基于協(xié)同管理的單件小批生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

李立清，路 海，李旭東

（1. 中國(guó)工程物理研究院 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所，綿陽(yáng) 621900；2. 中國(guó)工程物理研究院 應(yīng)用電子學(xué)研究所，綿陽(yáng) 621900)

0 引言

某化工材料制造企業(yè)是一個(gè)典型的多品種小批量生產(chǎn)方式為主的制造企業(yè)，產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工序多，連續(xù)和離散相結(jié)合的生產(chǎn)過(guò)程，處于粗放的生產(chǎn)管理階段。通過(guò)分析企業(yè)生產(chǎn)管理流程和存在的問(wèn)題，提出生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)模型和數(shù)據(jù)模型，采用J2EE多層體系架構(gòu)和構(gòu)件開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的在線協(xié)同編制、車間動(dòng)態(tài)生產(chǎn)調(diào)度和制造資源（工藝、物料、工裝、設(shè)備、人員等）約束配置等，增強(qiáng)了生產(chǎn)過(guò)程中信息的組織、協(xié)同和共享能力[1,2]。

1 生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

多品種小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較多，產(chǎn)品生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，工序比較多和每個(gè)品種的產(chǎn)量少。產(chǎn)品的某些部件可能根據(jù)用戶特殊需要而設(shè)計(jì)生產(chǎn)，生產(chǎn)重復(fù)性比較低，工藝路線常常不同，需要進(jìn)行大量的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，生產(chǎn)中采用的設(shè)備與工藝裝備大多是通用的，但也經(jīng)常有一些小的改動(dòng)[3]。

該企業(yè)承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)，主要圍繞特種化工材料及其部件的生產(chǎn)，生產(chǎn)制造以多品種、小批量為主，制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)流程長(zhǎng)。

企業(yè)接收合同訂單，生產(chǎn)計(jì)劃處作為生產(chǎn)管理部門，負(fù)責(zé)企業(yè)級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃的編制、發(fā)放，生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施跟蹤、協(xié)調(diào)等工作。各生產(chǎn)部門的生產(chǎn)調(diào)度向上接收生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，組織生產(chǎn)實(shí)施，同時(shí)協(xié)調(diào)處理生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)各類問(wèn)題等[4]。質(zhì)量監(jiān)督部門負(fù)責(zé)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的各類質(zhì)量安全監(jiān)督檢查。

在粗放的生產(chǎn)管理方式下，生產(chǎn)計(jì)劃編制難以做到科學(xué)合理；信息的收集和傳遞沒(méi)有有效的途徑，生產(chǎn)任務(wù)的整體進(jìn)展情況無(wú)法及時(shí)掌握；由于產(chǎn)品品種多，資源管理復(fù)雜，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝、物料、設(shè)備等生產(chǎn)配套資源信息無(wú)法及時(shí)掌握，多批次生產(chǎn)任務(wù)并行時(shí)難以進(jìn)行資源配置和平衡；大量的圖紙和技術(shù)文件管理工作量大。這些已成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體業(yè)務(wù)流程

針對(duì)該企業(yè)的生產(chǎn)組織特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成了ERP和MES的部分功能，以生產(chǎn)計(jì)劃為主線，面向各級(jí)生產(chǎn)管理人員（企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、計(jì)劃調(diào)度、質(zhì)量監(jiān)督人員、車間領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度、班組長(zhǎng)等），組織生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)信息，增強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中組織、協(xié)調(diào)與管理的協(xié)同性。

圖1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程圖

生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

生產(chǎn)合同是整個(gè)生產(chǎn)流程的起點(diǎn)，生產(chǎn)計(jì)劃處按照合同要求制定生產(chǎn)計(jì)劃，車間側(cè)重于生產(chǎn)調(diào)度和組織生產(chǎn)實(shí)施，并及時(shí)反饋生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量、安全信息；監(jiān)控生產(chǎn)執(zhí)行情況，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃；同時(shí)進(jìn)行各類相關(guān)生產(chǎn)資源配套的管理。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的J2EE多層體系架構(gòu)技術(shù)，采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）的多層體系架構(gòu)，主要應(yīng)用了Hibernate、Spring和AJAX等技術(shù)[5,6]，表示層通過(guò)界面開(kāi)發(fā)組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，采用AJAX等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面。業(yè)務(wù)層借助SpringFramework進(jìn)行業(yè)務(wù)構(gòu)件的組裝關(guān)聯(lián)，通過(guò)Spring IOC、AOP應(yīng)用、面向接口編程等特性，來(lái)降低業(yè)務(wù)構(gòu)件之間的耦合度，增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)、審計(jì)，事務(wù)和錯(cuò)誤統(tǒng)一處理等功能。

圖2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)圖

圖3 生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)持久層通過(guò)Hibernate和JDBC實(shí)現(xiàn)，完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)視圖、過(guò)程的訪問(wèn)功能。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)和軟件構(gòu)件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)任務(wù)管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)過(guò)程管理和配套資源管理等主要功能，系統(tǒng)主要功能如圖3所示。

生產(chǎn)計(jì)劃管理提供在線協(xié)同計(jì)劃的編制、校對(duì)、會(huì)簽、審核和發(fā)布全過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃的WBS分解，資源占用沖突檢測(cè)、執(zhí)行情況跟蹤、計(jì)劃調(diào)整、歷史追溯、權(quán)限管理、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)控制和生產(chǎn)過(guò)程看板等功能。

在生產(chǎn)計(jì)劃發(fā)布生效后，車間制訂車間級(jí)作業(yè)計(jì)劃，逐級(jí)分解任務(wù)，進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和資源調(diào)配，管理與生產(chǎn)有關(guān)的工單、人員、設(shè)備和物料流向，并將生產(chǎn)指令傳達(dá)給PCS層的設(shè)備，及時(shí)反饋生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量情況，跟蹤整個(gè)生產(chǎn)執(zhí)行情況。

生產(chǎn)配套資源管理，為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程提供相關(guān)的配套資源保障信息，按照各生產(chǎn)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和緊急程度，確定資源占有時(shí)序和資源配置比例，當(dāng)多批次生產(chǎn)任務(wù)并行時(shí)有效進(jìn)行資源配置和平衡。包括：

1）工藝知識(shí)庫(kù)管理：工藝流程是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的具體描述，包括工藝路線和工藝規(guī)程、工藝過(guò)程卡、工藝卡、工序卡和操作指導(dǎo)書等工藝文件的管理，為生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度提供工藝路線、工時(shí)等信息；

2）庫(kù)存管理：進(jìn)行一、二級(jí)倉(cāng)庫(kù)中產(chǎn)品、半成品、原材料、元器件等的庫(kù)存、領(lǐng)料和物料狀態(tài)等管理，為生產(chǎn)過(guò)程提供庫(kù)存物料選擇和配套；

3）設(shè)備工裝管理：提供生產(chǎn)和測(cè)量設(shè)備、刀具夾具的狀態(tài)、使用明細(xì)、借出、歸還等管理，為生產(chǎn)提供可用設(shè)備工裝的選用、占用沖突檢測(cè)和調(diào)配；

4）班組信息管理：提供車間班組人員的管理，實(shí)現(xiàn)工藝操作人員的分類管理、人員技能、出勤和承擔(dān)生產(chǎn)任去情況等，提供生產(chǎn)人員的選用和調(diào)配；

5）技術(shù)文檔和模板庫(kù)管理：對(duì)各類技術(shù)文檔進(jìn)行分類授權(quán)管理，同時(shí)將生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的有效經(jīng)驗(yàn)采用模版庫(kù)方式進(jìn)行管理，為重復(fù)利用提供便捷的手段。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)多品種小批量生產(chǎn)模式的化工制造企業(yè)，采用J2EE多層體系架構(gòu)和構(gòu)件開(kāi)發(fā)技術(shù)，提供了生產(chǎn)任務(wù)管理、生產(chǎn)計(jì)劃編制、動(dòng)態(tài)生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)資源管理和人員角色權(quán)限管理等功能，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)及資源信息的集中管理和共享，為各級(jí)部門提供了及時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控，增強(qiáng)了組織、協(xié)同和共享能力。該系統(tǒng)在縱向上集成了ERP和MES的部分功能，同時(shí)提供與PCS的接口，橫向上提供與CAPP和PDM的接口，同時(shí)提供與質(zhì)量管理等系統(tǒng)的接口，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、質(zhì)量管控等環(huán)節(jié)的融合。

[1] 陳峰,楊殿才,朱可輝,王海清.基于MES的輪胎成型和硫化生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2010,27(1):108-112.

[2] 陳志祥,溫建明.敏捷協(xié)同生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)工程,2010,13 (4):62-68.

[3] 但斌斌,楊莉,易建鋼,等.基于單件小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2009(8):263-265.

[4] 寧文慧.機(jī)械加工車間制造過(guò)程信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].重慶:重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,2008.

[5] Digital Sonic.Spring Framework 開(kāi)發(fā)參考手冊(cè)2.0[EB/OL].http://www.redsaga.com.

[6] Sun Microsystems,Inc.Simplified Guide to the Java?2 Platform Enterprise Edition[EB/OL].http://java.sun.com/j2ee/reference/whitepapers/j2ee_guide.pdf.