制造企業車間管理與控制信息系統

孟麗麗，路春光，趙會珍

(河北聯合大學機械工程學院，河北唐山063009)

0 引言

機械加工車間作為制造企業的物化中心，它不僅是制造計劃的具體執行者，也是制造信息的反饋者，更是大量實時制造信息的集散地［1］。車間管理和控制的信息化是實施企業CIMS的共性核心關鍵技術，隨著制造業信息化的發展，面向解決工廠計劃層的ERP、MRPII等信息系統，以及面向底層車間控制的信息系統，已經發展的比較成熟［2］。但這些系統對于中小企業來說并沒有實現對車間信息的自動化與流程化管理，致使計劃層與車間層產生了信息斷層，公司級的業務管理系統無法得到及時準確的生產加工進度、設備利用狀況和在制品狀況等現場數據，從而造成企業生產經營信息在垂直方向的阻斷。因此，為了使信息在企業能夠及時順利地傳遞，為了提高車間的工作效率和生產管理水平，本文結合“基于集成化BOM樹的CAPP系統”的開發經驗和實踐，以唐山市通力齒輪有限公司(簡稱“通齒”)為研究對象，探討了中小制造企業車間管理與控制信息系統的設計與實現，以實現車間生產的信息化和信息管理的網絡化，進一步增強企業的核心競爭力。

1 車間管理與控制系統信息流程分析

“通齒”是一家主要從事汽車變速器總成研發、制造和銷售一體化的企業，汽車變速器的種類繁多，結構復雜，車間管理的主要功能是以生產為主線，以完成工廠下達的生產任務，并在任務實施中對生產過程中各種數據進行監控、傳輸、統計、處理等。通過對“通齒”的調研，經過分析可知，該公司的車間管理與控制系統主要包括車間管理和車間控制兩大流程，如圖1所示。車間管理流程主要包括：自制件需求計劃及工藝審核完成后，根據要求制定車間作業計劃，并下達車間，車間管理人員錄入實際加工情況，并生成各種零件臺賬、工序文件等，加工完成的零件等待入庫。車間作業計劃主要是安排零部件的出產數量、設備，以及人工使用、投入時間及產出時間，產品的所有零件，包括產品的自制件、虛擬外協件、采購件，都入庫后，便會通知計劃部制定裝配計劃，并下發領料單，然后進行裝配，形成裝配文件。生產過程控制流程主要是控制生產作業在執行中不偏離MPS/MRP計劃，當出現偏差，采取措施，糾正偏差。根據零件臺賬、工序文件信息，查看零件的完成情況及在線狀態。

圖1 車間管理與控制流程

2 系統功能結構及體系結構設計

整個系統采用基于Web Service的三層分布式體系結構即 WindowsDNA體系結構(distributedinternet application architecthre)，其系統總體結構如圖2所示。該系統是一個網絡化的車間管理與控制信息系統，各模塊分布在網絡中不同的計算機上，通過各個模塊間的相互協作提供分布式的服務。系統采用組件化設計方法、建立了不同應用程序間的數據共享、交互、處理機制，通過ASP.NET及其腳本語言對各模塊進行描述。

圖2 系統體系結構

Web Service［3］是一種應用程序集成的新技術，是一個建立互操作分布式應用程序的新平臺。它的優勢在于無縫互操作性，它允許在一個平臺上用一種語言編寫的應用程序可以使用在另一個平臺上以不同的語言編寫的應用程序的服務，擺脫了平臺和開發工具的束縛。整個三層結構主要包括支撐環境及數據層、業務邏輯層、應用層。使用分布式三層體系結構的重要意義在于將該企業各部門之間的Web Service實例進行集成，使企業信息管理人員能快速地了解車間狀況并及時處理各種情況，從而達到提高企業生產效率的目的。系統中最底層為支撐環境及數據層，分布式數據庫建立在TCP/IP協議之上，應用程序服務器對于所有的客戶端應用都提供了一個通往數據庫的接口;中間層為業務邏輯層，主要由各種被封裝的Web Services構成，Web Services的發布方式是多種多樣的，可以將WSDL文檔以其他方式直接發給企業的信息管理人員，或者將WSDL文檔放在Web頁面上，這樣服務請求者就會通過網絡發現這樣的Web Service實例，也可以直接調用Web Service實例，網絡上的用戶通過Web應用程序查找UDDI注冊中心來獲得已發布的 Web Service的WSDL信息，并與此Web Service進行綁定，就像下載到本地客戶端一樣地運行，從而實現遠程調用及系統集成。最上層為應用層，各地的客戶端只需少量甚至不需要編寫自定義代碼，通過對Web Services的調用，就可以有效地實現企業應用的各種功能。

該系統的車間管理與控制信息管理系統的功能結構主要由車間管理模塊、車間控制模塊和輔助功能模塊組成。其中車間管理模塊主要包括接收主生產計劃或物料需求計劃、制定車間作業計劃、生成零件臺賬、工序文件、庫存管理等;車間控制模塊主要由車間實況記錄、計劃核實、結果分析等組成;輔助功能模塊主要由數據備份與恢復、基礎數據維護、人員管理及任務、角色管理等組成，詳細功能如圖3所示。通過利用Web Service技術，本系統實現了企業內部信息之間順利傳遞。而且系統還提供了與其它子系統ERP的接口，增強了系統的靈活性及可重構性。

圖3 系統功能模塊

3 車間管理與控制系統的設計與實現

3.1 數據庫設計

本系統數據庫采用SQL Server數據庫，本系統的數據可以 使 用 SQL Server2000、SQL Server2005和 SQL Server2008來存儲，系統在系統維護模塊中對這幾種數據庫都提供了支持，對于用戶來說，使用同樣的操作，即可以實現數據在不同版本數據庫中的移植。

數據庫系統采用合理的數據庫表結構，并建立優化的數據庫表索引。采用CASE工具輔助設計、查詢優化分析等方法對系統數據庫進行綜合設計。首先設計了各表的主鍵、外鍵、約束規則等，便于各模塊對公用的數據表的統一引用，以保證數據完整性(實體完整性、域完整性、引用完整性)、安全性(為數據庫設立用戶權限、定義約束(默認約束、檢查約束、主外健約束))等要求。在復雜的模塊中，使用了視圖、存儲過程、觸發器機制等功能，使得查詢、存儲、修改更加便利。該系統數據庫中的數據表主要有主生產計劃表、裝配計劃表、BOM清單表、工序文件表、工藝卡表、零件工藝卡關系表、庫存表、出庫表、物料分類表等，根據對系統的數據庫概念結構設計與邏輯結構設計，結合系統自身數據流程，建立了部分數據表之間的關系，如圖4所示。例如：工序文件表包含了車間工序管理所需要的基本屬性，其中工序文件所需的重要信息：各工序的工藝內容、設備名稱、單件工時、負責人等信息通過工藝卡表和零件工藝卡關系表關聯過來，并通過各表之間主、外健的設定來實現，從而保證了數據庫中數據的一致性、準確性。

圖4 數據庫關系圖

3.2 系統實現

圖5 系統登錄界面

車間管理與控制信息系統主要包括車間管理、車間控制與輔助功能模塊，用戶進入登錄模塊(圖5)，輸入自己的用戶名和密碼之后便知自己的角色及任務，選擇要進行的任務，便可以登錄該系統。例如，車間管理人員登錄后就會接收到車間作業計劃，如果車間作業計劃已完成，系統會有顯示(已處理)，然后管理人員把計劃的執行情況錄入系統，形成車間作業計劃實況記錄情況表(圖6)，如果要查看每條記錄的詳細信息，可單擊查看按鈕，會出現如圖7所示的界面。

圖6 車間管理界面

圖7 查看詳細信息

另外，庫存入庫、出庫的自動化是該子系統的核心技術，在入庫、出庫管理及庫存管理中，實現了庫存物品的自動統計與查詢功能，系統分別設置了原材料庫、半成品庫、標準件庫、成品庫等多個倉庫及多個貨位(按零件類別)以分別存放不同種類的產品及物料，并且采用了一全局變量StrKC和臨時變量StrLsBl來分別記錄庫存內產品的總量和入庫、出庫的數量，從而實現了庫存物品進庫、出庫時信息管理的自動化。系統在“通齒”運行一年來，效果顯著。

4 結論

車間管理的網絡化與信息化是車間管理系統發展的方向［4］。本文通過分析車間級管理信息系統的設計與實現，結合“通齒”車間的生產加工特點，引入Web Services技術，有效地解決了系統開發過程中重復開發的現象，并使系統具有了良好的可擴展性和可移植性;目前該系統已在“通齒”成功應用，效果顯著。統計表明：車間管理工作效率提高了50%，產品廢品率降低了2%－3%，該系統對車間管理工作的規范化、數據化、信息化管理提供了有效保證，對于開發高可靠性、高柔性的管理信息系統也是一種有益的探索，具有重大的指導意義。

［1］嚴 輝，仲梁維，倪 靜.機械加工車間工時管理信息系統的分析與設計［J］.制造業自動化，2010，32(1)：13-15.

［2］寧文慧，宋豫川，李先旺，等.離散制造企業機械加工車間制造過程管理信息系統研究［J］.現代制造工程，2008(11)：24-29.

［3］牛學敏，郝永平，劉鳳麗.基于組件的車間級質量信息管理的技術研究與系統實現［J］.中國制造業信息化，2007，36(17)：24-28.

［4］魏磊，李楠.上汽通用五菱發動機車間生產信息管理系統［J］.工廠自動化，2010(11)：87-89.