基于UML的鋼鐵企業(yè)APS訂單計(jì)劃系統(tǒng)建模

1、基于UML的鋼鐵企業(yè)APS訂單計(jì)劃系統(tǒng)建模    關(guān)鍵詞 鋼鐵企業(yè);訂單計(jì)劃;APS;系統(tǒng)建模;UML doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 21 . 017 0 引 言 基于APS理論的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃編制和執(zhí)行過(guò)程包括訂單計(jì)劃、批量計(jì)劃以及生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃等主要階段。訂單計(jì)劃的主要任務(wù)是根據(jù)現(xiàn)有庫(kù)存產(chǎn)品的信息,并在同時(shí)考慮各個(gè)工序的生產(chǎn)能力的前提下,對(duì)客戶訂單做出交貨期承諾,制訂在總體能力上可行的訂單排產(chǎn)計(jì)劃。訂單計(jì)劃以客戶訂單為主要管理對(duì)象,訂單計(jì)劃的輸入是客戶銷售訂單,輸出是拆分到各個(gè)工序

2、的生產(chǎn)工單。生產(chǎn)工單是進(jìn)行批量計(jì)劃編制的前提條件,批量計(jì)劃階段的結(jié)果又是生產(chǎn)調(diào)度的基礎(chǔ)。由此可見(jiàn),訂單計(jì)劃作為整個(gè)鋼鐵企業(yè)計(jì)劃的源頭有著十分重要的意義。 鋼鐵企業(yè)APS中的訂單計(jì)劃系統(tǒng)是一個(gè)功能復(fù)雜的系統(tǒng),研究重點(diǎn)是對(duì)“訂單”的處理時(shí)序問(wèn)題,包括不同工序路徑上的訂單拆分、考慮多種因素的交貨期承諾等。如果采用傳統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)化建模思想,在描述動(dòng)態(tài)性、可擴(kuò)展性方面會(huì)出現(xiàn)模型與實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)上有很大的局限性。UML是一種面向?qū)ο蟮慕７椒?它與具體的過(guò)程無(wú)關(guān),其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單并且可擴(kuò)展,具有擴(kuò)展和專有化機(jī)制,擴(kuò)展時(shí)無(wú)須對(duì)核心概念進(jìn)行修改,適于描述功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜的需求分析。本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景,采用面向?qū)ο蟮腢

3、ML建模方法對(duì)訂單計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行建模。 1 訂單計(jì)劃系統(tǒng)目標(biāo)和任務(wù) 對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言,其生產(chǎn)只能按照自身的節(jié)奏較為穩(wěn)定地進(jìn)行,而市場(chǎng)需求卻是動(dòng)態(tài)多變的。在這種情況下,只有按照訂單全生命周期對(duì)訂單產(chǎn)生、訂單分析、訂單執(zhí)行、訂單交付等一系列過(guò)程進(jìn)行管理,才能更好地滿足客戶需求,提高競(jìng)爭(zhēng)能力。 在基于APS的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃體系中,訂單計(jì)劃是生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的前提和基礎(chǔ),主要是對(duì)企業(yè)接收到的客戶銷售訂單進(jìn)行預(yù)處理,將銷售訂單轉(zhuǎn)化為按照工序劃分的生產(chǎn)工單,并初步給出交貨期承諾,為作業(yè)計(jì)劃的編制提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)工單需求1。訂單計(jì)劃問(wèn)題的主要任務(wù)是根據(jù)現(xiàn)有庫(kù)存產(chǎn)品的信息,并在同時(shí)考慮各個(gè)工序的生產(chǎn)能力的前提下,對(duì)

4、客戶訂單做出交貨期承諾2,制訂符合產(chǎn)能要求的訂單排產(chǎn)計(jì)劃。 訂單計(jì)劃系統(tǒng)的入口為客戶銷售訂單,一個(gè)客戶銷售訂單可能包含了多個(gè)鋼種產(chǎn)品的訂貨要求。訂單計(jì)劃系統(tǒng)主要解決板坯設(shè)計(jì)、庫(kù)存匹配、產(chǎn)能匹配3個(gè)方面的業(yè)務(wù),其處理流程如下: (1)將一個(gè)銷售訂單按照鋼種、鋼卷單重等拆分為一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)訂單以便于根據(jù)庫(kù)存情況對(duì)生產(chǎn)訂單進(jìn)行庫(kù)存匹配,判斷能否按時(shí)、按量實(shí)現(xiàn)銷售訂單交貨。 (2)對(duì)于不能由成品或半成品來(lái)滿足的生產(chǎn)訂單,按照工藝過(guò)程進(jìn)行工序拆分以及板坯設(shè)計(jì),對(duì)拆分形成的生產(chǎn)工單要進(jìn)行坯料替代和產(chǎn)能匹配3。產(chǎn)能匹配是在不改變?cè)O(shè)備已定負(fù)荷的前提下,通過(guò)計(jì)算各關(guān)鍵設(shè)備的空閑生產(chǎn)能力后,將關(guān)鍵設(shè)備的空閑生產(chǎn)能

5、力與訂單數(shù)量進(jìn)行產(chǎn)能需求匹配,決策能否完成訂單的需求,對(duì)于產(chǎn)能匹配后仍無(wú)法足額保證銷售訂單需求的情況,若要接受該訂單,就必須改變?cè)猩a(chǎn)計(jì)劃安排,重新制訂出新的生產(chǎn)計(jì)劃4。 2 UML系統(tǒng)建模 2.1 靜態(tài)模型 在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ?用例描述了用戶對(duì)系統(tǒng)功能的需求,所有的用例合在一起構(gòu)成用例模型,它描述了系統(tǒng)的功能,回答了“系統(tǒng)應(yīng)該為每個(gè)用戶做什么”的問(wèn)題。根據(jù)訂單計(jì)劃系統(tǒng)的功能需求可分析得出的系統(tǒng)用例角色主要有5種:銷售訂單管理員、生產(chǎn)訂單管理員、成品庫(kù)存管理員、板坯庫(kù)存管理員、產(chǎn)能管理員。 系統(tǒng)用例圖如圖1所示,其中:銷售訂單管理員主要負(fù)責(zé)銷售訂單的增加、修改、刪除以及訂單的分解,銷售訂單分

6、解的結(jié)果是生產(chǎn)訂單;生產(chǎn)訂單管理員需要對(duì)生產(chǎn)訂單按工序進(jìn)行拆分,得到各個(gè)工序上的生產(chǎn)工單(根據(jù)企業(yè)實(shí)際,本文所指生產(chǎn)工單包括板坯工單和鋼卷工單兩種);成品庫(kù)存管理員對(duì)鋼卷工單進(jìn)行鋼卷匹配;板坯庫(kù)存管理員對(duì)板坯工單進(jìn)行坯料替代;產(chǎn)能管理員對(duì)各個(gè)工序上的訂單進(jìn)行該工序的產(chǎn)能匹配,判斷是否有足夠的能力進(jìn)行生產(chǎn),并得到工序交貨期。 2.3 動(dòng)態(tài)模型 用例圖和類圖只是從靜態(tài)角度描述系統(tǒng),靜態(tài)模型得到的信息并不完整,一個(gè)完整的模型必須描述系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征和行為可以通過(guò)用例實(shí)現(xiàn)來(lái)描述。用例實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)順序圖和活動(dòng)圖等來(lái)完成。限于篇幅,本文僅對(duì)工藝設(shè)計(jì)、庫(kù)存匹配和產(chǎn)能匹配3個(gè)主要活動(dòng)進(jìn)

7、行介紹。 工藝設(shè)計(jì)是指將銷售訂單分解得到的生產(chǎn)訂單基于全線工序拆分為各工序生產(chǎn)工單的過(guò)程。本文主要考慮煉鋼-連鑄和軋制兩個(gè)工序,煉鋼-連鑄工序的產(chǎn)品是板坯,軋制工序的產(chǎn)品是鋼卷,因此將生產(chǎn)訂單拆分為鋼卷工單和板坯工單。工藝設(shè)計(jì)順序圖如圖3所示。        鋼鐵企業(yè)大量余材的存在,占用了大面積庫(kù)存,無(wú)形中造成資源浪費(fèi),如何處理好非訂單庫(kù)存是鋼鐵企業(yè)面臨的重要問(wèn)題5。為了有效利用這些庫(kù)存余材,提高客戶滿意度、降低成本和庫(kù)存成本,需要將其與訂單進(jìn)行合理的匹配。 庫(kù)存匹配是對(duì)工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)生的生產(chǎn)工單進(jìn)行的操作,包括成品匹

8、配和坯料替代。庫(kù)存匹配包括對(duì)板坯工單進(jìn)行的坯料替代和對(duì)鋼卷工單進(jìn)行的成品匹配。不管是坯料替代還是成品匹配都是通過(guò)生產(chǎn)工單中的產(chǎn)品規(guī)格信息與產(chǎn)品庫(kù)存中滿足規(guī)格、質(zhì)量的產(chǎn)品進(jìn)行匹配,在程序系統(tǒng)中的匹配操作分為自動(dòng)匹配和手動(dòng)匹配。自動(dòng)匹配是在程序中預(yù)定匹配參數(shù)和匹配方法,對(duì)工單產(chǎn)品和庫(kù)存產(chǎn)品進(jìn)行一一對(duì)比,符合程序設(shè)定要求的就可以匹配;手動(dòng)匹配是指在手動(dòng)輸入?yún)?shù)的情況下進(jìn)行庫(kù)存匹配。 在企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中,訂單與產(chǎn)品之間的匹配關(guān)系可能有以下3種情況:同鋼級(jí)、同規(guī)格的庫(kù)存匹配;同規(guī)格的庫(kù)存匹配,但是鋼級(jí)不同,高鋼級(jí)可以替代低鋼級(jí);同鋼級(jí)、不同規(guī)格的庫(kù)存匹配,這個(gè)時(shí)候需要考慮后續(xù)加工的問(wèn)題。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置

9、可以滿足同鋼級(jí)、同規(guī)格的庫(kù)存匹配,但是對(duì)于另外兩種情況,鋼級(jí)和規(guī)格參數(shù)存在變化,通過(guò)手動(dòng)匹配人工輸入匹配參數(shù)會(huì)更符合實(shí)際的需要,手動(dòng)匹配的活動(dòng)圖如圖4所示。 手動(dòng)匹配與自動(dòng)匹配的主要區(qū)別在于:手動(dòng)匹配在選中待匹配工單后需要在手動(dòng)匹配界面輸入匹配參數(shù),包括鋼種、寬度上下限、厚度上下限、表面質(zhì)量要求、匹配人、匹配時(shí)間等,然后再執(zhí)行匹配計(jì)算;而自動(dòng)匹配在選中待匹配工單后可以根據(jù)默認(rèn)設(shè)置直接執(zhí)行匹配計(jì)算。 針對(duì)未能匹配的生產(chǎn)工單,需要進(jìn)行產(chǎn)能匹配以便能及時(shí)向客戶給出交貨期承諾6。關(guān)于產(chǎn)能匹配的類有:生產(chǎn)工單、工序、產(chǎn)品目錄、設(shè)備、設(shè)備_產(chǎn)品加工時(shí)長(zhǎng)等。產(chǎn)能匹配涉及整個(gè)工廠的工序路徑、工序、工序上的設(shè)備

10、各種信息,同時(shí)相同的設(shè)備對(duì)不同的產(chǎn)品加工時(shí)長(zhǎng)可能是不相同的,因此需要在產(chǎn)品目錄中得到產(chǎn)品規(guī)格的信息,最終結(jié)合設(shè)備的剩余產(chǎn)能進(jìn)行產(chǎn)能匹配。產(chǎn)能匹配的順序圖如圖5所示。 產(chǎn)能匹配的結(jié)果體現(xiàn)為工單在設(shè)備上的加工時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題,這就需要用到設(shè)備名稱以及工序產(chǎn)品的規(guī)格信息。因此在產(chǎn)能匹配中首先要根據(jù)生產(chǎn)工單中的“所在工序”和“產(chǎn)品編碼”的屬性得到工序和產(chǎn)品規(guī)格信息,然后根據(jù)工序表找到該工序?qū)?yīng)的設(shè)備名稱,最后通過(guò)設(shè)備和產(chǎn)品規(guī)格信息在“設(shè)備_產(chǎn)品加工時(shí)長(zhǎng)”表中找到相應(yīng)的產(chǎn)品加工時(shí)長(zhǎng)。 3結(jié)束語(yǔ) 隨著鋼鐵企業(yè)由面向庫(kù)存生產(chǎn)向面向訂單和面向客戶化定制的生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變,如何通過(guò)對(duì)訂單計(jì)劃的有效管理來(lái)提高生產(chǎn)效率并滿

11、足客戶的需求成為鋼鐵企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。本文采用面向?qū)ο蟮姆椒ɡ肬ML靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型對(duì)鋼鐵企業(yè)APS中的訂單計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析。首先構(gòu)建了系統(tǒng)用例圖和分析類圖,然后以工藝設(shè)計(jì)、庫(kù)存匹配、產(chǎn)能匹配3個(gè)用例實(shí)現(xiàn)為例,通過(guò)順序圖和活動(dòng)圖構(gòu)造了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。系統(tǒng)主要特點(diǎn)是在編制中長(zhǎng)期訂單計(jì)劃時(shí),通過(guò)將訂單拆分到工序進(jìn)行庫(kù)存和產(chǎn)能匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)物流和產(chǎn)能的平衡。 主要參考文獻(xiàn) 1席陽(yáng). 鋼鐵企業(yè)中的訂單計(jì)劃研究方法D. 北京:北京科技大學(xué), 2007. 2蔡洋, 李鐵克. 面向訂單的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理一體化系統(tǒng)J. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(3): 302-306. 3李修飛. 鋼鐵企業(yè)面向訂單的集成生產(chǎn)計(jì)劃管理技術(shù)研究D. 大連:大連理工大學(xué), 2008. 4王宇, 蔡洋, 李鐵克. 鋼鐵企業(yè)訂單排產(chǎn)中的ATP與CTP模型J. 科技和產(chǎn)業(yè)