制造業(yè)綜合信息管理平臺(tái)構(gòu)筑

劉 寧（山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012）

制造型企業(yè)信息化是由“企業(yè)”、“價(jià)值鏈”和“產(chǎn)品和服務(wù)”三個(gè)坐標(biāo)形成的立體架構(gòu)，制造企業(yè)不僅是生產(chǎn)物質(zhì)產(chǎn)品的工廠，也是向客戶提供服務(wù)和知識(shí)、使客戶通過(guò)使用產(chǎn)品獲得增值、與客戶和供應(yīng)商一起創(chuàng)造價(jià)值的組織。換言之，以信息化為核心的新型工業(yè)化，將使制造企業(yè)從單一產(chǎn)品的生產(chǎn)型企業(yè)向?yàn)榭蛻籼峁┙鉀Q方案的服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)換。

1 平臺(tái)建設(shè)總體規(guī)劃

企業(yè)信息化管理建設(shè)進(jìn)程是由企業(yè)內(nèi)部管理向外部管理、企業(yè)核心業(yè)務(wù)向企業(yè)整體業(yè)務(wù)擴(kuò)展的，總體來(lái)說(shuō)，有以下五大階段：

第一階段，企業(yè)信息化基礎(chǔ)建設(shè)。這是為進(jìn)行信息化管理建設(shè)的核心工作。在此階段，企業(yè)一方面要逐漸改變自身多年的人工管理和工作習(xí)慣以適應(yīng)信息化管理帶來(lái)的管理升級(jí)，另一方面著力構(gòu)筑信息化所必需的軟硬件設(shè)施及平臺(tái)，包括網(wǎng)絡(luò)硬件、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等等，搭建起信息化基礎(chǔ)平臺(tái)。

第二階段，針對(duì)企業(yè)的核心部門進(jìn)行信息化建設(shè)。先從產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門入手，逐步建立起相互獨(dú)立的部門級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，短時(shí)期內(nèi)能滿足本部門生產(chǎn)管理需要，繼而滿足企業(yè)最低的信息化管理需求。

第三階段，集中對(duì)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)活動(dòng)之間進(jìn)行有效互聯(lián)。在此階段，ERP起最為重要的作用。通過(guò)對(duì)軟硬件平臺(tái)進(jìn)行同構(gòu)化建設(shè)以實(shí)現(xiàn)部門間的信息共享和協(xié)同操作，實(shí)現(xiàn)基于企業(yè)內(nèi)部范圍的管理，最終對(duì)計(jì)劃需求量、安全庫(kù)存量、采購(gòu)提前期、采購(gòu)批量、采運(yùn)方式、采購(gòu)價(jià)格、市場(chǎng)行情和供應(yīng)商等進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和設(shè)定，使企業(yè)的信息化水平得到質(zhì)的提升，保證對(duì)企業(yè)管理可以進(jìn)行事先計(jì)劃，事中控制和事后分析。

第四階段，構(gòu)建現(xiàn)代供應(yīng)鏈信息化系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建現(xiàn)代物流供應(yīng)鏈信息化體系，推進(jìn)信息化管理從企業(yè)內(nèi)部擴(kuò)展到企業(yè)外部、甚至整條供應(yīng)鏈上，實(shí)現(xiàn)企業(yè)上下游協(xié)同管理成為企業(yè)更高的追求。

第五階段，智能化管理。信息化管理不再是企業(yè)物流供應(yīng)鏈、運(yùn)營(yíng)的幫手，而上升到企業(yè)戰(zhàn)略的指導(dǎo)建議層次，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理人的終極目標(biāo)。

2 項(xiàng)目建設(shè)的目標(biāo)

（1）通過(guò)建立覆蓋工廠園區(qū)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)施全套的ERP系統(tǒng)和OA, 從根本上改變企業(yè)較為傳統(tǒng)與落后的管理現(xiàn)狀，提高企業(yè)的工作效率。

（2）通過(guò)應(yīng)用全面機(jī)械設(shè)計(jì)與加工系統(tǒng)軟件CAXA，提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，真正實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到加工一體化。

（3）通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備以及裝配過(guò)程數(shù)值計(jì)算機(jī)模擬軟件、數(shù)控系統(tǒng)軟件、質(zhì)量控制和分析軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。

3 項(xiàng)目建設(shè)的主要內(nèi)容

本項(xiàng)目圍繞著信息資源數(shù)字化、設(shè)計(jì)加工一體化、生產(chǎn)過(guò)程智能化的目標(biāo)來(lái)進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)主體業(yè)務(wù)過(guò)程信息化，促使企業(yè)生產(chǎn)、管理邁向更高的水平，進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)、管理中的作用。

本信息化系統(tǒng)共分解為三個(gè)部分進(jìn)行實(shí)施：

（1）完善企業(yè)網(wǎng)建設(shè)

企業(yè)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該分期建設(shè)，首先建立企業(yè)網(wǎng)的主干，然后建立各個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)，并通過(guò)路由器與INTERNET相連。在此基礎(chǔ)上建立的軟件和信息資源可使企業(yè)內(nèi)部各個(gè)部門聯(lián)入企業(yè)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)根據(jù)權(quán)限訪問(wèn)INTERNET資源，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化。并可通過(guò)企業(yè)的WEB、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件服務(wù)器向INTERNET網(wǎng)及內(nèi)部管理部門提供企業(yè)信息資源。

（2）ERP系統(tǒng)和OA的應(yīng)用

① ERP（企業(yè)資源管理系統(tǒng)）

ERP系統(tǒng)軟件以MRPⅡ/ERP原理為基礎(chǔ)，吸收成套完善的生產(chǎn)管理，采用開(kāi)放的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)資源配置信息傳遞的便捷化和數(shù)據(jù)的精確化。

② OA（辦公自動(dòng)化系統(tǒng)）

規(guī)劃辦公自動(dòng)化軟件采用通達(dá)OA系統(tǒng)，此系統(tǒng)集成了企業(yè)管理功能，標(biāo)準(zhǔn)配置工資管理、檔案考勤管理、人事管理等極具價(jià)值的模塊，構(gòu)成了企業(yè)信息管理的中樞。由于該系統(tǒng)的運(yùn)行速度快，操作簡(jiǎn)便，使得公文、通知等上下行信息的傳遞和部門之間的信息交換、交流和溝通更加便捷，可大大提高辦事效率。

（3）全面機(jī)械設(shè)計(jì)與加工系統(tǒng)軟件CAXA(該軟件集成了CAD、CAE、CAM系統(tǒng))的應(yīng)用

在生產(chǎn)線處理系統(tǒng)上安裝人機(jī)交互界面，集成計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，后臺(tái)采取模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各工序、接點(diǎn)之間的優(yōu)化連動(dòng)，從而極大地提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)、精度。

4 項(xiàng)目建設(shè)方案

4.1 企業(yè)網(wǎng)建設(shè)實(shí)施方案

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是決定網(wǎng)絡(luò)性能的主要技術(shù)之一，同時(shí)在很大程度上也決定了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸速度、可靠性、通信效率。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的投資和性能產(chǎn)生重要的影響。

企業(yè)廠域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)上分為核心層、匯聚層和接入層；分層思想使網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，針對(duì)每個(gè)層次進(jìn)行模塊化的分析，對(duì)統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)非常有幫助。對(duì)本企業(yè)廠域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，采用以下三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：

（1）核心層：核心層的功能主要是實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)路之間的優(yōu)化傳輸，核心層設(shè)計(jì)認(rèn)為的重點(diǎn)通常是冗余能力、可靠性和高速的傳輸。

（2）匯聚層：匯聚層的功能主要是連接接入層節(jié)點(diǎn)和核心層中心。

（3）接入層：在核心層和匯聚層的設(shè)計(jì)中主要考慮的是網(wǎng)絡(luò)性能和功能性要高。企業(yè)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4.2 建設(shè)ERP系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化OA系統(tǒng)

從功能方面來(lái)看，ERP和OA有著本質(zhì)的區(qū)別。其中ERP傾向于業(yè)務(wù)管理，OA則是對(duì)ERP之外的企業(yè)其他資源的整合管理。

（1）ERP系統(tǒng)

制造企業(yè)實(shí)施ERP系統(tǒng)是一個(gè)最見(jiàn)效益的過(guò)程。建立在網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以市場(chǎng)和客戶需求為導(dǎo)向，以計(jì)劃與控制為主線，集成管理人、財(cái)、物、供、產(chǎn)、銷六大資源的ERP系統(tǒng)無(wú)疑是提升管理的利器，ERP系統(tǒng)建立企業(yè)信息共享平臺(tái)，打通企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈，部門間人為協(xié)調(diào)工作減少，溝通成本將大幅降低。ERP系統(tǒng)實(shí)施后的直接效果是庫(kù)存降低，停工待料和延期交貨減少，由于庫(kù)存費(fèi)用下降，勞動(dòng)力的節(jié)約，采購(gòu)費(fèi)用節(jié)省等一系列效應(yīng)，必然會(huì)引起生產(chǎn)成本的降低。

（2）辦公自動(dòng)化OA系統(tǒng)

OA作為一種綜合自動(dòng)化管理的信息化工具，其適用于不同階段的員工。涉及的服務(wù)涵蓋企業(yè)EIP（企業(yè)信息門戶）、KM（知識(shí)管理）、HRM（人力資源管理）、CRM（客戶關(guān)系管理）、WM（工作流程管理）、PM（項(xiàng)目管理）、電子政務(wù)、內(nèi)外網(wǎng)一體化管理等方面，通過(guò)應(yīng)用，使得企業(yè)人力、財(cái)力、物理、信息、流程等資源集中于統(tǒng)一的OA管理平臺(tái)之上。同人力資源、客戶關(guān)系、企業(yè)信息等方面協(xié)調(diào)組織起來(lái)，有效的解決了企業(yè)內(nèi)信息、資源和應(yīng)用三者孤立的管理難點(diǎn)。以緊密連接與高效協(xié)作的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，為企業(yè)搭建一個(gè)全面協(xié)同的數(shù)字化管理平臺(tái)，成為企業(yè)面向過(guò)程管理的重要信息化工具。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖3 系統(tǒng)功能集成圖

4.3 全面機(jī)械設(shè)計(jì)與加工系統(tǒng)軟件CAXA的應(yīng)用

該系統(tǒng)主要是利用PDM、ERP、辦公協(xié)同平臺(tái)將各種應(yīng)用程序CAD/CAPP/CAM等集成在一體，使得分布在企業(yè)各個(gè)地方、在各個(gè)應(yīng)用中使用（運(yùn)行）的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)得以高度集成、協(xié)調(diào)、共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的集群化。

① 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的零件，按照CAPP系統(tǒng)輸出的加工工藝路線（或工藝規(guī)程），經(jīng)過(guò)建立加工仿真模型，進(jìn)行刀位軌跡規(guī)劃，對(duì)刀位軌跡進(jìn)行加工仿真，最后通過(guò)后置處理，生成針對(duì)具體機(jī)床的數(shù)控加工代碼，并將輸出的結(jié)果存儲(chǔ)到PDM系統(tǒng)中。所以可將系統(tǒng)分為如圖2所示體系結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)功能模塊。

② 系統(tǒng)的功能集成

充分利用Pro/ENGINEER的Pro/NC數(shù)控加工模塊的功能，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)的功能集成如圖3所示。

③ 系統(tǒng)的信息流程

CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)是以Pro/NC加工模塊為支撐軟件而進(jìn)行的開(kāi)發(fā)，其系統(tǒng)的信息流程圖如圖4所示。

④ 系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

◆ 加工仿真模型的建立

在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成過(guò)程中，建立零件的加工仿真模型至關(guān)重要。這個(gè)加工仿真模型應(yīng)該能夠完整地、全面地、準(zhǔn)確地描述零件信息。除了零件的幾何信息、拓?fù)湫畔?、工藝特征信息外，還應(yīng)包含有關(guān)的刀具信息、機(jī)床信息、毛坯信息、夾具信息、加工參數(shù)信息和工序排序信息等，因此，這個(gè)加工仿真模型應(yīng)包括零件模型、刀具模型、夾具模型、機(jī)床平臺(tái)模型及坐標(biāo)系統(tǒng)的定義等。

◆ 數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)

在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和傳輸是非常重要的一環(huán)， 要求產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以一種安全的電子文本形式存儲(chǔ)產(chǎn)品及設(shè)計(jì)信息并保證對(duì)信息訪問(wèn)的安全性。要建立零件的加工模型，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)新增的功能，就必須實(shí)現(xiàn)信息集成，這就涉及不同系統(tǒng)間、不同功能模塊間的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)使用Pro/ENGINEER的開(kāi)發(fā)工具Pro/Toolkit編寫應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)交換的接口函數(shù)，將用戶從PDM系統(tǒng)中獲取的各種有關(guān)零件的設(shè)計(jì)信息和工藝信息傳遞到Pro/ENGINEER系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的信息交換。所以，這些數(shù)據(jù)交換的接口函數(shù)創(chuàng)建工作非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)CAPP/CAM系統(tǒng)集成的成敗。

⑤ PDMS與ERP的集成

PDMS與ERP的集成主要體現(xiàn)在PDMS向ERP提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括企業(yè)最基本的物料數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM。另外，PDMS也需要從ERP中獲得設(shè)計(jì)指導(dǎo)信息，并能接受ERP傳遞的反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)工程變更。

設(shè)計(jì)BOM描述的是產(chǎn)品各零部件間的組成關(guān)系和構(gòu)成數(shù)量，是ERP進(jìn)行物料需求計(jì)劃的根本依據(jù)，設(shè)計(jì)BOM來(lái)源于PDMS，因此，PDMS與ERP的集成將完成兩大功能：一是將PDMS中的物料數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)BOM導(dǎo)入ERP中，二是建立PDMS與ERP之間的信息交互功能，以保證PDMS與ERP之間數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)效性。

圖4 系統(tǒng)信息流程圖

4.4 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，擬設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制。新系統(tǒng)要求有數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、流程顯示及控制、連鎖、報(bào)警報(bào)表, 安全維護(hù)等功能。而且穩(wěn)定可靠，監(jiān)控畫面符合操作習(xí)慣。該系統(tǒng)建議采用高速PLC控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

采用PLC可編程控制器組建的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分布式控制，可大大降低現(xiàn)場(chǎng)連接工作量和費(fèi)用，提高信號(hào)的傳輸精度與靈活性。實(shí)現(xiàn)了控制手段的更新和控制效率的提高，使人機(jī)交互可視化以及生產(chǎn)管理與控制的一體化，給系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來(lái)方便。

5 總結(jié)

通過(guò)合理規(guī)劃和有效分步實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理與生產(chǎn)管理的有機(jī)融合，從而形成統(tǒng)一的管理平臺(tái)，達(dá)到提升制造業(yè)產(chǎn)能效率的目的。

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