飞机制造企业精益化与信息化变革研究

作者：孟飙 玉青

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 航空制造业所处的环境日益复杂。其发展趋势可归纳为全球化、竞争化、数字化和资产化。市场竞争的焦点逐渐集中在顾客上，这意味着需求的多样化、生产的小批量化成为主要特征。因此，传统的作业模式已不能满足快速重组生产组织的需要。同时，粗放的管理也不符合精益生产的精神，改进这种基于功能的组织模式，转变为面向过程的、精益的、数字化的组织模式成为各国航空制造业竞相探索与实践的任务。这个变革过程是动态的。往往从企业外部得到启示，而从基层变革开始．进而逐渐影响到企业全局。企业的组织管理和信息管理问题是其根本所在。 1数字化与企业变革管理 随着IT技术的发展和成熟，数字化与信息化技术不断导致企业组织变革，"精益化、模块化、并行化、虚拟化弹性化、扁平化"已成为变革的趋势。在Ket．tingert和Grover提出的组织模型中(图1)，变革包含了业务流程、组织结构、信息管理系统和员工角色4个方面的改革，这4个方面是相互作用的。由此可见，当由于采用信息管理系统而促进企业系统功能的提高和改变时，对企业来说就已经是一场变革了。起初应该是企业组织的变化和企业业务层人员工作方式的改变。进而是整个企业成员通过相关的信息系统而产生的思维方式的改变。 在全球化竞争的冲击下，企业各管理层次应用的信息系统从数据处理、信息控制到决策支持各不相同。推行数字化对于不同的层次会产生不同的影响，逐渐变革着企业各个方面的生产组织模式。数字化和信息化为组织变革和精益生产提供了必要的工具支持，可以帮助企业完成对其他3个方面的变革，同时其他3个方面的变化又可以促使数字化系统及其技术的进一步完善。形成一个互动的良性循环过程。本质上．数字技术应用就是一场"关于协调的变革"。其对于企业管理的核心作用在于：通过改善企业的协调方式从而影响企业的运行机制。数字技术通过减少信息处理和交流的时间与成本影响着企业中人们完成工作的方式．这种减少反过来对企业的协调结构产生深远的影响(暗合精益生产精神)。可认为数字化技术应用是对业务流程的重组，是对管理体制的改进。 2 航空制造业改进内容 由于航空制造业零件数据、管理数据等数据管理需求逐步增大，数据管理的重要性日益突出，信息的获取方式和管理手段已经影响到信息系统模式、工作流程和协同方式，传统的以纸质文件为信息载体和控制方式的信息管理和基于职能的垂直组织模式已经严重阻碍了生产能力的提升。IT技术的进步大大改善了信息存储、处理与管理手段，为新型数据管理和管理模式奠定了技术基础，企业的现状与信息环境的成熟迫使企业进行改进。建立有效的生产信息管理系统。 企业是由人员、团队组成的．是个小型社会体系。组织模式和流程的变化必然伴随企业小社会人文精神的变迁，不同的制造理念体现了不同的企业文化。因此，航空制造业精益化、数字化改进必须从生产环境、信息环境和人文环境3方面着手，如图2所示。 从企业变革模型可知，对市场的主动应对和先进的生产经营理念应用推动了企业的流程重组，而重组必然影响到生产组织和信息环境，同时，企业也认识到人在生产中的重要作用，因此，航空制造业改进的过程必然是从人员、组织、信息系统到流程重组反方向分层次进行，其改进过程模型如图3。 在我国航空制造业，还没有真正意义上的流程重组，因为毫无根据的流程重组风险巨大，只有在精益化、信息化环境建设完善过程中。才能真正实现正确的流程重组。反过来，流程重组又会影响生产组织和信息系统的建设．因此具有开放体系的、易于重构的 信息系统架构和模块化的生产组织才是支持企业实现流程重组、不断优化的前提。 2．1生产环境 精益化、模块化?是生产环境改进的目的，数字化是改进的手段。精益生产的理念首先应用于生产第一线并产生效益，而后逐渐向上游延伸。影响到企业设计部门、上层管理部门，甚至市场上下游供应链环境。 精益化寻求的是一种持续不断的循环改善过程。航空制造业生产环境改进中最重要的部分是精益模块化生产基本单元的设计。该基本单元基于团队运作，称之为工作胞(Work Cell)，含有自我新陈代谢作用。它由一定数量的设备(工作站)、人员、资源以及与该工作胞加工性质相关的工艺知识、技术、物流等组成，占用一定的空间，工作站层属于物理层，不属于生产组织管理范畴。工作胞是一个精益生产基元。同时也是信息化的最小单位，具有多种配置方式，一个自管理团队对应一个工作胞，体现了模块化原理和精益生产理念的完美结合。典型的工作胞结构如图4所示。 生产组织改进后具有多种先进生产理念综合应用的特点。传统组织中，工作流程体现了一种串行性。产品开发和制造周期过长，人员工作不均衡，效率低下．生产的运行是基于计划推动式的，上游的生产过程居于主导地位，下游的生产过程只是被动地接受前一过程转移下来的加工对象，继续完成其未了的加工任务。这种生产系统必然会导致在生产经营的各个环节产生大量原材料、在制品、半成品和产成品库存，占用了流动资金，增加了资金成本，也增加了储存费用。如图5所示。 在精益模块化组织中，由于建立了跨部门多专业的新产品开发小组的模块化组织形式。包括了设计、工艺、生产技术准备、制造、采购、销售、维修服务等各部门人员，甚至包括供应商和用户代表。因而，在产品设计的早期阶段就能充分利用产品制造的资源信息，充分考虑产品制造过程中的制造相关性的制造约束。如结构工艺约束、装配工艺约束、设计资源约束等。可以通过产品的可制造性评价来提高产品设计的一次成功率。据此我们可以将车间的工作组织和流程莺构，建立基于生产基本单元的模块，模块包括必要的生产装备、资源、多技能人员以及相应的空间配置，并具有相对单一的生产能力。由若干个这样的生产模块组成的模块化生产线之间约束相对较少。生产计划和工艺相对简单．易于完成生产组织的并行作业。通过这种并行工作模式，可以使企业计划安排更加合理，资源配置更加有效。如图6所示。 一般来说，制造车间既是一个加工单元，又是一个信息单元，通过信息系统对信息发布的支持可以有效贯彻并行思想，其信息的预发布可以使车间各工作单元之间提前获取有用信息，并行协同工作，从而缩短生产准备时间。图7中显示的车间与外部以及车间内部各单元之间若干并行组织的信息交互示例。可以看出，通过订单的预发布，可使库存管理员依据以往经验大致了解需要准备何种工具；计划的预发布及工艺的预发布，可使库存管理员精确知道要准备何种工具、准备多少、准备时限；库存现状对工艺部门预发布，可使工艺员在编制工艺的时候。了解库存现状，优先考虑现有资源；信息的预发布使在产品设计时就可以开始工具的预准备，进一步缩短了生产准备时间。当产品项目复杂且任务量较大时，简单的工作模块就不可能完成任务，而必须组建多个这样的分模块，同时还要形成更高层次的模块来协调这些分模块的工作，这样就自然地形成了并行层级模块化结构。整个生产系统就由不同层次的模块化组织构成。譬如，我国某公司在承接美国波音飞机公司波音737-X48段部件的合同任务中。就形成了类似的组织结构来进行开发。该研制组由最上层的领导小组、中层的基本进度小组及下层的3个专业分小组。即"装配工艺工装组、零件工艺工装组和CAD／CAM／CAI组"组成。另外，还包括虽未作为正式小组成员但对以上小组起咨询作用的各类专家。整个项目组的直接总人数为35人．形成了一个层级模块化结构。这种组织结构的层次性主要体现在行政领导和项目计划的层次关系上。企业的实践证明，当项目复杂时，基于精益思想采用层次性模块化组织结构是对多模块协调控制的有效方法。 2．2信息环境 生产组织的改进本质上是流程的改进，精益思想下的流程再造的核心是减少流程中的非增值环节，因此，业务流程每一个环节上的活动应尽可能实现价值最大化，尽可能减少无效的或不增值的活动，把整体流程的最优作为目标。设计和优化流程中的各项活动。相应的信息环境必须支持流程的不断改进过程。虽然业务流程再造可以完全抛开信息系统的支持而单独实行。但是这种传统的单纯从管理的角度进行流程优化的方式已经很难满足企业改善经营和加强管理的需要。对生产活动的各类数据及其数据间错综复杂的关系进行有效组织和管理，可使信息变得及时、有效、清晰，在生产准备、事前计划、事中控制、事后分析甚至形成企业知识等所有过程中提供处理依据．可以消除由于信息管理落后所带来的种种问题。 为了有效地支持业务流程在必要的时候实现快速重组，其信息管理系统在有效组织和管理庞杂数据基础上，必须同时具备相应的柔性，即能够在适当的时候按照适当的要求动态实现能够适应业务需求的系统重构。可以称之为柔性信息系统(Flexible Information System，FIS)，这样的信息系统结合了产品全生命周期管理的思想．提供的是一种可定制的生产管理协同工作平台。 2．3企业文化 只靠软硬件的配套并不能带来企业的发展，企业是由人群组成的小型社会系统，人的情感、信念以及相互关系对企业发展具有重大的意义。 3 精益模块化生产系统及其信息化 通过对国内外航空制造业状况及改进实践的对比研究。我国航空制造业所面临的改进任务与波音改进实践非常相似，波音在精益化和信息化方面的改进所解决的问题也是我们所面临的问题。但由于双方制造业基础水平、信息化程度、人员素质与文化等方面的不同。我国航空制造业的改进过程具有如下特点。 (1)由于精益生产的渐人人心，易于在生产一线进行小范围的精益模块化组织改进，逐步形成一批精益模块化工作胞； (2)因为组织结构仍然以计划经济模式为主体，改进必然是个由点带面的过程．在生产一线取得应用经验逐步推广和影响业务流程等其他方面： (3)基础数据不完备，数据准备工作量巨大，数据平台架构非常关键； (4)外部环境不断变化，使得信息系统变动频繁，作为基础的协同工作平台架构非常重要。 3．1精益模块化生产组织基元的结构 不同于传统意义上的成组生产单元．作为精益模块化生产组织基元的工作胞除具有成组生产单元硬件方面的模块化特征外，还将与工作胞加工性质相关的工艺知识、技术与操作员工、工作胞物资及其物流控制集成到一起，占用一定的空间，成为精益模块化生产组织的基本生产元素，该元素可以进一步构成生产线乃至生产单元。这样的元素都是具有和细胞类似的自我代谢作用的精益团队，因而称其为工作胞。 产管理活动，必须将工作胞数字化，数字化后的工作胞是生产组织中的元数据对象，基于生产任务或生产流程激活与去活，其活动状态可被实时提供给管理部门。其数字化内容包含工作胞ID、名称、类别、布局(长、宽、高、布局类型、布局图等)、设备、人员(数量、类型、职责等)、物流路线和工作胞知识。工作胞数字化后成为生产信息系统最小粒度的数据单位。工作胞元数据模型如图8所示，在工作胞元数据支持下，企业生产工艺流程可以基于工作胞表达，工艺流程由若干工作胞通过串行、并行以及失败处理形成。工艺流程的执行依赖于工作胞对象的相继激活，激活与去活之问的时间就是工作胞实际运行的时间。 生产计划基于项目管理方式下达，项目里程用工作胞时间表示，大大简化了生产计划与排程的难度。对于工作胞任务而言。工作胞内部的工作安排基于有效运作的团队自己解决。与工作胞相关的工艺知识和操作技能可以通过生产单元数据中心进行检索，该数据中心存储了单元所有工作胞信息，包括其工艺知识等，该工艺知识由工作胞团队和工艺管理部门共同维护。因此，在数字化、信息化条件下．工作胞团队对其成员的要求较高，不仅要掌握设备的操作，而且要求相互的协作及对工作胞知识的掌握．每个员工都是掌握工作胞工艺知识的多能工。 3．2精益模块化生产系统 组成精益模块化生产系统的工作胞可以分为生产工作胞、辅助生产工作胞、技术支持工作胞3种。生产一线由生产工作胞和辅助生产工作胞组成，如隔框工作胞、喷漆工作胞、热处理工作胞属于生产工作胞，库房、配送，丁作胞属于辅助生产工作胞，计划、工艺等属于技术支持工作胞。对于某些简单的生产单元，计划、工艺、设备等部f J可以合成为一个工作胞。这些工作胞在协同工作平台下与单元数据中心发生交互。如图9为工作胞精益模块化生产系统模型。其中，AC02是库房工作胞，AC01是配送工作胞．AC03是后处理工作胞，C001-C012是生产工作胞，LDl-L02是生产线。 生产的执行按照标准的生产流程定义来进行，生产计划的下发和控制的粒度为工作胞，在工作胞以下的控制依赖良好的精益团队完成。所有工作胞按照使用频度和生产项目预测进行分级，一级工作胞是在所有项目中经常使用的、在较长时期内设备和技术变化较小的工作胞．这类工作胞的空间布局以及内部配置较稳定，在生产项目变化时。一般不发生变化，也称为标准工作胞；二级工作胞是在特定项目中使用且生产技术易于发生变化的工作胞，其工作胞地基可以做成活动式．易于随时移动或撤消，但在项目时间较长或生产战略变化等情况下可以灵活地将其转变为标准工作胞。 鉴于我国国情，结合精益思想的观点，精益模块化生产系统同时具有拉动生产和推动生产的特点，在工作胞级进行拉式生产方式，在企业级进行资源的推式牛产方式，以保证生产过程的平稳连续流动。 3．3生产系统的信息化 生产系统的信息化本质上是指产品数字化和流程信息化。生产系统的任务是完成产品从设计意图向现实存在的转化过程。所以其工作对象是产品，而所有支持产品实物化的生产和管理活动就构成了企业生产业务流程。因而．信息化的企业业务处理的对象就是各类数据及各种流程。 在企业信息化过程中，存在许多单项应用系统，比较重要的有PDM／PLM、ERP、MES、CAD／CAM／CAPP、SCM、CRM和OA等．和企业生产系统密切相关的就是前3项，因此，受到了大多数企业的关注。然而，PDM／PLM侧重于产品开发过程的信息化，对产品设计、工艺设计、维护设计及相关的仿真支持良好。ERP主要面向人财物、产供销，对资源管理、财务过程支持良好。而对中间的制造环节，主要是MES在起作用。但由于制造业生产过程千差万别，不同的企业各有其特点，MES难以形成统一的市场化产品，许多MES在实施后与企业需求有较大出入．无法满足企业真正需求。航空产品设计上主要采用CATIA的CAD／CAM／CAE软件．CAPP部分采用国内自主软件，比如金叶CAPP等，产品的开发过程也采用了PDM软件，但全程采用PLM的基本没有。按照PLM的理念及其所实现的功能，PLM大大扩展了PDM原有功能，提供的实质上是一个协同工作平台。企业已有的信息系统。比如SCM、ERP、MES等可以方便地集成到该框架内。然而由于PLM实施成本高昂。二次开发工作量大，实施周期长。在航空企业还没有得到很好应用。 同时，信息化过程中关键的两个问题一直没有得到解决，即由于国内产品数字化定义中缺乏工艺信息．造成飞机数字化产品数据没有能真正传递到制造域．这是导致后续的MES系统总是不能有效发挥作用的关键问题。研究波音公司的发放数据集可知，其产品数字化定义包含了支持后续制造过程的大部分内容，当然，有效发挥这样的数据集的作用还大大依赖于畅通的企业内部及外部的数字化协同工作环境(Global Collaberative Environment，GCE)。这也是我国面临的重大建设问题。 因此，生产系统的信息化依赖于数字化管理环境中逻辑相关的单一产品数据源。其支持产品数据集从工程域向制造域转移，并基于数字化质量监控体系在制造过程中有效控制产品制造构型。没有这个单一数据源环境，即使拥有ERP、MES等系统．企业的数字化改进也只是貌合神离，总是关注外围的产供销而无法继续深入开发企业的核心竞争能力及基于知识的创新能力。 4 结束语 国内航空制造业的生产现状及其问题根源是组织建设及信息管理两个方面。这两方面的变革必然会给企业带来较长期的适应性变化．因此企业变革必须作为企业管理中的重要环节。变革必然是从生产组织和信息系统的精益化、信息化基础环境变革开始，进而推动生产流程重组，最终完成企业精益化与信息化目标，这个过程是个循环改进过程。改进内容分别对应着生产组织改进、信息系统架构和食业文化。生产组织需要适应新时代要求，既可应对多样化产品制造需求，又可支持批量生产，将模块化思想应用于生产系统中的精益模块化生产系统可以满足航宅制造业要求。其中逻辑相关的单一产品数据源连接了工程域和制造域，是数字化企业得以实现的基础。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/28/2008)