基于協同管理的單件小批生產管理系統的實現

李立清，路 海，李旭東

（1. 中國工程物理研究院 計算機應用研究所，綿陽 621900；2. 中國工程物理研究院 應用電子學研究所，綿陽 621900)

0 引言

某化工材料制造企業是一個典型的多品種小批量生產方式為主的制造企業，產品生產周期長，工序多，連續和離散相結合的生產過程，處于粗放的生產管理階段。通過分析企業生產管理流程和存在的問題，提出生產管理業務模型和數據模型，采用J2EE多層體系架構和構件開發技術，實現生產計劃的在線協同編制、車間動態生產調度和制造資源（工藝、物料、工裝、設備、人員等）約束配置等，增強了生產過程中信息的組織、協同和共享能力[1,2]。

1 生產管理現狀

多品種小批量生產的特點是生產的產品品種較多，產品生產周期較長，工序比較多和每個品種的產量少。產品的某些部件可能根據用戶特殊需要而設計生產，生產重復性比較低，工藝路線常常不同，需要進行大量的生產技術準備工作，生產中采用的設備與工藝裝備大多是通用的，但也經常有一些小的改動[3]。

該企業承擔的生產任務，主要圍繞特種化工材料及其部件的生產，生產制造以多品種、小批量為主，制造工藝復雜，生產流程長。

企業接收合同訂單，生產計劃處作為生產管理部門，負責企業級生產計劃的編制、發放，生產計劃的實施跟蹤、協調等工作。各生產部門的生產調度向上接收生產計劃，根據實際生產情況進行生產調度，組織生產實施，同時協調處理生產過程出現各類問題等[4]。質量監督部門負責整個生產過程中的各類質量安全監督檢查。

在粗放的生產管理方式下，生產計劃編制難以做到科學合理；信息的收集和傳遞沒有有效的途徑，生產任務的整體進展情況無法及時掌握；由于產品品種多，資源管理復雜，在生產過程中對工藝、物料、設備等生產配套資源信息無法及時掌握，多批次生產任務并行時難以進行資源配置和平衡；大量的圖紙和技術文件管理工作量大。這些已成為制約企業發展的瓶頸。

2 系統設計與實現

2.1 總體業務流程

針對該企業的生產組織特點開發的生產管理系統集成了ERP和MES的部分功能，以生產計劃為主線，面向各級生產管理人員（企業領導、計劃調度、質量監督人員、車間領導和調度、班組長等），組織生產過程中的相關信息，增強生產過程中組織、協調與管理的協同性。

圖1 生產管理系統總體業務流程圖

生產管理系統總體業務流程如圖1所示。

生產合同是整個生產流程的起點，生產計劃處按照合同要求制定生產計劃，車間側重于生產調度和組織生產實施，并及時反饋生產進度和質量、安全信息；監控生產執行情況，根據實際情況調整各級生產計劃；同時進行各類相關生產資源配套的管理。

2.2 系統架構設計

生產管理系統采用先進的J2EE多層體系架構技術，采用瀏覽器/服務器（B/S）的多層體系架構，主要應用了Hibernate、Spring和AJAX等技術[5,6]，表示層通過界面開發組件技術實現，采用AJAX等技術，實現友好的人機界面。業務層借助SpringFramework進行業務構件的組裝關聯，通過Spring IOC、AOP應用、面向接口編程等特性，來降低業務構件之間的耦合度，增強系統擴展性，實現系統的業務、審計，事務和錯誤統一處理等功能。

圖2 生產管理系統數據流簡圖

圖3 生產管理系統功能結構圖

數據持久層通過Hibernate和JDBC實現，完成復雜的數據庫查詢、統計功能，對數據庫視圖、過程的訪問功能。

2.3 系統功能設計

生產管理系統采用分層設計和軟件構件技術，實現了生產任務管理、生產計劃管理、生產過程管理和配套資源管理等主要功能，系統主要功能如圖3所示。

生產計劃管理提供在線協同計劃的編制、校對、會簽、審核和發布全過程管理，實現了生產計劃的WBS分解，資源占用沖突檢測、執行情況跟蹤、計劃調整、歷史追溯、權限管理、關鍵節點控制和生產過程看板等功能。

在生產計劃發布生效后，車間制訂車間級作業計劃，逐級分解任務，進行生產調度和資源調配，管理與生產有關的工單、人員、設備和物料流向，并將生產指令傳達給PCS層的設備，及時反饋生產進度和質量情況，跟蹤整個生產執行情況。

生產配套資源管理，為整個生產過程提供相關的配套資源保障信息，按照各生產任務的優先級和緊急程度，確定資源占有時序和資源配置比例，當多批次生產任務并行時有效進行資源配置和平衡。包括：

1）工藝知識庫管理：工藝流程是對產品生產過程的具體描述，包括工藝路線和工藝規程、工藝過程卡、工藝卡、工序卡和操作指導書等工藝文件的管理，為生產計劃和生產調度提供工藝路線、工時等信息；

2）庫存管理：進行一、二級倉庫中產品、半成品、原材料、元器件等的庫存、領料和物料狀態等管理，為生產過程提供庫存物料選擇和配套；

3）設備工裝管理：提供生產和測量設備、刀具夾具的狀態、使用明細、借出、歸還等管理，為生產提供可用設備工裝的選用、占用沖突檢測和調配；

4）班組信息管理：提供車間班組人員的管理，實現工藝操作人員的分類管理、人員技能、出勤和承擔生產任去情況等，提供生產人員的選用和調配；

5）技術文檔和模板庫管理：對各類技術文檔進行分類授權管理，同時將生產計劃和調度的有效經驗采用模版庫方式進行管理，為重復利用提供便捷的手段。

3 結束語

針對多品種小批量生產模式的化工制造企業，采用J2EE多層體系架構和構件開發技術，提供了生產任務管理、生產計劃編制、動態生產調度、生產資源管理和人員角色權限管理等功能，實現了生產及資源信息的集中管理和共享，為各級部門提供了及時的生產進度監控，增強了組織、協同和共享能力。該系統在縱向上集成了ERP和MES的部分功能，同時提供與PCS的接口，橫向上提供與CAPP和PDM的接口，同時提供與質量管理等系統的接口，進一步實現與產品設計、質量管控等環節的融合。

[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調度系統[J].計算機與應用化學,2010,27(1):108-112.

[2] 陳志祥,溫建明.敏捷協同生產計劃系統的開發與實現[J].工業工程,2010,13 (4):62-68.

[3] 但斌斌,楊莉,易建鋼,等.基于單件小批量生產的生產計劃管理系統開發與應用[J].機械設計與制造.2009(8):263-265.

[4] 寧文慧.機械加工車間制造過程信息系統總體設計和實現[D].重慶:重慶大學機械工程學院,2008.

[5] Digital Sonic.Spring Framework 開發參考手冊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.