呂榮水，徐鋒，張丹，張超，左敦穩(wěn)

(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京 210016)

面向制造企業(yè)化學(xué)品全壽命周期管理系統(tǒng)

呂榮水，徐鋒，張丹，張超，左敦穩(wěn)

(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京 210016)

為解決目前制造企業(yè)化學(xué)品種類繁多、管理成本高等問(wèn)題，基于Web建立了化學(xué)品全壽命周期管理系統(tǒng)。首先以化學(xué)品的分類為依據(jù)，用12位數(shù)字對(duì)每批次化學(xué)品逐一編碼;其次建立了化學(xué)品個(gè)體壽命預(yù)測(cè)模型，不僅為化學(xué)品提供壽命預(yù)測(cè)，而且為化學(xué)品的采購(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)管理提供決策支持。對(duì)倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)位布局算法進(jìn)行了研究，提出了庫(kù)房的貨位和層的布局方案，為化學(xué)品庫(kù)位分配提供了依據(jù)。然后基于B/S的三級(jí)體系結(jié)構(gòu)，確定了化學(xué)品采購(gòu)、化學(xué)品使用等功能模塊。最后對(duì)不同用戶進(jìn)行了角色劃分，確定了系統(tǒng)的流程。

制造企業(yè);化學(xué)品;全壽命;管理系統(tǒng);B/S構(gòu)架

隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)各種機(jī)械產(chǎn)品的外觀和性能有了更高的要求，因此各種新工藝和新材料被廣泛應(yīng)用［1］。油漆、電鍍液等化學(xué)品因?yàn)槟芴岣吡慵谋砻尜|(zhì)量，改善材料內(nèi)部金相組織，使產(chǎn)品美觀，在制造行業(yè)特別是機(jī)電產(chǎn)品制造企業(yè)被廣泛應(yīng)用［2］。上述材料種類繁多，使用情況不一、對(duì)其管理一直是困擾企業(yè)的難題［3］。傳統(tǒng)管理方式為靠手工和紙張記錄，但是存在著現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管環(huán)節(jié)力量薄弱、流向臺(tái)帳登記手段單一、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)掌控難等諸多難題，近年來(lái)正逐步被淘汰［4］。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)許多高校和企業(yè)開始研究基于網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)品管理系統(tǒng)，如電子科技大學(xué)開發(fā)了基于RFID技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品庫(kù)存管理系統(tǒng)［5］，山東大學(xué)開發(fā)了危險(xiǎn)化學(xué)品登記系統(tǒng)［6］，華北電力大學(xué)開發(fā)了B/S結(jié)構(gòu)的高校化學(xué)品管理信息系統(tǒng)［7］，白劍等人開發(fā)了汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)化學(xué)品管理系統(tǒng)［8］等。

如今我國(guó)化學(xué)品管理系統(tǒng)存在以下問(wèn)題:(1)大部分化學(xué)品管理系統(tǒng)主要還是應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室，真正適用于企業(yè)的管理系統(tǒng)屈指可數(shù)。企業(yè)的化學(xué)品管理模式和高校存在差別，因此企業(yè)化學(xué)品管理絕對(duì)不能照搬高校管理系統(tǒng)。(2)國(guó)家對(duì)劇毒化學(xué)品管理較為重視，對(duì)部分易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)品管理系統(tǒng)的開發(fā)投入較大，但忽視了普通制造企業(yè)常用化學(xué)品的管理。(3)化學(xué)品管理系統(tǒng)大部分只是實(shí)現(xiàn)基本出庫(kù)入庫(kù)的管理，忽視了化學(xué)品生命周期的很大一部分信息流。比如化學(xué)品的預(yù)算、采購(gòu)、報(bào)廢等信息，上述系統(tǒng)中很少提及。(4)系統(tǒng)大都采用靜態(tài)布局技術(shù)，即化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)貨位是長(zhǎng)期不變的，不會(huì)根據(jù)使用情況進(jìn)行貨位的調(diào)整。隨著庫(kù)房吞吐量的增大，靜態(tài)的貨位布局技術(shù)已經(jīng)很難滿足庫(kù)房高效管理的要求。吞吐量越大，如果庫(kù)位布局不合理就越會(huì)影響物資運(yùn)轉(zhuǎn)效率，進(jìn)而影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

本研究借鑒刀具全壽命管理系統(tǒng)［9］的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)并開發(fā)了面向制造企業(yè)的化學(xué)品全壽命管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)品的全壽命管理功能。另外，利用貨位布局算法，優(yōu)化貨位布局，為化學(xué)品庫(kù)房貨位分配提供決策支持。

1 信息模型

1.1 企業(yè)主要化學(xué)品分類

以國(guó)內(nèi)某知名電子制造企業(yè)常用化學(xué)品為例，常用主要化學(xué)品分類情況見表1。

表1 化學(xué)品分類表

1.2 化學(xué)品編碼

合理的化學(xué)品數(shù)據(jù)庫(kù)要為各種化學(xué)品進(jìn)行編碼，以形成統(tǒng)一的化學(xué)品信息流，實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)品的有效管理，同時(shí)安排采購(gòu)計(jì)劃和生產(chǎn)計(jì)劃。主要的編碼原則有:標(biāo)識(shí)性、簡(jiǎn)潔性、易識(shí)別、規(guī)則簡(jiǎn)明方便和編碼無(wú)溢出［10］。對(duì)新入庫(kù)的化學(xué)品個(gè)體(每瓶、每罐或者每箱化學(xué)品)編號(hào)，編碼方案見表2。

表2 化學(xué)品編碼表

1.3 貨位布局技術(shù)

a．貨位的分配狀態(tài)

設(shè)整個(gè)貨位區(qū)貨位狀態(tài)用H表示，整個(gè)貨區(qū)共有K排，每排共有M列，每排貨位共有N層，整個(gè)分區(qū)狀態(tài)如下:

若對(duì)應(yīng)貨位已經(jīng)分配了貨物，則f=1，否則f=0。對(duì)于一個(gè)初始倉(cāng)庫(kù)，在進(jìn)行貨位分配以前，令所有的分配因子皆為0。

b．物資所在庫(kù)位的確定。

設(shè)庫(kù)房?jī)?nèi)各貨架排之間距離為X，列之間距離為Y，則庫(kù)房?jī)?nèi)貨位的位置可表示為(a·X，b·Y)。設(shè)貨位到出口的距離

將出入庫(kù)頻率高的物資放在距離庫(kù)房口較近的位置，這樣可以提高物資的出入庫(kù)效率。對(duì)物資按照出入庫(kù)順序進(jìn)行排序，F(xiàn)(i)為排序后的物資數(shù)列。

式中:i為順序號(hào);rank為排序函數(shù);P代表某類物資;rank(P)是對(duì)所有物資按照出入庫(kù)頻率從高到底進(jìn)行排序。

按照距離對(duì)貨位進(jìn)行排序，用數(shù)列記錄，對(duì)于非空白的貨位不考慮，則

將貨位號(hào)和物資編號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，如果第i件所占的貨位數(shù)為HWi，第(i+1)件的貨位號(hào)為:

每個(gè)貨位共有N層，所以可以提供N個(gè)貨位存放物資，則F(i+1)所在的貨位號(hào)可以記為L(zhǎng)O。

通過(guò)上述貨位布局算法，倉(cāng)庫(kù)的貨位得到了合理布局，提高了貨物在庫(kù)房的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

B/S結(jié)構(gòu)(Browser瀏覽器/Server服務(wù)器結(jié)構(gòu)，如圖1所示)是隨著Internet技術(shù)的興起，對(duì)C/ S架構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，可以大大簡(jiǎn)化客戶端負(fù)荷，減輕系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的工作量［11］。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

a．客戶顯示層:本系統(tǒng)采用JavaScript和Extjs2.0客戶端腳本語(yǔ)言編寫，通過(guò)Http和服務(wù)器進(jìn)行通信，客戶端只需安裝Web瀏覽器和Java虛擬機(jī)。本系統(tǒng)客戶端顯示層用于向用戶提供各個(gè)模塊的操作界面，例如系統(tǒng)登錄、化學(xué)品和用戶資料的增加、刪除、修改等。

b．業(yè)務(wù)邏輯層:Web服務(wù)器接受從瀏覽器傳來(lái)的用戶請(qǐng)求，同時(shí)請(qǐng)求結(jié)果發(fā)送給瀏覽器，在Web服務(wù)器中運(yùn)行JSP界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)請(qǐng)求信息的接受。通過(guò)J2EE標(biāo)準(zhǔn)接口JDBC實(shí)現(xiàn)與底層數(shù)據(jù)庫(kù)的通信。

c．?dāng)?shù)據(jù)層:本系統(tǒng)采用Oracel10g作為數(shù)據(jù)庫(kù)制成平臺(tái)，所有的化學(xué)品、用戶信息和系統(tǒng)的相關(guān)信息均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)上述信息的快速查詢和存儲(chǔ)，以及化學(xué)品的采購(gòu)、出入庫(kù)管理和壽命管理等功能。

2.2 功能模塊

功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)每批次化學(xué)品中的個(gè)體(每瓶或者每桶化學(xué)品)全壽命周期內(nèi)的集成管理，包括化學(xué)品的采購(gòu)管理、化學(xué)品使用(基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、庫(kù)存管理、現(xiàn)場(chǎng)管理、壽命管理)、化學(xué)品的維護(hù)以及保證系統(tǒng)運(yùn)行必須的系統(tǒng)管理。

系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，將化學(xué)品信息以報(bào)表的形式反饋給用戶，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的共享性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一編碼的化學(xué)品個(gè)體資源信息的查詢和集成管理。本系統(tǒng)主要分為系統(tǒng)管理模塊和化學(xué)品管理模塊。系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。系統(tǒng)管理模塊由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)，分兩大部分:(1)權(quán)限管理。由系統(tǒng)管理員定義不同的用戶角色，不同角色擁有不同的操作權(quán)限，從而保證系統(tǒng)的安全。(2)用戶管理。由系統(tǒng)管理員對(duì)使用系統(tǒng)的用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括用戶資料的添加、修改、刪除等。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

化學(xué)品管理模塊分為化學(xué)品的采購(gòu)模塊、化學(xué)品的使用模塊、化學(xué)品的維護(hù)模塊。

首先對(duì)化學(xué)品的現(xiàn)庫(kù)存(NOW)小于最小安全庫(kù)存(MIN)的化學(xué)品進(jìn)行采購(gòu)預(yù)算，并生成報(bào)表。預(yù)算量(PRE)由單次采購(gòu)量(SIG)和現(xiàn)庫(kù)存決定。

化學(xué)品采購(gòu)模塊根據(jù)報(bào)表訂制采購(gòu)計(jì)劃，對(duì)采購(gòu)中的合同清單進(jìn)行管理。當(dāng)收到購(gòu)買的化學(xué)品時(shí)，進(jìn)行化學(xué)品的到貨驗(yàn)收，即根據(jù)實(shí)際化學(xué)品的到貨數(shù)量，修改到貨清單中的到貨數(shù)量。同時(shí)收集整理相關(guān)的化學(xué)品廠商信息，統(tǒng)計(jì)企業(yè)某類化學(xué)品的主要供應(yīng)商，為后續(xù)采購(gòu)計(jì)劃提供建議。

化學(xué)品的使用模塊是本系統(tǒng)的核心部分，包括4個(gè)模塊。(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。化學(xué)品全壽命管理中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，能驅(qū)動(dòng)后續(xù)模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)。包括對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查詢、添加、修改和刪除等操作?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括個(gè)體編碼、名稱、規(guī)格、狀態(tài)、貨架號(hào)、層號(hào)、最小安全庫(kù)存量等。(2)庫(kù)存管理。個(gè)體庫(kù)存管理就是對(duì)每瓶或者每罐化學(xué)品的入庫(kù)、出庫(kù)與庫(kù)存狀態(tài)進(jìn)行管理，以及對(duì)即將到期化學(xué)品個(gè)體進(jìn)行預(yù)警，針對(duì)即將到期材料合理安排生產(chǎn)使用計(jì)劃。包括對(duì)新采購(gòu)化學(xué)品進(jìn)行編碼并錄入數(shù)據(jù)庫(kù);詳細(xì)記錄每個(gè)化學(xué)品個(gè)體的入庫(kù)、出庫(kù)信息;統(tǒng)計(jì)某類化學(xué)品的現(xiàn)庫(kù)存量和出入庫(kù)記錄及出入庫(kù)頻次，以便通過(guò)接口傳入庫(kù)位布局系統(tǒng)，對(duì)庫(kù)位進(jìn)行二次布局。(3)現(xiàn)場(chǎng)管理?，F(xiàn)場(chǎng)管理是對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的化學(xué)品傾倒等意外情況，及時(shí)通知庫(kù)房向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)配送新化學(xué)品。同時(shí)可以為新的生產(chǎn)提前準(zhǔn)備好化學(xué)品用量，縮短準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)率。(4)壽命管理。壽命管理就是把每一化學(xué)品個(gè)體的使用歷史記錄進(jìn)行管理，并且根據(jù)使用情況，預(yù)測(cè)使用壽命，為化學(xué)品的采購(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)管理提供決策支持。

化學(xué)品的維護(hù)模塊主要負(fù)責(zé)化學(xué)品的復(fù)檢和報(bào)廢管理。(1)化學(xué)品復(fù)檢。某些化學(xué)品過(guò)期后，可申請(qǐng)復(fù)檢，檢測(cè)通過(guò)后重新入庫(kù)，更新數(shù)據(jù)庫(kù)中信息。(2)化學(xué)品報(bào)廢。對(duì)復(fù)檢不合格的個(gè)體及時(shí)報(bào)廢，生成報(bào)廢清單，為化學(xué)品的采購(gòu)提供決策依據(jù)。

2.3 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)安全，本系統(tǒng)在分析上述功能模塊的基礎(chǔ)上，為用戶分配了不同的角色，并確定了每個(gè)角色對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限。用戶只能通過(guò)用戶名和匹配的密碼才能登錄系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)相關(guān)模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。用戶權(quán)限見表3。

表3 角色權(quán)限表

2.4 系統(tǒng)流程

根據(jù)上述對(duì)系統(tǒng)模塊的劃分和角色權(quán)限的分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)化學(xué)品個(gè)體包括采購(gòu)、使用、維護(hù)到報(bào)廢的全壽命管理。用戶登錄系統(tǒng)后，不同用戶分別對(duì)自己所屬模塊進(jìn)行管理操作，如圖3所示。

2.5 應(yīng)用實(shí)例

為方便不同用戶只對(duì)自己所屬模塊做相應(yīng)操作，筆者基于系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)了管理菜單樹，管理樹包括化學(xué)品采購(gòu)、化學(xué)品使用、化學(xué)品復(fù)檢、化學(xué)品報(bào)廢、信息查詢和系統(tǒng)管理六大模塊，相應(yīng)模塊只對(duì)相應(yīng)的角色有效;為提高檢索效率，設(shè)計(jì)了高級(jí)檢索控件，允許用戶選擇查詢條件，并提供精確模糊等混合檢索方式和升序、降序的排序方式。例如當(dāng)具有化學(xué)品庫(kù)房管理員權(quán)限的用戶登錄系統(tǒng)后，要查詢個(gè)體編號(hào)中含有“0101”的化學(xué)品個(gè)體信息，可以進(jìn)行如下操作:進(jìn)入菜單管理樹中的化學(xué)品使用模塊，在高級(jí)檢索控件的查詢條件中輸入“0101”并且選擇模糊搜索功能，執(zhí)行查詢操作后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中個(gè)體編碼為“0101”開頭的所有個(gè)體的情況，并將結(jié)果反饋給用戶。檢索完畢后，用戶還可執(zhí)行以下操作:(1)添加或修改一條化學(xué)品信息。(2)查看某條化學(xué)品個(gè)體的詳細(xì)信息。(3)刪除查詢結(jié)果中的某些化學(xué)品信息。(4)將化學(xué)品個(gè)體信息批量導(dǎo)入至系統(tǒng)。

圖3 系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于B/S結(jié)構(gòu)建立了面向制造業(yè)的化學(xué)品壽命管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)化學(xué)品個(gè)體進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)品從采購(gòu)到使用、維護(hù)、使用完畢或者報(bào)廢全過(guò)程的壽命管理。通過(guò)對(duì)化學(xué)品剩余壽命預(yù)測(cè)，為生產(chǎn)制造提供決策支持;通過(guò)庫(kù)位布局優(yōu)化策略，使倉(cāng)庫(kù)庫(kù)位布局更加合理，方便了化學(xué)品的存取，加快了化學(xué)品在庫(kù)房和使用現(xiàn)場(chǎng)之間的流動(dòng)速度。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，架構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行正?？煽浚脩舨僮鞣奖憧旖?，提高了化學(xué)品自動(dòng)化管理水平，降低了企業(yè)的化學(xué)品管理成本，達(dá)到了化學(xué)品有效利用和庫(kù)房管理信息化的目的。

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Full Life Cycle Management System of Chemicals for Manufacturing Enterprise

LV Rongshui，XU Feng，ZHANG Dan，ZHANG Chao，ZUO Dunwen

(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Jiangsu Nanjing，210016，China)

In order to solve the current problems of manufacturing enterprises such as chemical species variety，high management costs，inefficient management and other issues，it establishes a Web－based chemicals full lifecycle management system.It classifies the chemicals as the basis with 12 numbers on each batch of chemicals individually coded，builds the individual chemicals life prediction model.This model provides not only life prediction of chemicals，but also for procurement of chemicals to provide decision support and on－site management.It establishes the location of the warehouse layout algorithm，presents the cargo warehouse and layers layout scheme.Based on B/S three－tier architecture it determines the chemical procurement and builds chemicals and other functional modules.Finally，it identifies the division of roles for different users and system process.

B/S Architecture;Whole Life;Chemicals;Management System

TP315

A

2095－509X(2013)10－0052－05

10.3969/j.issn.2095－509X.2013.10.013

2013－07－31

航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20111652016)

呂榮水(1988—)，男，山東萊蕪人，南京航空航天大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹悄苤圃臁?/p>