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基于SCP-Matrix的造船厂APS设计：应用于长期生产计划

SeungHoon Nam , HuiQiang Shen, Cheolho Ryu b, Jong Gye Shin

摘要：造船厂是一家工程师订购（ETO）公司，在订购时设计和制造新产品。 同时执行各种任务，从而使过程管理非常重要。 计划和控制生产活动尤为重要，因为生产是整个过程的最大部分。 因此，本研究的重点是开发基于高级计划系统（APS）的生产计划系统。 APS是一个综合规划系统，它根据分层规划的原则来确定供应链流程。 在本研究中，通过对造船厂案例的分析，设计了供应链计划矩阵（SCP-Matrix），用作APS开发的指南。 然后，我们详细定义流程，从长期生产计划开始作为初始应用程序，并使用基于组件的开发设计和实施长期生产计划系统。

1. 介绍

主要产品是船舶的造船厂，是一家工程师订购（ETO）公司，在船东下订单时设计和生产产品。因此，在这个面向项目的行业中的计划和控制过程是重要的，其中同时执行从订单到设计，购买，采购和生产的各种任务。规划和系统管理对于生产尤其重要，这是项目期间最长的部分。

韩国是商船市场的领导者，在20世纪90年代，以大型造船厂为中心，建立和管理韩国造船厂环境生产计划的系统开发（Lee et al.，1995）。近年来，引入了新的信息技术，产品生命周期管理（PLM），建模和仿真（M＆S）以及其他生产管理范例。然而，大多数造船生产计划和管理系统是使用Bottomeup方法开发的，没有设计整体系统架构，这使得在需求和环境因素发生变化时难以灵活地修改和补充这些系统（Woo和Song，2014）。此外，由于缺乏技术和人力，中小型船厂规划过程之间的联系和综合管理执行不力。特别是，系统地建立造船生产计划至关重要，因为除了生产所需的人力和资源外，它还决定了公司的愿景和战略。然而，现有的造船计划研究缺乏定义整个生产计划系统框架的研究。因此，每个造船公司都有不同的计划术语和方法，与其他行业相比，这延迟了生产管理新技术的引入和应用。

本研究将高级规划系统（APS）应用于造船厂，以定义生产计划结构，并设计和开发生产计划系统。 APS用于优化材料和人力资源，以管理公司内部或公司之间的生产计划和调度。APS开发在造船厂中至关重要，因为制造和装配过程复杂，因此需要同步发生的过程（Vlachakis等，2016）。本研究中基于APS的造船厂生产计划系统的设计过程如下：首先，通过船厂案例分析提出了造船厂的供应链计划矩阵（SCPmatrix），该分析是通过供应链分析在第3章中定义的。其次，为了设计一个基于SCP矩阵的生产计划系统，该系统识别船舶生产的不同阶段之间的物质和信息流，选择长期生产计划作为初始应用。因此，第4章分析和定义了长期生产计划的详细过程。最后，使用基于组件的设计（CBD）方法设计和开发了长期生产计划系统，该方法具有通过通信添加或替换模块的优点。通过明确定义的接口（Sommerville，2010），提出的系统的主要模块在第5章中实现。

1. 之前的研究

2.1 造船生产计划

造船业的生产计划和管理最初以工作分解结构（WBS）为中心。由于造船业引入了WBS的概念，系统地管理工程信息已经成为一个受关注的主题，WBS将每艘船视为一个项目并定义了项目的范围。在20世纪70年代，美国海军在收购战舰期间引入了船舶工作分解结构（SWBS）来收集和管理数据。 SWBS根据船舶的功能对船舶进行了分类，并对船体结构，推进力，电厂，舾装等进行了管理。然而，这种功能导向的工作分类并不有效，因为这些单元在管理材料，人力和时间表方面相当大。因此，造船厂开始对基于材料和装配的工作进行分类感兴趣。在20世纪80年代，日本的Ishikawajima-Harima重工业开发了产品工作分解结构（PWBS）（Okayama和Chirillo，1980），并建立了商业造船的WBS概念。随后，进行了研究以应用和扩展PWBS概念。例子包括一个以通用产品为导向的工作分解结构（GPWBS），它根据产品结合阶段和工作类型来建立WBS（Koenig等，1997）和通过WBS估算建筑成本（Ennis等， 1998）。

自20世纪90年代以来，对韩国造船厂的生产计划进行了案例研究，因为成本优势和设施扩建，它们提高了全球市场的竞争力。一些研究特别关注于安装，组装和制造，这些是构成船舶的砌块的过程。例子包括使用专业知识开发生产计划系统以进行安装和组装过程（Lee 等，1995），使用多智能代理系统开发用于在造船厂集成块过程的原型系统（Choi and Park， 1997），并开发了一个综合的工艺规划和调度系统，考虑装配过程中的负荷（Cho 等，1998）。还进行了一项关于开发一个规划系统的研究，该规划系统用于在组装砌块的海湾中放置砌块（Park等，1996）。

在2000年代，进行了使用模拟技术的研究，以提高生产计划的准确性。最初，研究人员专注于将模拟技术应用于造船过程的方法。这些研究包括建造一个过程建模数据库来模拟造船过程中的初始钢材切割过程（Fast，2000），将模拟技术应用于造船的方法（Kim 等，2002），装配线的建模和模拟（Shin 等，2004）。此后，有研究使用模拟技术（Song 等，2009）提出材料采购，生产和工艺规划方法，开发基于模拟的后勤支持系统（Woo 等，2010），并定义数据模型用于生产模拟模型生成（Back 等，2016）。

但是，现有的生产计划研究主要是针对某些过程进行的，例如块过程，或者专注于基于特定问题的规划和调度。还没有足够的研究来配置整个生产计划系统的架构并表达信息流。因此，本研究分析了造船厂的造船过程，重点关注生产计划的层次结构和系统开发。

2.2 造船业供应链

供应链是指各组织之间的材料，信息和资本流动，其流程与向最终消费者交付产品相关联。造船业的供应链是一个复杂的过程，因为完成成品需要相当长的时间（Sarder等，2010）。近年来，具有数万至数十万件舾装项目的海上工厂的建设增加了与供应商建立与生产，设计，物流，外包，采购和采购的协作系统的要求。因此，从信息和物流流程的一般角度整合系统的供应链管理（SCM）变得非常重要，并且进行了一些与SCM相关的研究。

研究了海外造船厂和其他相关行业（如汽车和航空工业）SCM的最佳实践，以改善美国造船业的SCM（Fleischer等，1999）。分析了SCM在造船业中应用的问题和障碍（Mello和Strandhagen，2011）。此外，还研究了与供应商选择相关的造船厂供应链分析和方法（Vlachakis等，2016）。分析了用于SCM应用的ETO工业的工业特性，因为造船业是典型的ETO工业（Hicks等，2000; Gosling和Naim，2009）。还研究了在一次性项目环境中选择供应链的策略，例如造船业（Sanderson and Cox，2008）。

2.3 先进的计划系统

在SCM概念之前，公司通过企业资源规划（ERP）系统链接各种流程，例如生产，物流，财务和会计，以及共享信息和资源。然而，随着各公司参与产品开发，SCM的重要性增加。因此，管理规划过程的新系统变得必要，因为从生产计划和调度的角度来看ERP的以下限制：1）ERP无法解释资源容量和2）提前期是固定的。因此，引入了APS，其具有分层规划系统的特征，该系统考虑整个供应链的集成计划，这是针对多个规划问题和考虑目标和约束的优化的解决方案（Stadtler和Kilger，2008）。

Fleischmann和Meyr（2003）进行了一项研究，通过分析供应链来定义APS结构和模块。 ZorykSchalla等。 （2004）通过具体案例研究确定了APS中规划过程的建模。与此同时，Rudberg和Thulin（2009）介绍了一家瑞典公司的案例研究，其中涉及APS支持战术供应链计划的方式。还研究了基于精炼行业APS概念的原油采购决策支持系统的开发（Kallestrup等，2014）。 Staeblein和Aoki（2015）提出了一个汽车行业规划和调度框架。此外，使用标准化的软件工程概念（Vidoni和Vecchietti，2015）从系统的角度对APS进行了表征。

1. 用于APS设计的造船厂SCP矩阵的定义

制造通常可以分为按库存生产（MTS），按订单装配（ATO），按订单生产（MTO）和基于客户订单解耦点（CODP）的ETO，其将客户订单与产品内的值相关联链。这些类别仅用于销售定制或各种产品。如图1所示，CODP将物流流程划分为“预测驱动”和“客户订单驱动”（Olhager，2010）。从供应链的角度来看，CODP非常重要，因为它决定了制造战略，是否关注库存水平的降低或者减少向客户交付货物所需的时间（Mello和Strandhagen，2011）。

造船厂是ETO公司;因此，当它收到船东的订单时，它会设计产品，购买材料和零件，并根据订单生产产品。根据Rahman Abdul Rahim和Shariff Nabi Baksh（2003）的说法，仅执行定制的ETO公司需要一个定制的框架来处理产品开发的所有过程，因为它们必须在客户放置时设计新产品。订购。因此，对能够有效规划和管理内部流程的ETO公司寄予浓厚兴趣（Sriram等，2012; Gosling等，2015; Adrodegari等，2015）。但是，考虑到开发过程的时间，现有的研究没有根据规划期对要规划的任务进行分类。因此，本研究旨在将APS应用于造船厂，以便在规划期内有效地设计产品开发过程。在本节中，我们描述了SCP矩阵的设计，该矩阵识别企业的供应链流程并定义APS设计的规划任务。

3.1. SCP矩阵与APS之间的关系

制造通常可以分为按库存生产（MTS），按订单装配（ATO），按订单生产（MTO）和基于客户订单解耦点（CODP）的ETO，其将客户订单与产品内的值相关联链。这些类别仅用于销售定制或各种产品。如图1所示，CODP将物流流程划分为“预测驱动”和“客户订单驱动”（Olhager，2010）。从供应链的角度来看，CODP非常重要，因为它决定了制造战略，是否关注库存水平的降低或者减少向客户交付货物所需的时间（Mello和Strandhagen，2011）。

造船厂是ETO公司;因此，当它收到船东的订单时，它会设计产品，购买材料和零件，并根据订单生产产品。根据Rahman Abdul Rahim和Shariff Nabi Baksh（2003）的说法，仅执行定制的ETO公司需要一个定制的框架来处理产品开发的所有过程，因为它们必须在客户放置时设计新产品。订购。因此，对能够有效规划和管理内部流程的ETO公司寄予浓厚兴趣（Sriram等，2012; Gosling等，2015; Adrodegari等，2015）。但是，考虑到开发过程的时间，现有的研究没有根据规划期对要规划的任务进行分类。因此，本研究旨在将APS应用于造船厂，以便在规划期内有效地设计产品开发过程。在本节中，我们描述了SCP矩阵的设计，该矩阵识别企业的供应链流程并定义APS设计的规划任务。

3.1。 SCP矩阵与APS之间的关系

单个产品的整个供应链网络可以划分为网络中所有合作伙伴的内部供应链。每个供应链都包含关键供应链流程，涉及截然不同的计划任务。SCP矩阵是一种供应链计划方法，它显示了水平轴和垂直轴的每个区域中的计划任务和信息流，代表公司供应链的流量和计划周期（Fleischmann等，2008）。

通常可以通过根据长期，中期和短期计划周期对供应链流程进行分类来获得SCP矩阵（图2）。这些流程包括采购，生产，分销和销售。划分为水平供应链流程和垂直计划周期的区域代表了在每个流程中执行的任务和计划。箭头表示计划任务之间的信息流。因此，通过将企业中的供应链流程划分为计划阶段，可以使用SCP矩阵来有效地分析受计划任务影响的目标，功能和其他任务。 SCP矩阵的形式不一定与图2中所示的形式相同，并且可以根据要分析的公司的供应链特征来强调或去除一些计划区域。因此，通过内部过程分析进行准确的SCP矩阵设计非常重要。

此外，SCP矩阵对于APS开发很重要，因为APS开发的模块是通过SCP矩阵中定义的内容确定的。图3显示了APS模块的一个示例，其名称可以根据开发APS的公司而变化，源自图2，并且每个APS模块的定义在以下段落中描述（Fleischmann和Meyr，2003; Meyr）等人，2008）。

·战略网络设计包括战略规划的定量部分和网络设计的各个方面，例如工厂位置，库存尺寸或生产能力。

·需求计划涉及预测中期总体和短期详细基础的未来需求。

·总体规划在中期规划层面协调采购，生产和分配，并支持主生产计划。

·生产计划和调度模块可以解决批量调整，机器分配，调度和车间控制问题。

·配送计划与配送系统内的中期战术约束有关，例如常规运输链路，仓库交付区域以及客户到源的分配。

图1. 不同的客户订单分离点（Olhager，2010）

图2. 供应链计划矩阵的典型示例（Fleischmann等，2008）

图3. 涵盖SCP-Matrix的APS模块示例（Meyr等，2008）

图4. 船厂供应链流程

图5.用于造船厂的 SCP-Matrix

·运输计划涉及在配送和采购方面短期调度货物。

·采购和物料需求计划模块主要处理物料清单爆炸和物料订购，但此计划任务通常留给ERP系统。

·需求履行和可用承诺（ATP）模块处理客户订单的到达，包括有前途订单的任务，确定材料的可用性以及设置到期日。

3.2. 通过案例研究定义造船

资料编号：[4774]