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        大數(shù)據(jù)環(huán)境下刀具倉(cāng)儲(chǔ)與采購(gòu)智能協(xié)同研究

        2016-04-08 02:01:38朱思征王山山敖麗娜鄔春學(xué)
        軟件 2016年2期
        關(guān)鍵詞:大數(shù)據(jù)

        朱思征++王山山++敖麗娜++鄔春學(xué)++徐燁

        摘要:刀具是柔性制造企業(yè)中重要的工具資源,信息化是柔性制造企業(yè)的顯著特征。論文在大數(shù)據(jù)環(huán)境下,利用刀具信息管理系統(tǒng)與其他如ERP、CAM、PDM等信息系統(tǒng)沉積的數(shù)據(jù),分析了刀具消耗與生產(chǎn)計(jì)劃存在的線性回歸關(guān)系,并研究刀具庫(kù)存與采購(gòu)的智能協(xié)同閾值的發(fā)現(xiàn)公式,根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)刀具的消耗,科學(xué)配置刀具的庫(kù)存量以加快資金周轉(zhuǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益。

        關(guān)鍵詞:大數(shù)據(jù);刀具信息管理;智能協(xié)同

        中圖分類號(hào):TP391

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        DOI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2016.02.007

        引言

        2015年,隨著國(guó)務(wù)院正式印發(fā)“中國(guó)制造2025”,以互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)結(jié)合為亮點(diǎn)的中國(guó)工業(yè)即將迎來(lái)一輪發(fā)展大潮。柔性制造加工中心、復(fù)雜制造加工中心、快速制造加工中心等機(jī)械加工中心的地位與發(fā)展前景向好。機(jī)械加工中心的快速普及使得機(jī)械加工的自動(dòng)化程度日益提高,標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、多樣化的刀具被大量應(yīng)用到生產(chǎn)中去,刀具作為一種易耗品已成為加工企業(yè)的重要生產(chǎn)資源。作者在對(duì)浙江臺(tái)州模具協(xié)會(huì)調(diào)研走訪多家企業(yè)后發(fā)現(xiàn),為盡可能減少對(duì)流動(dòng)資金的占用,企業(yè)一般只會(huì)倉(cāng)儲(chǔ)很少的刀具庫(kù)存,而刀具一旦未能及時(shí)供應(yīng),工廠的生產(chǎn)將受到極大的影響。因此,建立一種庫(kù)存、配送智能協(xié)同機(jī)制,實(shí)現(xiàn)按需、按時(shí)、安全配送刀具將會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)積極的影響。論文研究大數(shù)據(jù)環(huán)境下,利用刀具信息管理系統(tǒng)與其他如ERP(Enterprise Resource Planning,企業(yè)資源計(jì)劃)、CAM(computer Aided Manufacturing,計(jì)算機(jī)輔助制造)、PDM(Product Data Management,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)等信息系統(tǒng)沉積的數(shù)據(jù),研究刀具庫(kù)存預(yù)警與智能采購(gòu)的協(xié)同機(jī)制,從而實(shí)現(xiàn)刀具倉(cāng)儲(chǔ)、配送的智能化管理。

        l 刀具信息管理系統(tǒng)

        刀具信息管理系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ),對(duì)刀具的采購(gòu)、出入庫(kù)、裝配、使用、校準(zhǔn)、報(bào)廢等過(guò)程進(jìn)行信息化管理,幫助企業(yè)有效地改善刀具管理流程,降低刀具使用成本的管理軟件。傳統(tǒng)的刀具管理軟件大部分著眼于刀具管理系統(tǒng)的某一方面,較少考慮刀具使用過(guò)程中不同業(yè)務(wù)各個(gè)階段的約束和關(guān)聯(lián),容易造成刀具信息孤島。從全球范圍來(lái)看,國(guó)外白20世紀(jì)九十年代以后刀具管理系統(tǒng)得到較快的發(fā)展,KATMS(Kennametal Automated Tool ManagementSolutions)、 ETMS (Enterprise Tool ManagementSoftware)、TDM(Tool Data Management System)等系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi),刀具管理系統(tǒng)的研究雖然起步較晚,但許多科學(xué)院所學(xué)校和企業(yè)投入大量人力物力去研究和開(kāi)發(fā),如西北工業(yè)大學(xué)的周占峰研究了面向ERP的刀具信息管理系統(tǒng),同濟(jì)大學(xué)的姜源等提出了基于RFID的刀具信息管理系統(tǒng),復(fù)旦大學(xué)的姜艷萍對(duì)汽車制造行業(yè)的刀具信息管理系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究等。

        現(xiàn)代刀具管理系統(tǒng)在研究企業(yè)具體需求的基礎(chǔ)上,提出了基于刀具生命周期的管理機(jī)制,在圖1所示的過(guò)程中通過(guò)技術(shù)手段對(duì)每一把刀具進(jìn)行編碼,實(shí)現(xiàn)了刀具從采購(gòu)、庫(kù)存、應(yīng)用、檢測(cè)維護(hù)到報(bào)廢的全生命周期管理。由于企業(yè)使用刀具型號(hào)、種類多樣,每種刀具的庫(kù)存數(shù)量有限,因此刀具采購(gòu)是相對(duì)高頻的應(yīng)用,采購(gòu)信息管理涉及了供應(yīng)商、物流配送、支付等環(huán)節(jié)。刀具庫(kù)存管理是企業(yè)刀具信息管理系統(tǒng)的核心應(yīng)用,包含了出庫(kù)、入庫(kù)等業(yè)務(wù)流程,在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的環(huán)境下,條形碼、射頻識(shí)別等技術(shù)均被應(yīng)用于庫(kù)存的出入庫(kù)管理。刀具的參數(shù)信息管理是刀具信息管理系統(tǒng)的關(guān)鍵,刀具相關(guān)的參數(shù)表、外形圖、裝配圖、輔助工具清單等相關(guān)數(shù)據(jù)是刀具管理系統(tǒng)與其它諸如ERP、CAM、CAPP(Computer AidedProcess Planning,計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì))、PDM等系統(tǒng)交互的基礎(chǔ),也是刀具精細(xì)化管理必備的條件。企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中,常常對(duì)刀具進(jìn)行組裝與管理,而產(chǎn)品生產(chǎn)的刀具組裝模式相對(duì)穩(wěn)定,因此對(duì)每組組裝刀具作為整體進(jìn)行管理,可以大幅提高組裝刀具的生產(chǎn)準(zhǔn)備效率。除上述功能外,一套完整的刀具信息管理系統(tǒng)還要包含報(bào)廢、刀具維護(hù)信息、系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、授權(quán)、用戶管理等其它模塊。

        2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下刀具倉(cāng)儲(chǔ)與采購(gòu)配送智能協(xié)同研究

        人、機(jī)、物三元世界的高度融合引發(fā)了數(shù)據(jù)以前所未有的速度進(jìn)行持續(xù)性累積式增長(zhǎng),信息社會(huì)已進(jìn)入大數(shù)據(jù)(Big Data)時(shí)代。大數(shù)據(jù)本身就是一個(gè)抽象概念,近幾年來(lái)很多國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊如Nature和Science等相繼出版??芯看髷?shù)據(jù),工業(yè)界與政府機(jī)構(gòu)也密切關(guān)注大數(shù)據(jù)問(wèn)題。然而,眼下學(xué)術(shù)、工業(yè)等各界專家在大數(shù)據(jù)定義問(wèn)題上尚未達(dá)成一個(gè)完全共識(shí)。比較知名的大數(shù)據(jù)定義來(lái)源于研究機(jī)構(gòu)Gartner,其定義如下:大數(shù)據(jù)是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)。雖然大數(shù)據(jù)的定義尚未統(tǒng)一定論,但更好地應(yīng)用大數(shù)據(jù)才是關(guān)鍵。大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義不在于其數(shù)據(jù)信息有多么龐大,而在于獲取這海量數(shù)據(jù)后面的知識(shí)與意義。換言之,提高數(shù)據(jù)的“加工能力”,通過(guò)“加工”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”是大數(shù)據(jù)研兗的重要意義。

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源:刀具信息系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)環(huán)境

        大數(shù)據(jù)的重要特點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣,處理與應(yīng)用大數(shù)據(jù)首先需要面對(duì)的便是從廣泛的數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)的抽取與集成,經(jīng)過(guò)實(shí)體與關(guān)系的關(guān)聯(lián)、聚合之后采用統(tǒng)一定義的結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。柔性制造企業(yè)多基于數(shù)控機(jī)床等信息化設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn),企業(yè)信息化程度較高,在企業(yè)的信息化系統(tǒng)中,ERP、PDM、CAM等系統(tǒng)與刀具信息管理系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)信息的共享與交換,一般聯(lián)系如圖2所示。

        ERP是一種面向離散型生產(chǎn)和流程型生產(chǎn)特點(diǎn)的制造業(yè)等企業(yè),將物流,資金流,信息流進(jìn)行全面一體化管理的信息系統(tǒng)。ERP是企業(yè)大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源,其一般包含:生產(chǎn)控制管理(計(jì)劃、制造)、物流管理(分銷、采購(gòu)、庫(kù)存管理)和財(cái)務(wù)管理(會(huì)計(jì)核算、財(cái)務(wù)管理)。由于柔性生產(chǎn)所需刀具型號(hào)、種類、組合等復(fù)雜性因素,ERP系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的有效管理,大多企業(yè)仍將刀具中心進(jìn)行單獨(dú)管理并獨(dú)立部署刀具信息管理系統(tǒng),但生產(chǎn)計(jì)劃、能力需求計(jì)劃等計(jì)劃的制定一般均基于ERP系統(tǒng)。一件產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)之間需要確定每一道生產(chǎn)工序及生產(chǎn)工藝,CAM與CAPP系統(tǒng)在與刀具信息管理系統(tǒng)融合后,在生產(chǎn)工藝的安排上已盡量考慮現(xiàn)有刀具的數(shù)據(jù),為智慧化生產(chǎn)提供支持。PDM是幫助工程師和其他人員管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的工具,能跟蹤設(shè)計(jì)、制造所需的大量數(shù)據(jù)和信息,并能有效的組織工藝過(guò)程卡片、零件藍(lán)圖、三維數(shù)模、刀具清單、質(zhì)量文件和數(shù)控程序等生產(chǎn)作業(yè)文檔,實(shí)現(xiàn)企業(yè)車間現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化生產(chǎn)。刀具信息管理系統(tǒng)通過(guò)與其他信息系統(tǒng)的交互,可以合理管理每把刀具的行蹤、統(tǒng)計(jì)刀具利用情況、優(yōu)化刀具使用。如與CAM、PDM系統(tǒng)相互結(jié)合,可以控制在生產(chǎn)過(guò)程中的刀具的流通及刀具的安裝、預(yù)調(diào)、分解、損耗等等。

        2.2 數(shù)據(jù)分析應(yīng)用:刀具庫(kù)存的理論合理閾值與采購(gòu)配送的協(xié)同

        柔性制造企業(yè)使用ERP、CAPP、CAM、PDM等系統(tǒng)積累了大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)化為企業(yè)的知識(shí)才能指導(dǎo)企業(yè)運(yùn)行。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是大數(shù)據(jù)處理與分析的主要方法,指從大量隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中提取隱含在其中的潛在有用信息和知識(shí)的過(guò)程。相同的數(shù)據(jù)集合從不同角度對(duì)其進(jìn)行挖掘,可以得出不同的信息或知識(shí),通常的數(shù)據(jù)分析方法主要有偏差分析、特征、聚類、分類、回歸分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、Web頁(yè)挖掘等,各類不同的分析方法面向特定領(lǐng)域具有特定前提或約束條件。企業(yè)對(duì)刀具信息的管理希望達(dá)到在保證生產(chǎn)不間斷正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上,根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)刀具的消耗,科學(xué)配置刀具的庫(kù)存量以加快資金周轉(zhuǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘中常用的回歸分析等算法,對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與刀具的消耗情況進(jìn)行客觀分析,刀具消耗與刀具庫(kù)存能根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的變化從而與采購(gòu)協(xié)同變換,不但采購(gòu)刀具過(guò)程變的簡(jiǎn)單而有效,還能防止漏訂刀具,或者錯(cuò)定一些不必要的刀具。

        利用各類數(shù)據(jù)分析方法,可以進(jìn)行各類的預(yù)測(cè)分析。在數(shù)據(jù)挖掘的分析過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)遇到多個(gè)變量影響某一現(xiàn)象發(fā)展與變化的情況,回歸分析是研究?jī)煞N或兩種以上變量之間相互依賴的統(tǒng)計(jì)分析方法,是在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立因變量與白變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式(稱回歸方程式)。論文根據(jù)刀具信息管理系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)環(huán)境整理大數(shù)據(jù)涉及刀具信息管理的部分?jǐn)?shù)據(jù)表及其關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖3所示。

        把兩個(gè)或兩個(gè)以上定比例的數(shù)量關(guān)系用函數(shù)形勢(shì)表示出來(lái),就是回歸分析要解決的問(wèn)題。由上圖可歸納出生產(chǎn)計(jì)劃與刀具損耗需求之間的基本關(guān)系:企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃P(Plan)中制定了零件A(Accessory)的類型、數(shù)量,每一件零件的生產(chǎn)由生產(chǎn)工藝決定了生產(chǎn)工序WP(Work Process),每一道工序要求使用特定的刀具并有道具理論損耗,在實(shí)際生產(chǎn)中執(zhí)行工序時(shí)產(chǎn)生了實(shí)際消耗。由此令Xt表示刀具t的實(shí)際平均損耗,則生產(chǎn)計(jì)劃P與刀具損耗X之間可建立如下的函數(shù)關(guān)系:

        令WP表示生產(chǎn)工序,假設(shè)每道生產(chǎn)工序需要n種刀具,每種刀具的數(shù)量為k,則公式1:

        WP=kiXi十kzXz+…+ knXn

        令A(yù)表示零件,假設(shè)每件零件有m道工序,每道工序的加工次數(shù)為1,則零件A與刀具消耗X之間的關(guān)系公式2為:

        A=ι1WP1+ι2WP2+…+ιmWPm

        =ι1(k1X1+k2X2+…+knXn)1+ι2[k1X1+k2X2+…+knXn)2+…+ιm(k1X1+k2X2+…+knXn)m

        令P表示企業(yè)每天排定的生產(chǎn)計(jì)劃,設(shè)每批次生產(chǎn)計(jì)劃有w種零件,每種零件的個(gè)數(shù)為u,則生產(chǎn)計(jì)劃P與刀具消耗X之間的關(guān)系公式3為:

        p=w1A1+W2A2+…+wuAu

        =w1(k1X1+k2X2+…+knXn)1+ι2(k1X1+k2X2+…+knXn)2+…

        +ιm(k1X1+k2X2+…+knXn)m)1+W2(ι1(k1X1+k2X2+…+knXn)1

        +ι2(k1X1+k2X2+…+knXn)2+…+ιm(k1X1+k2X2+…+knXn)m)2

        +…+wu(ι1(k1X1+k2X2+…+knXn)1+ι2(k1X1+k2X2+…+knXn)2+…

        +ιm(k1X1+k2X2+…+knXn)m)u

        上述公式中,k、1、w均為自然數(shù),所以可得出P與X之間存在線性回歸關(guān)系。獲知P,可以根據(jù)公式3測(cè)算出所需的每一把刀具的損耗X。生產(chǎn)計(jì)劃中每件零件加工所需刀具損耗量表需要匯總統(tǒng)計(jì)零件生產(chǎn)所需刀具列表中每一把刀具的平均損耗量、最小損耗量、損耗周期等數(shù)據(jù),整個(gè)信息抽取過(guò)程如次,把ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃中零件信息連接CAPP系統(tǒng)中刀具參數(shù)及生產(chǎn)工藝要求,形成零件一刀具列表,然后與CAM與PDM中每把刀具的實(shí)際損耗進(jìn)行關(guān)聯(lián),最終形成<零件ID、刀具類型ID、生產(chǎn)計(jì)劃ID、平均損耗>數(shù)據(jù)表。根據(jù)上述過(guò)程,也可以得出k、w、1及每把刀具的平均消耗值。

        根據(jù)刀具庫(kù)存管理可以形成<刀具類型ID、刀刃類型ID、庫(kù)存量、刀柄類型ID、庫(kù)存量>數(shù)據(jù)表可以得出刀具的庫(kù)存信息,令∑wιkXt表示生產(chǎn)計(jì)劃P中刀具t的一天預(yù)測(cè)消耗量,另Yt表示刀具t的庫(kù)存量,則η=Yt/∑wιk Xt公式表示刀具t的庫(kù)存與消耗之間的對(duì)比周期。根據(jù)采購(gòu)信息可以形成<刀刃類型ID,供應(yīng)商ID,供應(yīng)周期,供應(yīng)均價(jià),產(chǎn)品評(píng)價(jià)>采購(gòu)數(shù)據(jù)表可以得出刀具的平均采購(gòu)周期。令y表示刀具t的平均采購(gòu)周期,σ表示用戶白定義安全周期,則采購(gòu)協(xié)同值θ=(η+σ)/γ,當(dāng)時(shí),系統(tǒng)啟動(dòng)協(xié)同采購(gòu)機(jī)制,通知采購(gòu)人員進(jìn)行采購(gòu)。通過(guò)上述過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)刀具庫(kù)存管理、生產(chǎn)計(jì)劃、采購(gòu)管理的協(xié)同。

        3 結(jié)語(yǔ)

        刀具是柔性制造企業(yè)中重要的工具資源,信息化是柔性制造企業(yè)的顯著特征。論文在大數(shù)據(jù)環(huán)境下,利用刀具信息管理系統(tǒng)與其他如ERP、CAM、PDM等信息系統(tǒng)沉積的數(shù)據(jù),分析了刀具消耗與生產(chǎn)計(jì)劃存在的線性回歸關(guān)系,并研究刀具庫(kù)存與采購(gòu)的智能協(xié)同閾值發(fā)現(xiàn)的公式,根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)刀具的消耗,科學(xué)配置刀具的庫(kù)存量以加快資金周轉(zhuǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益。

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