孟麗麗，路春光，趙會珍

(河北聯(lián)合大學(xué)機械工程學(xué)院，河北唐山063009)

0 引言

機械加工車間作為制造企業(yè)的物化中心，它不僅是制造計劃的具體執(zhí)行者，也是制造信息的反饋者，更是大量實時制造信息的集散地［1］。車間管理和控制的信息化是實施企業(yè)CIMS的共性核心關(guān)鍵技術(shù)，隨著制造業(yè)信息化的發(fā)展，面向解決工廠計劃層的ERP、MRPII等信息系統(tǒng)，以及面向底層車間控制的信息系統(tǒng)，已經(jīng)發(fā)展的比較成熟［2］。但這些系統(tǒng)對于中小企業(yè)來說并沒有實現(xiàn)對車間信息的自動化與流程化管理，致使計劃層與車間層產(chǎn)生了信息斷層，公司級的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)無法得到及時準(zhǔn)確的生產(chǎn)加工進度、設(shè)備利用狀況和在制品狀況等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而造成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營信息在垂直方向的阻斷。因此，為了使信息在企業(yè)能夠及時順利地傳遞，為了提高車間的工作效率和生產(chǎn)管理水平，本文結(jié)合“基于集成化BOM樹的CAPP系統(tǒng)”的開發(fā)經(jīng)驗和實踐，以唐山市通力齒輪有限公司(簡稱“通齒”)為研究對象，探討了中小制造企業(yè)車間管理與控制信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，以實現(xiàn)車間生產(chǎn)的信息化和信息管理的網(wǎng)絡(luò)化，進一步增強企業(yè)的核心競爭力。

1 車間管理與控制系統(tǒng)信息流程分析

“通齒”是一家主要從事汽車變速器總成研發(fā)、制造和銷售一體化的企業(yè)，汽車變速器的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車間管理的主要功能是以生產(chǎn)為主線，以完成工廠下達的生產(chǎn)任務(wù)，并在任務(wù)實施中對生產(chǎn)過程中各種數(shù)據(jù)進行監(jiān)控、傳輸、統(tǒng)計、處理等。通過對“通齒”的調(diào)研，經(jīng)過分析可知，該公司的車間管理與控制系統(tǒng)主要包括車間管理和車間控制兩大流程，如圖1所示。車間管理流程主要包括：自制件需求計劃及工藝審核完成后，根據(jù)要求制定車間作業(yè)計劃，并下達車間，車間管理人員錄入實際加工情況，并生成各種零件臺賬、工序文件等，加工完成的零件等待入庫。車間作業(yè)計劃主要是安排零部件的出產(chǎn)數(shù)量、設(shè)備，以及人工使用、投入時間及產(chǎn)出時間，產(chǎn)品的所有零件，包括產(chǎn)品的自制件、虛擬外協(xié)件、采購件，都入庫后，便會通知計劃部制定裝配計劃，并下發(fā)領(lǐng)料單，然后進行裝配，形成裝配文件。生產(chǎn)過程控制流程主要是控制生產(chǎn)作業(yè)在執(zhí)行中不偏離MPS/MRP計劃，當(dāng)出現(xiàn)偏差，采取措施，糾正偏差。根據(jù)零件臺賬、工序文件信息，查看零件的完成情況及在線狀態(tài)。

圖1 車間管理與控制流程

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個系統(tǒng)采用基于Web Service的三層分布式體系結(jié)構(gòu)即 WindowsDNA體系結(jié)構(gòu)(distributedinternet application architecthre)，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡(luò)化的車間管理與控制信息系統(tǒng)，各模塊分布在網(wǎng)絡(luò)中不同的計算機上，通過各個模塊間的相互協(xié)作提供分布式的服務(wù)。系統(tǒng)采用組件化設(shè)計方法、建立了不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享、交互、處理機制，通過ASP.NET及其腳本語言對各模塊進行描述。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

Web Service［3］是一種應(yīng)用程序集成的新技術(shù)，是一個建立互操作分布式應(yīng)用程序的新平臺。它的優(yōu)勢在于無縫互操作性，它允許在一個平臺上用一種語言編寫的應(yīng)用程序可以使用在另一個平臺上以不同的語言編寫的應(yīng)用程序的服務(wù)，擺脫了平臺和開發(fā)工具的束縛。整個三層結(jié)構(gòu)主要包括支撐環(huán)境及數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用層。使用分布式三層體系結(jié)構(gòu)的重要意義在于將該企業(yè)各部門之間的Web Service實例進行集成，使企業(yè)信息管理人員能快速地了解車間狀況并及時處理各種情況，從而達到提高企業(yè)生產(chǎn)效率的目的。系統(tǒng)中最底層為支撐環(huán)境及數(shù)據(jù)層，分布式數(shù)據(jù)庫建立在TCP/IP協(xié)議之上，應(yīng)用程序服務(wù)器對于所有的客戶端應(yīng)用都提供了一個通往數(shù)據(jù)庫的接口;中間層為業(yè)務(wù)邏輯層，主要由各種被封裝的Web Services構(gòu)成，Web Services的發(fā)布方式是多種多樣的，可以將WSDL文檔以其他方式直接發(fā)給企業(yè)的信息管理人員，或者將WSDL文檔放在Web頁面上，這樣服務(wù)請求者就會通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)這樣的Web Service實例，也可以直接調(diào)用Web Service實例，網(wǎng)絡(luò)上的用戶通過Web應(yīng)用程序查找UDDI注冊中心來獲得已發(fā)布的 Web Service的WSDL信息，并與此Web Service進行綁定，就像下載到本地客戶端一樣地運行，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用及系統(tǒng)集成。最上層為應(yīng)用層，各地的客戶端只需少量甚至不需要編寫自定義代碼，通過對Web Services的調(diào)用，就可以有效地實現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用的各種功能。

該系統(tǒng)的車間管理與控制信息管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要由車間管理模塊、車間控制模塊和輔助功能模塊組成。其中車間管理模塊主要包括接收主生產(chǎn)計劃或物料需求計劃、制定車間作業(yè)計劃、生成零件臺賬、工序文件、庫存管理等;車間控制模塊主要由車間實況記錄、計劃核實、結(jié)果分析等組成;輔助功能模塊主要由數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護、人員管理及任務(wù)、角色管理等組成，詳細(xì)功能如圖3所示。通過利用Web Service技術(shù)，本系統(tǒng)實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部信息之間順利傳遞。而且系統(tǒng)還提供了與其它子系統(tǒng)ERP的接口，增強了系統(tǒng)的靈活性及可重構(gòu)性。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

3 車間管理與控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以 使 用 SQL Server2000、SQL Server2005和 SQL Server2008來存儲，系統(tǒng)在系統(tǒng)維護模塊中對這幾種數(shù)據(jù)庫都提供了支持，對于用戶來說，使用同樣的操作，即可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同版本數(shù)據(jù)庫中的移植。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用合理的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，并建立優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫表索引。采用CASE工具輔助設(shè)計、查詢優(yōu)化分析等方法對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行綜合設(shè)計。首先設(shè)計了各表的主鍵、外鍵、約束規(guī)則等，便于各模塊對公用的數(shù)據(jù)表的統(tǒng)一引用，以保證數(shù)據(jù)完整性(實體完整性、域完整性、引用完整性)、安全性(為數(shù)據(jù)庫設(shè)立用戶權(quán)限、定義約束(默認(rèn)約束、檢查約束、主外健約束))等要求。在復(fù)雜的模塊中，使用了視圖、存儲過程、觸發(fā)器機制等功能，使得查詢、存儲、修改更加便利。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表主要有主生產(chǎn)計劃表、裝配計劃表、BOM清單表、工序文件表、工藝卡表、零件工藝卡關(guān)系表、庫存表、出庫表、物料分類表等，根據(jù)對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計與邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)流程，建立了部分?jǐn)?shù)據(jù)表之間的關(guān)系，如圖4所示。例如：工序文件表包含了車間工序管理所需要的基本屬性，其中工序文件所需的重要信息：各工序的工藝內(nèi)容、設(shè)備名稱、單件工時、負(fù)責(zé)人等信息通過工藝卡表和零件工藝卡關(guān)系表關(guān)聯(lián)過來，并通過各表之間主、外健的設(shè)定來實現(xiàn)，從而保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性。

圖4 數(shù)據(jù)庫關(guān)系圖

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

圖5 系統(tǒng)登錄界面

車間管理與控制信息系統(tǒng)主要包括車間管理、車間控制與輔助功能模塊，用戶進入登錄模塊(圖5)，輸入自己的用戶名和密碼之后便知自己的角色及任務(wù)，選擇要進行的任務(wù)，便可以登錄該系統(tǒng)。例如，車間管理人員登錄后就會接收到車間作業(yè)計劃，如果車間作業(yè)計劃已完成，系統(tǒng)會有顯示(已處理)，然后管理人員把計劃的執(zhí)行情況錄入系統(tǒng)，形成車間作業(yè)計劃實況記錄情況表(圖6)，如果要查看每條記錄的詳細(xì)信息，可單擊查看按鈕，會出現(xiàn)如圖7所示的界面。

圖6 車間管理界面

圖7 查看詳細(xì)信息

另外，庫存入庫、出庫的自動化是該子系統(tǒng)的核心技術(shù)，在入庫、出庫管理及庫存管理中，實現(xiàn)了庫存物品的自動統(tǒng)計與查詢功能，系統(tǒng)分別設(shè)置了原材料庫、半成品庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫、成品庫等多個倉庫及多個貨位(按零件類別)以分別存放不同種類的產(chǎn)品及物料，并且采用了一全局變量StrKC和臨時變量StrLsBl來分別記錄庫存內(nèi)產(chǎn)品的總量和入庫、出庫的數(shù)量，從而實現(xiàn)了庫存物品進庫、出庫時信息管理的自動化。系統(tǒng)在“通齒”運行一年來，效果顯著。

4 結(jié)論

車間管理的網(wǎng)絡(luò)化與信息化是車間管理系統(tǒng)發(fā)展的方向［4］。本文通過分析車間級管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，結(jié)合“通齒”車間的生產(chǎn)加工特點，引入Web Services技術(shù)，有效地解決了系統(tǒng)開發(fā)過程中重復(fù)開發(fā)的現(xiàn)象，并使系統(tǒng)具有了良好的可擴展性和可移植性;目前該系統(tǒng)已在“通齒”成功應(yīng)用，效果顯著。統(tǒng)計表明：車間管理工作效率提高了50%，產(chǎn)品廢品率降低了2%－3%，該系統(tǒng)對車間管理工作的規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、信息化管理提供了有效保證，對于開發(fā)高可靠性、高柔性的管理信息系統(tǒng)也是一種有益的探索，具有重大的指導(dǎo)意義。

［1］嚴(yán) 輝，仲梁維，倪 靜.機械加工車間工時管理信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計［J］.制造業(yè)自動化，2010，32(1)：13-15.

［2］寧文慧，宋豫川，李先旺，等.離散制造企業(yè)機械加工車間制造過程管理信息系統(tǒng)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2008(11)：24-29.

［3］牛學(xué)敏，郝永平，劉鳳麗.基于組件的車間級質(zhì)量信息管理的技術(shù)研究與系統(tǒng)實現(xiàn)［J］.中國制造業(yè)信息化，2007，36(17)：24-28.

［4］魏磊，李楠.上汽通用五菱發(fā)動機車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)［J］.工廠自動化，2010(11)：87-89.