面向敏捷制造的可視化資源計(jì)劃系統(tǒng)

摘要：從以下兩方面體現(xiàn)了敏捷制造資源計(jì)劃的可視化含義：通過(guò)對(duì)敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的內(nèi)涵分析，構(gòu)建了資源計(jì)劃實(shí)體關(guān)聯(lián)模型，使制造網(wǎng)絡(luò)資源達(dá)到組織有序；通過(guò)引入無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)獲取生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息，提升實(shí)體關(guān)聯(lián)模型的可應(yīng)用性，解決計(jì)劃與執(zhí)行的脫節(jié)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：敏捷制造；資源計(jì)劃；關(guān)聯(lián)模型；無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001－3695(2008)01－0197－03

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代使資本與技術(shù)擴(kuò)散速度加速，客戶需求日趨個(gè)性化、多樣化。產(chǎn)品生產(chǎn)周期越來(lái)越短，對(duì)市場(chǎng)反饋的時(shí)間越來(lái)越緊迫。制造企業(yè)為了能準(zhǔn)確快速地響應(yīng)顧客訂單的需求，并充分利用有限資源，需要一套運(yùn)行于敏捷制造環(huán)境下、切實(shí)可用的資源計(jì)劃系統(tǒng)。自1991年美國(guó)里海大學(xué)亞柯卡研究所提出敏捷制造概念[1]以來(lái)，已有許多學(xué)者對(duì)敏捷制造進(jìn)行了研究，但是在理論和實(shí)踐中依然存在許多問(wèn)題值得探討、研究。其中如何構(gòu)建敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)就是一個(gè)突出的問(wèn)題。李淑霞等人[2]從敏捷制造的資源重構(gòu)方面進(jìn)行了研究。劉明忠等人[3]對(duì)敏捷制造中的柔性資源計(jì)劃進(jìn)行了研究；高亮等人[4]提出了一種采用XML實(shí)現(xiàn)資源集成的敏捷制造方法；石為人等人[5]研究了資源調(diào)度系統(tǒng)與ERP的集成設(shè)計(jì)。綜合分析這些研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的內(nèi)涵及系統(tǒng)可執(zhí)行性研究較為缺乏，本文將從這一方面進(jìn)行研究。

1現(xiàn)行資源計(jì)劃系統(tǒng)的缺陷

從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，制造企業(yè)逐步地廣泛采用制造資源計(jì)劃軟件進(jìn)行庫(kù)存、采購(gòu)和財(cái)務(wù)的管理；編制和控制生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃等繁重工作均依賴于MRP、MRPⅡ、ERP的集成和精確的處理能力。然而許多企業(yè)在實(shí)施ERP系統(tǒng)之后并沒(méi)有取得理想的效果。一方面，雖然ERP可以增強(qiáng)客戶與供應(yīng)商之間的業(yè)務(wù)交互能力，但無(wú)論在計(jì)劃技術(shù)基礎(chǔ)或功能方面都缺乏協(xié)調(diào)多個(gè)企業(yè)間資源的觀念和能力。許多企業(yè)實(shí)施ERP系統(tǒng)僅是基于MRPⅡ功能模塊的增加，如訂單執(zhí)行跟蹤、質(zhì)量管理、材料定額管理等。由于企業(yè)基礎(chǔ)信息不完善、集成性差，使得ERP系統(tǒng)仍舊是面向企業(yè)內(nèi)部的事務(wù)處理系統(tǒng)。另一方面，ERP計(jì)劃模型落后，仍是基于MRPⅡ的計(jì)劃管理模型，其編制計(jì)劃的方法仍然采用MRP和MPS計(jì)算物料的需求、發(fā)布補(bǔ)充訂單等。但是MRP方法通常假定提前期是已知的固定值，根據(jù)交付周期或日期來(lái)安排生產(chǎn)的優(yōu)先次序。這導(dǎo)致計(jì)劃與執(zhí)行的差異很大[5]。

鑒于ERP自身及實(shí)施過(guò)程中的缺陷，一些企業(yè)考慮采用APS來(lái)加強(qiáng)生產(chǎn)周期管理，以弱化MRPⅡ計(jì)劃上的缺陷；還有企業(yè)采用MES來(lái)增強(qiáng)上層計(jì)劃與底層執(zhí)行的銜接。但是一些企業(yè)在實(shí)施這些系統(tǒng)后收效還是不大。原因在于資源計(jì)劃系統(tǒng)的可視性差，其主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念不一致，導(dǎo)致系統(tǒng)集成性差，存在沖突；系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集缺乏手段，使得計(jì)劃的制訂與執(zhí)行脫節(jié)。為解決這兩個(gè)問(wèn)題，首先要分析敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的內(nèi)涵，以統(tǒng)一的思想銜接網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃、企業(yè)計(jì)劃，乃至車間計(jì)劃；其次需要引入先進(jìn)的實(shí)時(shí)管理技術(shù)，做到計(jì)劃有的放矢，提高敏捷制造網(wǎng)絡(luò)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)涵分析

敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，涵蓋企業(yè)內(nèi)外多個(gè)層面。因此在認(rèn)識(shí)、分析時(shí)應(yīng)該使用合理的方法，既要涵蓋系統(tǒng)的各個(gè)層面，又要使系統(tǒng)統(tǒng)一。艾興海等人[6]提出了基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度模型，具有一定的參考和應(yīng)用價(jià)值。Kostas等人[7]基于約束理論對(duì)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，但是沒(méi)有擴(kuò)展到敏捷制造網(wǎng)絡(luò)。本文采用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析方法構(gòu)建了如圖1所示的敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)。從總體上看，該敏捷制造系統(tǒng)是由核心廠商、協(xié)作廠商和供應(yīng)商構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)面向?qū)ο蟮男枨鬂M足過(guò)程。

在核心廠商內(nèi)部是由五個(gè)對(duì)象組成的系統(tǒng)。這五個(gè)對(duì)象分別是訂單、產(chǎn)品、內(nèi)部作業(yè)、內(nèi)部資源和約束。系統(tǒng)運(yùn)作的出發(fā)點(diǎn)即是滿足訂單（或訂單＋預(yù)測(cè)）需求，約束貫串在整個(gè)系統(tǒng)中。在由核心廠商、協(xié)作廠商、供應(yīng)商組成的敏捷制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，核心廠商與協(xié)作廠商、供應(yīng)商的關(guān)鍵鏈接點(diǎn)就是資源的互補(bǔ)。核心廠商向其他廠商發(fā)出的物料需求就形成了這些廠商的訂單；此外，核心廠商還可以與協(xié)作廠商、供應(yīng)商進(jìn)行人員、設(shè)備等資源的共享。

3敏捷制造資源計(jì)劃實(shí)體關(guān)聯(lián)模型

通過(guò)前面的分析獲得了敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)中各主要對(duì)象的運(yùn)作關(guān)系，但是要做到計(jì)劃系統(tǒng)的可視化，還需要對(duì)主要對(duì)象的內(nèi)部包含元素進(jìn)行細(xì)分，進(jìn)一步明確元素間的關(guān)系。對(duì)圖1進(jìn)行細(xì)分可以得到如圖2所示的敏捷制造資源計(jì)劃實(shí)體關(guān)聯(lián)模型。實(shí)體的關(guān)聯(lián)是通過(guò)實(shí)體的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)這種關(guān)聯(lián)既可以顯現(xiàn)實(shí)體間的層級(jí)關(guān)系，又可以使整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)的資源歸為一體。 

該模型分為兩部分。模型的上部（虛線框）為敏捷制造網(wǎng)絡(luò)層關(guān)聯(lián)模塊，下部（實(shí)線框）為敏捷制造企業(yè)層關(guān)聯(lián)模塊。在敏捷制造網(wǎng)絡(luò)層關(guān)聯(lián)模塊中包含四個(gè)實(shí)體，分別是訂單、產(chǎn)品、物料和廠商。訂單是最原始的驅(qū)動(dòng)因素，通過(guò)訂單可以獲取所需的最終產(chǎn)品信息，如通過(guò)產(chǎn)品編碼可以索引到產(chǎn)品的數(shù)量、交貨期、優(yōu)先度等信息；通過(guò)產(chǎn)品分解可以獲取所需的物料信息。這里的物料包含兩部分：直接向供應(yīng)商獲取的物料；協(xié)作廠商的最終產(chǎn)品。因此，通過(guò)物料的分解可以關(guān)聯(lián)到提供物料的各個(gè)廠商。在敏捷制造企業(yè)層關(guān)聯(lián)模塊中包含六個(gè)實(shí)體，分別是物料、工藝路線、作業(yè)、工作單元、設(shè)備、人員。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的物料分配后，各廠商即可將分配到的物料視為訂單，以此組織生產(chǎn)。

通過(guò)構(gòu)建實(shí)體關(guān)聯(lián)模型可以使企業(yè)將自身?yè)碛械馁Y源有序地組織起來(lái)，消除資源管理混亂、組織無(wú)序的現(xiàn)象。在企業(yè)自身資源組織有序的基礎(chǔ)上可以組建資源有序的敏捷制造網(wǎng)絡(luò)。

盡管通過(guò)敏捷制造資源計(jì)劃實(shí)體關(guān)聯(lián)模型可以使敏捷制造網(wǎng)絡(luò)的資源組織達(dá)到有序，但是還不能回答如下一些問(wèn)題：供應(yīng)商、協(xié)作商的生產(chǎn)現(xiàn)狀如何；生產(chǎn)過(guò)程中能否實(shí)時(shí)掌握在制品的產(chǎn)量與品質(zhì)狀況；能否實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況和在線物料？這些問(wèn)題都密切關(guān)系到敏捷制造資源計(jì)劃的制訂、實(shí)施和調(diào)整。因此，敏捷制造資源計(jì)劃的執(zhí)行需要有實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息的支持。在實(shí)時(shí)顯現(xiàn)可用資源的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)（圖2）與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之間的信息交互，從而實(shí)現(xiàn)敏捷制造網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源有效調(diào)度。

4RFID技術(shù)的引入

4．1RFID技術(shù)介紹

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)或稱射頻識(shí)別技術(shù)，是從20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、操作快捷等許多優(yōu)點(diǎn)[8]。最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：a）標(biāo)簽(tag)。由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)志目標(biāo)對(duì)象。b）閱讀器(reader)。讀寫(xiě)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。c）天線(antenna)。在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。 

RFID系統(tǒng)工作原理如圖3所示[9]。在實(shí)際應(yīng)用中，射頻識(shí)別標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面，并且標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理。

RFID技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，如物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、文檔管理、自動(dòng)收費(fèi)、門禁控制等領(lǐng)域。RFID技術(shù)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可視化的信息傳遞，可將其引入到資源計(jì)劃系統(tǒng)，解決敏捷制造資源計(jì)劃的實(shí)時(shí)性瓶頸。

4．2RFID技術(shù)在敏捷制造資源計(jì)劃中的應(yīng)用

在生產(chǎn)過(guò)程中，物料具有移動(dòng)性（如加工、搬運(yùn)）。物料在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生了一些屬性的改變，通過(guò)對(duì)屬性信息的提取就可以掌握生產(chǎn)基層的運(yùn)作狀態(tài)。因而可將物料作為信息載體，通過(guò)RFID技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)資源信息的動(dòng)態(tài)集成。圖4即是對(duì)該思路的一種反映。

如圖4所示，針對(duì)物料的移動(dòng)過(guò)程設(shè)置了相應(yīng)的RFID讀寫(xiě)單元。通過(guò)這些讀寫(xiě)單元可以獲取如圖2所示的實(shí)體屬性信息，為資源計(jì)劃決策提供依據(jù)。RFID讀寫(xiě)單元1負(fù)責(zé)原材料的出/入庫(kù)信息讀寫(xiě)。當(dāng)原材料入庫(kù)時(shí)，讀寫(xiě)單元讀取RFID標(biāo)簽上的信息，并按照關(guān)聯(lián)模型中的物料編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，更新原材料的狀態(tài)屬性；當(dāng)原材料出庫(kù)時(shí)，讀寫(xiě)單元在物料標(biāo)簽上寫(xiě)入物料移動(dòng)信息，如該物料需要經(jīng)過(guò)的工藝路線、物料出庫(kù)時(shí)間、預(yù)計(jì)加工完成時(shí)間等，同時(shí)通過(guò)與讀寫(xiě)單元連接的微機(jī)更改原材料信息庫(kù)、在制品信息庫(kù)的信息。如此，通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)時(shí)更新各信息庫(kù)，將各信息庫(kù)的信息進(jìn)行匯總，可提取每個(gè)廠商的資源信息。將各廠商的資源信息進(jìn)行匯集，按照資源調(diào)度規(guī)則進(jìn)行資源調(diào)度，最終即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的敏捷制造資源計(jì)劃，體現(xiàn)可視化資源計(jì)劃的內(nèi)涵。需要說(shuō)明的是，資源調(diào)度規(guī)則需要依據(jù)敏捷制造資源計(jì)劃實(shí)體關(guān)聯(lián)模型及其他一些生產(chǎn)規(guī)則來(lái)制定，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有序調(diào)度。

5結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析資源計(jì)劃實(shí)施面臨的問(wèn)題，認(rèn)為敏捷制造資源計(jì)劃的有效實(shí)施需要實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息的支持。為此，結(jié)合實(shí)體關(guān)聯(lián)模型，在敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)中引入RFID技術(shù)，并對(duì)RFID技術(shù)在系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了闡述。本研究期望為敏捷制造資源計(jì)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供一套較為有效的方法。

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