面向陶瓷模具制造生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

廖光虎 劉蒙蒙 楊 兵 代小波 秦 磊 董玉德

（1.佛山市新鵬陶瓷機械有限公司，廣東佛山528061；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥230009；3.廣東工業(yè)大學(xué)，廣東廣州510006）

0 引言

模具是現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)的重要工藝裝備，據(jù)統(tǒng)計，在輕工、航空、航天、汽車、家電等行業(yè)，利用模具制造的零件約占60%～85%，由此可見，模具是影響新產(chǎn)品開發(fā)周期和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。在經(jīng)濟全球化下，市場的動態(tài)變化對模具制造周期的要求越來越高，企業(yè)只有不斷地提高生產(chǎn)管理的標準化和信息化水平才能在激烈的市場競爭環(huán)境中生存和發(fā)展。

生產(chǎn)計劃是企業(yè)生產(chǎn)管理的核心內(nèi)容，起著舉足輕重的作用。合理的生產(chǎn)計劃流程不僅可以使產(chǎn)品在品種、質(zhì)量、數(shù)量和出產(chǎn)時間上滿足市場及客戶的需求，又能充分利用企業(yè)的人力、物力和財力，在提高勞動生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本的基礎(chǔ)上增加利潤[2]。隨著企業(yè)信息化步伐的加快，國內(nèi)許多中小型模具制造企業(yè)均不同程度地引進了國外的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)，但對于絕大部分企業(yè)，系統(tǒng)實施遠沒有達到預(yù)期的效果，究其主要原因是企業(yè)管理模式與標準化信息管理系統(tǒng)設(shè)計中先進管理模式（J I T/MR P I I）水平上落后很多。因此，開發(fā)和應(yīng)用“定制”的信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)不斷優(yōu)化更新以同步地適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)狀是企業(yè)高層在信息化建設(shè)道路上最明智的選擇[3]。

1 現(xiàn)狀分析

模具制造企業(yè)是典型的訂單式、單件小批量、離散型的生產(chǎn)企業(yè)。通過對某中小型陶瓷模具制造企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個主要問題：（1）管理流程多個環(huán)節(jié)設(shè)置不夠科學(xué)，冗余度高；（2）每批產(chǎn)品的訂單數(shù)量很少且產(chǎn)品幾乎完全不一樣，幾乎不重復(fù)生產(chǎn)，難以標準化；（3）產(chǎn)品按照客戶的要求（訂單要求）設(shè)計，定制，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零部件種類多；（4）各零部件加工相對孤立，整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程是離散的；（5）產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，常常不能按時按質(zhì)交貨；（6）零部件加工工時難以估計，存在很多經(jīng)驗判斷；（7）采用手工作業(yè)方式對生產(chǎn)計劃制定和安排；（8）對企業(yè)生產(chǎn)能力缺少一個量化的評估體系。這些問題給生產(chǎn)計劃制定和安排等帶來了較大的困難，如果繼續(xù)用傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)計劃方法來安排以及執(zhí)行計劃，實現(xiàn)信息溝通反饋，處理生產(chǎn)過程中特殊情況，那么難以匹配瞬息萬變的市場個性化需求，難以保證按時按質(zhì)按量交貨[4]，因此，急需“定制”的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)對流程進行規(guī)范化，同時采用合理的生產(chǎn)計劃制定及安排機制改變企業(yè)目前落后的生產(chǎn)計劃現(xiàn)狀。

2 關(guān)鍵技術(shù)

生產(chǎn)計劃是依據(jù)企業(yè)經(jīng)營目標要求，科學(xué)地制定企業(yè)在計劃期內(nèi)的生產(chǎn)規(guī)模、方向目標以及計劃期的產(chǎn)出量和相應(yīng)資源的投入量指標，科學(xué)有效地配置生產(chǎn)資源，以最低的成本按照規(guī)定的技術(shù)要求和期限生產(chǎn)滿足市場所需要的最佳質(zhì)量的產(chǎn)品，以實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略目標要求[5]。通過制定合理有效的生產(chǎn)計劃與管理流程，引入先進的生產(chǎn)計劃編排、生產(chǎn)進度控制、設(shè)備實時監(jiān)控以及預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù),為企業(yè)帶來核心的市場競爭力和經(jīng)濟效益。

2.1 業(yè)務(wù)流程規(guī)范化

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖Fig.1 Operation process of the system

針對現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程粗放型特征，對業(yè)務(wù)流程進行優(yōu)化、規(guī)范化設(shè)計，設(shè)計的業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示：左邊是從企業(yè)宏觀層面設(shè)計的業(yè)務(wù)流程，描述了以訂單為主線從訂單信息管理、訂單評審管理、產(chǎn)品工藝管理、生產(chǎn)計劃管理到客戶反饋管理的整體過程；右邊是對生產(chǎn)計劃管理流程的細化，涵蓋了甘特圖排程、生產(chǎn)作業(yè)計劃和生產(chǎn)進度監(jiān)控以及生產(chǎn)信息匯總等四方面內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備實時狀態(tài)將甘特圖排程結(jié)果落實，根據(jù)質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)查看生產(chǎn)進度信息，同時生產(chǎn)作業(yè)計劃和生產(chǎn)進度監(jiān)控流程中均設(shè)置預(yù)警的功能，最后分別對生產(chǎn)信息及質(zhì)量信息進行分析和匯總。

2.2 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)設(shè)計

產(chǎn)品BOM是指構(gòu)成某種產(chǎn)品所需零部件的物料清單。BOM有工程BOM、計劃BOM、設(shè)計BOM、配置BOM和虛擬BOM等主要形式，本系統(tǒng)采用的是計劃BOM和虛擬BOM相結(jié)合的形式，使用計劃BOM明確地了解零件與零件之間的關(guān)系，跟蹤部件是怎么制造或裝配出來的，使用虛擬BOM能達到物料管理的目的，對計劃BOM中重復(fù)的子BOM進行虛擬化，而不會影響虛擬件以上的所有父項。如圖2所示，下磁座由磁座基體和線圈裝配而成，雙浮動總成由上中框、下中框、上推頂板、下推頂板、上底板、下底板等主要零部件裝配而成，是計劃BOM的具體實現(xiàn)；雙浮動總成不包含下模芯組件，其是對液壓背紋下模芯、排氣背紋下模芯、普通背紋下模芯等幾種下模芯組合的虛擬件，可減少在普通總成和單浮動總成下模芯組件BOM的重復(fù)，是虛擬BOM的具體實現(xiàn)。

2.3 甘特圖排程

甘特圖能比較直觀地表明任務(wù)計劃在什么時候進行，操作員可以比較便利地弄清楚某項任務(wù)還剩哪些工作沒做，可有效地評估生產(chǎn)進度，在模具企業(yè)生產(chǎn)排程方面具有較強的實用性。模具產(chǎn)品生產(chǎn)周期長同時客戶對交貨期要求嚴格，一般要求盡快交貨，對產(chǎn)品及零部件的生產(chǎn)日程安排的規(guī)范性有著越來越高的要求。如圖3所示，產(chǎn)品及零部件甘特圖排程如下：首先對BOM頂端產(chǎn)品生產(chǎn)日程進行預(yù)安排，以保證按時交貨為主要原則；接著根據(jù)BOM結(jié)構(gòu)自動對產(chǎn)品零部件生產(chǎn)日程進行預(yù)安排，特別是關(guān)鍵零部件的安排，同時在所有的預(yù)安排過程中有較大的靈活性，能進行適當?shù)卣{(diào)整。

圖2 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)圖Fig.2 BOM structure of products

圖3 產(chǎn)品及零部件甘特圖Fig.3 Gantt chart of products and spare parts

圖4 設(shè)備實時監(jiān)控圖Fig.4 Real-time equipment monitoring

圖5 質(zhì)量檢驗代替生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入圖Fig.5 Substitution of quality inspection for production data input

圖7 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Functional modular structure of the system

2.4 設(shè)備實時監(jiān)控

設(shè)備實時監(jiān)控是跟蹤設(shè)備正在加工的零部件以及待加工的零部件，直觀地掌握設(shè)備運行狀況，包括正在運行和出現(xiàn)故障機臺的數(shù)量等，可以為作業(yè)計劃的編制提供依據(jù)，同時能夠較為準確地了解設(shè)備剩余生產(chǎn)能力，為銷售人員接單提供依據(jù)。如圖4所示，可以很直觀地看出編號為X 01的1#龍門銑床正在加工的零部件、完成百分比、已加工時間和操作工以及待加工的零部件等信息，同時出現(xiàn)故障的設(shè)備用灰色加以標識。

2.5 質(zhì)量檢驗代替生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入

模具產(chǎn)品零部件生產(chǎn)工序多，逐一錄入各個工序已生產(chǎn)完的零部件數(shù)量將會給系統(tǒng)操作員帶來巨大的工作量，每道工序質(zhì)量檢驗后才能進入下一道工序的生產(chǎn)。如圖5所示，用零部件工序質(zhì)量檢驗代替生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入，檢驗合格后通過相關(guān)數(shù)據(jù)庫技術(shù)使生產(chǎn)數(shù)據(jù)同步更新，不需要再進行多余的錄入，這對于精簡操作流程，較大地減少操作員的工作量都有明顯效果，同時質(zhì)檢員責任透明，有據(jù)可依。

圖6 生產(chǎn)及交貨預(yù)警圖Fig.6 Early warning for production and delivery

2.6 訂單生產(chǎn)及交貨預(yù)警

預(yù)警是生產(chǎn)管理中重要的技術(shù)措施，能很好地提高生產(chǎn)管理的效率，保證生產(chǎn)計劃有效執(zhí)行。預(yù)安排生產(chǎn)的零部件在規(guī)定計劃期內(nèi)未開始生產(chǎn)，為保證按時完成，需要有相應(yīng)的生產(chǎn)預(yù)警機制提醒操作員安排上機，同時正在生產(chǎn)的零部件若在交貨預(yù)警時間內(nèi)未完全交貨，同樣需要有相應(yīng)的交貨預(yù)警機制提醒操作員安排相應(yīng)的調(diào)度操作，如圖6所示，用紅色來標識預(yù)警的記錄數(shù)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

按照RUP(統(tǒng)一軟件開發(fā)過程)的理論，根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)狀以及與業(yè)務(wù)管理員溝通，總結(jié)出企業(yè)對于生產(chǎn)管理系統(tǒng)的需求，根據(jù)需求采用結(jié)構(gòu)化分析方法，建立數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典，設(shè)計系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)分解成若干個子系統(tǒng)或模塊，并定義子系統(tǒng)或模塊間的接口關(guān)系[6]，系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中虛線框標識的模塊為本文重點研究的內(nèi)容。

在關(guān)鍵技術(shù)以及功能模塊的基礎(chǔ)上，利用Delphi7開發(fā)工具以及SQLServer2000后臺數(shù)據(jù)庫，以良好的軟件維護性、擴充性以及移植性等開發(fā)原則，開發(fā)了定制的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，包括訂單信息管理、生產(chǎn)計劃管理、質(zhì)量檢驗管理、采購及外協(xié)管理、進出庫管理和基礎(chǔ)信息管理等模塊，其中生產(chǎn)計劃管理模塊包括甘特圖排程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、設(shè)備監(jiān)控管理和生產(chǎn)進度跟蹤等子模塊，很好地滿足企業(yè)功能需求。

4 結(jié)束語

以某陶瓷模具制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀為依據(jù)，目的在于提高企業(yè)的生產(chǎn)計劃管理能力，用先進的生產(chǎn)計劃管理方法解決原有的生產(chǎn)計劃手工編制、生產(chǎn)計劃調(diào)度困難、生產(chǎn)進度不易控制、生產(chǎn)檢驗分工不明確以及報表滿天飛等問題，開發(fā)了“定制”的生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)，目前系統(tǒng)應(yīng)用效果達到了預(yù)期的目標，排產(chǎn)效率大大提升，1個小時的工作量能壓縮成10分鐘內(nèi)完成，較大地縮減了企業(yè)時間成本。但隨著外部市場環(huán)境以及企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)管理水平的不斷提升，生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)只有持續(xù)地完善和擴展，對系統(tǒng)流程和模塊進行二次開發(fā)，才能更好地滿足企業(yè)生產(chǎn)管理活動的需要[7]。系統(tǒng)后續(xù)二次開發(fā)可以下四個方面入手：（1）插單退單調(diào)度，高效解決插單退單等特殊情況；（2）智能計劃編制算法引入，以更短的時間編制生產(chǎn)計劃；（3）軟硬件集成，通過PLC等硬件對機臺產(chǎn)能狀態(tài)監(jiān)控；（4）看板管理，跟蹤各工序生產(chǎn)進度，走向信息智能化道路，不斷地挖掘企業(yè)潛在數(shù)據(jù)，融入先進的MRPII以及JIT管理思想，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，提升企業(yè)核心競爭力。

1 江國民.基于We b模具CAPP系統(tǒng)開發(fā).華中科技大學(xué)碩士論文,2002

2 李懷祖.生產(chǎn)計劃與控制.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2005

3 DDONG Y D, WANG L L, HEXE, etc.On the Research and Designof Automotive Hinge Production Logistics System Based on ExtensiveFlow.Shanghai: IIE 2011, 2011: 25～32

4 張培耘,戴勇等.國內(nèi)模具工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.機械設(shè)計與制造工程,2000,26(6):1～3

5 王麗亞,陳友玲,馬漢武等.生產(chǎn)計劃與控制.北京:清華大學(xué)出版社,2007

6 高強.基于訂單的服裝產(chǎn)品生產(chǎn)計劃系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).合肥工業(yè)大學(xué)碩士論文,2012

7 王玲蘭.基于粗放流程的汽車鉸鏈生產(chǎn)計劃系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā).合肥工業(yè)大學(xué)碩士論文,2012