輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

黃晨晨，童一飛，劉庭煜

(南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇南京 210094)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及工業(yè)4.0概念的提出，制造型企業(yè)開始越來越重視信息化的建設(shè)，信息化成為我國制造型企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。由于市場競爭越來越激烈，客戶需求也越來越多樣化，商品的更新周期也越來越短，市場優(yōu)勝劣汰的選擇使得企業(yè)必須不斷與時俱進。當前時代的主流是信息化，信息化的標志是準時化生產(chǎn)和精細化管理，其必不可缺少的是獲取信息的信息管理系統(tǒng)，因此一個完善的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)是優(yōu)秀企業(yè)所必須具備的［1］。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)是承接著計劃與生產(chǎn)的“信息樞紐”，是連接計劃和生產(chǎn)的“橋梁”，它可以將“計劃”下達到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，同時也能將生產(chǎn)過程中的實時變化及時反饋并傳遞給“計劃”［2］。隨著制造業(yè)的發(fā)展，學(xué)者們對生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究越來越熱。張宏兵［3］在對河南某光電公司的精密機械加工車間的MES系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計時，從硬件和軟件兩方面著手設(shè)計出了一款手持終端數(shù)據(jù)采集器，以及與之對應(yīng)的車間管理軟件;張映鋒等［4］結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了一種在“物物互聯(lián)，感知制造”環(huán)境下的生產(chǎn)管理系統(tǒng);黃剛等［5］設(shè)計了一種具有高度柔性和可配置性的可適應(yīng)制造執(zhí)行系統(tǒng)框架;P.Valckenaersl等［6］等通過對蟻群覓食行為的研究，設(shè)計出一個具有自適應(yīng)性的MES系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠預(yù)測將要發(fā)生的行為事件。

某車輪有限公司是一家專注做車輪輪轂的傳統(tǒng)企業(yè)，該企業(yè)在對輪轂生產(chǎn)系統(tǒng)的管理方面存在較大的缺陷，車間的生產(chǎn)過程人為干預(yù)很嚴重，車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、工位任務(wù)的分配和生產(chǎn)進度信息的收集基本上都是用人工的方式進行的，不能及時檢查進度信息，不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的突發(fā)事件。為此，針對某車輪有限公司企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程的缺陷對其進行優(yōu)化與改善，本文依托該公司輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)項目，與企業(yè)展開合作，對企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行分析、設(shè)計和優(yōu)化，旨在開發(fā)出一套企業(yè)滿意的生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件。

1 輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)需求分析

1.1 業(yè)務(wù)流程分析

計劃人員根據(jù)訂單制定生產(chǎn)計劃，倉儲物流人員根據(jù)計劃人員的生產(chǎn)計劃給生產(chǎn)制造人員提供原材料，生產(chǎn)制造人員進行生產(chǎn)，生產(chǎn)完成后質(zhì)檢人員進行檢驗，合格后進入下一道工序，生產(chǎn)管理人員對這一系列人員活動進行監(jiān)控，設(shè)備管理人員對機器設(shè)備進行維護。人員組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 存在問題分析

根據(jù)對企業(yè)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)企業(yè)主要存在如下問題:

1)生產(chǎn)信息反饋慢。

圖1 車間組織結(jié)構(gòu)圖

由于企業(yè)內(nèi)部并沒有信息系統(tǒng)，信息的傳遞主要是靠計劃人員和調(diào)度人員頻繁碰頭，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)進度、質(zhì)量、物料、設(shè)備等大量有價值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法及時采集、處理、統(tǒng)計，以至于對生產(chǎn)信息的把握較為延遲，對突發(fā)事件的處理也不及時，影響了生產(chǎn)進度，造成損失。

2)對市場需求預(yù)測不準確。

企業(yè)安排生產(chǎn)計劃時并沒有用科學(xué)的方法預(yù)測市場需求，以至于對市場需求把握錯誤，導(dǎo)致過度生產(chǎn)，車間之間的過道上堆滿了輪轂半成品。

3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理較為困難。

由于沒有采集設(shè)備，需要數(shù)據(jù)時只能現(xiàn)場進行采集，而且數(shù)據(jù)量較大，管理人員想要了解車間生產(chǎn)信息較為困難。

4)任務(wù)不均衡，車間生產(chǎn)資源(如機器、設(shè)備、人力等)利用率低。

車間內(nèi)部生產(chǎn)任務(wù)的分配主要依賴計劃人員的個人經(jīng)驗，受主觀判斷的影響，任務(wù)的安排不夠均衡，車間內(nèi)時忙時閑，很多機床閑置，利用率較低。

1.3 需求分析

制造過程中信息采集與處理是企業(yè)信息化系統(tǒng)必不可少的一部分。生產(chǎn)過程中采集得到的各項實時數(shù)據(jù)，必須能夠在各個車間實現(xiàn)共享，這也是生產(chǎn)管理系統(tǒng)必須具有的功能。本研究以某車輪有限公司為應(yīng)用對象，通過現(xiàn)場調(diào)研，分析其生產(chǎn)運作過程的特點、存在問題以及實際的需求，分析歸納得出企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能需求如下:

1)實時的信息采集。

生產(chǎn)車間內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變，為了全面且準確地獲取制造過程中的信息，需要使用合理的信息采集方式。信息采集方式很多，如設(shè)備連線、手持終端、條碼、攝像頭、固定感測器、RFID、PC機等。根據(jù)實際生產(chǎn)條件，采用設(shè)備連線、條碼、攝像頭較為實際。同時采集到的信息需要進行合理的保存、記錄，以便加強對歷史記錄的管理，提高對各類信息追溯的能力。

2)信息的及時傳遞，實現(xiàn)生產(chǎn)可視化。

例如開工前任務(wù)信息及時傳遞到工人手中，生產(chǎn)的不合格品被檢測出來，會即時反饋到生產(chǎn)，不會因為信息傳遞得不及時導(dǎo)致生產(chǎn)的停滯。同時生產(chǎn)過程中任務(wù)進度信息、質(zhì)量檢測信息、在制品庫存信息等等可以清晰地顯示在LED看板或者是計算機屏幕上。

3)信息的合理記錄與存儲。

采集到的信息能夠進行合理的存儲，這樣一旦出現(xiàn)問題才能做到有據(jù)可查。

本研究針對某車輪有限公司，通過對其生產(chǎn)流程、組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程的分析，結(jié)合該企業(yè)存在的問題和實際的需求，為適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的方向，開發(fā)并設(shè)計出一套對其適用并且可以提高其生產(chǎn)效率的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

2 輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和企業(yè)實際生產(chǎn)狀況，結(jié)合需求分析，確定生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要由下列模塊組成:計劃管理、生產(chǎn)制造管理、倉儲管理、質(zhì)量檢驗、系統(tǒng)管理、生產(chǎn)信息管理及設(shè)備管理。如圖2所示。計劃管理:存儲企業(yè)接收到的訂單的信息，相關(guān)人員根據(jù)此模塊提供的信息，安排生產(chǎn)任務(wù)，并通過此模塊將任務(wù)下達。

生產(chǎn)制造管理:接收計劃管理下達的任務(wù)，并記錄生產(chǎn)過程、進度和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題等信息。生產(chǎn)完成后報檢。

倉儲管理:對倉庫成品、半成品庫存信息進行核對管理，并記錄出入庫信息。

質(zhì)量檢驗:接收生產(chǎn)制造管理模塊報檢信息，并對其產(chǎn)品進行檢驗。同時存儲生產(chǎn)檢驗信息、車間質(zhì)量文檔等。

系統(tǒng)管理:主要存儲企業(yè)所有用戶的登錄信息、帳號信息以及權(quán)限信息，同時對系統(tǒng)進行維護、升級等。

生產(chǎn)信息管理模塊:錄入訂單信息，同時記錄生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)進度信息、質(zhì)量信息、員工考勤信息等，供相關(guān)人員查閱。

設(shè)備管理模塊:設(shè)備故障時對設(shè)備進行維修，記錄設(shè)備運行狀態(tài)，并更新設(shè)備信息。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計

通過分析企業(yè)車間的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程及其生產(chǎn)特點，結(jié)合2.1節(jié)，本文對生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)方面的業(yè)務(wù)流程設(shè)計如圖3所示。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的不同角色及其使用權(quán)限，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進行分析如下。

計劃人員:根據(jù)錄入的訂單信息，合理安排各個工位的生產(chǎn)任務(wù)，將任務(wù)下達到車間。

生產(chǎn)制造人員:根據(jù)下發(fā)的任務(wù)，進行生產(chǎn)，同時在生產(chǎn)過程中系統(tǒng)會錄入生產(chǎn)進度信息，生產(chǎn)完成后報檢，生產(chǎn)過程中若機床出現(xiàn)故障，錄入故障信息。

倉庫人員:根據(jù)生產(chǎn)制造人員的任務(wù)，為他們提供原材料及半成品，負責成品的出入庫。

質(zhì)檢人員:收到生產(chǎn)制造人員的報檢信息后，對產(chǎn)品進行檢驗，檢驗后提交相關(guān)的質(zhì)量信息。

設(shè)備管理人員:通過讀取生產(chǎn)制造人員錄入的故障信息對機床進行維修，同時管理機床相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3 輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)詳細設(shè)計

3.1 生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程詳細設(shè)計

1)車間生產(chǎn)計劃流程設(shè)計。

從企業(yè)接收訂單到實際投入生產(chǎn)，這之間有一個生產(chǎn)計劃的安排。系統(tǒng)對于車間生產(chǎn)計劃流程的設(shè)計大致是:企業(yè)接受到訂單后，由生產(chǎn)管理人員錄入訂單信息，計劃人員接收到訂單信息后，根據(jù)訂單情況和生產(chǎn)能力，制定生產(chǎn)計劃，并且編制出生產(chǎn)的具體要求，然后進行生產(chǎn)派工，派工信息會傳送到生產(chǎn)制造人員，生產(chǎn)制造人員接收到派工信息后便開始領(lǐng)料生產(chǎn)。具體流程如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程圖

圖4 車間生產(chǎn)計劃流程

2)車間生產(chǎn)統(tǒng)計流程設(shè)計。

生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)信息需要進行收集并統(tǒng)計、匯報給生產(chǎn)管理人員，這樣生產(chǎn)管理人員才能對車間生產(chǎn)情況進行把握，以掌握訂單的完成進度，對訂單負責。具體的統(tǒng)計流程是:生產(chǎn)制造人員開始生產(chǎn)后，系統(tǒng)顯示任務(wù)實時進度信息，批次生產(chǎn)任務(wù)完成后，提交完工，作業(yè)計劃人員就會進行生產(chǎn)結(jié)果的統(tǒng)計，統(tǒng)計完成后填寫生產(chǎn)報表，交給生產(chǎn)管理人員審核，審核通過后進行確認。

3)車間不良品處理流程。

生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)不良品，這就需要質(zhì)檢人員不停地對成品、半成品進行檢驗，檢測合格的送至倉庫，由倉庫管理員進行入庫操作，若檢驗不合格，則進一步判斷是否可以返工，若無法返工則進行報廢處理，并將報廢信息發(fā)給倉庫管理員進行記錄，若可以返工，則返回車間重新加工。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在SQL Server 2008中創(chuàng)建名為“輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括員工信息表、登錄帳號表、訂單信息表、機床歷史任務(wù)表、機床狀態(tài)信息表、庫存表、出入庫記錄表、登錄信息表、班次表、產(chǎn)品信息表。

登錄帳號表和登錄信息表與員工信息表通過外鍵連接，機床歷史任務(wù)表和機床狀態(tài)信息表通過外鍵連接，員工信息表和機床狀態(tài)信息表與班次表通過外鍵連接等等，各個數(shù)據(jù)表之間都有著相應(yīng)的聯(lián)系。以“機床狀態(tài)信息表”和“登錄帳號表”兩個表單為例，具體內(nèi)容見表1、表2。

表1 機床狀態(tài)信息表

表2 登錄帳號表

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

研究利用Visual Basic 6.0對生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行了開發(fā)。

4.1 系統(tǒng)登錄及模塊選擇

系統(tǒng)登錄運行后，根據(jù)各角色的權(quán)限設(shè)置進行模塊選擇;對于沒有權(quán)限的模塊，控件按鈕是隱藏不可見的。點擊相應(yīng)模塊按鈕就會進入相應(yīng)模塊。

4.2 生產(chǎn)制造管理模塊

工人登錄到模塊選擇界面，選擇生產(chǎn)制造管理模塊進入后輸入自己的機床編號，系統(tǒng)便會讀取當前機床的加工任務(wù)等信息，如圖5所示?！爱斎杖蝿?wù)”便是生產(chǎn)制造人員所安排該機床的任務(wù)，“當日已加工數(shù)目”是工人根據(jù)實際生產(chǎn)所提交的數(shù)據(jù)，工人可以通過“生產(chǎn)計數(shù)”按鈕(每按一下數(shù)據(jù)加1)進行修改。當工人加工到一定數(shù)目時會通過報檢數(shù)量的提交“呼叫”質(zhì)檢人員來進行檢驗，檢驗完成后質(zhì)檢人員會提交“當日不合格品數(shù)目”數(shù)據(jù)?！安罹嗄繕恕笔峭ㄟ^設(shè)置時鐘控件，使得“差距目標”一直等于“當日任務(wù)”減去“當日已加工數(shù)目”再加上“當日不合格品數(shù)目”。若在加工過程中設(shè)備出現(xiàn)故障，工人便可點擊“設(shè)備報修”按鈕，“運行狀態(tài)”便會變成故障，設(shè)備人員看到后便會第一時間過來維修。工人當日的加工任務(wù)完成后便會點擊“提交完工”按鈕，然后系統(tǒng)便會讀取系統(tǒng)日期和當前機床編號，檢查有沒有重復(fù)(防止重復(fù)提交)，若沒有重復(fù)就把當日加工數(shù)據(jù)添加到“機床歷史任務(wù)表”中，同時修改“機床狀態(tài)表”中的“已加工總數(shù)量”和“已加工不合格品數(shù)量”。

圖5 生產(chǎn)制造模塊

4.3 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理員可以對系統(tǒng)帳號以及權(quán)限進行修改，如圖6所示，可以按員工編號進行查找，可以刪除帳號，點擊以相應(yīng)權(quán)限為名稱的按鈕可以改變該帳號的權(quán)限，還可以在“增加記錄”里增加帳號。

5 結(jié)束語

本文首先對輪轂生產(chǎn)管理系統(tǒng)的需求進行了分析，得出系統(tǒng)所需要的功能;然后對系統(tǒng)進行總體設(shè)計，設(shè)計出系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)流程;最后詳細設(shè)計，進行數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建以及代碼的編寫。

圖6 系統(tǒng)管理模塊

研究開發(fā)出的生產(chǎn)管理系統(tǒng)可以識別用戶名密碼，并讀取登錄用戶的權(quán)限，開放權(quán)限對應(yīng)的模塊供其操作。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任務(wù)信息的傳遞、生產(chǎn)進度信息的共享、出入庫信息的記錄、員工信息的管理、登錄帳號信息的管理、設(shè)備信息的管理等等。對于大多數(shù)普通制造企業(yè)都是可以使用的。

［1］ 郭東陽，衛(wèi)青延.離散型制造業(yè)管理駕駛艙系統(tǒng)的研究與設(shè)計［J］.機械設(shè)計與制造工程，2015，44(3):47 －51.

［2］ 李水田.郴煙卷包車間數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］ 張宏兵.數(shù)字化制造車間集成管理系統(tǒng)研究與設(shè)計［D］.南京:南京理工大學(xué)，2010.

［4］ 張映峰，趙曦濱，孔樹棟，等.一種基于物聯(lián)技術(shù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)方法與關(guān)鍵技術(shù)［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2012，18(12):2634－2642.

［5］ 黃剛，李晉航，巫婕妤，等.離散制造業(yè)可適應(yīng)制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2011，17(10):2138－2143.

［6］ Valckenaers P，Brussel H V.Holonicmanufacturing execution systems［J］.CIRPAnnals － Manufacturing Technology ，2005，45(1):427－432.