企业的信息化技术和模块化设计

企业信息化就是将企业的生产过程、物料移动、资金流动、事务处理、客户关系等业务过程数字化,通过各种信息系统网络加工生成新的信息资源,提供给各层次的人们洞悉、观察各类

2.1 制造企业的信息化
    企业信息化就是将企业的生产过程、物料移动、资金流动、事务处理、客户关系等业务过程数字化,通过各种信息系统网络加工生成新的信息资源,提供给各层次的人们洞悉、观察各类动态业务中的一切信息,以做出有利于生产要素组合优化的决策及企业资源的合理配置,使企业能够适应瞬息万变的市场环境,从而获得最大的经济效益。
 
2.1.1 制造业信息化建设的内涵及关键技术
    制造业信息化是将信息技术、现代管理技术、制造技术和自动化技术及行业经验结合在一起,带动产品设计方法的创新、生产工艺的创新、工具和设备的创新、企业管理模式的创新及企业间协作关系的创新,其目标是全面提升制造业的竞争能力。
 
    制造信息化立足于利用信息技术,支持制造企业的研发、生产、销售、物流、管理、服务等多个方面,实现信息采集、数据管理的实时性和高效性,最终实现全面面向供应链的管理和电子商务。
 
    制造业信息化建设是一项系统工程,涉及多种理论和关键技术。产业级信息化的核心企业级信息化有着重要的地位和作用,其关键技术包括产品设计数字化、生产过程数字化、制造装备数字化、管理业务数字化等,这4个方面的集成就是企业级信息化。
 
    在企业级信息化的基础上,面向“产品——服务”和“价值链”继续纵深发展,使制造企业不仅是生产现实产品的组织,也是向客户提供服务和知识的组织;同时能使客户在通过使用产品时获得增值,并且能与客户及供应商一起创造价值;最后在产业链的结构上进行企业协同,构成制造业信息化的产业级信息化模型,如图2.1所示。
 
图2-1制造业信息化关键技术
 
2.1.2 家具制造业信息化建设的现状及特点
    我国家具制造业信息化建设的应用和研究处于初级阶段,家具行业整体信息化水平还处于在较低的层次。家具企业之间的管理水平和信息化水平差距大,国内较好的企业大多数港资企业、台资企业和其他跨国公司以及少数名牌民营企业。
 
    在信息化数据管理方面,虽有不少企业已成功实施信息化系统,但我国家具制造业的信息化建设水平与发达国家还存在较大的差距,我国家具行业总体信息化基础薄弱,进行信息化建设较为困难,这主要是由于家具制造业的特点及存在的一些不足而造成的。具体表现在:

    (1)家具制造业总体投资规模小,投入研究的发展风气不剩;

    (2)科学管理不够,业务流程的合理化不足,对运营及决策中的基础数据的真实性、实时性及有效性重视不够;

    (3)由于大部分信息化服务供应商对家具行业的复杂性和特点了解不多,并将此视为低端客户而没有引起足够的重视;

    (4)缺乏既通晓行业经验及IT技术,又熟练管理业务的复合人才;

    (5)目前我国还未形成协助家具制造企业建立并落实制度的行业信息化咨询顾问群体,大多数家具企业无法顺利建置信息系统;

    (6)进行信息化建设需要一定的资金、人力、物力等投入,存在着一定的风险,企业对信息化建设往往持较为谨慎的态度。
 
    我国的家具业正处于一个稳定的发展期,从以往的注重成本与价格转变为建立设计理念和营销理念,以及吸纳国内外优秀人才,兴建企业文化,这些都表明了我国家具制造业的进步。目前我国家具制造企业的发展有以下几大特点:

    (1)多品种,小批量为导向的市场成为家具行业的共同特点,生产制造周期不断缩短。

    (2)企业规模的不断扩大。厂房的增加,先进设备的引进,不仅使产能扩大,也加快了家具企业改造的步伐。

    (3)产品质量不断提高,花色品种不断增加。重视新品种的开发和设计水平的提高的同时,加上新工艺、新材料的利用,出现了多功能且丰富多彩的产品。

    (4)家具出口销量剧增。
 
    家具制造业在进行信息化建设的过程中,最大的困难并不在于信息技术本身,而是在于变革观念。信息时代对企业的管理思想、运营方式、组织架构和资料配制都提出了新的挑战,适应环境变化,及时进行管理变革以提升企业核心竞争力已是大势所趋。
 
2.2 PLM技术
    作为制造业企业信息化建设的一项关键组成部分,近年来,PLM的管理理念逐渐地被人们所认识,但真正熟知PLM的人却很少。
 
2.2.1 PLM的基本概念和原理
    PLM的概念及理论自上世纪末问世以来,迅速吸引了制造行业的关注。PLM结合电子商务技术与协同技术,将产品的开发流程与ERP、CRM、SCM等系统进行集成,把孤岛式流程管理转变为集成化的一体管理,实现从概念设计、产品设计、工艺、制造、维护等管理信息的全面数字化。PLM实现了企业知识共享管理与知识价值的提升,产品开发和业务流程的优化,从而达到降低成本和增加利润的目标。
 
    PLM实际上是众多制造企业的信息化建设发展到一定阶段,开始涌现大量“信息孤岛”的现象,导致信息技术无法达到客户的预期效果,必然出现的一种“管理思想”。PLM既是一种新技术,又是一种新的软件产品,二者的协调发展把“无孤岛集成应用”推向新的高度。
 
    战略上,PLM是一个以产品为核心的商业战略。它应用一系列的商业解决方案来协同化地支持产品定义信息的生成、分发、使用和管理,从地域上贯穿整个企业和供应链,从时间上跨越从产品的概念设计阶段到产品淘汰的整个生命周期。数据上,PLM包含一套完整的产品定义信息,包括所有的机械、电子的等产品的所有数据,以及文件和软件信息等。
 
    技术上,PLM结合了一整套技术和最佳实践方法,如产品数据管理、展示、协作、协同产品商务、应用集成、零部件供应管理以及其它业务方案。PLM沟通了供应链上的所有的OEM(俗称代工)、外协厂商、转包商、合作伙伴及客户。
 
    业务上,PLM能够开发潜在业务并且能够整合现有以及未来的方法和技术,以便迅速地向市场推出新产品。发展上,PLM正在迅速地从一个竞争优势转变为竞争必需品,成为企业信息化建设的必经之路。
 
    PLM是在Web环境下,从市场的角度且以整个生命周期内产品数据集成为基础,研究产品在其生命周期内从产品规划、设计、制造到销售等过程的管理与协同,旨在缩短产品上市时间、降低成本,尽量满足消费者的特殊需求。它为企业提供支持产品快速设计和制造优化的集成化产品协同与制造系统。
 
2.2.2 PLM的技术研究
    PLM是一种以产品为核心,应用一系列的商业解决方案来协同化地支持产品定义信息的生产、分发、管理和使用的框架。作为PDM(产品数据管理)的延伸,PLM以产品为核心,对顾客需求、订单信息、产品研发、工艺、制造、维护、报废等生命周期的不同阶段产品数据的生成、变更并进行行之有效的管理,已大大缩短了产品的上市周期、降低产品成本、保证产品质量。
 
    从信息化程度讲,PLM是企业信息化的集成平台,与外部系统的集成,如图2-2和2-3所示,形成一个充分利用了各周期内产品知识循环的网络体系结构。PLM系统的主要特点有:

   1)将产品按其在生命周期中所处不同阶段进行分段管理;

   2)在PDM的基础上,更关注于产品及相关数据在整个企业中的流转和控制,实现数据和流程的共同管理;

    3)作为一个协作平台的系统,专注于业务流程的建模、优化、集成、管理等,实现数据在整个企业中的资源共享;

    4)重视多部门、多学科、多功能的协调,使整个企业资源得到优化配置,降低开发成本,缩短上市时间;

    5)关注企业成长,强调风险控制、安全运作、工作有序、业务预测并且所有系统用户在其权限和职责的范围之内进行工作。
 
图2-2集成式PLM系统模型
 
 
图2.3CAD/PLM/ERP集成式信息流向图
 
2.2.3 PLM的基本功能
    PLM的基本功能包括:产品数据管理、变更管理、项目管理、工作流管理、系统集成管理等,如图2.4所示。其中产品数据管理是PLM系统中最基本、核心的功能,是实现其他相关功能的基础。
 
    PLM应用代表着一个或几个PLM核心功能的集合体,推出一整套满足产品生命周期具体需求的功能。随着PLM在企业的不断推广,很多不同的PLM功能在应用被研发出来,像文档管理、变更管理、项目管理等功能都已成为PLM的基本功能。这些应用缩短了PLM的实施时间,并将许多成功的实施经验融合在这些应用中。典型的PLM应用有:

    (1)产品数据管理
    产品数据是企业最宝贵的财富,实施PLM项目以确保企业产品数据的一致性和完整性,也方便设计师及相关人员在权限范围内查找他们所需的数据,实现企业内部的资源共享,从而缩短设计研发周期,提高产品研发质量。
 
图2-4PLM功能框架示意图
 

    (2)文档管理
    提供图文档、版本更新与发布、升级、浏览、归档、标注和圈阅,以及打印、检索、网络发布、邮戳管理等一套系统的管理方案,并提供多语言和多媒体的支持。

    (3)变更管理
    使数据的修正过程可以被跟踪和管理,它建立在PLM核心功能之上,提供一个打包的方案来管理变更请求、变更通知、变更策略,最后到变更的执行和跟踪等一整套方案。
 
    (4)项目管理
    管理项目的计划、执行和控制等活动,以及与这些活动相关的资源。并将它们与产品数据和流程关联在一起,最终达到项目的进度、成本和质量的管理。

    (5)工作流管理
    企业工作评审有自身的相关规则来执行,工作流程既可以与项目管理相结合,也可以因为某特殊事件而触发。

    (6)配置管理
    建立在产品结构管理功能之上,可以创建、修改和记录产品配置信息,允许产品改造,并记录其变形结构。此外,也为产品周期中不同阶段提供不同的产品结构展示。

    (7)产品协同
    提供一类基于互联网的软件和服务,能让产品价值链上每个环节的每个相关人员不论在任何时候、任何地点都能够协同地对产品进行开发、制造和管理。

    (8)供应商管理
    供应商管理解决方案为企业从众多的供应商信息中及时获取采购与货源方面的信息,以便更好地控制整个运作过程,制定正确的战略决策,并从供应商的合作关系中持续获得最大程度的回报。企业有必要对合作的供应商做出客观的评价,不断挖掘更有潜在价值的供应商,丰富了企业今后货源选择方式。

    (9)销售与维护管理
    公司可以通过PLM销售管理平台进行产品的虚拟展示,产品参数的查找以及进销存管理等。当售后部收到客户关于产品质量及售后服务反映时,立即找到相应的原因,反馈给相关人员进行处理。

    (10)产品回收管理
    当产品在市场上淘汰之后,系统还能够进行回收管理,将回收的产品按照企业的相关规定进行处理,确保产品从设计到回收的每一个环节都有据可查。制造型企业通过实施PLM系统后,减少了设计变更次数;提高了技术文件的流通性,大量减少了纸张的使用;提高了零部件的通用性和资料的查询效率;缩短了产品研发周期,提高了工作效率。
 
2.2.4 PLM在家具制造企业的应用
    (1)家具制造企业信息化管理现状
    根据在广州某大型办公家具企业的调研分析,其家具产品研发与管理现状及其影响见表2-1:
 
 
    (2)信息化的总体解决方案
    针对家具制造企业的信息化建设所面临的各种问题,结合PLM理论与PLM系统,建立了一套有效的解决方案。

    1)建立安全、集中的产品研制及电子数据库,规范结构、电气图档及技术文件的齐全,提升产品的管理水平。
规范和完善产品研制和质量控制程序文件,并以电子化的方式落实产品研制过程。通过建立CAD与PLM系统的集成接口,实现电子数据及BOM的良好传递,有效减少因人工整理所产生的工作效率低、差错率高的现象。

    2)建立完善的变更管理体系,实现设计更改的有效控制和版本管理,提高变更过程的严谨性和可追溯性,提高变更的质量以及变更通知下达的及时性。
 
    有效管理产品发展的演变历史,实现设计更改的有效控制,满足对更改历史的追溯要求,保证产品数据的一致性。通过集中的产品技术资料库与良好的变更通知机制,有效促进研发部、采购部、工厂之间的协同工作。利用电子工作流的方式进行图纸、成套文件、设计更改等产品资料的签审,从而有效提升研发人员的工作效率。建立产品研发的项目管理平台和协同工作空间,提升项目管理水平。
 
    3)通过建立全新的项目管理平台。
    打破现有各个部门间的协作障碍,提高项目信息在各个部门间的顺畅流转,提高项目计划的达成率。通过对项目计划的评审、讨论、调整、发放等工作流程,提高项目计划的科学性与可操作性,从而使项目计划落到实处,增加项目计划的指导意义。加强项目交付物的管理,确保项目研制过程中文档的完整性和正确性。通过项目模板,进一步规范项目管理过程和推进过程,提高项目的协调效率和效果。
 
    4)建立PLM与其它应用系统的信息集成,提升研发与生产、采购、计划、售后服务部门之间的协作水平。
 
    实现PLM系统与CAPP系统、ERP系统的全面集成,包括产品市场需求、商务合同、技术准备、产品研发、工艺设计、供应采购、生产管理、质量控制、财务核算、售后服务等全过程的管理,并且与采购、生产、商务、财务等各个环节联系起来,形成整个产品生命周期的管理。
 
    PLM系统对产品的整个生命周期所产生的数据、文档以及其他各类信息都可以为企业行之有效的管理,而PLM的不足之处在于对生产工艺、产品设计方法等无法提供帮助。因此,模块化设计方法成为家具制造业的一种新的解决方法。
 
2.3 模块化设计方法
    模块是构成产品的一部分,具有独立功能,具有对应的几何连接接口和一致输入、输出接口单元,相同类型的模块在产品族中可以互换和重用,模块的不同组合就形成了所需的产品。模块化设计的产品能够实现以下几大目的:不同模块的组合,形成不同的产品,满足客户的特定需求;相似性的重用,既可以重用已有零部件和设计经验,也能重用整个产品生命周期的采购、制造、物流和服务;减少产品工程的复杂程度,由于模块是产品部分功能的封装,产品设计师使用具体模块根本无需关心内部实现,使研发人员更加专注顶层逻辑,提高产品工程管理质量和产品的可靠性。
 
    模块化是系统的分解与集成,以产品(系统)总功能为对象,以功能分析为基础,经层层分解建立模块体系,并通过选择不同模块组合成不同产品的全过程。模块化设计方法区别于传统设计方法,表现在以下几点:①模块化设计面向产品系统而传统设计针对某一专项任务;②模块化设计是标准化设计而传统设计是专用性的特定设计;③模块化设计程序是由上而下而传统设计程序正好相反;④模块化设计是组合化设计而传统设计是整体化设计;⑤模块化设计需要系统的新理论支撑而传统设计主要依靠经验;⑥模块化设计的产物既可以是产品也可是模块而传统设计的产物是产品。
 
    a模块化设计的优势
    (1)缩短产品设计周期
    在设计过程中利用模块化设计能节约大量的时间,这主要体现在两个方面:在产品开发阶段,设计人员可以利用大量系统中通用的模块,通过标准模块与非标准模块的组合,缩短了产品开发时间;而在研发新产品的设计时,可以利用已有的模块或添加少量的专用模块的组合来满足客户所需品种。采用模块化设计,可以满足多种需求,利于产品设计的高效、快速,适应于多品种、小批量的柔性生产方式。
 
    (2)促进产品更新换代,利于发展系列产品
    随着科技的进步,以新的模块更换旧的模块,通过模块的更新使产品达到换代的目的。
 
    (3)降低成本
    大量的模块进行批量生产,一开始实现大批量生产,降低成本,减少废品率。由于在产品设计中避免了大量工作的重复,因此,以少的投入产出更多的品种,来实现多品种、小批量的生产模式,这样既能降低成本又能提高整体质量。

    (4)满足个性化需求
    由于模块化家具由模块组合而成,具有“重复使用性”和“通用接口化”的基本特征。对于模块化家具,由于提供了许多具备“通用化接口”的小功能模块,可让用户按照个人的需要,进行调整和重新排列组合,保护用户原始投资,提供完备的扩充能力,建立模块库,满足了消费者的个性化需求和选择。
 
    b如何决定模块化设计程度
    虽然模块化拥有诸多优势,但不是所有的产品与服务都需要进行模块化处理。美国学者雪琳认为,一个系统是否需要进行模块化取决于系统的可分性与系统投入、需要的多样性,而系统的可分性又主要是由系统的协同专一程度所决定的,意味着该系统既能被分解成若干部件又能够重新组合,并且过程中不会失去原有的功能;系统的协同专一性是指系统中某特定部件与其他部件组合在一起时所能发挥的功能最强。因此,系统的可分性越强则该系统的模块化程度可以越高。
 
    系统投入的多样性表明构成系统的零部件有多种不同的替代,并且不同替代零部件的组合能形成不同形态的产品与服务;系统需求的多样化是指产品的多样性吸引着不同的消费者,系统投入的多样性程度越高,系统的模块化程度就越高。事实上,消费者需求的多样化正是模块化盛行的重要驱动力之一。
 
    c模块化设计的应用
    模块化设计思想很早就出现了,欧洲城砖在几百年前的长宽高之比就是6:3:2,显然,这些城砖就是构成城墙的基本模块单元。最早用模块化设计的产品出现在德国的家具公司,其设计了几款尺寸不同的底座、架体和顶板的组件,用它们来组成满足不同客户的不同尺寸规格的“理想产品”。此后,模块化设计理论和方法得到各行各业学者专家的进一步研究。
 
    上世纪中叶,欧美学者正式系统化的阐明了“模块化设计”的概念,由此开始风靡全球,纷纷进入到各大制造型企业并发挥其优势。随着进一步的研究,模块化设计理论和应用技术的不断完善,模块化设计成为工业产品研发中普遍采用的一种现代化设计方法。
 
    机床行业
    早在中世纪,欧洲就开始利用模块化设计应用到机械产品中,像德国设计的铣床,就是把铣床上的一些部件按功能创建成模块而进行设计和制造的,非常便捷的组装便可达到顾客所所需的产品。上世纪70年代末,我国的一些企业也先后对模块化设计进行了实验,像北京第一机床厂、武汉重型机床厂和天津第一机床厂等都在不同程度和规模上采用了模块化设计,并取得了一定的效果。
 
    汽车行业
    汽车模块化设计正在成为汽车制造业的重要发展方向。它将进一步促进汽车制造行业的改组和分工,改变了传统的汽车零部件厂隶属于整车厂的现象,有利于整车厂开发高水平的平台,形成以汽车为主导,以零部件为基础的新局面。
 
    电子行业
    由于大规模集成电路的迅速发展,电子行业被列为模块化应用成功的领域之一。模块化设计在电子设备中应用广泛,尤其在计算机领域的应用己趋于成熟,国际化行业标准已使计算机模块可以进行自由的匹配、互换。软件行业也广泛的应用模块化方法,随着组件技术与CORBA的发展,提高了软件模块化应用程度。
 
    家具行业
    大多数家具行业原本都是按照传统的大规模生产方式,靠批量生产来换取经济效益。由于市场的变化,对家具的要求变为多品种、少批量。为了是响应新的市场环境的变化,增强企业核心竞争力,越来越多的家具企业也开始采用模块化设计方法进行家具的设计。
 
2.4 家具模块化设计基础
    家具模块化设计是指模块通过标准化的接口组合成家具的设计方法。组合形式不同,所形成的家具样式也尽相同,因此模块化设计能迅速实现家具产品的多样化,以满足市场多样化需求的设计方法。进行模块化设计最重要的是要充分考虑模块的易加工性、通用性、使用概率等因素,尽量缩减模块种类,对家具产品进行适当的模块划分,降低生产制造的间接成本与供应链的成本。
 
    家具模块化设计是在产品规格系列化、标准化和零部件通用化这“三化”基础之上慢慢发展起来。家具模块化设计主要从三个层次展开:家具模块化总体设计、家具模块设计和家具模块化产品设计,图2.5是家具模块化设计的程序图。
 
图2-5家具模块化设计程序图
 
    相比于传统的设计方法,家具模块化设计呈现诸多新特性。首先,它是对模块和家具产品系统的设计,既要设计模块,又要设计产品。另外,它以通用化、标准化的零部件快速组合成产品,实现了家具的多样化。模块化设计不同于标准化设计,标准化设计带来的是单一的产品,而模块化设计则不同。
 
2.4.1 生产模式的演变与模块化设计的产生
    至今,生产组织模式已历经多种生产组织形态的演变历程,典型的有:单件小批量生产、大批量生产、成批生产以及大规模定制生产模式。生产模式的演变与当时的制造战略有着密切关系。在上世纪五六十年代重视生产规模,七十年代开始转变为关注成本,八十年代转型为以产品质量为战略核心,到了九十年代,变成以快速响应市场变化为出发点,二十一世纪的制造战略将是生产出个性化、多样化的产品以满足客户的需求。在不同的制造战略下,必然需要建立与之相适应的生产模式。
 
    大批量生产模式历经多年的实践和发展,形成了一套理论分析方法和实践绩效双重支持的哲学思想。其专业化和内部分工应用“简单重复操作”一方面提高了生产效率,另一方面也缓解了复杂机器技术与低素质劳动者之间的矛盾。但是大批量生产模式却导致了生产过程投入的知识、信息、组织和人的分离,造成了巨大的资源浪费,已满足不了市场的要求,加上科技进步与市场环境的多变,大批量生产出现了巨大困难,图2.6是大批量生产的动态循环图,其中最为关键的几大因素是:统一的市场、稳定的需求、长的产品开发周期与生产周期,任何一个因素发生变化都可能导致大批量生产的顺利进行。
 
    对于多数家具厂商来说,维持图3.4中动态循环的几个关键因素已经发生了重大的变化甚至已经不复存在。目前的制造企业已经出现以下特点:
    (1)产品生命周期短;
    (2)消费者需求个性化、多样化;
    (3)交货期短;
    (4)多品种、小批量产品比例增大;
    (5)市场多变性。
 
    随着大批量生产陷入前所未有的困境中,在市场变化的“拉动作用”和制造技术进步、管理方法创新的“推动作用”下,大规模定制生产方式应运而生。快速响应动态多变的市场,以低成本、高质量生产出满足消费者需求的个性化产品,为客户提高服务水平,这样我国的家具制造业才能在全球的竞争中得以立足。
 
    作为一种新的生产组织方式,大规模定制生产模式取代大批量生产模式是制造业发展的必然结果。它解决了大批量生产模式不能解决的问题:产品开发周期长、交货期难掌控、产品成本高,质量无法保证、难以适应现有的管理模式。
 
图2-6大批量生产动态循环图
 
    人们除了满足低层次需求之外、制造技术的进步和管理方式的创新为生产个性化产品提供了有利条件。随着计算机技术、数控技术、信息技术、加工中心、CAD、CAM、CIMS、FMS、ERP、PLM、GT、JIT等的应用,使制造企业能在短时间内制造出成本低、质量好、满足客户要求的产品。这些制造技术和管理方法的应用,加速了大规模定制生产方式的产生。
 
    正是由于在大规模定制生产模式以及现代化信息技术的环境下,针对客户需求多样化、个性化的发展趋势,模块化设计才逐步被制造型企业引入到企业的设计制造当中。
 
2.4.2 家具制造企业实施模块化设计的技术条件
    计算机技术的空前发展为产品进行模块化设计带来了有利条件。设计产品时,将产品采用模块的形式存入数据库,这些模块具有相互组合的可能性,客户进入企业的官方网站,便可对这些模块进行重新组合,像NIKE公司就已经通过网络对其运动鞋的设计实施模块化,对其产品进行自动组合,为公司产品研发带来极大的便利。
 
    CAD等技术的不断发展与应用,提高了速度与精确度,让更复杂的模块系统的设计成为可能。就家具产品的CAD而言,建立了原材料库、五金零件库、产品模块库,包括结构模块、功能模块、软件模块等,设计者通过计算机网络和通信技术,调用和查询各种信息及模块,在屏幕前设计和组合产品。实行在“弹性工作制”的方式下分散进行,这样不仅提高了设计效率,也达到了对生产的最佳控制。
 
    当前,市场上出现了多款家具设计的软件,为模块化设计提供了技术基础。像广州圆方软件、德赛家具电脑展示系统、广州中望公司的RDMAX软件、数夫裁板管理系统都是专门针对家具制造企业开发的。
 
2.5 本章小结
    本章首先总结了制造业信息化建设的特点,然后从信息化的角度介绍了家具制造企业当前所面临的管理现状,并结合PLM技术制定了一套信息集成的解决方案。讨论了模块化设计的方法以及与传统设计方法的区别以及家具模块化产生的背景与技术条件。
 

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