾怼澳甏?工人就是一臺(tái)干活的設(shè)備；“豐田管理”讓工人參與到管理中；“信息化管理”的信息化和自動(dòng)化技術(shù)極大地解放了“藍(lán)領(lǐng)”；在新一輪的工業(yè)革命中，我們有理由相信，解放“白領(lǐng)”，讓管理知識(shí)、技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)化和智能化將是努力的方向。
在下一篇文章中，我將介紹“坤特管理系統(tǒng)”的理論、架構(gòu)和實(shí)施方法論，以便與各位同仁研討。
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