機(jī)械加工車間動(dòng)態(tài)生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 靜

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600）

0 引言

目前制造型企業(yè)機(jī)械加工車間在生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制定和執(zhí)行過程中存在不銜接現(xiàn)象，造成設(shè)備的負(fù)荷失衡，工時(shí)定額不能合理地調(diào)整，影響了生產(chǎn)管理效率，因此機(jī)械加工車間的生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)用勢(shì)在必行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與相關(guān)集成

1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

機(jī)械加工車間動(dòng)態(tài)生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)開發(fā)的主要任務(wù)就是運(yùn)用合理的生產(chǎn)計(jì)劃與控制方法來(lái)優(yōu)化一定的生產(chǎn)指標(biāo)參數(shù)，比如減少在制品數(shù)量、縮短整個(gè)生產(chǎn)周期以及降低生產(chǎn)成本等。動(dòng)態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與控制系統(tǒng)應(yīng)能夠促進(jìn)與生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)范準(zhǔn)確，對(duì)生產(chǎn)過程資源進(jìn)行有效管理，為整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施與執(zhí)行提供可靠的保證。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、自動(dòng)化和科學(xué)化，要達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的，減少生產(chǎn)控制不當(dāng)而引起的資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。

1．2 功能的集成

整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)應(yīng)包括多方面的功能，例如基礎(chǔ)信息查詢功能、生產(chǎn)加工狀態(tài)信息查詢功能、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度功能、資源狀態(tài)查詢功能等。

生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)作為生產(chǎn)系統(tǒng)的核心，要保證其順利運(yùn)行，必須將該系統(tǒng)與其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行集成，相互支持與配合，這些系統(tǒng)包括工況／機(jī)器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDA）、MRPII／ERP系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）系統(tǒng)以及資源管理系統(tǒng)。各系統(tǒng)功能集成如圖1所示。

通過MRPII／ERP系統(tǒng)把作業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)給生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)；通過PDA采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并且傳遞給生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)調(diào)度進(jìn)行反饋；通過計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)工件的工藝過程，將工藝信息傳遞給生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)；通過資源管理系統(tǒng)來(lái)管理現(xiàn)場(chǎng)資源，并且將資源狀態(tài)信息傳遞給生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)；通過計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)下達(dá)的具體任務(wù)。

圖1 各系統(tǒng)功能集成示意圖

1．3 信息的集成

信息集成的關(guān)鍵在于各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的傳輸與共享，及時(shí)準(zhǔn)確的信息是整個(gè)系統(tǒng)有效運(yùn)行的決定因素，所以信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸及共享等問題是解決信息集成的關(guān)鍵所在。

（1）系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，各站點(diǎn)獨(dú)立自治，相互支持，相互配合，服從組織的分布式管理與控制，提高了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的可用性、可靠性以及通信效率。

（2）數(shù)據(jù)分配：根據(jù)各類數(shù)據(jù)的用途將其分別放在相應(yīng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的站點(diǎn)中，以達(dá)到局部自治的要求，減少站點(diǎn)間的通信次數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸量，提高系統(tǒng)效率和安全性。對(duì)于固定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或不經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)，應(yīng)考慮它們的可用性，根據(jù)需要可以適當(dāng)設(shè)置多個(gè)副本；對(duì)于頻繁更新的數(shù)據(jù)，應(yīng)減少冗余，維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，及時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（3）資源共享：在多用戶查詢的情況下，應(yīng)充分利用其可并行性并優(yōu)化各類數(shù)據(jù)的分布，向用戶提供一個(gè)完全透明的數(shù)據(jù)平臺(tái)，設(shè)置統(tǒng)一的訪問接口，以達(dá)到查詢的并行性；對(duì)于不同用戶的訪問權(quán)限給予不同的設(shè)置，防止對(duì)數(shù)據(jù)非法改動(dòng)，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的安全性。

（4）數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)間的訪問與信息共享都是通過網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)訪問使用瀏覽器和服務(wù)器的接口機(jī)制。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)要能夠與現(xiàn)有的環(huán)境進(jìn)行信息交換，并作為其中的一部分，因此應(yīng)提供與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)通訊的通用接口，利用ADO完成數(shù)據(jù)訪問。ADO通過OLE DB作為中間件進(jìn)行訪問。利用OLE DB作為中間件的ADO可以訪問不兼容的數(shù)據(jù)源，其中包括 SQL Server、Oracle、Excel、Access、Outlook等。

（5）數(shù)據(jù)維護(hù)：由于數(shù)據(jù)庫(kù)采用分布式，因此對(duì)于數(shù)據(jù)更新的處理容易引起數(shù)據(jù)的不一致性，而采用本地?cái)?shù)據(jù)更新的操作方法，雖然需要對(duì)數(shù)據(jù)的完整性和一致性進(jìn)行檢測(cè)，但應(yīng)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單可靠。

2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)各組成部分之間的相互關(guān)系包括硬件、軟件、算法和語(yǔ)言。常用的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有兩種：C／S結(jié)構(gòu)（Client／Server模式）和B／S結(jié)構(gòu)（Browser／Web）。C／S結(jié)構(gòu)將事務(wù)處理邏輯和顯示邏輯放在客戶端，數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)處理邏輯放在服務(wù)器端。而B／S結(jié)構(gòu)是基于Web技術(shù)的新型模式，該模式將服務(wù)器分解為一個(gè)Web服務(wù)器和一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，從而構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)體系。用戶通過瀏覽器軟件與Web服務(wù)器進(jìn)行交互，通過Web服務(wù)器將用戶的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言，最后通過與第三層數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，把交互的結(jié)果轉(zhuǎn)換成HTML代碼，在瀏覽器上顯示。兩種模式各有優(yōu)點(diǎn)，C／S結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的交互性和系統(tǒng)安全性，網(wǎng)絡(luò)通信量較低，完成任務(wù)的速度較快，不存在較復(fù)雜的分布式應(yīng)用，容易開發(fā)。而B／S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)反應(yīng)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，只要客戶端安裝了瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即可，對(duì)于軟件和硬件也沒有什么限制，系統(tǒng)維護(hù)也比較容易。

通過上面兩種結(jié)構(gòu)模式的比較分析，決定采用三層B／S結(jié)構(gòu)模式。因?yàn)檐囬g生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)面向的用戶較廣，安全性和交互性要求不太高，功能變動(dòng)頻繁，適合采用該結(jié)構(gòu)模式。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)與軟件工具的選擇

3．1 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇

MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件，它應(yīng)用于Linux環(huán)境下。其主要優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單易用，數(shù)據(jù)庫(kù)管理人員容易上手，容易控制。本文選用SQL Server 7．0數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，SQL Server 7．0的功能和規(guī)模都比較適中，既能夠滿足功能要求，建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的費(fèi)用也相對(duì)較低。

3．2 軟件工具的選擇

軟件工具的選擇關(guān)系到生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)前臺(tái)界面設(shè)計(jì)的好壞。本文選用PowerBuilde。PB（Power－Builder）支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以及多種數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)窗口技術(shù)，具有編程語(yǔ)言功能強(qiáng)大、支持多種對(duì)象、內(nèi)置數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)。

4 制造過程控制與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)的集成

4．1 Web與數(shù)據(jù)庫(kù)的集成

常用的Web與數(shù)據(jù)庫(kù)集成的技術(shù)有IDC技術(shù)、CGI技術(shù)、Java技術(shù)、ASP技術(shù)和PHP技術(shù)。

4．2 制造過程控制與Web數(shù)據(jù)庫(kù)的集成

Web數(shù)據(jù)庫(kù)的可視化功能可以使用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)更加直觀簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)的交互性可以使生產(chǎn)過程控制與數(shù)據(jù)庫(kù)有效地結(jié)合起來(lái)。制造過程控制與Web數(shù)據(jù)庫(kù)的集成主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）交互性和人機(jī)接口：制造過程控制與Web數(shù)據(jù)庫(kù)的集成應(yīng)考慮良好的交互性和友好的人機(jī)接口。在生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng)中，編制生產(chǎn)計(jì)劃，調(diào)度運(yùn)算，添加、刪除、更新數(shù)據(jù)，處理反饋的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃等都需要設(shè)計(jì)良好的人機(jī)接口，從而發(fā)揮人的最終決策職能。

（2）用戶界面：任何一個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)，都要考慮給系統(tǒng)用戶提供友好的交互界面，對(duì)于制造過程控制系統(tǒng)來(lái)講，用戶要在前臺(tái)界面完成各種操作，如查詢各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃、分析反饋信息、實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃等；同時(shí)，作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，就要求不同用戶在不同的使用情況下都能夠根據(jù)自身需要完成各種操作，如企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的操作進(jìn)行查看，計(jì)劃編制員要實(shí)時(shí)了解計(jì)劃的執(zhí)行情況，并且根據(jù)反饋的信息進(jìn)行計(jì)劃的實(shí)時(shí)調(diào)整等，因此友好的用戶界面設(shè)計(jì)顯得極其重要。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分了解各類用戶的需求，根據(jù)用戶需求來(lái)設(shè)計(jì)用戶要看到的界面，避免用戶在訪問系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)多次鏈接后的“迷路”，同時(shí)應(yīng)避免一些危險(xiǎn)操作，并及時(shí)給予警示和提醒。

（3）數(shù)據(jù)輸入校驗(yàn)：企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)很多的數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況、實(shí)時(shí)的反饋信息等，用戶需要將這些數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，因此需要系統(tǒng)能夠在明顯的地方給予友好的提示，包括數(shù)據(jù)格式要求、輸入方法以及合適的樣列。

5 系統(tǒng)維護(hù)

系統(tǒng)開發(fā)完畢之后，在使用當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)一些問題，因此需要做好后期的系統(tǒng)維護(hù)，包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)備份、用戶權(quán)限設(shè)定等。若操作不當(dāng)，就會(huì)造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失或破壞，甚至整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

6 系統(tǒng)應(yīng)用

從企業(yè)應(yīng)用的角度來(lái)講，本文所介紹的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)是適用于機(jī)械加工及制造型企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制和動(dòng)態(tài)調(diào)整的比較好的工具，其中包括了動(dòng)態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制定和執(zhí)行過程中的調(diào)整、設(shè)備的負(fù)荷平衡、工時(shí)定額的動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面的功能。利用這些工具，一方面，能夠減少車間調(diào)度的任務(wù)量，提高生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行力度和準(zhǔn)確率；另一方面，為機(jī)械加工車間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制定者提供了相對(duì)較準(zhǔn)確的工時(shí)定額依據(jù)以及工時(shí)定額調(diào)整依據(jù)。

［1］ 孫紹文．中小型單件制造企業(yè)CAPP系統(tǒng)中工時(shí)定額編制子系統(tǒng)的開發(fā)［D］．武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010：25－32．

［2］ 邢科家．基于遺傳算法和多Agent協(xié)同的調(diào)度指揮系統(tǒng)研究［D］．北京：鐵道科學(xué)研究院，2011：61－66．

［3］ 王軍強(qiáng)，孫樹棟，司書賓，等．組件化和集成化車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，12（2）：231－239．