生產(chǎn)車間計劃管理信息系統(tǒng)

1、4.4.6 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）應(yīng)用目標(biāo)：公司信息化建設(shè)雖然在產(chǎn)品設(shè)計、工藝管理等環(huán)節(jié)中發(fā)揮了積極的作用，但在數(shù)字化制造方面涉及較少，僅完成了 30 臺數(shù)控機床的 DNC 傳輸，還不能實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不能對設(shè)備和刀量具進行管理和監(jiān)控，不能整合工藝流程和跟蹤工單。通過 MES 系統(tǒng)的實施，建立基于車間層面的生產(chǎn)制造執(zhí)行管理控制系統(tǒng)，實現(xiàn)從車間生產(chǎn)資源的跟蹤管理、在制品的跟蹤管理，到計劃調(diào)度的實時落實和節(jié)點反饋，涵蓋產(chǎn)品制造過程中進入加工狀態(tài)的所有環(huán)節(jié)，能夠具體幫助公司車間生產(chǎn)部門實現(xiàn)加工過程的高度信息化、柔性化、精益化和智能化。應(yīng)用重點：生產(chǎn)訂單管理生產(chǎn)訂單建立：接收 MPS/MRP 生成的

2、經(jīng)過下達的生產(chǎn)計劃訂單，支持直接生成訂單，訂單合并和訂單拆分，支持訂單投放預(yù)測，可獲得缺料、代料情況，生成代料、缺料報表。生產(chǎn)狀況跟蹤：生產(chǎn)狀況跟蹤主要是對完工物料下級物料的批次號和序列號的情況、狀態(tài)進查詢和跟蹤管理。訂單完工管理：訂單完工管理可對生產(chǎn)進行確認(rèn)或者結(jié)束，確認(rèn)訂單完工，系統(tǒng)即自動關(guān)閉相應(yīng)的備料計劃，處理。生產(chǎn)訂單統(tǒng)計：對設(shè)定時段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行綜合查詢，通過計算完工率對生產(chǎn)進度進行控制、管理。動態(tài)調(diào)度執(zhí)行管理動態(tài)調(diào)動執(zhí)行是 MES 系統(tǒng)的運作中樞，管理者可通過此功能對生產(chǎn)現(xiàn)場進行精細控制。調(diào)度派工：MES 可以按照設(shè)備、人員下達生產(chǎn)任務(wù)，生成派工單，系統(tǒng)將生產(chǎn)作業(yè)指令直接送達到生產(chǎn)現(xiàn)

3、場。生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)：在 MES 系統(tǒng)將生產(chǎn)任務(wù)下達給具體設(shè)備和操作工的同時，也將生產(chǎn)指導(dǎo)文件（圖紙、三維模型、工藝指導(dǎo)書、技術(shù)文件等）一并下達給現(xiàn)場操作終端。操作工在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，可以通過查閱電子化的生產(chǎn)指導(dǎo)文件，完成對生產(chǎn)工藝的消化，提高對生產(chǎn)加工過程的掌控能力。現(xiàn)場控制：MES 系統(tǒng)提供簡潔的現(xiàn)場終端操作頁面，幫助操作工完成生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確且方便的采集。 在每日上班生產(chǎn)開始前，操作工通過掃描胸卡的方式登錄現(xiàn)場終端，查看生產(chǎn)任務(wù)或通過掃描產(chǎn)品條碼定位需要報工的生產(chǎn)工單，在系統(tǒng)中點擊加工開始，加工結(jié)束后，輸入日完工數(shù)量后，完成報工操作。車間物料管理管理生產(chǎn)單位二級庫房，準(zhǔn)確管理車間物料使用情況

4、，具有備料計劃發(fā)料查詢、統(tǒng)計、審核、修改功能。數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)MES系統(tǒng)所需要的任務(wù)執(zhí)行信息能夠第一時間由現(xiàn)場反饋到MES系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)采集管理MDC系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場狀況信息進行第一時間的獲取并提供多種數(shù)據(jù)分析圖報告，幫助車間管理層充分了解數(shù)控設(shè)備加工狀況，有更多科學(xué)依據(jù)幫助決策和管理。關(guān)于生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，可依據(jù)設(shè)備配置情況和需要采集的數(shù)據(jù)類型，采用不同的技術(shù)實現(xiàn)手段，大致分為自動數(shù)據(jù)采集和手工錄入方式采集。4.3線平衡設(shè)計和產(chǎn)能約束分析在對線平衡設(shè)計和產(chǎn)能約束分析進行研究和分析前，簡單說明以下其得以研究的基礎(chǔ)生產(chǎn)線的 U 型布置。精益生產(chǎn)中生產(chǎn)線布置的方法精益生產(chǎn)中的生產(chǎn)線布

5、置主要的方法是 U 型布置20。這是因為多制程作業(yè)主導(dǎo)的單件流線生產(chǎn)，是將加工品經(jīng)由一次一次的加工而制成成品，所以作業(yè)員必須順著加工順序而走動下去。如果設(shè)備的布置排成直線式的由這一端投入生產(chǎn)，再由另一端生產(chǎn)出來，那么作業(yè)員就會有空手走回原點的動作浪費，為了減少這種浪費，就必須將生產(chǎn)的投入點即材料的放置點，與完成品的取出點位置盡可能地靠近，也稱為“OI一致”原則。（1）U 型布置優(yōu)點。U 型生產(chǎn)單元內(nèi)，由于多種機床緊湊地組合在一起，減少了迂回搬運浪費。將投入點與取出點接近，免除工人“返回”造成的時間浪費。（2）U 型布置的缺點。U 型生產(chǎn)線要求機器“不落地生根”，具有可動性，揚棄大型化的觀念，朝

6、小型化改變，揚棄中央式的設(shè)施。但是，在實施精益生產(chǎn)的初期，部分設(shè)備可滿足上述條件，但是，仍然存在一些設(shè)備具有以下特點:（1）數(shù)量較少，但價格昂貴，大部分零件都需要使用此設(shè)備進行加工。（2）設(shè)備仍在使用壽命內(nèi)，目前市場上具有相同加工能力的設(shè)備還不滿足小型、專業(yè)化的要求。另外，即使?jié)M足要求，更換新設(shè)備的成本高。（3）生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境,一些高精密設(shè)備，當(dāng)移動之后需要重新調(diào)試，搬動的震動也有可能影響設(shè)備的精密性。對于一些廠房，由于使用時間較長，現(xiàn)場地面的水平程度也會影響機器設(shè)備加工的精確性。由于該 U 型線布置已被廣泛研究并運用，本文不作過多研究。重點將是在 U 型線的基礎(chǔ)上研究如何真正能做到各條線之間的

7、產(chǎn)能平衡。線平衡設(shè)計平衡是精益生產(chǎn)線成功的關(guān)鍵。當(dāng)精益生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)時，所有工序都以同一速度來完成工作。即使個別生產(chǎn)工序需要不同的生產(chǎn)時間，精益生產(chǎn)也會把全部工作時間拆分為相同的工作21。線平衡的目標(biāo)，從本質(zhì)上來講是工藝流程改善的延伸，與需要完成的生產(chǎn)任務(wù)相比，它要求各工步之間的生產(chǎn)時間是均衡的（需要注意的是每個工步達到整條線的平衡而產(chǎn)生的投入可能是不一樣的），它的工具可用在那些包含以下區(qū)域流程：訂單錄入部門、制造工作單元、裝配線。在進行線平衡的深入研究之前，我們再了解以下幾個基本概念：線平衡所使用到的關(guān)鍵工具是“時間分析”和“節(jié)拍時間圖”，當(dāng)然，其它分析工具，如技能矩陣圖、數(shù)據(jù)圖將對分析產(chǎn)生重要

8、作用。線平衡技術(shù)在涉及“一件流”,也就是一般意義上所說的“One-piece flow” 時，并不排除在某些過程之間的“一組流”， 這是“客戶定制化”生產(chǎn)模式下所必然產(chǎn)生的一項過程，與傳統(tǒng)的“多品種、小批量”沒有本質(zhì)區(qū)別，但必須充分理解它的含義，然后去可變化的使用這類概念。“增值”和“非增值”活動。簡單來說，增值即“客戶付費的活動”；而“非增值”分兩種情況，第一種是“業(yè)務(wù)過程中必須的非增值活動”，客戶不付費，但為了將產(chǎn)品生產(chǎn)出來，必須存在的活動，如生產(chǎn)線的配料或取料動作，對這類活動而言，不可消除，但必須使其最小化；最后一類是典型的非增值活動，客戶既不付費，業(yè)務(wù)過程也不支持其存在，這是我們要避免

9、的浪費。接下來，讓我們以理論結(jié)合實際的方式看以下線平衡如何運用。（1） 線平衡當(dāng)前狀態(tài)每個單獨的任務(wù)是不平衡的，如下圖 4-1,可能是工藝時間不均衡造成，也可能是產(chǎn)能約束（瓶頸）造成，最終體現(xiàn)為與節(jié)拍時間之間的差異大小。注：節(jié)拍時間（TAKT Time）客戶需要的時間，即其付費的時間。（2） 理想的狀態(tài)是排除所有浪費，完美的平衡所有工序的任務(wù)，達成工作時間的平衡并使其小于或等于節(jié)拍時間，如圖 42。（3） 在實際生產(chǎn)過程中，我們的任務(wù)是通過各工序工作任務(wù)的調(diào)配、盡可能的減少非增值時間，以平衡各工序產(chǎn)出和效率，如圖 43。如何實現(xiàn)線平衡呢？著就需要進入產(chǎn)能約束分析。產(chǎn)能約束分析進行產(chǎn)能約束分析的

10、前提是了解什么是時間陷阱：(1) 時間陷阱限制了一個流程的產(chǎn)出,落入時間陷阱的工序的產(chǎn)能比它的前一道或后一道要少。(2) 時間陷阱會隨時間的變化而變化每月、每周甚至每天都有可能，基于這一周期內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品種類的變化或其它如新產(chǎn)品導(dǎo)入等特殊原因。(3) 時間陷阱也可能是由于自然的原因而引發(fā)，如生產(chǎn)流程不暢、人員變化、材料短缺和設(shè)備的可利用性。(4) 時間陷阱也可能是由于非自然的原因而引發(fā)，如做事的流程不暢、人員士氣、不安全的作業(yè)環(huán)境或培訓(xùn)等。3.2 離散制造車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)分析從產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝組織方式上對企業(yè)進行分類，企業(yè)可劃分為流程(連續(xù))生產(chǎn)行業(yè)和離散(加工裝配)制造行業(yè)。離散制造業(yè)主要

11、是通過對原材料物理形狀的改變和組裝，使其成為產(chǎn)品。典型的離散制造行業(yè)包括汽車、機床、日用電子消費品等。與流程制造業(yè)相比較，離散制造車間生產(chǎn)管理要復(fù)雜得多。生產(chǎn)計劃難預(yù)測，產(chǎn)品工藝復(fù)雜，設(shè)備自動化水平低，現(xiàn)場數(shù)據(jù)多，作業(yè)較繁瑣，不易掌掌握等。因此，建立一個完整車間制造過程信息管理系統(tǒng)是對離散車間信息化的發(fā)展是十分必要的。生產(chǎn)過程控制，就是要確保企業(yè)產(chǎn)品在制造過程中按照規(guī)定的方法和順序始終處于受控狀態(tài)下進行，這是企業(yè)質(zhì)量管理體系中最重要的一部分工作，有效實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的過程控制62。生產(chǎn)過程控制是離散制造過程的核心，它包含了車間生產(chǎn)制造各個方面的信息，其組成結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。它主要包括了：現(xiàn)場

12、數(shù)據(jù)采集和管理、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、勞動組織、質(zhì)量控制、成本控制、工藝反饋與改進、生產(chǎn)統(tǒng)計、定額核算、安全生產(chǎn)、車間的人員調(diào)配以及整個車間設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等整個車間生產(chǎn)過程涉及到的工作?？紤]到離散制造過程中產(chǎn)品復(fù)雜、生產(chǎn)數(shù)據(jù)多、加工周期較長等特點，其生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)需滿足實時可靠、控制穩(wěn)定的要求。車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)利用 RFID 技術(shù)采集車間生產(chǎn)過程信息，主要銜接上層決策系統(tǒng)ERP/MES 與底層 RFID 設(shè)施層，對整個車間的生產(chǎn)進行管理和控制。通過從圖 1 生產(chǎn)過程控制組織結(jié)構(gòu)圖的分析，基于 RFID 離散制造車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)從模塊上劃分，整體可分為：數(shù)據(jù)采集和處理模塊、生產(chǎn)計劃模塊

13、、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控模塊、閉環(huán)實時控制模塊和信息管理模塊。該系統(tǒng)功能模塊如圖 3.3 所示。其中，數(shù)據(jù)采集和處理模塊、生產(chǎn)計劃模塊、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控模塊、閉環(huán)實時控制模塊實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集、生產(chǎn)計劃引入、車間狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)閉環(huán)調(diào)度等功能，是整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分。而信息管理模塊提供必要的信息查詢和統(tǒng)計分析功能。2) 基于 RFID 的生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)功能模型RFID 技術(shù)具有自動識別對象和采集信息、抗干擾能力強、適應(yīng)環(huán)境能力強、存儲量大、可重復(fù)利用等優(yōu)點，可以彌補現(xiàn)有生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面的缺陷。通過有效的實時數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對現(xiàn)有的生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)提供實時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。具體表現(xiàn)

14、在如下幾個方面：在質(zhì)量管理上，通過 RFID 進行實時數(shù)據(jù)采集，保證物料、設(shè)備、人力、工具等資源的正確使用，尤其是在混合裝配生產(chǎn)線上，利用 RFID 識別零部件來確保物料被送到正確的位置，減少出錯率，實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)，從而保證產(chǎn)品的可靠性和高質(zhì)量。在車間生產(chǎn)調(diào)度上，通過 RFID 對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備和人員的實時跟蹤，監(jiān)控其工作狀態(tài)。若當(dāng) RFID 系統(tǒng)采集到當(dāng)前有設(shè)備處于空閑狀態(tài)時，就可以及時將設(shè)備空閑狀態(tài)信息反饋給生產(chǎn)計劃管理層，便于生產(chǎn)排產(chǎn)模塊能夠及時的編排當(dāng)前最優(yōu)的生產(chǎn)計劃，并將其返回給生產(chǎn)管理系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程監(jiān)控上，通過獲取 RFID 的編號，可以從數(shù)據(jù)庫中查出綁定有 RFID 標(biāo)簽的物料

15、及在制品所在的位置，而且通過讀寫器實時采集信息實時獲取在制品加工信息，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。在訂單跟蹤上，每個訂單都包含一種或多種不同的產(chǎn)品，RFID 技術(shù)可以實現(xiàn)對每一種產(chǎn)品從原材料到成品整個生產(chǎn)過程的跟蹤，實現(xiàn)對整個定單執(zhí)行情況的監(jiān)控。從原材料出庫到成品加工完成入庫，RFID 系統(tǒng)將自動采集每道加工工序、所用的設(shè)備和操作人員，每道工序的加工開始時間和完工時間，避免了人工數(shù)據(jù)記錄的信息滯后和出錯。在庫房管理上，RFID 系統(tǒng)可記錄物料、半成品、成品的批次、材質(zhì)、入庫時間等信息，方便生產(chǎn)人員進行合理的安排生產(chǎn)和企業(yè)管理人員查詢。在參照了 MESA 給出的 MES 標(biāo)準(zhǔn)，本文提出了基于

16、RFID 的車間制造過程信息管理系統(tǒng)的功能模型，如圖 4.4 所示。生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)的開發(fā)要與相應(yīng)的企業(yè)需求相關(guān)聯(lián)，本文主要針對離散制造企業(yè)，分析目前企業(yè)的生產(chǎn)管理現(xiàn)狀和管理需求，設(shè)計出了適合企業(yè)發(fā)展需求制造信息管理系統(tǒng)。本文將重點研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、在制品管理、訂單跟蹤以及庫房管理幾個模塊。充分利用 RFID 的技術(shù)優(yōu)勢，實時采集車間生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，設(shè)備運行狀態(tài)等信息，對車間調(diào)度進行優(yōu)化，使操作工和加工設(shè)備得到合理利用，通過對生產(chǎn)過程的實時跟蹤與監(jiān)控，掌握訂單整體執(zhí)行進度，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)的整體控制。4.2 制造過程數(shù)據(jù)采集和處理方法生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和處理是整個制造過程管理系統(tǒng)的基

17、礎(chǔ)，該模塊的核心要求是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性，中有準(zhǔn)確實時地采集到加工信息，才能實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面跟蹤與控制，使生產(chǎn)計劃和調(diào)度與實際生產(chǎn)同步。數(shù)據(jù)采集和處理基本流程如圖 4.5 所示：4.2.1 RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計現(xiàn)代離散制造業(yè)越來越趨向于多品種小批量生產(chǎn)，機加工生產(chǎn)車間為了實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備一般是根據(jù)設(shè)備屬性或工藝來安排，可采用多點數(shù)據(jù)采集的方案。另一方面，考慮到對生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時性和成本的要求，我們選擇基于 CAN 總線的串行通信方式采集信息。數(shù)據(jù)采集的具體過程：(1) 訂單下達后，系統(tǒng)給每個訂單一個指令單號，給訂單包含的每個工件一個工件號。(2) 初始化電子標(biāo)簽，將

18、工件號錄入電子標(biāo)簽，生產(chǎn)過程中，讀寫器可通過采集標(biāo)簽的工件號查詢到工件信息。由于工件表面的每個地方都有可能被加工，所以可將電子標(biāo)簽貼于裝載物料的托盤上。(3) 每個工位都設(shè)有進料緩沖區(qū)和出料緩沖區(qū)。首先，將貼有電子標(biāo)簽的裝載物料托盤運送至第一道工位的進料緩沖區(qū)，操作工通過讀寫器掃描電子標(biāo)簽，系統(tǒng)就根據(jù)工件號從數(shù)據(jù)庫中查詢到工件信息、操作員和加工工序，系統(tǒng)記錄當(dāng)前時間為加工開始時間。當(dāng)加工結(jié)束時，操作工再次掃描電子標(biāo)簽，系統(tǒng)記錄其結(jié)束加工時間，計算出加工工時并更新工件加工信息。加工完成后，操作員進行自檢，合格與否，將質(zhì)量信息反饋給系統(tǒng)，并將半成品放入出料緩沖區(qū)，等待運送至下一道工序進行加工。后面

19、工序如同第一道工序。(4) 最后一道工序加工完成后，需要運送至質(zhì)檢區(qū)進行半成品檢驗或成品檢驗。將工件的檢驗信息記錄至數(shù)據(jù)庫中，對于不合格的工件，判定其是返修或報廢，以及重新加工的工序，責(zé)任人等。RFID 應(yīng)用系統(tǒng)整體架構(gòu)如下：在 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)中，讀寫器通過 CAN 總線與工位控制器相連，工位器通過串口方式與車間控制計算機相連，車間控制計算機又通過企業(yè)局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連。當(dāng)綁定有電子標(biāo)簽的物料進入讀寫器工作范圍內(nèi)時，讀寫器采集標(biāo)簽信息，通過數(shù)據(jù)庫查詢相應(yīng)的產(chǎn)品信息，記錄當(dāng)前加工信息，向標(biāo)簽中寫入當(dāng)前工序的完成狀況、操作員的信息、半成品質(zhì)檢信息等。采集到的信息通過 RFID 中間件處理后，傳送至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，使生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)在整個企業(yè)內(nèi)得到實時共享，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的整體管理與控制。基于 RFID 技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖如根據(jù)以上流程假設(shè)某月計劃中工件的工藝路線為TP1, P2,P3，N為該工件的加工批量，其中設(shè)Tn為加工第n道工序Pn所需的時間，Tn為第n道工序的加工準(zhǔn)備時間，En為Pn的加工設(shè)備，TEn(i)為En在第i天的可加工總工時。由上假設(shè)得出第n道工序的加工任務(wù)量占該計劃總?cè)蝿?wù)量之比an，如(3.1)所示:an=(Tn×N+tn)/j=1mTj×N+tj m為最后一道工序的序號 （3.1）第i天中的加工任務(wù)為單個工序