1 引言
船舶制造是以訂單為導向、生產為核心的大型復雜產品制造模式，其行業特點決定一切活動都是以生產為核心；因此造船生產計劃(本文將造船生產計劃定義為廣義的計劃，涵蓋企業整個造船活動。)管理對提高生產管理水平和生產效率有著決定性的作用。一個高質量高效率的生產計劃管理系統，對生產計劃的制訂、執行、反饋與持續改進應起到良好的輔助作用，使整個生產計劃形成有效地閉環管理，支持現代造船模式應用，增強企業的綜合競爭力，為企業帶來更高的經濟效益。
造船企業的一切活動都是在計劃的指導下開展的，從業務職能的角度來看，造船生產計劃的功能如圖1所示。
圖1 造船生產計劃的功能
傳統的造船生產計劃管理通過手工或采用電子表格進行編制，主要存在以下挑戰：
①缺乏一體化的計劃共享執行平臺，計劃的層級、計劃之間邏輯關系盡管明確，但手工計算、匯總很難產生一體化的生產計劃，使層級和邏輯關系無法發揮真正的作用，致使各級層次計劃沒有權威性，調整的隨意性很大；
②整體計劃被局部計劃牽著鼻子走，公司指令和意圖不能得到認真貫徹和執行；大、中、小日程計劃相互獨立，互不關聯，各層次的計劃項目不能對應；上層計劃不能制約和指導下層計劃，下層計劃不能主動反饋到上層計劃；
③計劃制訂前和計劃執行中的配套性檢查管理不善，無法得知配套項執行現狀，從而嚴重影響生產計劃的可執行性；
④無法根據目前的生產計劃執行狀況來有效地預測未來計劃目標可完成性及成本控制可實現性。
現代造船模式從流程整體優化的角度要求職能部門按各相關計劃有序運行，使得各職能計劃既達到分層精細化管理、又實現相互之間的緊密協調和約束。
基于流程優化的造船生產計劃管理將更注重以下三個管理控制。
①事前控制：利用制造資源的配套性，充分分析計劃執行可能發生的不利事件，及時識別控制對象即將出現的偏差，在計劃執行前就采取必要的措施加以預防；
②事中控制：在計劃執行過程中所實施的控制，監督和糾正錯誤、及時地實施控制；
③反饋控制：根據計劃的執行狀況，發現并預測問題，采取措施、糾正偏差，保證計劃的正確執行。
江南造船在數字化造船整體架構規劃的指導下，目前已啟動了造船數字化生產計劃系統，希望在現代造船模式的思想和理念指導下，以數字化生產計劃管理為核心，實現對設計、制造和資源等的一體化管理，并結合質量、成本和安全等相關因素的綜合管理，以達到質量、成本和周期之間的協調優化控制。
2 造船數字化生產計劃體系架構
2.1 業務流程優化
造船數字化生產計劃管理不是一個孤立的系統，它是數字化造船三大體系：數字化設計、數字化建造和數字化管理中數字化管理的核心組成部分，因此它應從整體業務流程優化的角度來構建，但是我們并不主張采用激烈的變革來進行業務流程優化，并且江南造船已經基本轉換實現了現代造船模式，所以主要采用信息技術手段來實現手工作業很難完成的優化處理。
造船數字化生產計劃管理將涉及設計、生產和物資等多項管理，而建立標準的作業流程、全程共享的信息平臺以及準確的定額體系等都需要長期持續改進的決心。在持續改進的過程中也需要企業自身管理水平的不斷提升，以此促進企業的業務流程不斷革新、固化及標準化，一個有價值的信息系統的成功實施同樣需要有完善的管理制度和理念支撐。
造船數字化生產計劃管理致力于建立一個計劃制訂遵循統一流程的計劃共享平臺，所有的計劃都將基于這個計劃共享平臺，采用統一的流程來進行制訂和管理。上述流程如圖2所示，其綜合計劃、生產管理計劃、生產準備計劃、生產作業計劃、運輸配送計劃、質量計劃、設計出圖計劃、資源計劃等都將統一構建在該計劃共享平臺上。由于存在共享平臺，因此各個計劃之間不再是孤立的，平臺將協助建立各類計劃之間的相互關聯，相互制約關系。通過系統提供的無處不在的配套性檢查，可以確保計劃的制訂與計劃實際執行情況相吻合，形成更加貼近生產實際、可執行的計劃。此外，系統還可提供電子看板的手段來輔助后道計劃的制訂和拉動后道計劃的執行。
圖2 遵循統一流程的計劃共享平臺
2.2 數字化生產計劃體系架構
根據數字化造船的相關理論以及造船數字化生產計劃管理的實際需求，造船數字化生產計劃管理系統規劃的主要目標是實現四個信息化管理平臺，如圖3所示。
圖3 信息化管理平臺
2.2.1 單船項目計劃管理平臺
單船項目計劃管理平臺依據造船數字化建模平臺中提供的對象參數數據或WBS(PBS)模板，自動生成基本計劃框架，建立多級計劃或多維度計劃的相關性約束。自動測算出當量數據、自動報告資源沖突和人機交互平衡資源沖突。
該基礎平臺的主要目標是作為造船項目數據的唯一入口，一次錄入后只需一定程度的維護便可全程使用。從而減少數據重復錄入，并保持數據的完整性和一致性。
該平臺主要涉及的對象包括主計劃、搭載網絡計劃、先行中日程計劃、后行中日程計劃、制作中日程計劃、WP／WO等。
2.2.2 造船綜合計劃管理平臺
造船綜合計劃管理平臺負責經營規劃計劃以及年度運作計劃等宏觀計劃以及匯總單船項目計劃管理平臺產生的單船項目計劃，平衡多船間資源沖突，產生綜合計劃。
未來造船成本控制也將在綜合計劃管理平臺進行，主要包括成本估算、成本預算和成本控制優化。系統將提供增值管理技術進行費用和進度的控制，本期系統僅提供工期進度的控制。
該平臺主要涉及的對象包括三(五)年滾動計劃、年度計劃、季度計劃、月計劃、周計劃、日計劃等。
2.2.3 項目管理實時協同平臺
項目管理實時協同平臺主要是基于生產管理門戶，通過工作流控制的計劃評審、發布，實現版本管理，建立快捷的計劃共享體系，基于強大安全控制的權限管理、保護及有效利用計劃數據。生產計劃管理中的數據能擴展或集成到生產管理門戶內，實現項目管理實時協同平臺，并成為整個造船生產管理的協同平臺。
2.2.4 計劃執行控制平臺
計劃執行控制平臺主要是基于包括無線等多種接入技術，實現主動推計劃信息到客戶端，實時上報匯總計劃完成實績、并計算出實際完成當量值。控制計劃與實際執行的差值，自動發出脫期警報。控制計劃插單、調整、變更的流程要求，自動反映調整的影響區域，并提供可行解決方案的有限仿真。該平臺的主要目的是實現計劃執行的閉環控制。
造船數字化生產計劃管理的詳細應用功能模型如圖4所示。
圖4 造船數字化生產計劃管理功能圖
3 造船數字化生產計劃關鍵技術研究
在造船數字化生產計劃管理系統開發中涉及許多關鍵技術，它們基于項目管理思想為核心，采用基于號船的單項目管理與基于多船的項目群組綜合管理相結合的計劃制訂模式，如圖5所示。
圖5 多項目管理核心思想圖
在船舶建造過程中，對于號船建造計劃一般采用單項目管理，每一號船都具備相對獨立的主計劃、搭載網絡計劃、先行中日程計劃、后行中日程計劃、制造中日程計劃、物資采購計劃、自制件計劃、月度計劃、周計劃、日計劃等；但是對于整個造船集團，將同時存在多個號船的并行建造，多個號船的并行建造計劃采用基于多船的項目群組綜合計劃管理。在綜合計劃管理體系下，號船建造計劃既相對獨立又相互關聯，相互制約。
鑒于篇幅，本文無法完整闡述基于流程的系統性關鍵技術，而將只就主要的關鍵技術進行離散的說明。
3.1 數字化建模
數字化建模主要建立造船各種制造資源等基礎數據的數字化模型，它是整個造船數字化生產計劃管理的基礎，目標是建立可計算的基礎規則模型，支持柔性的系統配置。數字化模型主要建立如下基礎數據模型：①船型產品結構數據；②工藝制造數據：③制造資源數據；④定額數據：⑤計劃基礎數據；⑥標準代碼；⑦其他基礎數據。
我們定義數字化建模的技術特性主要為二個方面：
①圖形技術的應用。運用圖形技術能可視化的建立計劃業務對象，方便在計劃編制、執行、控制過程中的優化計算。我們在系統中主要應用了微軟的WPF技術，它直接將圖元當作對象操作，簡化了圖形處理的復雜性，使更關注于生產計劃業務本身；
②與設計系統(如Tribon)、設計管理系統(如PDM／PLM)和其它系統的集成。集成的作用是雙向的，設計系統和設計管理系統的生產制造基礎數據通過數字化建模支持生產計劃管理系統的運作，而生產計劃管理系統的運作中產生的設計改進數據也可通過數字化建模集成至設計系統和設計管理系統。
3.2 WBS模板
WBS模板定義各類計劃的WBS(WBS：Work Breakdown Structure，工作分解結構)模板項。每個WBS模板對應著各類各層級計劃，每個WBS模板項就是計劃的任務項，它是自動計算產生計劃的模板。
建立WBS模板的作用是將造船工藝對應到造船項目管理，實現生產設計與生產管理的一體化，這樣的基本結構原理如圖6所示。
圖6 多項目管理核心思想圖
造船BOM及加工路線在低層中間產品上較難準確建立，因此在WBS模板的實現上采用了多方式來解決上述問題，使生產項目管理只需根據WBS模板來運作，而不受阻于造船工藝的細節。
①根據船型產品BOM和加工路線中的作業區域拆分計算自動產生WBS項；
②人工錄入WB$項，并可根據原有WBS項快速復制變形；
③根據已人工建立的電子表格文件導入。
WBS最重要的特征是可以建立二種相關性。
①一個WBS與另一個WBS之間的關系(尤其是上下兩層WBS)：定義WBS上下約束關系及兩個wBS中相關節點項關系(自動推算的鏈接點)，建立自動計算的規則；
②一個WBS中兩個項之間的關系：定義髓S兩個任務項之間的邏輯關系，它們包括：完成一開始(FS)、開始一開始(SS)、開始一完成(SF)、完成一完成(FF)四種類型。
3.3 網絡計劃
網絡計劃技術是應用于工程項目計劃與控制的一項管理技術，它的基本技術包括關鍵路徑法(CPM)與計劃評審法(PERT)。網絡計劃有以下主要優點。
①能充分反映工作之間的相互聯系和相互制約關系，定義工作項間的嚴格邏輯關系；
②能提供任務項的最早可能開始、最早可能結束、最遲必須開始、最遲必須結束、總時差、局部時差等時間參數，表達動態的計劃概念；
③可以區分關鍵任務和非關鍵任務，進行有效的優化和監督；
④可作為控制工期的有效工具，對應工程變化可不改變工作之間的邏輯關系，重新計算和優化就可以得到變化以后的新計劃方案。
造船生產計劃管理中也廣泛的采用了網絡計劃技術，最為典型的是在船臺(塢)搭載計劃中的應用，但是傳統人工畫圖方式工作量大、又難與其它計劃集成，數字化生產計劃管理技術克服了上述問題，極大的提高了應用水平。
網絡計劃技術在船臺(塢)搭載計劃中的主要應用為：
①關鍵路徑應用
在搭載網絡計劃圖中，關鍵路徑的長度就是整個搭載周期的長度。調整搭載網絡計劃中關鍵路徑上的任務將影響整個搭載周期，調整非關鍵路徑上的任務則不影響整個搭載周期(前提是此任務經過調整后并沒有成為關鍵路徑上的任務活動)。因此可非常方便地拖拉節點來壓縮或延長搭載周期，實現工期的優化，如圖7所示(圖中粗線表示關鍵路徑)。
圖7 網絡計劃關鍵路徑圖
②時標圖應用
時標圖實際上是關鍵路徑型搭載網絡計劃的另外一種表現方式，在這種表現方式下，水平軸表示時間，所有任務的工期用代表任務的線條跨度來表示，同時關鍵路徑的關鍵任務在圖中為首尾連接的線條，其他非關鍵活動則分居關鍵路徑兩側，可在同一圖上表達多個項目，并匯總出每個日程的負荷(物量等)，方便進行整體的物量平衡，如圖8所示。
圖8 網絡計劃時標圖
時標圖具有以下優勢。
●可以一目了然的看出調整關鍵路徑上的任務對相關的非關鍵任務的影響，可以清楚表達因調整導致的關鍵路徑改變；
●可以一目了然的看出調整非關鍵任務對相關的關鍵路徑的影響，在不影響關鍵路徑的同時。可以通過調整非關鍵任務項達到對關鍵資源的平衡。
總之，通過網絡計劃技術不同表現方式的組合可以方便地進行持續的優化控制，事實上在造船數字化生產計劃管理中的其它計劃都可采用網絡計劃技術來進行優化控制。
3.4 電子看板
看板(Kanban)管理是豐田生產模式中的重要概念，是為了達到及時生產(JIT)方式控制現場生產流程的工具。這里我們采用電子看板方式來作為生產計劃目視化管理的重要工具，通過三種視角：工期、任務和制造資源(圖9)，電子看板表達造船各級生產計劃的當前狀態，方便進行多項目的生產調度控制，通過兩種電子看板來實現上述功能。
圖9 電子看板結構圖
3.4.1 管理電子看板
管理電子看板主要負責生產計劃相關的信息流傳遞，包括計劃看板、質量看板、成本看板、配套／集配看板、供應看板、運輸看板、場地看板等，它們貫穿生產計劃的制訂、執行、反饋全過程，為生產計劃信息流傳遞提供方便、快捷、及時的方式，而更可根據各類看板的狀態進行生產計劃的調度、調整。
3.4.2 圖形展示電子看板
圖形展示看板通過圖形方式表示各類生產計劃的狀態，主要采用兩種方式。
●船體輪廓計劃展示圖，主要從分段角度表示計劃執行的狀態：
●制造資源的展示圖，主要表示安排在各重要制造資源的計劃執行狀態。
電子看板能通過交互方式可視化的進行生產計劃的管理控制，并使各級管理層共享同一個看板，防止數據的偏差。
3.5 關鍵鏈
關鍵鏈是Eli Goldratt博士1997年提出的一個項目管理新概念，是TOC約束理論在項目管理中的應用。基于關鍵鏈(CCPM)的造船生產計劃進度風險管理，為制訂良好的建造計劃體系提供理論和實踐基礎。
圖10 關鍵鏈緩沖位置圖
TOC約束理論的基本思想是解決生產鏈中最薄弱的環節(瓶頸)，要提升整體生產速度，必須提升瓶頸處的能力。基于關鍵鏈的進度風險管理的基本原理體現在關鍵鏈的確定以及緩沖區的設置，在計劃中設置三類不同的緩沖：①接入緩沖(Feeding Buffer，FB)；②項目緩沖(Project Buffer，PB)：③資源緩沖(Resource Buffer，RB)。其緩沖位置的設立如圖10所示。
造船關鍵鏈進度計劃方法中，完成WBS分解、任務工期估計、識別任務鏈和關鍵鏈之后，將加入接入緩沖(FeedingBuffer)、項目緩沖(ProjectBuffer)和資源緩沖(Resource Buffer)。
①項目緩沖設置在關鍵鏈的末尾，以關鍵鏈上所有任務工期的50％為緩沖區的大小，設置項目緩沖是為了有效地保證項目在計劃內完成；
②接入緩沖設置在非關鍵鏈與關鍵鏈的匯合處，以非關鍵鏈上的所有工作節省工期之和的50％為緩沖區的大小，設置輸入緩沖是為了保護關鍵鏈上的工作計劃不會因為非關鍵鏈上工作的延遲而受到影響；
③資源緩沖主要是用來保證所需的資源在使用前是可有效利用的，從而保證所有的任務都能按期完成。
我們的造船數字化生產計劃管理通過預設的規則，自動將零星緩沖變為接入緩沖和項目緩沖，使生產計劃在關鍵鏈技術的支持下更具實用性。
3.6 預測
造船數字化生產計劃管理通過項目掙值管理(Earned Value Management，EVM)進行計劃進度和成本的控制及預測。
掙值管理(Earned Value Management，EVM)，是用與進度計劃、成本預算和實際成本相聯系的三個獨立的變量，進行項目績效測量的一種方法；它比較計劃工作量、WBS的實際完成量(掙得)與實際成本花費，以決定成本和進度績效是否符合原定計劃。
掙值分析涉及計劃值、實際成本和掙值3個基本參數以及成本偏差、進度偏差、成本執行指數、進度執行指標4個評價指標。
3.6.1 三個基本參數
①BCWS(Budgeted Cost for Work Scheduled)：BCWS=計劃工作量×預算定額，計算出的值反應了完成的任務量和任務的計劃成本：
②ACWP(Actual Cost for Work Performed)：到當前日期為止計劃執行的實際工時的成本和所有固定成本之和；
③BCWP(Budgeted Cost for Work Performed)：BCWP=已完工作量×預算定額，也叫做盈余值或者掙得值，即指完成的工時值。
3.6.2 四個評價指標
①CV(Cost Variance．CV)：CV=BCWP．ACWP，指示了計劃成本和實際成本以及對將來的估計成本(計劃成本)之間的差異。如果CV>0則表明費用節余、效率高：如果CV
②SV(Scheduled Variance．SV)：SV=BCWP．BCWS，即反映出項目進展的進度差異。如果SV>0表明進度提前；如果SV<0表明進度延誤：
③CPI(Cost Performed Index-CPI)：CPI=BCWP／ACWP，如果CPI>I則表明低于預算：如果CPI<1則表明超出預算；
④SPI(Scheduled Performed Index-CPl)：SPI=BCWP／BCWS，如果SPI>1則表明進度提前：如果SPI<1則表明進度延誤。
從而可咀根據已經完成的情況對費用和進度進行預測
費用預測=總費用／CPI
進度預測=總進度／SPI
如圖11所示，這個示例表示了增值管理對進度成本進行的控制。
4 造船數字化生產計劃在江南造船的應用
造船數字化生產計劃管理系統目前已在江南造船集團開始分階段實施應用，上述部分關鍵技術也已獲得實際應用，未來隨著數字化生產計劃管理系統的持續開發實施，關鍵技術都將承擔重任。
5 結束語
數字化生產計劃作為一個體系在我國船廠的應用還處于起步階段，其關鍵技術也不斷產生及深化，江南造船集團實施的造船數字化生產計劃管理系統是信息化支持管理創新的嘗試，目前已經取得良好的效果，我們將持續進行造船數字化生產計劃管理的研究和應用，為我國應川現代造船模式、真正實現造船強國作出貢獻。 核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：江南造船數字化生產計劃關鍵技術應用
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