面向陶瓷模具制造生產計劃管理系統的研發與應用

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.合肥工業大學，安徽合肥230009；3.廣東工業大學，廣東廣州510006）

0 引言

模具是現代產品生產的重要工藝裝備，據統計，在輕工、航空、航天、汽車、家電等行業，利用模具制造的零件約占60%～85%，由此可見，模具是影響新產品開發周期和質量的關鍵因素之一[1]。在經濟全球化下，市場的動態變化對模具制造周期的要求越來越高，企業只有不斷地提高生產管理的標準化和信息化水平才能在激烈的市場競爭環境中生存和發展。

生產計劃是企業生產管理的核心內容，起著舉足輕重的作用。合理的生產計劃流程不僅可以使產品在品種、質量、數量和出產時間上滿足市場及客戶的需求，又能充分利用企業的人力、物力和財力，在提高勞動生產率、降低產品成本的基礎上增加利潤[2]。隨著企業信息化步伐的加快，國內許多中小型模具制造企業均不同程度地引進了國外的生產計劃管理系統，但對于絕大部分企業，系統實施遠沒有達到預期的效果，究其主要原因是企業管理模式與標準化信息管理系統設計中先進管理模式（J I T/MR P I I）水平上落后很多。因此，開發和應用“定制”的信息管理系統，系統不斷優化更新以同步地適應企業現狀是企業高層在信息化建設道路上最明智的選擇[3]。

1 現狀分析

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

2 關鍵技術

生產計劃是依據企業經營目標要求，科學地制定企業在計劃期內的生產規模、方向目標以及計劃期的產出量和相應資源的投入量指標，科學有效地配置生產資源，以最低的成本按照規定的技術要求和期限生產滿足市場所需要的最佳質量的產品，以實現企業戰略目標要求[5]。通過制定合理有效的生產計劃與管理流程，引入先進的生產計劃編排、生產進度控制、設備實時監控以及預警等關鍵技術,為企業帶來核心的市場競爭力和經濟效益。

2.1 業務流程規范化

圖1 系統業務流程圖Fig.1 Operation process of the system

針對現有業務流程粗放型特征，對業務流程進行優化、規范化設計，設計的業務流程圖如圖1所示：左邊是從企業宏觀層面設計的業務流程，描述了以訂單為主線從訂單信息管理、訂單評審管理、產品工藝管理、生產計劃管理到客戶反饋管理的整體過程；右邊是對生產計劃管理流程的細化，涵蓋了甘特圖排程、生產作業計劃和生產進度監控以及生產信息匯總等四方面內容，根據設備實時狀態將甘特圖排程結果落實，根據質量檢驗數據查看生產進度信息，同時生產作業計劃和生產進度監控流程中均設置預警的功能，最后分別對生產信息及質量信息進行分析和匯總。

2.2 產品BOM結構設計

產品BOM是指構成某種產品所需零部件的物料清單。BOM有工程BOM、計劃BOM、設計BOM、配置BOM和虛擬BOM等主要形式，本系統采用的是計劃BOM和虛擬BOM相結合的形式，使用計劃BOM明確地了解零件與零件之間的關系，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；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，是虛擬BOM的具體實現。

2.3 甘特圖排程

甘特圖能比較直觀地表明任務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還剩哪些工作沒做，可有效地評估生產進度，在模具企業生產排程方面具有較強的實用性。模具產品生產周期長同時客戶對交貨期要求嚴格，一般要求盡快交貨，對產品及零部件的生產日程安排的規范性有著越來越高的要求。如圖3所示，產品及零部件甘特圖排程如下：首先對BOM頂端產品生產日程進行預安排，以保證按時交貨為主要原則；接著根據BOM結構自動對產品零部件生產日程進行預安排，特別是關鍵零部件的安排，同時在所有的預安排過程中有較大的靈活性，能進行適當地調整。

圖2 產品BOM結構圖Fig.2 BOM structure of products

圖3 產品及零部件甘特圖Fig.3 Gantt chart of products and spare parts

圖4 設備實時監控圖Fig.4 Real-time equipment monitoring

圖5 質量檢驗代替生產數據錄入圖Fig.5 Substitution of quality inspection for production data input

圖7 系統功能模塊結構圖Fig.7 Functional modular structure of the system

2.4 設備實時監控

設備實時監控是跟蹤設備正在加工的零部件以及待加工的零部件，直觀地掌握設備運行狀況，包括正在運行和出現故障機臺的數量等，可以為作業計劃的編制提供依據，同時能夠較為準確地了解設備剩余生產能力，為銷售人員接單提供依據。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，同時出現故障的設備用灰色加以標識。

2.5 質量檢驗代替生產數據錄入

模具產品零部件生產工序多，逐一錄入各個工序已生產完的零部件數量將會給系統操作員帶來巨大的工作量，每道工序質量檢驗后才能進入下一道工序的生產。如圖5所示，用零部件工序質量檢驗代替生產數據錄入，檢驗合格后通過相關數據庫技術使生產數據同步更新，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，同時質檢員責任透明，有據可依。

圖6 生產及交貨預警圖Fig.6 Early warning for production and delivery

2.6 訂單生產及交貨預警

預警是生產管理中重要的技術措施，能很好地提高生產管理的效率，保證生產計劃有效執行。預安排生產的零部件在規定計劃期內未開始生產，為保證按時完成，需要有相應的生產預警機制提醒操作員安排上機，同時正在生產的零部件若在交貨預警時間內未完全交貨，同樣需要有相應的交貨預警機制提醒操作員安排相應的調度操作，如圖6所示，用紅色來標識預警的記錄數。

3 系統實現

按照RUP(統一軟件開發過程)的理論，根據企業的現狀以及與業務管理員溝通，總結出企業對于生產管理系統的需求，根據需求采用結構化分析方法，建立數據流程圖和數據字典，設計系統的體系結構，將系統分解成若干個子系統或模塊，并定義子系統或模塊間的接口關系[6]，系統功能模塊結構如圖7所示，其中虛線框標識的模塊為本文重點研究的內容。

在關鍵技術以及功能模塊的基礎上，利用Delphi7開發工具以及SQLServer2000后臺數據庫，以良好的軟件維護性、擴充性以及移植性等開發原則，開發了定制的生產管理系統，包括訂單信息管理、生產計劃管理、質量檢驗管理、采購及外協管理、進出庫管理和基礎信息管理等模塊，其中生產計劃管理模塊包括甘特圖排程、生產作業計劃、設備監控管理和生產進度跟蹤等子模塊，很好地滿足企業功能需求。

4 結束語

以某陶瓷模具制造企業生產現狀為依據，目的在于提高企業的生產計劃管理能力，用先進的生產計劃管理方法解決原有的生產計劃手工編制、生產計劃調度困難、生產進度不易控制、生產檢驗分工不明確以及報表滿天飛等問題，開發了“定制”的生產計劃管理系統，目前系統應用效果達到了預期的目標，排產效率大大提升，1個小時的工作量能壓縮成10分鐘內完成，較大地縮減了企業時間成本。但隨著外部市場環境以及企業內部生產管理水平的不斷提升，生產計劃管理系統只有持續地完善和擴展，對系統流程和模塊進行二次開發，才能更好地滿足企業生產管理活動的需要[7]。系統后續二次開發可以下四個方面入手：（1）插單退單調度，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計劃；（3）軟硬件集成，通過PLC等硬件對機臺產能狀態監控；（4）看板管理，跟蹤各工序生產進度，走向信息智能化道路，不斷地挖掘企業潛在數據，融入先進的MRPII以及JIT管理思想，給企業帶來巨大的經濟效益，提升企業核心競爭力。

1 江國民.基于We b模具CAPP系統開發.華中科技大學碩士論文,2002

2 李懷祖.生產計劃與控制.北京:中國科學技術出版社,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.國內模具工業技術現狀與發展趨勢.機械設計與制造工程,2000,26(6):1～3

5 王麗亞,陳友玲,馬漢武等.生產計劃與控制.北京:清華大學出版社,2007

6 高強.基于訂單的服裝產品生產計劃系統的設計與開發.合肥工業大學碩士論文,2012

7 王玲蘭.基于粗放流程的汽車鉸鏈生產計劃系統設計與開發.合肥工業大學碩士論文,2012