鍛造企業(yè)綜合車間管理系統(tǒng)設(shè)計與研究

朱柏青，何 非，王斌妮，

(1.南京工程學院 經(jīng)濟管理學院，江蘇 南京 211167)(2.南京理工大學 機械工程學院，江蘇 南京 210094)

鍛造企業(yè)綜合車間管理系統(tǒng)設(shè)計與研究

朱柏青1，何 非2，王斌妮2，

(1.南京工程學院 經(jīng)濟管理學院，江蘇 南京 211167)(2.南京理工大學 機械工程學院，江蘇 南京 210094)

結(jié)合鍛造企業(yè)綜合車間生產(chǎn)和管理上的實際需求，分析了綜合車間的業(yè)務流程和需求，采用B/S模式，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005為后臺服務器數(shù)據(jù)庫，使用JSP為系統(tǒng)頁面，以MyEclipse為前端開發(fā)工具研究并設(shè)計了綜合車間管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅具有綜合車間計劃編制、進度反饋等功能，還具有基于遺傳算法的智能派工功能。

鍛造行業(yè)；綜合車間；管理系統(tǒng)；J2EE

伴隨著計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造企業(yè)采用計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等信息化建設(shè)手段有效改進了傳統(tǒng)的管理模式，實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程的高效、有序的運作與管理。因此信息化建設(shè)已逐漸成為制造企業(yè)為了提高企業(yè)管理水平所需高度重視的關(guān)鍵措施之一。

車間是企業(yè)生產(chǎn)中完成某道工序或者單獨生產(chǎn)某類型產(chǎn)品的生產(chǎn)單位，是直接從事生產(chǎn)經(jīng)營活動的一級生產(chǎn)單位和管理單位[1]。而綜合車間作為生產(chǎn)過程中的一種生產(chǎn)輔助車間，在不同的生產(chǎn)過程中具有不同的生產(chǎn)功能和協(xié)調(diào)作用，在生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)中具有承上啟下、監(jiān)控和信息反饋的作用。鍛造企業(yè)綜合車間的工作內(nèi)容包括計劃編制、派工、半成品質(zhì)量檢驗、物料出入庫等，其工作場所分布在廠區(qū)中，工作場所不夠集中，造成傳遞的實時工作信息不夠準確，因此傳統(tǒng)的管理方式已不能滿足綜合車間的正常運作需求，設(shè)計和研究適合鍛造企業(yè)的綜合車間管理系統(tǒng)就成為鍛造企業(yè)必須要做的工作。本文討論的就是采用B/S模式，SQL Server 2005和JSP技術(shù)的綜合車間管理系統(tǒng)的設(shè)計與研究。

1 系統(tǒng)需求分析

某鍛造企業(yè)的綜合車間主要根據(jù)下料、鋸切兩項工作內(nèi)容進行計劃編制、派工，協(xié)助品保部、綜合庫進行下料后半成品的檢驗和物料出入庫工作。

綜合車間計劃員根據(jù)生產(chǎn)部計劃室下達的生產(chǎn)周計劃、產(chǎn)品工藝卡以及材料員提供的庫存信息制定下料日計劃，當庫存無工藝卡所要求的材料規(guī)格時，則上報工藝部門進行工藝更改。此外鍛造車間、機加工車間或熱處理車間將半成品、成品交由品保部進行質(zhì)量檢驗，綜合車間計劃員依據(jù)鍛造車間、機加工車間或熱處理車間檢驗提交的成品、半成品鋸切任務單進行鋸切日計劃編制。下料日計劃與鋸切日計劃編制完成后，提交生產(chǎn)部計劃室審批。若審批未通過，則經(jīng)綜合車間計劃員重新修改后再次提交制造部審批；若審核通過，則進行鋼材領(lǐng)料—下料派工—鋸切派工，將下料任務安排到具體的鋸床、下料工進行生產(chǎn)，交貨期近的先安排下料，根據(jù)材料規(guī)格適當均衡鋸床負荷，并結(jié)合交貨期、鋸切工藝要求、鋸床加工能力及生產(chǎn)效率進行鋸切派工。下料員協(xié)同品保部進行下料、鋸切后半成品的質(zhì)量檢驗，并對每日的下料進行記錄，形成下料日報和鋸切日報。計劃員通過核對下料日報、鋸切日報和質(zhì)量反饋掌握當天的下料、鋸切任務完成情況，進行次日的日計劃編制。材料員核對下料返回的余料，記錄實際出庫信息，形成最終實際的鋼材出入庫單。圖1,2為綜合車間鋸切和下料業(yè)務流程圖。

綜合車間管理系統(tǒng)主要解決的是車間下料、鋸切兩項生產(chǎn)的計劃編制、任務派工、生產(chǎn)完成情況統(tǒng)計等問題。當系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)庫中來自生產(chǎn)計劃室、鍛造車間、機加工車間和熱處理車間的工作任務信息后，根據(jù)信息中唯一的工作令號，綜合車間工作人員對每個工作令號進行計劃編制，系統(tǒng)對計劃中所用材質(zhì)和數(shù)量進行校驗，若在庫存提供能力范圍內(nèi)，則該工作令號下計劃編制成功并保存。任務派工時，系統(tǒng)根據(jù)計劃編制對設(shè)備排列出滿足生產(chǎn)要求且較優(yōu)的任務分配。每個工作令號執(zhí)行完成時，錄入完工數(shù)量、余料數(shù)量，并對質(zhì)量進行反饋。系統(tǒng)要求應設(shè)計具有人機交互的友好可視化操作界面，便于工作人員進行日常的操作，確保系統(tǒng)操作的流暢性。系統(tǒng)應對用戶進行權(quán)限分配設(shè)置，保證系統(tǒng)的安全運行，保護企業(yè)關(guān)于生產(chǎn)運作、管理信息等方面的商業(yè)機密。

圖1 綜合車間鋸切業(yè)務流程圖

圖2 綜合車間下料業(yè)務流程圖

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對綜合車間的業(yè)務流程和需求進行分析，確定系統(tǒng)的功能模塊。系統(tǒng)主要包括任務基礎(chǔ)信息、計劃編制、任務分配和進度反饋四大功能模塊。圖3為系統(tǒng)功能模塊圖。

a.任務基礎(chǔ)信息模塊：接收來自生產(chǎn)部計劃室和車間的下料、鋸切原始信息，可對原始信息進行查詢，包括生產(chǎn)周計劃、鍛造工藝卡、成品交貨單、半成品交貨單、設(shè)備信息。生產(chǎn)周計劃的詳細信息為填寫日期、工作令號、材質(zhì)、零鍛件名稱、零鍛件數(shù)量、交貨日期。鍛造工藝卡的詳細信息為填寫日期、工作令號、名稱、材質(zhì)、材料規(guī)格、零鍛件數(shù)量、工藝單重、下料單重、下料面積。成品、半成品交貨單的詳細信息為工作令號、零件名稱、材質(zhì)、零件數(shù)量、上游車間、上游工序、本廠交貨期。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

b.計劃編制模塊：對每個工作令號所對應的任務，根據(jù)系統(tǒng)從任務基礎(chǔ)信息中提取的信息，進行計劃編制(包括下料計劃和鋸切計劃)，填寫計劃要求日期、本次編制零件數(shù)量和新的工作令號。下料計劃的詳細信息包括計劃要求日期、工作令號、零件名稱、材質(zhì)、工藝單重、本廠交貨期、未編制零件數(shù)量、本次編制零件數(shù)量、規(guī)格、備注、新工作令號。鋸切計劃的詳細信息包括計劃要求日期、工作令號、零件名稱、材質(zhì)、工藝單重、上道工序、本廠交貨期、未編制零件數(shù)量、本次編制零件數(shù)量、備注、新工作令號。

c.任務分配模塊：選擇已編制計劃的工作令號下的零件分配給各個加工設(shè)備進行加工，形成下料派工和鋸切派工，可以人工分配，也可以通過程序智能分配，生產(chǎn)員工根據(jù)派工信息中的工藝單重和數(shù)量進行鋼材領(lǐng)料。派工信息包括計劃要求日期、工作令號、零件名稱、材質(zhì)、工藝單重、數(shù)量、加工類別、設(shè)備。鋼材領(lǐng)料的信息為工作令號、領(lǐng)用車間、領(lǐng)用日期、類別、品名、規(guī)格、單位、實發(fā)數(shù)量、使用數(shù)量、用途、領(lǐng)用人。

d.進度反饋模塊：反饋下料和鋸切的完工數(shù)量和質(zhì)量，以及領(lǐng)用鋼材的使用數(shù)量。下料進度和鋸切進度的信息包括工作令號、產(chǎn)品名稱、材質(zhì)、加工類別、交貨期、數(shù)量、已完成數(shù)量、末次時間、備注。鋸切和下料質(zhì)量信息包括填報部門、反饋日期、工作令號、名稱、加工狀態(tài)、材質(zhì)、入庫號、數(shù)量、質(zhì)量情況。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)表。表1為生產(chǎn)周計劃數(shù)據(jù)表，表2為鍛造工藝卡數(shù)據(jù)表，表3為交貨單數(shù)據(jù)表，表4為下料計劃數(shù)據(jù)表，表5為鋸切計劃數(shù)據(jù)表，表6為派工信息數(shù)據(jù)表，表7為鋼材領(lǐng)料數(shù)據(jù)表，表8為進度數(shù)據(jù)表，表9為質(zhì)量信息數(shù)據(jù)表。

表1 生產(chǎn)周計劃數(shù)據(jù)表(Production Week Plan)

表2 鍛造工藝卡數(shù)據(jù)表(Forging process card)

表3 交貨單數(shù)據(jù)表(Delivery)

表5 鋸切計劃數(shù)據(jù)表(Sawingplan)

表6 派工信息數(shù)據(jù)表(Dispatching)

表7 鋼材領(lǐng)料數(shù)據(jù)表(Collar material)

表8 進度數(shù)據(jù)表(Progress)

表9 質(zhì)量信息數(shù)據(jù)表(Quality Information)

綜合車間根據(jù)生產(chǎn)部計劃室下達的生產(chǎn)周計劃和鍛造工藝卡形成下料計劃，根據(jù)交貨單形成鋸切計劃，并將下料與鋸切計劃合并進行派工，形成派工信息和鋼材領(lǐng)料。加工人員在完成鋸切或下料后，填寫進度數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，并在鋼材領(lǐng)料單上填寫實際用料情況。

數(shù)據(jù)庫表的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖4所示。

4 基于遺傳算法的車間任務智能分配

若根據(jù)工作經(jīng)驗按照材料規(guī)格和設(shè)備生產(chǎn)能力進行人工派工，會出現(xiàn)任務分配不準確、設(shè)備利用率不高、生產(chǎn)加工用時變長等現(xiàn)象。此外，由于下料和鋸切所使用的加工設(shè)備都是鋸床，兩種生產(chǎn)工序可以平行進行，且可以任意調(diào)換加工順序，因此可以用同一種方法進行派工。為此采用遺傳算法，根據(jù)需求對系統(tǒng)智能派工方法進行設(shè)計，派工方法分為4步，按序號順序執(zhí)行[2]。

圖4 數(shù)據(jù)表關(guān)系

步驟1：將解表示成編碼串。

將需要加工的半成品、成品或原材料編碼為X=[1，2，3，…，n]，將鋸床編碼為Y=[01， 02，03，…，m]。每一臺鋸床都能生產(chǎn)加工一種或多種半成品或原材料，例如編碼為1的半成品或原材料可以由編碼為1，2的鋸床加工生產(chǎn)，則可以表示為[101，102]。

步驟2：隨機產(chǎn)生可行解集。

按照原材料或半成品的規(guī)格和鋸床的生產(chǎn)加工能力，隨機生成一組作業(yè)調(diào)度的解集，一個解集可表示為Z=[x1y1，x2y2，…，xnym]。

步驟3：設(shè)定適應度函數(shù)。

作業(yè)調(diào)度的目的是使產(chǎn)品在交貨期內(nèi)高效率地完成，借由最小化提前或拖期懲罰問題的數(shù)學模型，將適應度函數(shù)表示為[3-4]：

式中：minT為調(diào)度目標，即加工時間最短且拖期懲罰總數(shù)最??；ti為加工半成品或原材料i的完工時間；di和ci分別為未加工半成品或原材料i的交貨期和完工時間；qi為拖期完工的懲罰系數(shù)。

步驟4：產(chǎn)生新解集。

(2)按照交叉率(交叉率=交換的解集數(shù)/群體中解集的總個數(shù))隨機選取復制保留后的解集進行交叉互換，產(chǎn)生新解集。此處采用擴展的順序交叉算子EOX的方法[5-6]。過程舉例如下：

按照交叉率隨機選取出2個復制保留后的解集為Z1=[102，203，302，401，503，602，701]和Z2=[701，502，404，603，204，303，301，102]，從原材料或半成品編碼中隨機產(chǎn)生4個數(shù)字2，3，4，5，將4個數(shù)字擴大100倍后得出選擇的數(shù)值段[200，300]，[300，400]，[400，500]，[500，600]，依次將解集Z1中屬于[200，300]，[300，400]，[400，500]，[500，600]數(shù)值段的數(shù)值與Z2中屬于[200，300]，[300，400]，[400，500]，[500，600]數(shù)值段的數(shù)值進行互換，形成交叉后新的解集Z1′和Z2′。

(3)在復制保留且交叉后的解集中隨機選取要變異的解集，按照變異率對選取的解集進行變異，形成變異后的新解集。之后看是否滿足終止條件，若滿足則將最后的解集作為最優(yōu)解，不滿足則繼續(xù)執(zhí)行。

5 系統(tǒng)開發(fā)

5.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)以MyEclipse作為開發(fā)工具，采用B/S架構(gòu)，以Java語言和Struts2作為程序開發(fā)語言和框架，采用JSP技術(shù)和SQL Server 2005進行網(wǎng)程序開發(fā)。用戶通過客戶端網(wǎng)頁瀏覽器向Web服務器發(fā)出操作請求，Web服務器將請求信息提交給主機應用服務器進行請求處理，主機應用服務器將處理結(jié)果通過Web服務器返回給客戶端，生成動態(tài)頁面。

圖5所示為程序的體系結(jié)構(gòu)。

圖5 程序體系結(jié)構(gòu)

5.2系統(tǒng)特點

a.友好的人機交互界面。系統(tǒng)廣泛應用了JS、JSP技術(shù)，能及時對用戶所填寫的內(nèi)容進行導向性提示，提高了人機對話的效率，便于用戶操作使用。

b.易于維護。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，該網(wǎng)絡模式下系統(tǒng)所有源程序和數(shù)據(jù)都處于服務器端，便于系統(tǒng)的更新修改[7]。

6 結(jié)束語

本文對基于B/S架構(gòu)的綜合車間管理系統(tǒng)進行了研究設(shè)計。對車間信息的深入管理，加強了對車間生產(chǎn)進度的掌控，可及時得到生產(chǎn)完工情況和產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)采用了人工與智能相結(jié)合的任務分配方式，可高效、合理地進行任務派工，提高車間的工作效率，實現(xiàn)對鍛造企業(yè)綜合車間的有效管理。但系統(tǒng)的通用性較弱，并不適用于其他生產(chǎn)車間，還需進一步設(shè)計研究來擴大其應用空間。

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Developmentofthemanagementsystemofcomprehensiveworkshopforforgingenterprise

ZHU Baiqing1，HE Fei2,WANG Binni2

(1.Nanjing Institute of Technology, Jiangsu Nanjing, 211167, China)(2.Nanjing University of Science & Technology, Jiangsu Nanjing, 210014, China)

Combining with the actual demand on production and management of comprehensive workshop for forging enterprise, it analyzes the business processes and demand of the comprehensive workshop, designs the management information system of comprehensive workshop based on the B/S mode. Using relational database of SQL Server 2005 as Background database, MyEclipse as front-end development tool, and JSP as system page, it develops the system. This system functions include the planning, feedback of progress and other functions of comprehensive workshop，also about the function of dispatching intelligently based on based on genetic algorithm.

forging industry; comprehensive workshop; management system; J2EE

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.11.015

2014-09-13

國家自然科學基金資助項目(51105157)

朱柏青(1963—)，女，湖北荊州人，南京工程學院副教授，主要研究方向為制造業(yè)信息化。

TP311

A

2095-509X(2014)11-0067-07