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基于MPMLink的结构化工艺应用与实践

2021-11-26白福友 张震威 夏文莉 马传龙

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本文依托于宁波某大型制造业企业的PLM一期及二期项目,在项目实施后,通过结合业务使用方及系统实施方两个角度来评价项目的得与失。
概述

       通常工艺管理项目会在企业PDM项目实施完成并成功上线后着手开始启动,但是基于PLM平台的工艺管理模块并未得到企业的普遍认可,其原因自然是多方面的。本文依托于宁波某大型制造业企业的PLM一期及二期项目,在项目实施后,通过结合业务使用方及系统实施方两个角度来评价项目的得与失。

1.项目背景介绍

       PLM的工艺管理需要基于产品数据管理(PDM)模块进行实施,所以项目的成功不仅仅需要实施方对于企业业务的理解,还需要企业能对已有业务进行约束及规范,并借此形成各种可执行的规范,例如数据规范,业务规范等。这就说明企业与实施方不是简单的甲乙方的关系,而是需要互相依靠。同时对于“总体规划,分步实施”类的项目,需要甲乙双方都具有稳定的项目实施团队,这是项目成功的必要条件之一。

       ●需求梳理原则:

       企业在工艺信息化推进的愿景是较为宏大的,这直接展示在需求的数量及维度上,在项目内部规划初期就收集到集团下属各分子事业部的不同需求,数量之巨维度之多给实施增加了不少难度,但其中也显示了企业信息化建设的一些问题:

       1)实施内容及阶段划分

       工艺管理不是一期项目即可达到目标的,通常业务能力与系统建设会相匹配的进行提升。如果不对需求进行优先级及重要度划分,那么就会导致项目范围偏大,甲乙双方都很难将系统落地并与业务进行匹配。所以企业要对需求进行梳理及划分,从较容易实现的需求点开始,逐步向复杂程度较高的需求进行扩展。

       2)企业内部管理规范及岗位职责定义

       系统要能配合业务使用,除系统能解决一定的“痛点”外,还需要明确系统操作在业务上的意义。对于使用系统的人员,其岗位职责要能明确,切记同一类型的操作由不同角色人员来完成。同时企业内部需要根据实施后的系统使用规则及时输出内部管理规范,例如ISO体系文件(三级)等。

       3)周边系统的配合程度

       对于工艺管理模块而言,如果不考虑上下游系统的集成,那么其能发挥的价值是有限的。通常工艺管理会涉及PBOM或MBOM,以及工艺路线图、工序工步等,往往这些内容是周边系统的部分数据源头。例如MBOM是ERP的生产BOM源头,工序工步可以导入至MES系统中,作为产能计算的源头。所以在实施工艺管理项目前就需要审视周边系统是否具备了互联互通的基础与能力,如果周边系统还没有进行管理或建设,那么单纯的对MPMLink提出类似要求是不具有可落地性的。所以工艺管理系统建设不是“造烟囱”,而是重点要放在“协同”。

       4)终端用户的能力

       终端用户平时工作繁重,人员也良莠不齐。主要体现在用户通常考虑操作是否便利而忽视了整体系统对于企业所带来的价值,而过于主张单个节点的操作是否便利而对部分业务进行让步是不少工艺项目推进的主要阻力之一。所以实施过程中,既要兼顾适度的操作便利,又要兼顾工艺管理的主线,这两点对于顾问的要求是非常高的。企业应配合一定的奖惩措施,多以鼓励为主,逐步提升终端用户对于工艺管理价值的理解,积极参与并执行项目组的共识与决定。

       综上所述,项目需求的产生需要结合实际情况,不建议将业务部门的需求简单的汇总后就作为项目招标的实施范围,应择时择事甚至择人进行逐步实施、推广及落地。

       企业在历经近1个月的讨论后,汇总并形成如下项目目标:

项目目标

图1 项目目标

       1)构建一个结构化工艺设计平台,实现工艺数据的结构化管理,形成面向企业的单一数据源。集中存储、管理工艺设计数据,并对这些数据进行严格控制,确保数据的一致性、有效性、完整性、安全性和可追溯性;

       2)实现工艺知识管理,通过定义典型工艺模板、常用语等知识文件,提高设计效率,实现企业知识库管理;

       3)实现结构化管理工艺资源数据,梳理企业资源,有效提高工艺设计效率;

       4)构建BOM管理规范,实现EBOM、PBOM数据的有效传递和共享,通过EBOM、PBOM组织产品设计数据和工艺设计数据,实现数据端到端的打通;

       5)实现工艺数据结构化管理。实现结构化工艺文件的输出,直观高效的指导制造过程;

       6)工艺资源管理、工艺报表输出,提升工艺管理水平和效率;

       7)实现与ERP系统的集成,将PBOM、工艺路线、资源、定额等信息及时传递生产、采购等其它内部环节。

2.业务解决方案及过程反思

       2.1 总体业务规划

       结构化工艺平台核心模块包括:工艺规划及PBOM构建、SAP工艺路线管理、结构化SOP管理、工艺资源管理、工艺知识管理、工艺报表、工艺文档及发布、系统集成等模块。

总体业务规划

图2 总体业务规划

       2.2 工艺设计数据流

       工艺设计任务来源于项目管理模块,项目启动后接收工艺任务,在物料发布和EBOM发布后,开始搭建SAP工艺路线、PBOM和结构化SOP,输出工艺文档、工艺报表,将SAP工艺路线和PBOM发送至SAP,SOP文件发送至MES。打通BOM结构信息数据流,构建完整的BOM管理规范。打通工艺文档发送到MES的数据流,实现数据源的统一。

工艺设计数据流

图3 工艺设计数据流

       2.3 工艺资源管理

       2.3.1 工艺资源库管理

       工艺资源组织管理包括两种方式,资源库文件夹组织管理方式和工艺资源树管理方式。资源库文件夹组织管理方式特点为维护效率高,可以批量导入,通过文件夹结构搜索资源对象。工艺资源树管理方式特点为以工厂为顶点构建工厂下的资源关系,优点为呈现目视化资源结构,缺点为维护工作量大。目前工艺资源管理主要管理的是资源类型,建议以资源库文件夹管理方式为主,工艺资源树管理为辅,要求建立完整的资源库,同时应保证工艺资源树最基本信息完整。工艺存储库管理要求如下:

       1)创建集团工艺资源库,管理工厂信息;

       2)根据各事业部单独创建工艺资源库和工艺知识库;

       3)工艺资源库下划分文件夹管理工作中心、刀具、量具、工装、安全防护、低值易耗品、资源组等。

       按此方式处理,能够更好地:

       1)定义各工艺资源库的权限,对于不同事业部的工艺资源区分权限,保障各事业部工艺资源使用的独立性;

       2)确定具体的角色,对工艺资源的类型进行统一管理,避免多方管理导致的工艺资源信息混乱。

       ●特殊业务场景

       在PLM系统中,各事业部资源库用以管理各事业部所使用的的资源,但若各事业部之间需要协同,则通过如下方式进行:

       1)资源借用

       各事业部虽然生产产品不同,但对于工艺资源的使用还是具有一定的相似性,但考虑到各事业部实际使用情况,所以在PLM系统中,不考虑资源借用的应用场景。

       按事业部现行模式,各自创建所属事业部的资源,并维护相关信息。通过资源签审流程将资源发布,资源发布后才可供使用。

       2)管理借鉴

       各事业部管理资源方式不同,这将直接导致不同事业部管理工艺资源及其结构层级不同。为了整体提升集团工艺资源管理水平,所以通过资源共享查看的方式,逐步统一各事业部工艺资源管理模式。

       2.3.2 工艺资源维护

       工艺资源与结构化工艺的工步、工序为最新版本关联,只要不影响工艺资源的型号规格,则不会影响结构化工艺所产生的SOP等相关信息。工艺资源的修改只限于工艺相关属性的修改及补充。若工艺资源型号规格有变化,则通过新建工艺资源的方式处理,不可直接修改工艺资源。

       工艺资源升版后,工艺资源结构树及结构化工艺对象立即关联新版本对象,无需用户额外处理,详见如下:

工艺资源结构树

图4 工艺资源结构树

       2.4 PBOM管理

       P视图的零部件及产品结构都是基于Design视图的零部件及产品结构。所以PBOM签审的前提是EBOM处于已发布/ERP已发行状态,同时对于PBOM下所使用的工艺合件、工艺拆分件等无Design视图的零件也需要将其对应的Design视图给补齐。只有这样才能成功地将PBOM完整准确的发送至SAP系统中。

       1)PBOM全都为正式物料号时,审签完成后,发送物料属性至SAP,发送PBOM至SAP;

       2)当PBOM签审完成后,通知工艺经理,示意可以开始编制工艺计划;

       3)颜色件BOM,父项和子项都存在临时物料,EBOM审签完成后,新增工艺物料取正式物料号后再进行PBOM签审,流程通过后发送P视图属性及PBOM。

       ●工艺物料申请:

       1)不允许P视图物料在PLM没有E视图,直接新建工艺视图物料,新建时为临时物料号;

       2)PBOM审签完成后,发送P视图物料属性至SAP,发送PBOM至SAP;

       3)新增的工艺物料需要执行EBOM视图扩充流程和工艺任务通知,其逻辑参照EBOM审签流程任务通知逻辑。

       ●多工厂视图及视图查询:

       工艺视图根据工厂区分,在创建工艺视图时选择工厂组织代码作为工厂视图,目前企业存在多个事业部,各工厂组织代码不一致,同一个事业部也存在多个工厂的情况。工厂之间的视图无法区分权限,权限的区分仅通过业务条线进行规范。

       ●内部供应商管理

       1)分为供应商实施PLM和没有实施PLM两种情况。例如A事业部的零部件在B事业部生产时,对于A是采购件,对应B是自制件,C目前还未实施PLM;

       2)E视图创建时不区分工厂视图;

       3)P视图创建区分工厂视图,本事业部完成自有工厂视图构建和发布;

       4)存在内部供应商时,供应商如已实施PLM,则在PLM中发起视图扩充流程,完成后导入SAP后扩充视图。例如A工厂采购的物料,在B工厂生产,PLM中新建视图扩充流程后发送SAP,在PLM完成B工厂PBOM审签发布后发送至SAP,关联到B工厂视图中;

       5)如供应商没有实施PLM,则线下通知供应商在OA新建工厂视图和PBOM。例如C工厂接到扩充视图通知,在OA中维护工厂视图和PBOM结构;

       6)内部供应商查看物料信息通过设置在同一个产品库下查看;

       7)PBOM发布到SAP增加校验:如工厂视图不存在,则通过新建视图扩充流程将工厂视图维护完成;

       8)原则上各事业部工厂视图由各事业部单独维护。

       ●视图扩充查询

       视图扩充是否完成批量查询功能,在搜索界面定制批量查询功能。

       工程师在物料搜索界面选取物料后,PLM通过视图查询接口向SAP查询物料的视图扩充状态,通过表格反馈视图维护完成情况。

       是否完成需工程师核对,因视图扩充已走视图扩充审签流程,BOM专员汇总时核对数据完整性。

视图扩充查询示意

图5 视图扩充查询示意

       2.5 结构化工艺管理

       2.5.1 现状、问题及管理原则

       ●现状及需求:

       1)一个产品系列有多个产品,编制SOP时以一个基型SOP,指导多个相似产品的工艺过程;

       2)SOP编制时工序与物料号需要关联,SOP发布时隐藏物料号栏,只显示名称、用量;

       3)SOP定义标准工时表进行工时平衡,设计时先定义工步,平衡工时后再定义工序,工时在SOP中不体现。

       ●存在的问题

       1)PLM中存在部分PBOM没有与结构化工艺计划关联,后续如SAP/MES需要读取工序对应的物料信息,则无法取到,需要重新定义;

       2)基型物料PBOM与结构化数据参装,同一个系列的产品关联在结构化数据对象中,通过覆盖产品属性表达一个SOP指导的产品范围;

       3)一个SOP对应多个BOM,SOP中只定义名称,会产生二义性,没有具体确定到一个物料。考虑到结构化定义的效率,结构化工艺设计中,结构化数据与物料进行参装,输出SOP时,只显示名称和数量,不显示物料编码。

       ●总体管理原则

       1)结构化工艺管理应用系统工艺计划对象,并定制开发界面。结构化工艺包含工艺流程定义、工序工步定义、工艺资源定义,输出工艺流程图、SOP;

       2)当存在一个物料在两个工厂生产的情况,根据工厂不同可以创建两个结构化工艺数据;

       3)多个总成可以应用同一个结构化SOP,结构化SOP创建时,以一个基型物料创建结构化工艺对象,与基型物料的BOM结构进行参装,其他总成手动关联到结构化工艺路线的相关物料中,建立一个结构化SOP对应多个物料的关系,并在SOP封面中输出对应的物料信息。

       2.5.2 结构化工艺

       结构化工艺是指,将工艺计划、工序、工步、资源对象化管理,通过工艺计划为根节点挂接工序,工序下挂接工步,以树结构组织各类工艺设计要素的数据组织方式。通过工艺数据的结构化,可以与BOM结构进行参装,将物料信息和工艺计划统一管理,可以向下游提供结构化的工艺数据。并通过结构化数据生成静态文件,在此方案中输出工艺流程图和SOP。

结构化工艺示意

图6 结构化工艺示意

       2.5.3 结构化工艺设计过程

       结构化工艺总体设计过程,创建结构化工艺对象,定义工序工步内容,添加工序工步描述,添加工艺资源和工艺简图,参装件分配后完成数据定义,发起结构化数据发布流程,审签完成后发布工艺流程图和SOP文件。

       2.5.4 工艺路线编制

       工艺路线图操作菜单可保存工序位置(位置调整后通过该按钮保存调整后位置)、并支持自动布局。且实现关键工序路线图边框标红显示,路线图中包含信息有工序号、工序名、工厂等,默认以自动蛇形布局,也可手动进行蛇形自动布局。

工艺路线编制示意

图7 工艺路线编制示意

       2.5.5 定义工序工步

       通过工艺树中点选工序时,主内容页面自动展示到工序的详细信息页面,显示工序基本信息及工步信息;

定义工序工步

图8 定义工序工步

       2.5.6 参装件分配

       参装时,只能是PBOM发布以后,不能参装是临时物料号的物料。

       参装时,读取PBOM并根据物料分类排除部分零件(例如挂载在结构中以部件类型定义的材料)。

       2.5.7 结构化数据发布

       工艺人员在完成工艺计划后,发起结构化工艺审签流程,流程审签完成后,系统自动通知文控人员,文控人员确认后,文件发送到MES系统。如没有实施MES系统,由文控人员打印下发最新文件至车间指导生产。

部件参装示意

图9 部件参装示意

       2.5.8 输出SOP

       工艺计划审签完成后输出SOP文件,包含一张竖版封面,一张竖版工序流程图,若干张横版作业指导书,输出EXCEL格式和轻量化PDF格式;

       SOP文档作为文档对象管理,工艺计划审签完成后,自动生成,为已发布状态,SOP文档与工艺计划建立关联关系。不允许用户直接变更SOP文件。工艺计划发生变更时,工艺计划审签完成后,重新发布SOP文件,状态为已发布,升级大版本。

标准SOP输出

图10 标准SOP输出

       若图片、机、物料、操作步骤、健康环境安全这5个属性值或图片超过单页显示内容,则PLM系统将创建下一页标准作业指导书,并将上述剩余未显示部分进行填充。若第二页依旧不够,则通过第三页第四页方式进行展示。

       通常结构化工艺编制完成后,即可直接将结构化工艺信息提取后形成SOP文件并直接推送至MES系统,但考虑到PLM系统与MES系统的使用需要一定时间过渡,结合数据准确性因素,所以通过PLM系统自动生成SOP文件后,提示结构化工艺流程发起者,示意可以提交SOP签审。

       2.6 持续提升结构化工艺

       本次项目因受进度、费用及质量3重因素制约,所以只能作为结构化工艺管理的基础部分,后续随着管理水平的提升还会持续进行优化。

       从工艺管理的角度来看,可优化提升的点如下:

       ●备用BOM

       对于同一个SKU,在满足功能的情况下,所对应的不同BOM。此种情况多为考虑备选供应商、基于产能考虑的设备稼动率及备货等因素。例如某手机的CPU有2款不同型号,但不对CPU型号进行区分产品。

       ●单产品的多种工艺路线

       当一个产品为市场爆款时,为了满足市场需求,可在集团下属的其他事业部进行产能借调,此时对于同一款产品在不同工厂下具有不同工艺路线。

       在一个确定的工厂内部,若工厂同时生产多款产品,为了达到产能平衡及设备均衡使用,会对不同生产线进行工艺路线定义。

       ●分段工艺计划

       当生产计划受外部影响时,例如加急赶工其他产品或因产能成本因素进行生产调整,则会根据当前生产情况,适度的调整工艺。例如已经生产了3道工序,因设备故障检修或优化产能,制造端会对部分生产阶段的工艺进行调整。此种调整既可能是内部流水线切换,也可能是进行特殊委外。

       ●检验工艺及相关工艺资源管理

       在结构化工艺设计初期,工艺资源所设计的工具等会以工作中心为单位进行定义。但对于设备、工具等在业务发展到一定程度后需要纳入MSA及SPC的管理模式。此时就需要对工艺资源进行序列号及定期核检进行跟踪管理。

       对于工件加工或装配工序完成后,需要规范工具或设备的检测过程及操作方法,避免因测量方式或方法不对而造成下一道工序出错。

       ●工位工艺

       SOP为标准操作步骤,其对象主体为产品。是以产品的视角来跟踪生产过程。但生产是动态调整的,不可能所有生产都按照理想化的过程执行,此时就需要基于工位来定义工序工步,使企业真正做到柔性生产。

       ●节拍及产能规划

       每一个产品的生产耗时是工艺人员经常关注的内容,因为通过节拍能大致预测产品在上市初期的产能。当产品需求量增大时,也可基于节拍反向优化工序工步,缩短中间的耗时以进行产能爬坡。

       并非所有工艺计划、工序工步在产品SOP定义初期就能完整并以最佳的形式生成,通常会因为人员操作熟练度的提升、新设备的引入而生成新工艺。新工艺又会直接影响节拍及产能,所以结构化工艺是一个不断提升和优化的管理过程,应从更长时间维度来进行审视。

3.结论

       结构化工艺模块MPMLink已被许多企业采纳并实施,但企业及实施方常反馈此模块不易实施及落地。在回顾诸多类似项目后,我们发现:MPMLink模块虽然功能十分强大,但对于用户的操作要求十分高,需要用户十分清楚每一步操作的实际意义以及所对应的业务含义,然而考虑到企业用户对于新事物的接受度不高、新模块的掌握程度不佳、新调整的业务逻辑不清晰时,MPMLink的实施及落地一定会带来十分巨大的阻力和困难。

       本次项目借助实施方对MPMLink的优化:在系统原有功能的基础上进行了页面功能的封装,使其原有MPMLink界面更易操作、简化操作步骤还提升了使用性能,才使得项目能得以推进。

       从本项目的实施情况可得出以下几点建议:

       1)业务合理规划,明确实施阶段及要求

       2)合理平衡业务需求与操作习惯

       3)重视历史数据整理及应用

       4)业务大胆设想,系统小心验证

       5)业务管理能力持续提升,系统随之匹配及优化

       本次项目前后历时10个月,正如本文前文所述,历经了需求调研、梳理整合、业务方案架构及实施等一系列过程,可以说每一个阶段都十分耗费双方项目团队的心力,而正是由于双方人员的投入,才使本次项目得以圆满收官。

       未来双方基于现有基础,需要不断提升业务管理水平,同时不断打磨产品,以期为制造业企业提供更大的价值及便利。
责任编辑:程玥
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