基于工藝流程圖的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)*

李 麗，吉武俊，武照云，吳立輝

(1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，鄭州 450046; 2.河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450007)

基于工藝流程圖的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)*

李 麗1，吉武俊1，武照云2，吳立輝2

(1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，鄭州 450046; 2.河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450007)

為了提高車間的信息化管理水平，以機(jī)械制造車間為對(duì)象，對(duì)車間總體業(yè)務(wù)與工藝流程的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，劃分了車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的功能模塊，給出了系統(tǒng)的體系架構(gòu)組成。詳細(xì)論述了工藝流程圖建模與設(shè)計(jì)、基于工藝流程圖的流程控制和生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)流程與方法等關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，以C#.NET為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于工藝流程圖的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)。通過實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)較好的實(shí)現(xiàn)了以工藝流程圖為核心的各項(xiàng)信息化管理功能。

工藝流程圖；流程控制；車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)；生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控

0 引言

車間生產(chǎn)信息化管理是制造業(yè)信息化的重要組成部分，提高車間的信息化管理水平，有助于提升企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在車間生產(chǎn)信息化管理方面進(jìn)行了大量探索與實(shí)踐，在車間作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)過程監(jiān)控、系統(tǒng)建模與優(yōu)化、信息管理系統(tǒng)等領(lǐng)域取得了大量成果，有效提高了車間信息化水平[1-6]。但是，目前大多數(shù)車間管理系統(tǒng)對(duì)車間作業(yè)的工藝流程普遍缺乏有效支持，進(jìn)而造成車間工藝流程的可視化程度不高，工序之間信息銜接不暢，成為信息化系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

本文以機(jī)械制造車間為對(duì)象，研究符合車間作業(yè)特點(diǎn)的工藝流程圖描述方法，基于C#.NET技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)基于工藝流程圖的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)。采用圖形與工藝數(shù)據(jù)集成的方式解決了工藝流程圖的建模問題，實(shí)現(xiàn)了圖形化的工藝流程繪制與存儲(chǔ)；通過工序執(zhí)行狀態(tài)判斷方法，實(shí)現(xiàn)了基于工藝流程圖的車間員工生產(chǎn)流程控制；引入工序執(zhí)行狀態(tài)顯示機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)訂單生產(chǎn)進(jìn)度的圖形化監(jiān)控；設(shè)計(jì)了車間質(zhì)量檢驗(yàn)流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車間工序生產(chǎn)的質(zhì)量控制。

1 車間業(yè)務(wù)分析

在車間各部門以及生產(chǎn)制造的各個(gè)工序之間，存在大量的業(yè)務(wù)流程，對(duì)這些錯(cuò)綜復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首先任務(wù)。車間各部門之間的總體業(yè)務(wù)流程如圖1所示，具體包括：①車間主任接收訂單任務(wù)；②工藝員編制生產(chǎn)工藝流程；③車間主任將生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)到各班組長(zhǎng)和質(zhì)檢主管；④班組長(zhǎng)給員工分配生產(chǎn)任務(wù)；⑤質(zhì)檢主管給質(zhì)檢員分配質(zhì)檢任務(wù)；⑥車間員工按照生產(chǎn)工藝流程執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)；⑦質(zhì)檢員對(duì)車間員工的工作質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)；⑧生產(chǎn)完成，產(chǎn)品入庫。其中，在⑥車間員工執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)環(huán)節(jié)，存在比較復(fù)雜的工藝流程，如圖2所示。各加工工序之間可能是串行關(guān)系或并行關(guān)系，而且在前一道工序尚未完成時(shí)，后面的工序無法開展，具有嚴(yán)格的約束關(guān)系。

圖1 車間總體業(yè)務(wù)流程

圖2 車間員工的工藝流程

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)共包括6個(gè)功能模塊，分別為車間主任模塊、工藝員模塊、班組長(zhǎng)模塊、車間員工模塊、質(zhì)檢主管模塊和質(zhì)檢員模塊。各模塊均采用“用戶-角色-權(quán)限”的控制策略[7]，并通過數(shù)據(jù)狀態(tài)更新機(jī)制來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)流轉(zhuǎn)[8]。系統(tǒng)采用三層體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)體系架構(gòu)

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)信息的實(shí)際載體，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、工藝流程圖模型庫等，該層具有完備的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，以防數(shù)據(jù)意外破壞。應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵層，主要包括數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)邏輯處理兩部分。用戶層是系統(tǒng)終端界面的展現(xiàn)層，負(fù)責(zé)完成用戶的信息輸入與系統(tǒng)的響應(yīng)輸出[9]。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝流程圖建模與設(shè)計(jì)

工藝流程決定了生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行順序，是機(jī)械制造車間信息管理的核心內(nèi)容[10]。為了更加形象直觀的表達(dá)工藝流程，本文采用流程圖的方式進(jìn)行建模與設(shè)計(jì)。

一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程中，通常包括多個(gè)工序，而每個(gè)工序中又包括多個(gè)工步。不同的工序之間存在一定的順序關(guān)系，可能是串行，也可能是并行。在工序中還涉及到大量的工藝信息，如工序的基本信息、包括的工步列表、具體的操作說明、相關(guān)的工序檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。因此，機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程圖的構(gòu)成非常復(fù)雜，既包含了工序節(jié)點(diǎn)及其相互關(guān)系，又包含了相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)，是一個(gè)異構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)的集合體。針對(duì)該特點(diǎn)，本文建立了機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程圖模型，如圖4所示。

圖4 工藝流程圖模型

該模型主要由圖形與工藝數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成，其中圖形主要包括工序節(jié)點(diǎn)和連接關(guān)系，具體的元素屬性為：工序節(jié)點(diǎn)={工序號(hào)；工序名稱；坐標(biāo)位置；背景圖像；字體設(shè)置}，連接關(guān)系={前一道工序；后一道工序；箭頭指向；樣式；線寬；直/折線類型}。工藝數(shù)據(jù)主要包括工序信息、工步信息、工步說明以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。具體的元素屬性為：工序信息={工序號(hào)；工序名稱；產(chǎn)品ID；零件名稱；加工設(shè)備；加工材料；分配班組；下游工序號(hào)；備注}，工步信息={工步ID；工步號(hào)；工步名稱；具體內(nèi)容；計(jì)件單價(jià)；參考時(shí)間}，工步說明={ID；工序ID；資源類型；資源文件；文字說明內(nèi)容}，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)={ID；工序ID；檢驗(yàn)序號(hào)；檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?；輸入類型；檢驗(yàn)頻率設(shè)置}。

對(duì)于工藝流程圖模型中圖形部分的存儲(chǔ)問題，解決方法如下：根據(jù)C#.NET的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，定義一個(gè)接口IFlowItem，然后以Process類(工序類)與Line類(連線類)實(shí)現(xiàn)該接口，這樣，由工序和連線構(gòu)成的工藝流程圖從本質(zhì)上來說就是一個(gè)IFlowItem接口的泛型集合。于是，工藝流程圖就可以通過序列化方法存儲(chǔ)為二進(jìn)制文件形式。

工藝流程圖設(shè)計(jì)界面如圖5所示，具有讀取文件、繪制流程圖、選擇/移動(dòng)/刪除對(duì)象、復(fù)制工序、保存文件等功能。操作簡(jiǎn)單方便，繪制的流程圖清晰且直觀。

在車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了圖形化的工藝流程圖之后，便可以在流程圖上完成各類信息的錄入與管理，具體包括：工藝員為工序錄入加工工藝卡信息、車間主任為工序設(shè)定完成時(shí)間期限、班組長(zhǎng)為工序分配操作員工等。

3.2 基于工藝流程圖的流程控制

在車間生產(chǎn)過程中，操作員工必須按照制定好的工藝流程去有序的執(zhí)行生產(chǎn)，這樣的流程控制功能可以借助工藝流程圖來實(shí)現(xiàn)。

圖5 工藝流程圖設(shè)計(jì)界面

在工藝流程圖中，每個(gè)工序節(jié)點(diǎn)都有三個(gè)屬性：①ProcessNo屬性：自身的工序號(hào)；②DownProcessNo屬性：下一道工序的工序號(hào)；③ProcessStatus屬性：工序狀態(tài)。對(duì)于工序Pi而言，當(dāng)Pi沒有上一道工序或所有上一道工序全部完成時(shí)，工序Pi才可以開始執(zhí)行；否則工序Pi不能執(zhí)行。令工序Pi的工序號(hào)記為No.I,則判斷工序Pi是否可以執(zhí)行的流程圖如圖6所示。

圖6 工序執(zhí)行狀態(tài)判斷流程圖

3.3 基于工藝流程圖的生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控

工藝流程圖除了用于表達(dá)工藝流程的邏輯關(guān)系之外，還可以用于顯示工序的執(zhí)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單生產(chǎn)進(jìn)度的有效監(jiān)控。

工序的執(zhí)行狀態(tài)共有三種：未開始，正在執(zhí)行和已完成。在流程圖中，根據(jù)工序狀態(tài)的不同，為每個(gè)工序節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的顯示效果，即可達(dá)到直觀形象、一目了然的監(jiān)控目的。設(shè)定工序節(jié)點(diǎn)顯示效果的規(guī)則如表1所示。

表1 工序節(jié)點(diǎn)顯示效果

該功能的實(shí)現(xiàn)步驟為：

①遍歷流程圖中的全部對(duì)象；

②對(duì)于工序節(jié)點(diǎn)Pi，若其執(zhí)行狀態(tài)=‘正在執(zhí)行’，則將節(jié)點(diǎn)Pi加入正在執(zhí)行節(jié)點(diǎn)集合PList；若Pi執(zhí)行狀態(tài)=‘已完成’，則將Pi的背景圖片設(shè)置為灰色；若Pi執(zhí)行狀態(tài)=‘未開始’，則不改變其屬性；

③遍歷結(jié)束后，啟動(dòng)Timer，設(shè)置間隔時(shí)間為1s，在觸發(fā)事件中，交替改變集合PList中節(jié)點(diǎn)的背景圖片，以達(dá)到閃爍的效果。

訂單生產(chǎn)進(jìn)度的監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 訂單生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控界面

3.4 生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)流程與方法

機(jī)械產(chǎn)品的最終質(zhì)量主要取決于車間操作員工的工序完成質(zhì)量，因此建立了一套針對(duì)車間工序生產(chǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)流程。具體流程如圖8所示：①操作員工接到生產(chǎn)任務(wù)后，首先閱讀詳盡的工步說明和相關(guān)歷史不良記錄，包括視頻、圖片和文字等形式；②按照技術(shù)要求加工樣件，并進(jìn)行自檢；③質(zhì)檢員接到首檢任務(wù)后，進(jìn)行首檢；④質(zhì)檢員首檢合格后，員工開始正式生產(chǎn)；⑤在車間員工生產(chǎn)期間，質(zhì)檢員將會(huì)進(jìn)行多次巡檢；⑥員工完成生產(chǎn)任務(wù)后，質(zhì)檢員進(jìn)行末檢；⑦質(zhì)檢員末檢合格后，員工加工的工件方可入庫。

圖8 生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)流程

為了提高質(zhì)檢工作效率，在車間員工模塊的操作工藝卡上自動(dòng)生成條形碼，當(dāng)質(zhì)檢員進(jìn)行質(zhì)檢時(shí)，只需用手持移動(dòng)終端掃描該條形碼即可快速進(jìn)入檢驗(yàn)結(jié)果錄入界面，加快了數(shù)據(jù)錄入速度。

對(duì)于各工序的質(zhì)檢數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用統(tǒng)計(jì)工序控制(SPC)方法，以控制圖理論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法為核心，通過質(zhì)量波動(dòng)分析，對(duì)生產(chǎn)過程中的工件質(zhì)量信息進(jìn)行及時(shí)的反饋與優(yōu)化，使工序過程保持最佳的工作狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車間工序生產(chǎn)的質(zhì)量控制。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于上述關(guān)鍵技術(shù)的研究與分析，以C#為程序開發(fā)語言，VS 2015為開發(fā)環(huán)境，SQL Server 2012作為數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)并開發(fā)了機(jī)械制造車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以C/S架構(gòu)模式進(jìn)行應(yīng)用，在服務(wù)器端，除了SQL Server數(shù)據(jù)庫之外，還有SocketServer負(fù)責(zé)文件傳輸。在客戶端，由于質(zhì)檢員需要在車間不同地點(diǎn)進(jìn)行巡檢，所以需要在智能手持終端上使用該系統(tǒng)來完成信息的查詢與錄入，而其余用戶均在普通PC端使用。

該系統(tǒng)以工藝流程圖為核心主線，貫穿了各個(gè)功能模塊，操作簡(jiǎn)單易用，界面直觀形象。目前，已經(jīng)在鄭州市某機(jī)械制造公司實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

5 結(jié)論

本文提出了一種面向機(jī)械制造車間生產(chǎn)管理的工藝流程圖建模方法，并進(jìn)行了車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了以工藝流程圖為核心的信息集成管理與應(yīng)用模式。本系統(tǒng)在機(jī)械制造公司取得良好的應(yīng)用效果，有效提高了車間的作業(yè)效率及信息化管理水平，對(duì)于同類的機(jī)械制造車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)具有較好的參考意義與價(jià)值。

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(編輯 李秀敏)

Design and Development of Workshop Production Management System Based on Process Flow Diagram

LI Li1, JI Wu-jun1, WU Zhao-yun2, WU Li-hui2

(1.Automobile Engineering Department, Henan Polytechnic, Zhengzhou 450046, China; 2.School of Mechanical & Electrical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

In order to improve the management level of workshop information, taking mechanical manufacturing workshop as research object, the characteristics of overall business and process flow were analyzed, the function modules of workshop production management system were clarified, and then the architecture of the system was given. The key technologies of the modeling and design of process flow diagram, process control and production progress monitoring based on the process flow diagram, and check flow and methods of production quality were described in detail. With C#.NET as development platform, the workshop production management system based on process flow diagram was developed. Through practical application, the system has realized the information management functions with the core of process flow diagram.

process flow diagram; process control; workshop production management system; production progress monitoring

1001-2265(2017)01-0148-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.01.041

2016-03-05；

2016-04-18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51405133)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71201048);浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ14F010002)；寧波市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014A610076)

李麗(1982—)，女，安徽無為人，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)槠髽I(yè)信息化、數(shù)字化設(shè)計(jì)；通訊作者：武照云(1981—)，男，遼寧鐵嶺人，河南工業(yè)大學(xué)副教授，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)，(E-mail)wzhaoyun@163.com。

TH122；TG506

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