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化工食品行业背景

近年来,得益于发达国家发展有量与新兴发展中国家持续增长的增长,全球化工产业出现持续增长的发展势头。化工产品科技含量也在不断提升,新产品层出不穷,呈现出高性能化、节能环保的趋势。但是,化工行业竞争日益激烈,产品结构性过剩矛盾突出,厂商众多,但产品同质化严重,市场竞争压力大,随着全球化发展,今后5年,中国化工市场将继续保持稳定增长。化工行业发展提供了巨大的需求动力。

领先企业为了加速全球化进程,降低成本,提高质量,领先企球化工企业智能研发体系业务发展方向主要表现如下:
1)领先化工企业的大型化和集团化;
2)全球化工市场的发展,在很大程度上由大型化工制造商引导,特别是普利司通、米其林和固特异三家公司组成的“第一军团”,依靠雄厚的资金实力、先进的研发技术和强大的品牌影响力遥遥领先其他化工厂商。
 
 
 
基于对化工及其他相关行业发展经验,全球领先集团级企业重点围绕几个方面的研发体系建设,巩固企业在研发和产品方面的优势。
1建立跨地域的协同设计和管理环境,提升内部及外部协同能力;
2建立涵盖整个产品生命周期的闭环研发管理体系;
3应用精益设计、试验手段,改善产品关键技术,保持核心技术优势;
4建立有效的集团及信息管控和研发管理。

由于化工行业固有的规模经济效应,未来化工企业会延续大型化和集团化趋势。研发体系建设在此技术上,依靠智能研发平台、云技术、互联网大数据技术,将更加有利于大型企业实现数字化战略。国内化工企业只有做大做强,才能在化工行业市场竞争和整合潮流中占有不败之地。

研发力度不断加强,创新成果不断涌现
尽管在研发方面领先企业已经占有领先优势,但为了增强创新能力,世界主要化工制造企业还在不断加大科研力度,研发经费投入也不断增加,化工行业新产品、新技术不断涌现,研发成果的应用和推广使得化工产业的生产效率和产品质量不断提升。

随着新兴市场的发展壮大,全球领先企业在中国及主要市场国家纷纷建立技术中心,加大研发投入,直接开发和生产适合各个终端市场用户的产品,快速占领市场。同时建立各类高科技实验室和智慧研发系统平台,来提高创新和开发效率。

化工行业在产品创新能力、全球化协同等方面对企业研发信息化提出了更高的要求,同行领先企业在智能研发体系平台建设方面已经或正在投入大量的精力,促进研发体系和研发能力的领先地位,以研发业务核心能力提升为导向,并考虑全局的IT建设和规划策略,逐步实施相关的平台建设。

先进管理平台的实施不仅提高了业务操作的效率和规范性,建立起循环积累的企业知识体系,加速了项目执行的效率和产品研发的进程、产品制造和上市的进程,为企业带来切实的管理效益,全面提升企业的综合研发实力和整体竞急力。

清软英泰PLM为化工行业为企业搭建了智能化研发统一管理平台,将整个研发流程从需求管理收集、竞品分析、配方管理、轮胎结构设计、施工设计、试做试验等各个阶段的业务纳入平台进行规范的管控。每一个环节都实现了规范化的业务管理和执行,以及专家向导式的智能化产品设计,设计成果改变了以往手工作业的方式,自动化、图形化的进行呈现。批量变更管理能力则使得所有相关数据能够快速的响应业务的变化,而不会产生错漏的情况。


一.材料管理
结合其它化工企业的做法,清软英泰推荐在配方及材料设计、工艺和制造过程中使用材料代码以替代原材料编号和名称,这主要有几方面的好处:

1) 提高数据特别是材料、配方数据的去安全性,通过材料代码无法知道真实材料编码及相关技术资料,只有极个别用户可以通过材料代码对应表查看材料代码对应的真实材料。
2) 灵活处理相同材料由于供货商、包装等差异而带来的一种材料多个原材料编号,简化设计、工艺等过程复杂度。

通过使用材料代码还可以由一个材料代码表示一个多个等效的原材料。通过对材料代码对应表设定严格的访问权限,保证数据的安全。
图1 材料代码管理 
图1 材料代码管理

材料代码同样由材料工程师在系统中创建并维护其与原材料的关系。在原材料经过试验、验证符合要求之后,材料工程师负责将材料代码、原材料使用特定的审批流程进行发布。材料代码发布之后,配方工程师可以在配方设计过程中直接直接使用材料代码。


1.1 原材料分类库
PLM系统中对于材料不仅需要存储其编号、成分、密度、供应商等通用属性,还需要根据不同种类材料的特性管理其详细的工程技术参数,以方便用户根据这些技术参数查找所需的原材料或者在设计过程中方便获取材料相关参数。因此,管理员在系统中针对各种材料定义企业需要的技术参数,材料工程师需要对每种新引进的材料进行分类并填写各种技术参数。所有有权限的用户都可以基于材料的分类库按照定义的技术参数查找符合条件的材料,并以列表的形式展示查询结果。 
图2 原材料分类管理 
图2 原材料分类管理
 
1.2 原材料MBOM
诸如合成胶、硫磺等原材料,其成分可能包括几种原材料,可以使用原材料MBOM定义复合材料的组成,原材料的MBOM信息示例如下:
 

二.面向化工的配方设计管理
2.1 配方编码及配方多方案
配方项目立项之后,配方工程师首先申请配方编号,进而在系统中创建配方,填写其通用属性。申请配方号的时候可以申请临时配方号也可以申请正式配方号。对于一个配方有多种方案的情况,如果需要分别构建配方BOM及进行试制和验证需要申请多个临时配方号。在某一方案的配方被选定之后通过另存的方式生成正式的配方号。
配方数据结构化关联管理 
图3 配方数据结构化关联管理

配方创建完成之后,工程师需要填写配方的物性标准、参考指标等信息。通过分类技术参数查询配方:
1) 在项目立项确认是否有重复、近似的配方可以满足设计需求,避免重复立项。
2) 查找近似的配方,参考既往项目的设计经验,快速派生新配方。
配方数据分类管理 
图4 配方数据分类管理

2.2基础配方结构
配方工程师可以通过多种方式构建基础配方结构:

1) 根据现有的配方使用另存、复制功能快速生成新配方的基础结构。
2) 在Excel或者文本文件中编制基础配方结构,使用工具导入系统生成BOM
3) 使用PLM功能强大的结构管理器手工搭建基础配方结构,可以使用查询、直接输入编码、复制粘贴等方式添加材料代码或者原材料。
配方工程在基础配方结构中可以维护每种材料的用量、体积比等信息。
配方结构管理 
图5 配方结构管理

2.3 配方设计导引与分段配方结构
基础配方设计完成、进行车间小试之前,配方工艺工程师需要设计分段配方BOM,在这个过程中需要综合考虑材料特性、设备(密炼机)特性等多方面的因素,通过繁杂的方式测算和规划材料投入的顺序、数量及材料密度,在没有工具辅助的情况下,工程师完成这一过程需要具备长时间的经验积累。使用客户化开发的配方设计导引可以辅助工程师完成这一过程,大大简化操作过程。配方设计导引的目的是:

1) 将基于材料特性、设备特性约束的配方分段逻辑内化为程序运算的逻辑,使设计经验得以积累、继承、重用进而不断优化。
2) 将各种复杂计算的过程和逻辑由程序实现,提高效率
3) 通过单一的界面进行配方分段规划和设计,实时查看分段配方设计的结果,减少过程反复和错误
 
 
配方专家系统 
图6 配方专家系统

配方工程师启动配方设计导引后程序将:
1) 计算配方的密度;
2) 依据标准作业流程规划配方分段数量及材料的分段投入数量;
3) 创建配方每段母炼胶和终炼胶;
4) 搭建分段BOM;
5) 根据配方分段搭建从母炼工艺到终炼工艺的配方BOP。

为了保证一定程度的灵活性,配方工程师可以依据设计导引规划的分段数量及材料分段投入数量手工调整分段数量及材料分段投入数量。
构建完毕的配方分段BOM的示例如下:
分段配方BOM 
图7 分段配方BOM

搭建完毕的配方BOP结构示例如下:
配方BOP 
图8 配方BOP

配方设计导引需要使用到配方、材料代码、密炼机、公差等数据必须已经存在于系统中,这些数据的结构化信息、数据之间的逻辑关系必须按照要求填写完整。

2.4 配方工艺与施工概述
为了应对生产现场配方施工表的格式、内容灵活多变的需求,配方工艺设计的重要工作是将配方工艺的相关信息以在PLM中以结构化方式进行组织和管理。这其中包括:

1) 包含配方生产的每段母炼过程的工艺结构;
2) 每段工艺过程产出的母炼半成品及最终胶料;
配方工艺结构化管理 
图9 配方工艺结构化管理
3) 工艺过程中使用的设备(密炼机)
4) 每段母炼或者终炼过程中投入的材料及其数量
 

2.5 完善配方工艺信息
初版的配方工艺、配方BOP、每段配方工艺投入材料数量以及每段配方工艺产出物,可以由配方设计导引辅助生成。配方工艺工程师还需要定义每段母炼及终炼的详细的工艺信息,包括:

1) 工艺中详细步骤
2) 操作时间、温度参数
3) 材料投入的顺序及数量
4) 根据填充系数或者重量系数计算每种材料的投入的数量和顺序

上述这些信息的定义也可以由用户选择选择配方工艺中的每段工艺在统一的界面上完成:
配方工艺信息定义 
图10 配方工艺信息定义
 
2.6 配方施工表
在基础配方BOM及分段配方BOM和配方的工艺信息完成之后,用户可以直接生成配方施工表,或者是在将配方提交流程审批的时候自动产生现场使用的配方施工表,并通过流程审批发布。

2.7 配方的权限控制
配方的BOM及其对应的材料、材料代码作为企业的核心机密,其权限需要进行严格的管控。通过PLM的权限结构树,对配方、基础配方BOM、分段配方BOM、材料代码、材料代码对应表、原材料及其BOM可以分别设定访问权限。确保只允许必要的用户才可以查看相关信息。
对于部分部门临时查看配方信息的需求,在经过批准之后可以临时性赋予指定的用户对特定的配方的查看权限。并且配方与材料部门可以随时取消用户对特定的配方数据的临时查看权。

通过PLM的基于项目的权限可以限定只有项目成员可以查看配方的相关数据,管理员可以根据需要随时调整项目中的成员,以灵活控制用户对数据的查看权限。只有试验验证合格的配方才能供结构设计部门使用。因此可以对配方设定不同的生命周期或者审核状态,比如:工作中、审核中、测试试验、发布。对于工作中、审核中、测试验证中的配方只有配方与材料部门的特定用户才可以查看,其它部门无法查看。

2.8 配方材料替换
对于化学成分相同但是由于供应商、包装、形态有区别的物料,如果需要给出不同的材料编号,需要进行材料替换。这里需要区分几种不同场景进行处理:

1) 如果几种原材料编号可以由一个材料代码表示,则几种原材料可以视为完全相同。由于配方中使用的材料代码,因此对于设计、工艺过程都没有影响。相关操作可以参见 “材料代码管理”部分相关内容;
2) 如果是原材料编号分别对应不同的材料代码,这时如果需要进行材料替换则需要区分两种情况;
3) 对于等量替换,可以通过为为一个材料代码设定备选件或者在配方BOM中设定材料代码的替换件的方式进行处理;
4) 对于非等量的材料替换,清软英泰建议配方工程师需要重新设计一个配方编号,并重新设计基础配方、分段配方和配方工艺。然后在两个配方之间定义备选件的关系,或者在半成品下定一个配方为另外一个配方的替换件。
 



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