硕士学位论文-航天某制造企业生产过程物资管理系统.doc

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要将先进的管理理念与管理方法融入到航天企业中，并借助信息化的手段加以实现是促进我国航天事业发展的重要手段之一。成熟的符合航天企业特色的物资管理模式的应用不仅可以降低企业的成本，提高企业效益，而且可以控制物资质量，确保企业高效运行。物资的可追溯性是保证物资质量控制的有效途径。本文主要研究了航天企业的物资管理模式及物资的追踪与溯源，旨在降低企业物资管理成本和强化物资质量保证。在理论研究方面，在借鉴了国内制造业的物资管理模式和分析航天物资管理特点的基础上，提出了项目、产品、批次多层次的统一产品结构树的物资管理模式，并分析了这种管理模式在物料精细化管理、物资可追溯性和物资管理效率方面的优势。之后，本文研究了基于追踪BOM的物资追踪溯源模型，着重研究了生产过程的物资追踪，给出了企业物资追踪溯源的概念模型。并对此模型的扩展问题进行了分析和求解，一方面，针对在产品的装配关系无法确定的前提下，提出了一种基于时间分析的追溯方法，并给出了追踪BOM的生成算法；另一方面，针对物资在企业的业务过程中不断发生批次变更的情况，提出了批次关联表。最后根据航天企业物资管理的特色，研究了航天物资追踪溯源的实现方法。在实现方面，本文利用CERP应用软件框架进行了系统开发，系统功能模块包括物资计划与采购管理子系统、库存与帐务管理子系统、与其它系统的信息集成、物资追踪溯源子系统四个模块。并通过对系统在北京卫星制造厂的应用情况的简单介绍，对文中的理论进行了验证。关键词物资管理模式；物资追溯；产品结构树 Abstract The advanced management ideas and methods should be apllied to astronautic enterprises and accomplished by the information technology, which is an important means to promote the development of China astronautic industry. The application of mature material management model with astronautic enterprises characteristics can not only reduce the cost to improve enterprise efficiency, but also control the quality of products to ensure well-balanced operation of enterprises. Material tracking and tracing is an effect approach to guarantee the quanlity of materials. In this Dissertation, the management model for astronautic enterprises material and the tracking and tracing of material are studied in order to reduce the material cost and enhance the quality assurance.In the aspect of theory research, the management model based on unified product structure tree is proposed in the view of the domestic manufacturing of materials management and astronautic materials management features, the characteristics of which is analysed afterward, the characteristics includes fine material management, material traceability , material management efficiency improvement.After that,the model of material tracking and tracing is studied, especially we focus on the materials tracking in product process, then give the conceptual model of enterprise material tracking. the expansion issue of this model is also analysed an resolved, on the one hand,In view of the assembly not be accurately determined, a time-based analysis tracing method is given, and we give the generation algorithm of tracking BOM. On the other hand, owing to the changement of material batch in the course of business, we propose the model of batch association. Finally, according to the materials management characteristics of aerospace enterprises, the method of aerospace material tracking and tracing is studied.In the aspect of implementation, we develop a material management system using the CERP application software framework, the system includes four functional modules: material planning and procurement management subsystem, inventory management subsystem, information integration with other systems, materials tracking subsystem. Finally through an introduction of the application system in Beijing spacecraft factory, we give the theory a validation.Keywords Material Management；Material Tracking and Tracing；Product Structure Tree目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景与来源11.2 与课题相关国内外研究进展及成果11.2.1 国内外物资管理模式的发展11.2.2 物资追踪溯源的的研究现状31.3 本硕士论文的研究内容4第2章 基于产品结构树的物资管理模式62.1 制造业物资管理的体系结构62.2 航天企业物资管理的特点82.2.1 物资采购管理82.2.2 库存物料管理92.2.3 车间物料管理102.3 基于产品结构树的物资管理模式112.3.1 产品结构树112.3.2 基于产品结构树的物料管理112.4 本章小结15第3章 航天物资追踪与溯源研究163.1 物资跟踪与批次管理163.1.1 物资可追溯性的含义163.1.2 物资的批次管理193.2 物资追踪溯源模型213.2.1 生产过程的物资追踪223.2.2 物资追踪溯源模型263.3 扩展问题的求解273.3.1 问题的提出273.3.2 追踪BOM的生成算法283.3.3 批次关联表383.4 航天企业的物资追踪溯源413.4.1 基于RFID的物料批次管理433.4.2 物料追踪与溯源实现443.5 本章小结47第4章 航天企业物资管理系统的设计484.1 系统需求分析484.1.1 系统功能需求分析484.1.2 系统业务流程分析494.2 系统总体结构设计504.3 系统功能结构设计514.3.1 基础数据管理子系统设计514.3.2 物资计划与采购管理子系统设计524.3.3 库存管理与帐务管理子系统设计544.3.4 与其他系统的集成设计554.3.5 物资追踪溯源子系统设计574.4 系统的界面设计574.5 本章小结59第5章 航天企业物资管理系统的实现与应用605.1 系统实现的软件技术605.1.1 J2EE平台605.1.2 MVC(Model-View-Controller)模式615.1.3 构件技术625.2 系统关键点的实现方法635.3 系统的典型运行流程685.4 系统应用案例及应用效果分析735.5 本章小结74结 论75参考文献76攻读学位期间发表的学术论文79哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明80哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书80哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理81致 谢82不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- V -千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- VI -第1章 绪论1.1 课题背景与来源本课题来源于国防基础科研项目“航天某制造企业生产过程物资管理系统”。该系统以成熟的物资管理模式，结合企业自身特点，以基于J2EE的企业应用服务器为集成开发平台，为北京卫星制造厂建立一个全面的、集成的物资管理系统。该系统是企业实现信息化的重要内容和实施 ERP 的基础。本课题研究的主要目的在于对目前航天企业管理方法和业务流程进行思考，总结提升先进的管理经验，将这些先进的经验提升为先进的管理模式，从而得到航天军工行业管理模式、流程与平台的整体解决方案，为该行业内其它企业的数字化管理平台建设提供经验。随着我国经济体制改革的进一步深化，航天科技领域内各科研院所的管理经营机制已经发生了变化，国家对航天产品的需求从单件研制生产模式转向小批量集约化研制生产模式，从技术试验型研制转向全面应用服务型，繁重的型号任务对航天企业现有物资管理能力提出了严峻的挑战。如何将先进的、具有我国国情特色的管理理念与方法融入到企业中，并借助信息化的手段得以实现是摆在航天企业面前的一个现实而又迫切的问题。航天工业企业不同于一般工业企业，对物资有严格的质量要求，一旦发生质量事故，甚至可能导致整个项目的失败。为此，一旦发现某种物料不合格，则可能导致整批物料报废，所以航天工业企业的物资管理不仅要管理好通常的物资采购、库存及供应，还必须具有完善的物料追踪管理能力，必须能够追查到进厂物资的来龙去脉，即进行物资的溯源与追踪。1.2 与课题相关国内外研究进展及成果1.2.1 国内外物资管理模式的发展各个国家，特别是西方工业发达国家对物资管理一贯十分重视。早期的物资管理重点是加强对库存的控制，其主要手段是确定采购时的最佳购货量1(即经济批量)，从而使库存成本最小。但是，随着现代技术的推广使用和生产规模的不断扩大，物资供应与生产的关系越来越密切，物资管理亦不再仅仅局限于库存管理。科学技术的飞速发展，特别是计算机技术的日新月异，使制造业中新的生产组织方式不断产生，从而导致了物资管理的重大变革。从本是世纪60年代起，相继出现了很多新的物资管理模式，其中具有代表性的有： COPICS2(Communications Oriented Production Information and Control System)，即生产信息查询和控制系统。该系统由美国IBM公司于七十年代初研制成功，它使以发展计算机集成制造系统(CIMS)系统为目标开发的。COPICS从市场需求预测开始，制订生产计划。据此安排生产直到产品出厂而进行生产资源(设备、人力、物料等)的分配和管理。是以实时数据通讯方式为主体的经营目标性的计划实施控制系统。COPICS由功能和生产数据管理、顾客订货服务、预测、主生产日程计划(master Production schedule planning)等12个模块组成、拥有一个共同的数据库，其构成见图1-1。其中库存管理(inventory management)、订货安排(Order release)、采购和验收(Purchasing and receiving)及仓库管理(storcs control)属于物料管理的范畴。图1-1 COPICS的构成Figure 1-1 Structure of COPICS MRP II3 (Manufacturing Resource Planning II)即制造资源计划。MRP II是一种以计划管理主导的现代生产管理模式，主要适用于各种批量的离散型生产和流水线生产管理。MRP II是八十年初人们在闭环MRP(物料需求计划)的基础上，把技术、检验、财务成本等子系统与其相结合而发展起来的。MRP II是要有效地利用各种制造资源。实现更广泛地管理信息集成。从而实现控制库存，降低制造成本，实现企业管理的整体优化。MRP II实质上不仅是一种物料管理模式，也是一种现代生产管理模式，它已将物料管理和生产管理融为一体。 JIT4(Just-in-time) 即准时制生产。JIT是一种以各种物料的零库存为目标的管理模式，其基本思想之一是摒弃一切浪费，要求将库存减至零。传统的生产方式和管理思想总是利用在制品库存作为生产过程的缓冲，一旦某个环节发生故障，可以利用库存来维持生产系统的正常运作，但这样实质上是掩盖了矛盾和问题。JIT要求生产系统的在制品库存为零，这样就使管理者在事前对生产经营过程中可能出现的故障进行预防和控制，从而大大提高了企业管理的水平。1.2.2 物资追踪溯源的的研究现状企业的发展推动了物流技术的不断发展，供应链的发展使得物流从企业内部扩大到企业间。企业为了在市场上赢得地位，获得客户的信任，需要确保产品的生产过程满足客户的要求，产品能够按时完成从而按时交付合同或者订单5，为了实现上述目标企业需要对产品的生产过程进行跟踪控制，以保证产品按照设计时的工艺进行加工，并且能够随时进行产品生产时间的控制，确保产品按照指定时间完成。随着企业的不断发展，订单的数量会越来越多，如何安排生产，动态调整生产5,6，这些问题使得企业需要对产品生产进行跟踪控制。对生产的产品企业往往想知道该批产品的用料，使用了哪些物料，使用了哪些批次的不同物料。同样企业也想知道某批物料被用到了哪些产品的生产中去。这些信息在产品设计中是得不到的，需要对产品生产过程的信息进行记录，以达到这样的要求。产品的质量是通过加工工艺的反应出来的，虽然在产品设计时确定了加工工艺，但是生产时的实际信息可能会对产品质量有所影响，实际生产信息才真正反映了产品的质量，这同样使得企业需要对产品的生产进行跟踪记录7。企业在进行物料管理时，经常定期对产品的质量进行抽样检验。如果在检验过程中发现了有缺陷的产品则需要对该产品进行处理，如果该产品已有销售出产的则需要查询该批产品的销售信息从而采取收回或者其它相应的措施。如果该产品还被用到某个产品中当作零部件使用，则需要对该零部件的被用情况进行查询，从而对这些使用该零部件的产品进行检验。企业还会对产品出现缺陷的原因进行分析，如果该缺陷是由于某个物料的质量问题而引起的，则要去追查该物料供应商的责任或者是采购员的责任。如果是由于加工时的失误所导致则要对相应的操作人员或者仪器设备采取处理措施。这些问题使得企业不仅要对产品的生产，还要对采购、库存和销售等进行跟踪记录8。随着供应链9,10,11,12的不断发展，以及敏捷制造13，柔性制造，计算机集成制造系统14,15，虚拟制造等制造模式的不断发展，越来越多的企业进行合作，而且这种合作的趋势越来越快，以快速响应市场的迅速变化。企业间合作趋势的发展给企业带来了新的挑战，企业间需要共享产品生产的信息，下级制造商需要对产品提供高质量的服务等等。这些要求也使得制造业面临一个新的挑战。要求企业在现有的信息系统上扩展产品的跟踪功能。现在很多行业已经开始实施产品跟踪信息系统，如食品、医药、航天、汽车等。国外很多国家已经把企业的产品跟踪列入了产品质量检测标准中，而且国外已经有了很多这方面的研究16。国外现在主要集中在追踪结构7，食品业17,18，农业19等方面的研究。随着我国与世界经济的接轨，必然会带来新的挑战，我国也需要对产品跟踪进行特定的规定并列入法规当中，然而现在国内对产品跟踪还处于研究阶段，主要是针对条码应用和供应链方面进行研究，缺乏对企业内部物资流动的跟踪，本文以航天企业为背景对企业内部产品的跟踪进行了研究。1.3 本硕士论文的研究内容本文的主要工作是在分析航天物资管理特点的基础上，提出基于统一产品结构树的物资管理模式；针对航天物资质量控制的要求，研究了物资的追踪与溯源。文章最后详细介绍了某航天企业的物资管理系统。在理论方面，本文主要研究了基于统一产品结构树的物资管理模式和物资追踪溯源模型。首先在制造业物资管理体系和航天物资管理特点的基础上提出了多层次产品结构树的物资管理模式，并分析该模式在物料精细化管理、物资追溯能力以及物资管理效率方面的优势。然后介绍了物资跟踪概念和批次管理技术，批次管理是实现物资追踪的一个基本技术，是物资追踪的基础，良好的批次管理体制是物资跟踪系统实施的保证。在介绍了这些技术之后，提出了物资管理模型，该模型的关键地方是生产过程的跟踪，生产跟踪与采购、库存、销售等集成起来就可以实现企业内的物资跟踪。下来我们分析了追踪溯源模型中的两个扩展问题，并对这两个问题提出了解决方法，提出了基于时间的产品追踪溯源算法和批次关联表。最后，在追踪溯源理论的基础上，我们结合航天企业的特色给出了航天物资的追踪溯源的实现。在工程上，本文对物资管理系统的设计进行了阐述。需求分析主要分析了企业目前物资管理业务方面的缺陷，总结了物资系统的系统目标，然后在需求分析的基础上，针对企业的目标进行功能模块的划分和功能结构设计，画出了系统的业务流程流图，最后给出了程序开发规范，如界面设计。文章在最后给出了系统的软件开发技术，展现了系统的典型运行流程，并进行了简要的说明。图1-2为本文的研究思路。图1-2研究思路Figure 1-2 Research Route 第2章 基于产品结构树的物资管理模式2.1 制造业物资管理的体系结构物资管理是企业管理的一个重要部分，其内容概括来说主要有物资供应、物资使用和库存控制。由于制造也通常需要品种、规格繁多的原材料的和配套件，为了保证生产过程的连续、均衡、保质、保量的及时供应各类物资就显得十分的重要；同时，加强物料管理又是减少流动资金占用，改善企业各项经济技术指标的重要环节。物资管理与企业各部门的关系20极为密切。首先，物资供应的数量取决于企业生产计划安排，物料供应的品种、规格和型号源自技术部门，物料的使用方式，尤其是对在制品的管理方式与企业的生产组织方式融为一体，在制造业中这部分的物资管理通常由生产部门来完成。同时，物资的库存控制和财务部门的资金管理，产成品的库存和销售部门的经营状况有紧密的联系。因此，物资管理是一项涉及制造业各个部门的综合性管理。制造业物资管理的体系结构，见图2-1。在物资管理系统中，输入的是企业的生产经营计划，输出为产品，系统目标时在保证生产正常进行的前提下尽量降低库存成本。制造业物资管理的主要内容包括物资需求，物资采购和库存控制三大部分。图2-1 制造业物资管理系统Figure 2-1 Manufacturing Material Management System1物资需求。制造业的物资需求通常以物料需求计划体现，物料需求计划的制定是以企业的生产经营计划为依据。通过产品结构分析，由一级部件二级部件零件的层层分解而列出产品结构组成表，对于复杂产品结构组成表相当繁杂，但由于它是制造企业的物料需求计划的基础，因此必须要求十分精确。产品结构分解到零件后，对于其中的自制件则根据其毛坯特性(锻件、铸件、棒料、管料及其它型材)和工艺流量计算出各种物料消耗定额HP。物料消耗定额是向生产车间发放物料并进行成本核算的依据，考虑到各种非工艺性损耗，某种物料的需求定额Hc为：Hc=Hp(Ha)；式中：Hc物料需求计划，Hp物料消耗定额；Ha非工艺损耗系数。产品结构组成表，物料需求定额，产品的生产周期和生产计划安排为制定物料需求计划提供了基本依据。如果企业生产多种产品，必须将同类物料合并，从而制定出综合的物料需求计划。2物资采购。物料采购计划是根据企业根据物料需求计划和库存情况，结合市场供应状况制定的。一般采购时要确保最优订货量(即经济批量)，按该订货量进行采购时可使库存成本最低，同时又能保证生产正常进行。物资采购通常有定量订货和定期订货两种方式21。定量订货是指当库存降至一定水准时，便以既定的数量去采购。这种方式适用于买方市场的部分物料；定期订货是指订货时间和周期预先确定，订货数量根据库存情况临时确定的订货方式，这种方式适用于国家控制的计划物资，职能通过每隔一定周期举办的订货会进行订货。物资采购计划的制定步骤是： 根据物料需求计划计算出平均的物料需求率。(物料需求率是指单位时间内物料的需求数量，实际计算时通常由个月的物料需求计划加以平均得到)。 根据物料对生产影响程度，确定相应的保险系数。 根据市场供应状况确定具体的订货方式。 对于采用定量订购方式的物料，根据存贮费用和订货费用的统计资料算出该种物料的最优订购量，根据备运时间和物料实际需求的统计资料计算出保险库存；对于定期订货方式的物料，则根据订货周期，备运时间及物料实际需求的统计资料计算出保险库存。 对于定量订货物料，根据保险库存、备运时间、物料需求率计算出订货点，(订货点是指当库存下降到一定水平时必须开始下一次订货的库存量)，并制定出相应的物料采购计划；对于定期订货物料，根据保险库存、备运时间、供货周期、物料需求率计算出目标库存，并制定出相应的物料采购计划。3库存管理。在传统的物资管理模式中，库存管理一直是物资管理的重点。在推行新的物资管理模式中，制定科学、合理的物料需求计划和采购计划为库存控制提供了可靠的保证。但是，从物料验收、入库、保管、发放到使用都应该进一步完善管理制度，推行诸如ABC22物料分类管理，进一步提高库存管理水平。物料需求，物料采购和库存管理作为物资管理模式中的三项主要内容，其关系是密不可分的。原料需求计划是企业制定物资采购计划的基础，物资采购计划的制定又要受物料库存状况的反馈控制。在实际工作中，对于影响库存成本的A类物料尤其要加强控制。2.2 航天企业物资管理的特点航天产品的型号研制生产是庞大复杂的系统工程。它所需要的物资有四大特点23： 品种规格多，批量小。 技术指标高，质量要求严。 新品多，协作面广。 计划变化大，备料周期短。航天物资管理的基本任务是：筹集物资；保障供应；加强管理。2.2.1 物资采购管理航天企业所承担的型号任务离不开物资采购及供应。型号产品是由众多的材料、元器件等各种物资构成的。采购物资的品质高低、性能优劣直接影响型号产品的质量。要使企业研制和生产出高质量的型号产品，必须加强物资采购管理。首先物资采购供应商的确定，航天企业的型号产品是质量要求高的产品，要求为之配套的的物料、元器件等必须质量和性能优良。要采购到合格的物资，首先是要选择合格的供应商，总公司为型号任务制定了优选目录24。其次是物资计划环节，航天企业物资计划是企业整个物资工作的中心环节。物资供应计划是确定计划期内保证企业科研生产和基本建设正常进行所需的各种物资的计划 它是进行订货、采购、储备和使用的依据，又是企业生产技术财务计划的重要组成部分。因此， 必须做好物资的计划与采购，按质，按量、按时供应所需物资，这是科研生产和基本建设顺利进行的前提，同时，对保证物资质量、降低物资采购成本和物资消耗，加速物资周转，提高经济效益有着重要作用。编制物资计划的原则有：先利用库存，后申请；保障供应。依据充分，核算准确；保证重点，照顾一般。军品型号配套物资要走主渠道，赶年度计划，民品用料要比质比价择优订货采购。根据型号研制需要，及时提出新型器材研制，按管理渠道申请安排。订货与采购是落实物资计划的重要途径，是企业科研生产和基本建设所需物资的主要来源。对消耗大和有消耗规律的物资，可采取定点供应和期货订购 对消耗量小和消耗没有规律的物资，可采用现货采购。计划采购人员要掌握生产进度计划，发运条件，探索用料规律，安排好进货时间，既要保证供应，又要减少资金占用。特别是价格高，占用资金太的A类物资，要重点控制。2.2.2 库存物料管理库存管理作为航天企业的重要业务活动之一，是企业与供应商、销售商及生产各环节之间的缓冲，库存业务的顺畅进行，将有力保障生产业务的正常运作。首先，不同物料其形状、大小、材质、保管条件等各不相同，因此企业一般按照物料的不同特性设置不同仓库，以管理不同类别的物料。因此不同类别的物料、不同类别仓库可能具有不同的管理特性，需要采用不同的管理方法。可按物料的如下特性对物料进行分类管理：l 空间特性(体积大小等)，例如：大五金仓库、小五金仓库l 跟踪特性，例如：按批次管理，不按批次管理l 专用特性，例如：型号产品专用物资，普通常备物资等l 成本特性，例如对不同物资分别采用计划价、移动加权平均、先进先 出等计价方式。l 价值特性(价值高的需采用严格的管理，ABC物料管理)l 制造特性，例如：原料库、半成品库、产成品库l 形态与计量特性(液、气、固态)，如燃煤库、钢板库等l 质量特性，例如：宇航级、A级等l 其他不同物资管理的要求不同，有些物料要求严格按批次进行管理，例如航天用电子元器件；而有些物料则不需要，例如劳动保障用品。为此，可设置两类仓库，一类按批次管理，一类不按批次管理。对于按批次管理的仓库，批次号在物资入库时即生成，每一笔入库都有一个唯一的批次号，领用时，根据入库的批次出库。对于废品，可以设置专门的废品库进行管理，通过转库业务，可很方便地进行报废及回用处理。库存中分货区货位，物料可能按批次管理，而要区分不同批次的物料，则不同批次的物料应存放在不同的货区货位。库存帐分设库存总帐和库存明细账，库存总帐以仓库号、物料代码为主键，记录该物料的现有库存数量、单价、金额等信息，明细账以物料代码、批次号、货区货位为主键，记录该批次物料在某货区货位上的现有库存数量、单价、金额等信息。库存下料时不可避免地会出现边角料，有些边角料尺寸可能还比较大，可以在以后的某种零件中用到，而且这些材料还可能比较昂贵，因此很有必要对这些余料进行管理。在下料时将可以利用的余料进行登记，记录每块余料的尺寸大小、可能的用途等等，以备下次查询使用。2.2.3 车间物料管理生产过程物料管理除了传统的库房物料管理外，还包括车间现场物料的管理，而后者往往被认为是各个车间内部的现场管理工作，未受到广泛的重视。但是对于航天类的生产企业，生产的质量问题是重中之重，要保证高的生产质量，不仅要确保设计工艺的正确性，还需要确保生产物资及车间在制物料的质量，避免不合格的物料在企业内流通，避免因使用不合格的物料而产出不合格的产品。然而要保证生产过程中百分之百不出质量问题是不现实的。首先库房中的物料种类多、数量大，难以保证每一种物料不出问题；其次，对生产过程中的物料管理更为复杂，一些物料要经过各种工序的加工，某些零部件在生产装配时可能需要多种物料，并且有些元器件本身还有使用寿命问题，这就更难保证确保生产质量百分之百的合格。因此对物料的追溯与质量检测就显得尤为重要。为此，航天企业不仅引入了先进的管理理念、管理模式和实现技术，也引入了一些现代化生产物流设备以进行辅助管理，例如RFID及其识别设备、车间立体库等。通过在物料管理的各业务过程中使用RFID自动识别技术，能够自动完成物料识别、数据采集等任务，使企业物料管理精细化、实时化，同时也可实现生产质量的追溯性。RFID可应用于生产物料的全过程管理，涵盖物料在企业内的所有流转、使用过程。立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节，短时储存是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统。2.3 基于产品结构树的物资管理模式2.3.1 产品结构树产品结构25描述产品零部件与零部件之间的组成关系，是企业的核心数据，企业的生产经营活动都是围绕产品结构而展开,一个产品的生产过程实际上就是这个产品所有属性的生成过程。产品结构树是描述产品结构的树型组织。它不仅描述了产品的整个装配关系，并在相应的节点上挂有各种对应的文档和生产计划信息等。从技术角度来说，可以建立独立运行的产品结构树管理系统，不仅满足产品研制全过程（设计、制造、装配）中各类信息管理和过程集成对产品结构树的应用需要，而且满足其他系统调用和系统集成功能需求。从业务角度来说，产品结构树是带有项目管理特征的结构树，该产品结构树自身包含型号、型号阶段、产品、零部件、自制工装等信息。该型号产品结构树的生成并不是一次性完成，而是根据设计工艺、生产制造的进度，通过不断地添加节点逐步形成的，也就是说，随着时间的推移，该型号产结构树才能逐渐完善，体现出它的多层次性。2.3.2 基于产品结构树的物料管理 精细化的物料管理航天企业的产品以大型复杂的单件产品为主，生产过程主要采用项目管理方式，根据项目任务组织协调生产。项目中的每个任务是相对独立的产品，具有独立的产品结构。如果其中的某一部分产品重复生产，为实现产品物料的追踪和溯源，需要对这个产品进行批次或单件管理，这样产品的每个批次/单件又形成一个独立的结构。因此，企业的物料管理就非常复杂，企业级按项目管理，车间级按产品、批次管理，项目物料计划和产品、批次物料计划同时存在，所以需要一个合适的物料管理方式。我们提出了项目、产品、批次多层次的统一产品结构树管理模式。如图2-2所示。图2-2 多层次产品结构树管理Figure 2-2 Multi-level Product Structure Tree Management在上图中，生产任务下达后，首先根据项目的交货期、项目内各部分的装配顺序、企业资源配置等情况制定项目总体计划，将项目任务分解成一系列项目节点即项目任务，每一任务再进行分解成若干子任务，直至项目任务不可分割。由此形成一棵项目树。项目树的每一节点制定项目节点物料清单(项目编码，节点编码，物料编码，数量)，项目节点物料进度计划及统计(项目编码，节点编码，物料编码, 数量，起始日期，结束日期，累计至当日完工数量)，最终形成项目的物料需求。采购部门获得采购需求后，制定采购计划，能够做到在统一的平台下协调各计划之间的关系，记录、跟踪各需求的状态，做到按需采购。在采购供应商选择上执行准入及评估制度，保证货源可靠、可追踪。物料采购执行过程包括合同管理、在途管理及到货入厂。物资入厂后，企业仓库集中管理各项目产品物资，仓库根据物料的特点按批次或单件管理，为每种物资分批标签。通过RFID及无线网络技术，能够准确记录物料在仓库内移动的信息。仓库的盘点、核对也变得方便快捷。由于每一产品均对应一棵产品树，树中的每个节点对应相应的产品物料清单(产品编码，父件编码，子件编码，数量)，这样可对产品树的每个节点的业务过程实现各种监控：l 正查物料，即根据零件编码查询子孙件编码，零件需求该子孙件总数量等信息。l 反查物料，即根据零件编码查询祖先件编码，祖先件需求该零件总数量等信息。l 产品物料需求及执行查询，即根据产品编码查询零部件编码，需求数量，需求日期，累计至当日完工数量等信息。l 物料需求查询，即根据零部件编码查询产品编码，需求数量，需求日期等信息。l 物料采购计划及执行查询，即根据零部件编码查询计划采购数量，订单数量，采购订单发放日期，预计到货日期，已到货否等信息。l 物料供应商查询，即根据零部件编码查询可供货供应商等信息。l 物料准备情况查询，即根据产品编码查询子孙件编码，需求总数量，已有数量，供应商，仓库等信息。l 物料状态查询，即根据零部件编码查询已订货数量，库房已有数量等信息l 物料位置追踪，即根据零部件编码查询该零部件批件次，数量，车间，库位号，托盘号，工位号，项目，产品批件次等信息。l 物料位置追踪，即根据零部件编码查询该零部件的批件次、数量、供应商、仓库等信息。车间物料管理是企业物料管理的重点之一。当车间加工某一批次产品时，由车间根据生产任务从物料仓库领用，仓库依据产品配套清单进行物料进行限额控制，物料领出后存入车间立体库，车间立体库通过托盘对物料进行产前准备配套管理，即同一工位加工的同一批次零部件的物料存放在同一托盘内，这样可以避免物料串用，缩短的物料准备时间，并能够在车间范围内进行物料的跟踪控制。此外，在车间工位加工和装配过程中扫描物料的标签能够记录零件/部件/产品的装配关系，建立产品的实际装配清单，实现物料的追踪和溯源。由于车间物料的领用、立体库的物料配套、装配等物料移动过程都做到了准确的记录，所以可以快速定位车间物料的位置、物料在车间的状态，车间现场物料清查也非常容易。单件或批次生产产品时，需要对单件或批次的产品单独管理，加工前制定单件产品的实际配套清单；对比产品配套清单，得到单件产品的配套短缺清单；加工和装配时根据装配物料的批次，形成单件产品的实际装配清单，根据上述这些信息可以实现产品批次及单件的追踪和溯源：l 物料追踪，即根据物料批件次，查询某车间某工位领用物料的数量、库位号、托盘号、项目号、产品批件次等信息；l 物料溯源，即根据物料批件次查询供应商、仓库、货位等信息。多层次结构树将项目树、产品树、批次树结合起来，通过统一的平台管理物料的需求，实现多级、多层次结构的集中管理，在物料的需求计算、配套管理、车间生产装配、物料追踪等方面起到重要作用。 高效的物料管理由于航天产品的结构非常复杂，对于物料的需求繁杂多样，型号配套是一项系统性很强且非常繁重的工作任务。项目结构树是组织型号研制和生产的有效的计划调度方法，同时可以利用它辅助物资业务的高效进行。如图2-3(见下页)所示。项目结构树上的物料需求驱动业务系统做相关业务，然后将业务情况反馈给项目结构树，根据反馈结果作决策，再次驱动业务系统进行业务操作，由此形成一个闭环的控制模式。可以帮助企业更加高效的管理企业的物资。以某航天厂为例，由生产调度部门将生产任务一级一级分解成一个个的子任务，称为技术准备计划，将计划关联到项目结构树的相关节点上；然后由工艺室将产品的材料消耗情况制成Excel文件，称为材料消耗单，也关联到相关节点上。由二者计算得到型号物资需求。对型号物资需求实行配套管理，如果物资不能按时配套，即便其他物资完工再早，也会因为无法装配而耽误交货期。要对型号物资实行配套管理，一方面，可以根据产品结构中各项物资的来源从生产、外协、采购等三个方面来实现信息的集成，通过掌握各方面的进度图2-3 闭环控制系统Figure 2-3 Closed-loop Control System情况，来对产品的整体进度进行协调，从而保证物资的配套，使产品能够按期交货。另一方面，做为一个物资计划人员，可能管理多项型号产品的配套管理，任务繁重，及时准确掌握各个型号产品的配套情况有一定的难度。因此，随着业务过程的进行，业务人员应该随时将各项业务信息及时反馈到项目结构树上，帮助管理人员更加有效的进行配套管理工作。2.4 本章小结本章主要提出了基于产品结构树的物料管理模式。首先介绍国内制造业的物资管理模式，接着分析了航天物资管理的特点，包括供应商的选择、物资计划、订货、库存、车间物料管理等。最后提出了项目、产品、批次多层次的统一产品结构树管理模式，并分析了这种管理模式在物资精细化管理、物资追踪溯源和提高物资管理高效方面的优势。第3章 航天物资追踪与溯源研究3.1 物资跟踪与批次管理3.1.1 物资可追溯性的含义对于制造业的物资可追溯性，Moe. T给出了一个可追溯性定义26：可追溯性是一种通过全部或部分产品链跟踪产品批次或者产品历史信息的能力(链间追踪)，或者是在产品链中的某一步内进行跟踪(链内追踪)，例如生产。其中一个步骤是指对产品执行一些任务或者过程的离散的操作或者位置，而这些步骤的有序组合形成了链。产品可以是任何生产阶段的任何物料，因此产品可以是购买的原料，可以是半成品，也可以是最终产品。产品链是指从采购、运输、存储、生产、配送到销售的链。根据产品跟踪(可追溯性)的方向，产品跟踪被分为两类7：追踪(forward traceability)和溯源(backward traceability)。追踪是对产品之间消耗(where-used)关系的展开，其中消耗关系描述了消耗某些物料(这些物料有相同的属性集)的所有产品。溯源是对产品之间组成关系(where-from)的展开，其中组成关系描述了某产品所消耗的所有物料。表3-1描述了消耗某一物料的所有产品，通过该物料的代码、批次我们可以获得一些额外的详细信息，比如数量，父产品日期等。表3-2描述了某产品所消耗的物料，通过该产品的代码和批次号码我们可以获得与该产品相关的一些详细信息。表3-1 消耗关系Table 3-1 Where-used relation物料代码：P8410128批次号码：6542物料名称：S1原有数量：25剩余数量：16单位：个说明：无父物料代码物料名称批次号码消耗数量单位日期P5692600P148552个2007-4-6P5692600P196152个2007-4-6P9344144P265861个2007-4-6P7556905P352642个2007-4-6P1888860P429632个2007-4-6表3-2 组成关系Table3-2 Where-from relation物料代码：P5692600批次号码：9615物料名称：P1原有数量：25剩余数量：16单位：个说明：无子物料代码物料名称批次号码消耗数量单位日期P4881309S242722个2007-4-6P4881309S212511个2007-4-6P6905070S3250435个2007-4-6P6905070S3254060个2007-4-6P8410128S465422个2007-4-6根据产品跟踪的用途，产品跟踪可以分为被动跟踪(passive traceability)和主动跟踪(active traceability)7。被动跟踪不但提供了产品实时的位置，而且保证了产品的追踪与溯源。主动跟踪以被动跟踪为基础，对产品链的过程进行控制、优化和决策等。主动跟踪把跟踪当作一个工具对产品链中的产品质量信息进行管理，它可以降低费用，提高生产效率，提高产品质量。被动跟踪和主动跟踪表达了产品追踪的两个基本要素：产品流程的追踪和扩展功能。产品流程描述了从采购、生产、分销到零售的整个过程中对产品的标识，通过这个可以获得产品的具体位置等信息。扩展功能则是基于追踪溯源而获得的其它功能，比如工艺改进、质量分析、故障诊断等。产品跟踪最基本的两个追踪对象是产品和活动，产品和活动被称作跟踪的核心实体，实体是指可以单独描述和存在的对象。产品主要指零部件或者原材料等。活动则包括采购、销售、运输等描述产品流程的对象，活动还可以扩展到产品的生产，比如生产加工，打包等业务操作。为了能够在产品流程中对这些产品和活动进行跟踪，需要对这些实体对象进行标识，对这些实体对象的合理标识能够保证产品追踪和溯源的实现。实现产品追踪溯源的扩展功能，需要对这些实体的属性依据具体情况进行扩充。比如：如果要实现质量认证，需要加入质量属性、工艺参数等。链间追踪主要有两种方式。一种是产品信息局部地保存在产品链的每一步，而在链中的各步间只传递产品标识。在这种方式下产品信息需要通过溯源得到。另一种方式是产品信息随着产品流程记录在产品链的每一步中。后一种情况适用于需要把产品信息传递给消费者的情况，或者是宣传产品的某些特征。通过链间追踪可以获得很多效益，比如降低产品回收费用，提高产品回收效率，避免连续步骤间不必要的重复度量，提高维护物料质量的积极性，促进产品销售，满足政府现有或将来的规章等。链内追踪一般是从原料到成品的追踪，是对产品的生产进行跟踪，可以对产品生产进行控制和保证产品生产质量。在产品跟踪中，需要对产品进行标识，只有对所有的产品进行了唯一性的标识才能够实现产品的追踪功能。要实现产品标识需要定义标识对象，确定什么样的对象可以跟踪，这些对象有什么样的特征。为了描述跟踪对象提出了追踪资源单元(Traceable Resource Unit, TRU)26,27,28。追踪资源单元是指一批可追溯的对象，这些对象在生产中被认为是一个整体，有着共通的特征而且不存在与该对象相同的对象(唯一性)29。在批次生产中，追踪资源单元一般是对产品批次的定义，这些批次在产品生产过程中具有唯一性。对于连续性生产企业，TRU的定义相对比较复杂，有的根据物料的来源来确定TRU，也有的根据生产条件确定TRU。在生产中同一TRU会出现拆分和合并的情形，比如入库的一批物料可能会由于数量多而被分成多批物料；在领料或者库存检查时，如果物料数量太少则会把同规格不同批次的进行合并(如螺丝等)。拆分和合并的情况在食品加工企业更是经常发生。在进行拆分和合并的时候，会形成新的TRU，在这种情况下不仅要记录现有的TRU标识，还要记录旧的TRU标识，以确保产品跟踪的连续性。前面介绍了追踪的对象，下面将介绍一下追踪的基本规则。追踪是对产品历史信息的查看，它主要表现为一种树型结构。在这种结构下，追踪可以认为是对树节点的递归分解(自顶向下或者自底向上)27。每个节点包括了所要追踪的对象，而各个节点还可以继续往更细的节点分解。为了实现产品之间的追踪，需要定义一些相应的规则(性质)，这些性质是产品跟踪实现的关键点。【规则3-1】：对称性。即任何两个实体之间都能够实现跟踪，比如有两个实体A，B。我们既能够从A跟踪到B，也能够从B跟踪到A。我们记为：A1B。【规则3-2】：传递性。如果A能够跟踪到B，并且B能够跟踪到C， 则C能够跟踪到C。记为：如果AB，BC,则AC。【规则3-3】：时间性。要实现对对实体A的跟踪，必须在A产生以后才能够追踪。【规则3-4】：确定性。对于A和B两个实体之间的可跟踪性应该明确，要么A和B之间有追踪性，要么A和B之间没有可追踪性。记为：要么AB或者A*B。【规则3-5】：任何TRU必须是可追溯的。【规则3-6】：任何原子活动是可追溯的。【规则3-7