制造企業(yè)車(chē)間管理與控制信息系統(tǒng)

孟麗麗，路春光，趙會(huì)珍

(河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北唐山063009)

0 引言

機(jī)械加工車(chē)間作為制造企業(yè)的物化中心，它不僅是制造計(jì)劃的具體執(zhí)行者，也是制造信息的反饋者，更是大量實(shí)時(shí)制造信息的集散地［1］。車(chē)間管理和控制的信息化是實(shí)施企業(yè)CIMS的共性核心關(guān)鍵技術(shù)，隨著制造業(yè)信息化的發(fā)展，面向解決工廠計(jì)劃層的ERP、MRPII等信息系統(tǒng)，以及面向底層車(chē)間控制的信息系統(tǒng)，已經(jīng)發(fā)展的比較成熟［2］。但這些系統(tǒng)對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間信息的自動(dòng)化與流程化管理，致使計(jì)劃層與車(chē)間層產(chǎn)生了信息斷層，公司級(jí)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)無(wú)法得到及時(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)加工進(jìn)度、設(shè)備利用狀況和在制品狀況等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而造成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息在垂直方向的阻斷。因此，為了使信息在企業(yè)能夠及時(shí)順利地傳遞，為了提高車(chē)間的工作效率和生產(chǎn)管理水平，本文結(jié)合“基于集成化BOM樹(shù)的CAPP系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，以唐山市通力齒輪有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)“通齒”)為研究對(duì)象，探討了中小制造企業(yè)車(chē)間管理與控制信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)的信息化和信息管理的網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 車(chē)間管理與控制系統(tǒng)信息流程分析

“通齒”是一家主要從事汽車(chē)變速器總成研發(fā)、制造和銷(xiāo)售一體化的企業(yè)，汽車(chē)變速器的種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車(chē)間管理的主要功能是以生產(chǎn)為主線，以完成工廠下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，并在任務(wù)實(shí)施中對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、傳輸、統(tǒng)計(jì)、處理等。通過(guò)對(duì)“通齒”的調(diào)研，經(jīng)過(guò)分析可知，該公司的車(chē)間管理與控制系統(tǒng)主要包括車(chē)間管理和車(chē)間控制兩大流程，如圖1所示。車(chē)間管理流程主要包括：自制件需求計(jì)劃及工藝審核完成后，根據(jù)要求制定車(chē)間作業(yè)計(jì)劃，并下達(dá)車(chē)間，車(chē)間管理人員錄入實(shí)際加工情況，并生成各種零件臺(tái)賬、工序文件等，加工完成的零件等待入庫(kù)。車(chē)間作業(yè)計(jì)劃主要是安排零部件的出產(chǎn)數(shù)量、設(shè)備，以及人工使用、投入時(shí)間及產(chǎn)出時(shí)間，產(chǎn)品的所有零件，包括產(chǎn)品的自制件、虛擬外協(xié)件、采購(gòu)件，都入庫(kù)后，便會(huì)通知計(jì)劃部制定裝配計(jì)劃，并下發(fā)領(lǐng)料單，然后進(jìn)行裝配，形成裝配文件。生產(chǎn)過(guò)程控制流程主要是控制生產(chǎn)作業(yè)在執(zhí)行中不偏離MPS/MRP計(jì)劃，當(dāng)出現(xiàn)偏差，采取措施，糾正偏差。根據(jù)零件臺(tái)賬、工序文件信息，查看零件的完成情況及在線狀態(tài)。

圖1 車(chē)間管理與控制流程

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)采用基于Web Service的三層分布式體系結(jié)構(gòu)即 WindowsDNA體系結(jié)構(gòu)(distributedinternet application architecthre)，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的車(chē)間管理與控制信息系統(tǒng)，各模塊分布在網(wǎng)絡(luò)中不同的計(jì)算機(jī)上，通過(guò)各個(gè)模塊間的相互協(xié)作提供分布式的服務(wù)。系統(tǒng)采用組件化設(shè)計(jì)方法、建立了不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享、交互、處理機(jī)制，通過(guò)ASP.NET及其腳本語(yǔ)言對(duì)各模塊進(jìn)行描述。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

Web Service［3］是一種應(yīng)用程序集成的新技術(shù)，是一個(gè)建立互操作分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)。它的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)縫互操作性，它允許在一個(gè)平臺(tái)上用一種語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序可以使用在另一個(gè)平臺(tái)上以不同的語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序的服務(wù)，擺脫了平臺(tái)和開(kāi)發(fā)工具的束縛。整個(gè)三層結(jié)構(gòu)主要包括支撐環(huán)境及數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用層。使用分布式三層體系結(jié)構(gòu)的重要意義在于將該企業(yè)各部門(mén)之間的Web Service實(shí)例進(jìn)行集成，使企業(yè)信息管理人員能快速地了解車(chē)間狀況并及時(shí)處理各種情況，從而達(dá)到提高企業(yè)生產(chǎn)效率的目的。系統(tǒng)中最底層為支撐環(huán)境及數(shù)據(jù)層，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)建立在TCP/IP協(xié)議之上，應(yīng)用程序服務(wù)器對(duì)于所有的客戶(hù)端應(yīng)用都提供了一個(gè)通往數(shù)據(jù)庫(kù)的接口;中間層為業(yè)務(wù)邏輯層，主要由各種被封裝的Web Services構(gòu)成，Web Services的發(fā)布方式是多種多樣的，可以將WSDL文檔以其他方式直接發(fā)給企業(yè)的信息管理人員，或者將WSDL文檔放在Web頁(yè)面上，這樣服務(wù)請(qǐng)求者就會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)這樣的Web Service實(shí)例，也可以直接調(diào)用Web Service實(shí)例，網(wǎng)絡(luò)上的用戶(hù)通過(guò)Web應(yīng)用程序查找UDDI注冊(cè)中心來(lái)獲得已發(fā)布的 Web Service的WSDL信息，并與此Web Service進(jìn)行綁定，就像下載到本地客戶(hù)端一樣地運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用及系統(tǒng)集成。最上層為應(yīng)用層，各地的客戶(hù)端只需少量甚至不需要編寫(xiě)自定義代碼，通過(guò)對(duì)Web Services的調(diào)用，就可以有效地實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用的各種功能。

該系統(tǒng)的車(chē)間管理與控制信息管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要由車(chē)間管理模塊、車(chē)間控制模塊和輔助功能模塊組成。其中車(chē)間管理模塊主要包括接收主生產(chǎn)計(jì)劃或物料需求計(jì)劃、制定車(chē)間作業(yè)計(jì)劃、生成零件臺(tái)賬、工序文件、庫(kù)存管理等;車(chē)間控制模塊主要由車(chē)間實(shí)況記錄、計(jì)劃核實(shí)、結(jié)果分析等組成;輔助功能模塊主要由數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、人員管理及任務(wù)、角色管理等組成，詳細(xì)功能如圖3所示。通過(guò)利用Web Service技術(shù)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部信息之間順利傳遞。而且系統(tǒng)還提供了與其它子系統(tǒng)ERP的接口，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性及可重構(gòu)性。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

3 車(chē)間管理與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以 使 用 SQL Server2000、SQL Server2005和 SQL Server2008來(lái)存儲(chǔ)，系統(tǒng)在系統(tǒng)維護(hù)模塊中對(duì)這幾種數(shù)據(jù)庫(kù)都提供了支持，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，使用同樣的操作，即可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同版本數(shù)據(jù)庫(kù)中的移植。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用合理的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，并建立優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)表索引。采用CASE工具輔助設(shè)計(jì)、查詢(xún)優(yōu)化分析等方法對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)了各表的主鍵、外鍵、約束規(guī)則等，便于各模塊對(duì)公用的數(shù)據(jù)表的統(tǒng)一引用，以保證數(shù)據(jù)完整性(實(shí)體完整性、域完整性、引用完整性)、安全性(為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)立用戶(hù)權(quán)限、定義約束(默認(rèn)約束、檢查約束、主外健約束))等要求。在復(fù)雜的模塊中，使用了視圖、存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器機(jī)制等功能，使得查詢(xún)、存儲(chǔ)、修改更加便利。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表主要有主生產(chǎn)計(jì)劃表、裝配計(jì)劃表、BOM清單表、工序文件表、工藝卡表、零件工藝卡關(guān)系表、庫(kù)存表、出庫(kù)表、物料分類(lèi)表等，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)流程，建立了部分?jǐn)?shù)據(jù)表之間的關(guān)系，如圖4所示。例如：工序文件表包含了車(chē)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(nèi)容、設(shè)備名稱(chēng)、單件工時(shí)、負(fù)責(zé)人等信息通過(guò)工藝卡表和零件工藝卡關(guān)系表關(guān)聯(lián)過(guò)來(lái)，并通過(guò)各表之間主、外健的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而保證了數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖5 系統(tǒng)登錄界面

車(chē)間管理與控制信息系統(tǒng)主要包括車(chē)間管理、車(chē)間控制與輔助功能模塊，用戶(hù)進(jìn)入登錄模塊(圖5)，輸入自己的用戶(hù)名和密碼之后便知自己的角色及任務(wù)，選擇要進(jìn)行的任務(wù)，便可以登錄該系統(tǒng)。例如，車(chē)間管理人員登錄后就會(huì)接收到車(chē)間作業(yè)計(jì)劃，如果車(chē)間作業(yè)計(jì)劃已完成，系統(tǒng)會(huì)有顯示(已處理)，然后管理人員把計(jì)劃的執(zhí)行情況錄入系統(tǒng)，形成車(chē)間作業(yè)計(jì)劃實(shí)況記錄情況表(圖6)，如果要查看每條記錄的詳細(xì)信息，可單擊查看按鈕，會(huì)出現(xiàn)如圖7所示的界面。

圖6 車(chē)間管理界面

圖7 查看詳細(xì)信息

另外，庫(kù)存入庫(kù)、出庫(kù)的自動(dòng)化是該子系統(tǒng)的核心技術(shù)，在入庫(kù)、出庫(kù)管理及庫(kù)存管理中，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)存物品的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)功能，系統(tǒng)分別設(shè)置了原材料庫(kù)、半成品庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、成品庫(kù)等多個(gè)倉(cāng)庫(kù)及多個(gè)貨位(按零件類(lèi)別)以分別存放不同種類(lèi)的產(chǎn)品及物料，并且采用了一全局變量StrKC和臨時(shí)變量StrLsBl來(lái)分別記錄庫(kù)存內(nèi)產(chǎn)品的總量和入庫(kù)、出庫(kù)的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)了庫(kù)存物品進(jìn)庫(kù)、出庫(kù)時(shí)信息管理的自動(dòng)化。系統(tǒng)在“通齒”運(yùn)行一年來(lái)，效果顯著。

4 結(jié)論

車(chē)間管理的網(wǎng)絡(luò)化與信息化是車(chē)間管理系統(tǒng)發(fā)展的方向［4］。本文通過(guò)分析車(chē)間級(jí)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，結(jié)合“通齒”車(chē)間的生產(chǎn)加工特點(diǎn)，引入Web Services技術(shù)，有效地解決了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中重復(fù)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)象，并使系統(tǒng)具有了良好的可擴(kuò)展性和可移植性;目前該系統(tǒng)已在“通齒”成功應(yīng)用，效果顯著。統(tǒng)計(jì)表明：車(chē)間管理工作效率提高了50%，產(chǎn)品廢品率降低了2%－3%，該系統(tǒng)對(duì)車(chē)間管理工作的規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、信息化管理提供了有效保證，對(duì)于開(kāi)發(fā)高可靠性、高柔性的管理信息系統(tǒng)也是一種有益的探索，具有重大的指導(dǎo)意義。

［1］嚴(yán) 輝，仲梁維，倪 靜.機(jī)械加工車(chē)間工時(shí)管理信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010，32(1)：13-15.

［2］寧文慧，宋豫川，李先旺，等.離散制造企業(yè)機(jī)械加工車(chē)間制造過(guò)程管理信息系統(tǒng)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2008(11)：24-29.

［3］牛學(xué)敏，郝永平，劉鳳麗.基于組件的車(chē)間級(jí)質(zhì)量信息管理的技術(shù)研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2007，36(17)：24-28.

［4］魏磊，李楠.上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)［J］.工廠自動(dòng)化，2010(11)：87-89.