基于物联网的精益运行管理技术平台

一、 项目背景

在工业工程视角下，企业的增值行为主要在生产现场。企业的主要资产也在生产现场。所以，企业管理的核心在于生产现场运行管理。企业的信息化管理必须围绕生产现场运行管理作为核心。例如：制造业的生产现场为车间，码头生产现场为堆场与泊位，物流运输企业的生产现场为运载车队，医院的生产现场为治疗中心等。

由于现代企业的现场复杂且要求迅速处理现场动态问题，运行（运筹）管理是21世纪技术管理问题中最困难的学科之一。精益管理源于精益生产，并由“丰田生产管理”为典型的模式。“杜绝一切浪费”是精益管理的核心思想。精益管理的思想和方法（例如5S）在工业生产甚至社会经济领域产生了重大的影响。但是，产生于上世纪70年代的精益生产体系，由于没有系统工程、运筹学成果的支持，很多理论都停留在定性的分析和指导性的咨询层面。在世界工业产品的生产模式从大批量流水作业，向以市场化小批量客户化的模式转变的情况下，传统的精益管理理论和方法都不能适应当前企业管理需要。

在21世纪，运筹学的成果，计算机技术，尤其是复杂系统的优化技术使精益管理方法及技术得到迅速发展。我们研究的基于大规模优化领域的创新方法——嵌套分割法（NP方法），为现代精益管理提供了理论基础与技术保证。NP方法被列为国际上最先进的运筹学和管理科学重大成果之一。相关专著已由Springer出版。

二、主要技术内容

1.工业软件：

（1）精益管理系统

根据KPI(关键指标)给出每个节点问题；同类问题在不同层面细化流程节点管理

精益系统成功地在装备制造业的变压器、电机、汽车零配件等行业使用

平均给企业提高产能30％，减少库存50％，提高客户满意度90％；此项成果填补了信息管理软件的空白：

（2）制造业生产现场管理

（3）商业化远程教育考场优化排程系统考试排程系统提高资源使用率达40%，有效节省学校的费用，降低了教师的工作强度，节省了学校、教师、学生的宝贵时间。具有非常好的经济和社会意义。

本系统成功应用在中国最大的远程教育服务中心。

（4）物流运营优化调度系统

物流配送系统的布局优化以及运输调度的优化是提高物流运营效率的关键。全世界的运输车辆有三分之一处于空载状态。

我们研发的优化配送布局系统可以提高运营效率达20％，有效减少运输车辆的空载流程。

（5）港口堆场泊位优化调度系统

港口泊位和集装箱堆场调度问题直接影响到港口作业的效率与效益。集装箱排程优化问题非常复杂，世界上最先进的码头管理系统之一COSMOS仍然需要手工操作堆场计划。

采用优化技术进行实时计划调度可以提高港口堆场计划的有效率达30％，堆场利用率达20％，岸桥作业能力提高30％。

三、主要创新点

布局优化设计可以比较各种设计方案的结果，提高整体信息传递的工作效率。NP方法是一个有效的全新的优化框架，特别是NP方法可以支持领域专家（领域知识）对优化过程的直接参与，并且将这一参与过程系统化从而证明它将生成一个马科夫链并且收敛到全局最优解。迄今为止，我们还没有发现有类似的优化方法存在。基于这一理论基础，我们可以对各种NP混合算法的收敛性进行定量研究，从而对每一类应用问题找到最佳算法并且给出判断最优解的置信区间。

1）保证实时计划排程：我们采用的新方法（NP）方法能系统而有效地将领域知识（专业知识）及其它优化算法纳入到到搜索过程中。从而使得搜索最优排程计划不再是个黑箱（Black-box），许多复杂的约束条件都可以在搜索过程中得到满足。由于NP算法的高效性，从而使得我们的产品可以做到实时计划调度。

2）保证收敛到全局最优解：我们已经证明NP算法可以生成马可夫链从而全局收敛到最优解。

3）提供最优解的置信区间：NP理论基础使得我们可以提供最优解的置信区间。

4）并行算法结构：NP具有天然的并行算法结构。可以最大限度利用局域网资源，提高运算速度。提

四、技术成熟和可靠性

技术成熟，可以直接应用到实际工作中。

五、知识产权

自主知识产权。

六、国内外相关技术现状与趋势

复杂系统的计划调度管理与资源优化配置事关我国国民经济长远发展。这些复杂系统如制造系统，交通物流，高速铁路，电力网络，生态环境，医疗系统，教育系统，金融系统等的有效管理与控制对我国国民经济下一步的发展具有重大影响，是关系到可持续发展和建立节约型社会发展目标的核心问题。

ERP对于生产管理的缺陷是天生的，它出生之初的目的就是为了上层管理者服务的。ERP中的生产部分一般由如下几大模块构成：MPS（主生产计划）、MRP（物料需求计划）、MOM（生产订单管理）、SFC（车间现场管理）。由于ERP是基于无限产能，并且是以订单向后“推出”的计划，所以无法给出生产详细计划准确交期详细的排产安排以及物料需。ERP生产管理模块（MPS、MRP、MOM、SFC）提供的就是一个非常粗略的计划与生产过程数据采集统计功能，无法满足用户实际的生产流程控制。必须一个计划层和控制层之间的执行环节。于是，生产管理的任务当然地由MES（制造执行系统）来完成了。MES制造执行系统的理念起源于上个世纪90年代，MES软件在最近若干年才逐渐成熟。MES是在公司的整个资源按其经营目标进行管理时，为公司提供实现执行目标的执行手段，通过实时数据库连接基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供业务计划系统与制造控制系统之间的通信功能。

近十多年来，中国通过863CIMS项目应用的研究和推广，大大提高了企业的竞争力，使中国的制造业水平上了一个崭新的台阶。“十五”期间，国家863项目研究将MES作为重点研究课题，流程工业领域MES成为技术研究的突破口。

在离散型制造企业如何应用MES系统？在工厂底层自动化完善的车间或工厂，实施MES比较容易。但是目前中国制造企业底层自动化都不完善，通过自动化返回信息进行生产控制不可能一步到位，必须根据底层自动化水平的提高，局部完善。目前实施MES的实时生产信息必须由人工收集与输入。要充分发挥执行层MES的作用，必须加强底层（控制层）的基础建设。

七、市场状况

1.市场状况产品市场份额：>600亿。2009年GDP：33.5万亿。装备制造业：大约6万亿。增加产能10%→GDP6千亿。

2.市场竞争状况竞争不充分，能够提供整体解决方案的企业不多；能够结合实际情况的要求，开展有针对性的研发和开发的单位就更少，因而发展个性化的解决方案是重要的竞争手段。

八、产业化方案

建立合作型公司，共同推进市场开拓和整体解决方案的开发实施。投资估算：1000万元人民币。