郭濤

【摘 要】以工位制生產(chǎn)方式為基礎(chǔ)，分析了大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的領(lǐng)域模型，采用分層架構(gòu)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，開發(fā)出C/S模式的PPSS系統(tǒng)。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某大型養(yǎng)路機(jī)械制造企業(yè)，取得了良好的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】工位制生產(chǎn)；大型養(yǎng)路機(jī)械；生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)；軟件架構(gòu)

工位制生產(chǎn)方式以工位為作業(yè)組織單元，按照節(jié)拍化均衡生產(chǎn)的方式，以流水式作業(yè)組織生產(chǎn)[1]。目前廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、軌道交通裝備、大型養(yǎng)路機(jī)械等裝備制造行業(yè)。中國南車集團(tuán)公司編制了工位制節(jié)拍化生產(chǎn)工作指南，構(gòu)筑了獨(dú)具特色的工位制節(jié)拍化生產(chǎn)方式[2]。南車戚墅堰機(jī)車有限公司通過規(guī)范工藝流程、查找工序瓶頸、工位切分、編制標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書，提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[3]。天津中車唐車軌道車輛有限公司把先進(jìn)的精益化思想融入對(duì)傳統(tǒng)軌道車輛制造當(dāng)中，分析了工位制節(jié)拍化生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)和重要性，并制定了實(shí)施方案[4]。

制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃是工位制生產(chǎn)有序進(jìn)行的前提條件。合理的生產(chǎn)計(jì)劃可以綜合協(xié)調(diào)工位、人員、設(shè)備、物料等之間的關(guān)系，從而提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和訂單交付日期。

中國鐵建高新裝備股份有限公司制造總廠采用了工位制生產(chǎn)方式，然而每個(gè)月的生產(chǎn)計(jì)劃依靠有經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)調(diào)度人員來制定。該方式不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)變動(dòng)時(shí)需要重新制定計(jì)劃，不能快速的應(yīng)對(duì)任務(wù)的變動(dòng)。大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)（Production Plan Support System，簡稱PPSS）能夠準(zhǔn)確高效的根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)制定生產(chǎn)計(jì)劃，從而代替人工方式制定生產(chǎn)計(jì)劃。

1 PPSS系統(tǒng)分析

1.1 用例分析

PPSS用例模型如圖1所示。PPSS的用戶角色類型分為5種：系統(tǒng)管理員、角色管理員、用戶管理員、數(shù)據(jù)管理員、計(jì)劃員。PPSS的功能包括角色管理、用戶管理、數(shù)據(jù)管理（包括生產(chǎn)工位管理、生產(chǎn)工序管理、車型數(shù)據(jù)管理）、生產(chǎn)任務(wù)管理、制定生產(chǎn)計(jì)劃。不同角色的用戶只能使用指定的功能：系統(tǒng)管理員可以使用系統(tǒng)的所有功能；角色管理員可以使用角色管理功能；用戶管理員可以使用用戶管理功能；數(shù)據(jù)管理員可以使用數(shù)據(jù)管理功能；計(jì)劃員可以使用生產(chǎn)任務(wù)管理、制定生產(chǎn)計(jì)劃功能。

1.2 領(lǐng)域建模

在PPSS用例分析的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)領(lǐng)域的需求和領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，歸納出該類系統(tǒng)的共同特征，使用UML建立其領(lǐng)域模型（Domain Model）。

PPSS領(lǐng)域模型包括2個(gè)領(lǐng)域概念包：核心包、生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)О?。如圖2所示。各包的功能如下：

核心（Core）包為PPSS系統(tǒng)領(lǐng)域概念模型的基礎(chǔ)和核心，其它包都依賴于核心包中的各種概念。它包含了PPSS系統(tǒng)中的各種概念實(shí)體：生產(chǎn)任務(wù)（Production Mission）、車型（Machine Type）、生產(chǎn)工序（Production Process）、工位（Work Station）、工時(shí)（Working Hours）等。各個(gè)概念的關(guān)系如下：一個(gè)月度生產(chǎn)計(jì)劃有多個(gè)生產(chǎn)任務(wù)；每個(gè)生產(chǎn)任務(wù)對(duì)應(yīng)一種車型；每種車型有多臺(tái)車和多個(gè)工序；每個(gè)工序有一個(gè)工時(shí)、開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；一個(gè)工位有多個(gè)工人，可完成多道工序。

生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)В≒roduction Plan Guide， PPG）包用來生成生產(chǎn)計(jì)劃，包含了生成生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)的各種概念和相關(guān)的算法，分別為生產(chǎn)任務(wù)管理算法（Mission Management Method）、生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)惴ǎ≒lan Guide Method）。

2 PPSS軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 PPSS概念性架構(gòu)

根據(jù)PPSS系統(tǒng)分析，并綜合比較分層架構(gòu)模式、黑板架構(gòu)模式、中介架構(gòu)模式、微核架構(gòu)模式等多種架構(gòu)模式，選用分層架構(gòu)作為PPSS軟件架構(gòu)。在分層架構(gòu)模式下，將系統(tǒng)從下至上分為四層：數(shù)據(jù)層（Data Layer）、數(shù)據(jù)訪問層（Data Access Layer）、業(yè)務(wù)邏輯層（Business Logic Layer）、表示層（Presentation Layer）。數(shù)據(jù)庫可采用Access、SQL Server、Firebird嵌入式數(shù)據(jù)庫等。分層架構(gòu)降低了系統(tǒng)的耦合度和依賴關(guān)系，易替換，可復(fù)用，利于標(biāo)準(zhǔn)化。

PPSS的概念性架構(gòu)如圖3所示。

表示層是系統(tǒng)的UI部分，負(fù)責(zé)用戶與系統(tǒng)的交互。WinForm中含有多個(gè)Windows窗體，用戶通過這些窗體與系統(tǒng)進(jìn)行交互。WinForm通過邏輯層獲取數(shù)據(jù)。

邏輯層提供業(yè)務(wù)邏輯的封裝，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。IBBLLStrategy是對(duì)業(yè)務(wù)策略的抽象封裝，BLL是業(yè)務(wù)邏輯層的核心模塊，它包含了整個(gè)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)。在業(yè)務(wù)邏輯層中，必須通過數(shù)據(jù)訪問層才能訪問數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)訪問層提供訪問不同數(shù)據(jù)庫的方法的封裝。IDAL模塊是數(shù)據(jù)訪問層的接口程序集，DALFactory模塊是創(chuàng)建DAL對(duì)象的工廠，Model模塊包含了數(shù)據(jù)實(shí)體對(duì)象，SQLDAL、AccessDAL和FirebirdDAL分別訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫、Access數(shù)據(jù)庫和Firebird數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了IDAL接口。

數(shù)據(jù)層在物理上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、查找、更新、刪除等操作，其實(shí)質(zhì)是在SQL Server、Access和Firebird數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)這些操作。

2.2 PPSS實(shí)際架構(gòu)

概念性架構(gòu)確定了PPSS的設(shè)計(jì)要素和交互機(jī)制。在PPSS概念性架構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出能為實(shí)際開發(fā)提供更多指導(dǎo)的實(shí)際架構(gòu)，著重從架構(gòu)設(shè)計(jì)的5視圖法[5]（邏輯架構(gòu)、開發(fā)架構(gòu)、運(yùn)行架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、物理架構(gòu)）來設(shè)計(jì)實(shí)際架構(gòu)。

下面以邏輯架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)為例對(duì)實(shí)際架構(gòu)進(jìn)行說明。

邏輯架構(gòu)著重考慮功能需求，它關(guān)注行為或職責(zé)的劃分。下面以活動(dòng)圖說明PPSS的邏輯架構(gòu)，如圖4所示。PPSS用戶登錄系統(tǒng)后，可使用個(gè)人信息管理、用戶管理、角色管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)任務(wù)管理功能。其中每個(gè)功能下有不同的子功能。用戶通過系統(tǒng)最終可生成月度生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表。

數(shù)據(jù)架構(gòu)關(guān)注持久化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案。下面以E-R圖對(duì)PPSS數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行說明，如圖5所示。在PPSS的數(shù)據(jù)庫中有8張表：用戶表（Users）、角色表（Roles）、車型表（Machine Type）、工位表（Production Group）、工序表（Production Process）、生產(chǎn)任務(wù)表（Production Plan）、計(jì)劃時(shí)間表（Plan Time）、日志表（System Log）。

各個(gè)表的作用如下：用戶表用于存放系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)，角色表用于存放系統(tǒng)角色數(shù)據(jù)，車型表用戶存放大型養(yǎng)路機(jī)械車型數(shù)據(jù)，工位表用戶存放生產(chǎn)工位數(shù)據(jù)，工序表用于存放大型養(yǎng)路機(jī)械的工序數(shù)據(jù)，生產(chǎn)任務(wù)表用于存放各個(gè)月份的生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)，計(jì)劃時(shí)間表用于存放工序時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，日志表用于存放系統(tǒng)生成的日志數(shù)據(jù)。

3 PPSS設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

在對(duì)PPSS進(jìn)行系統(tǒng)分析和軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，開發(fā)出基于工位制生產(chǎn)的大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)。

3.1 大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)工序流程

中國鐵建高新裝備股份有限公司制造總廠總裝分廠在生產(chǎn)組織方式上分為四個(gè)工段：噴漆工段、預(yù)組裝工段、總組裝工段、調(diào)試工段，各工段有若干工位。生產(chǎn)流程如圖6所示。由于大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)流程工序較多，結(jié)合總裝分廠實(shí)際，PPSS僅涉及到組裝過程，不涉及調(diào)試過程。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

本系統(tǒng)基于.NET開發(fā)平臺(tái)，采用C#語言和Firebird嵌入式數(shù)據(jù)庫（可擴(kuò)展為Access、SQL Server等其它關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）開發(fā)。具體如下：

？誗主開發(fā)平臺(tái)：Visual Studio 2010 （C#語言）

？誗數(shù)據(jù)庫平臺(tái)：Firebird 2.5.1 （SQL語言）

？誗數(shù)據(jù)庫建模工具：CA Erwin 7.2.0

？誗系統(tǒng)建模工具：Visio2010，Enterprise Architect 8.0

3.3 系統(tǒng)主要功能模塊

大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)包括7個(gè)功能模塊：用戶登錄、用戶管理、角色管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃任務(wù)管理、計(jì)劃報(bào)表生成、系統(tǒng)日志。如圖7所示。

用戶登錄功能模塊用于驗(yàn)證用戶的合法性和用戶所屬的角色類型，根據(jù)不同角色類型給用戶分配指定的功能。用戶登錄后能修改個(gè)人密碼、查看并修改個(gè)人信息。

用戶管理功能模塊用于查看、添加、編輯、刪除用戶。系統(tǒng)內(nèi)置用戶不能被編輯和刪除；系統(tǒng)當(dāng)前登錄用戶能被編輯，但不能被刪除。該功能的使用要求當(dāng)前登錄用戶具有用戶管理權(quán)限。

角色管理功能模塊用于查看、添加、編輯、刪除角色。系統(tǒng)內(nèi)置角色不能被編輯和刪除；當(dāng)前登錄用戶的角色能被編輯，但不能被刪除；在刪除角色時(shí)，若角色包含用戶數(shù)據(jù)，會(huì)提示用戶，如仍選擇刪除，相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)也會(huì)被一并刪除。該功能的使用要求當(dāng)前登錄用戶具有角色管理權(quán)限。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能模塊用于與大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)管理，包括工位數(shù)據(jù)的查看、添加、編輯、刪除；工序數(shù)據(jù)的查看、添加、編輯、刪除、排序；生產(chǎn)車型數(shù)據(jù)的查看、添加、編輯、刪除。生產(chǎn)車型數(shù)據(jù)含有每個(gè)生產(chǎn)工序的生產(chǎn)工時(shí)數(shù)據(jù)。該功能的使用要求當(dāng)前登錄用戶具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理權(quán)限。

計(jì)劃任務(wù)管理功能模塊用于某年某月生產(chǎn)任務(wù)的查看、添加、編輯、刪除。添加的生產(chǎn)任務(wù)包括車型、生產(chǎn)批次、數(shù)量、編號(hào)信息。該功能的使用要求當(dāng)前登錄用戶具有生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)?quán)限。

計(jì)劃報(bào)表生成功能模塊用于某年某月生產(chǎn)計(jì)劃的生成。在生成計(jì)劃時(shí)，首先指定該月的休息日和假期。在月歷中單擊某天即可將該天添加為休息日或假期，在休息日及假期列表中右鍵選中某天可刪除該天。最后單擊生成計(jì)劃按鈕即可生成本月度的生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表，報(bào)表為EXCEL格式。該功能的使用要求當(dāng)前登錄用戶具有生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)?quán)限。

系統(tǒng)日志功能模塊用于記錄用戶的關(guān)鍵操作，包括系統(tǒng)登錄信息、用戶管理信息、角色管理信息、數(shù)據(jù)管理信息、計(jì)劃任務(wù)管理信息、計(jì)劃報(bào)表生成信息。系統(tǒng)日志不能被編輯或刪除。系統(tǒng)日志的查看需要當(dāng)前登錄用戶具有系統(tǒng)日志查看權(quán)限。

3.4 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用

本系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，可將數(shù)據(jù)庫部署于服務(wù)器，多個(gè)客戶端軟件運(yùn)行于用戶計(jì)算機(jī)，也可將數(shù)據(jù)庫和客戶端軟件部署于同一計(jì)算機(jī)作為單機(jī)軟件使用。

下面以制造總廠總裝分廠2016年11月份的生產(chǎn)任務(wù)為例對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用?？傃b分廠11月份的生產(chǎn)任務(wù)如表1所示。

打開軟件，用系統(tǒng)管理員用戶登錄系統(tǒng)，輸入正確密碼后進(jìn)入軟件。

依次進(jìn)入：數(shù)據(jù)管理——車型工時(shí)管理——增加車型。輸入相關(guān)車型信息及其工時(shí)數(shù)據(jù)后保存。若車型數(shù)據(jù)已存在則可跳過該步驟。

進(jìn)入生產(chǎn)計(jì)劃向?qū)Р藛?，選擇生產(chǎn)時(shí)間：2016年11月，選擇車型：搗固車，輸入批次：2015-303，輸入數(shù)量：5臺(tái)，輸入初始編號(hào)：376#，單擊添加按鈕。穩(wěn)定車生產(chǎn)任務(wù)的添加同上所述。添加完成后，在右側(cè)列表可看到添加的生產(chǎn)任務(wù)，選定后可以編輯或刪除。如圖8所示。單擊下一步按鈕，選擇休息日和假期，選定后單擊生產(chǎn)計(jì)劃按鈕，即可生成2016年11月總裝分廠生產(chǎn)計(jì)劃表。如圖9所示。

實(shí)際測(cè)試應(yīng)用表明該大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)操作簡單、方便，界面友好，功能豐富，可幫助用戶快速高效地制定大型養(yǎng)路機(jī)械月度生產(chǎn)計(jì)劃。

4 結(jié)束語

通過分析基于工位制生產(chǎn)的大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，在Visual Studio 2010平臺(tái)上使用C#語言和Firebird嵌入式數(shù)據(jù)庫開發(fā)出大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃支持系統(tǒng)。系統(tǒng)的成功應(yīng)用表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理有效，能夠滿足大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃制定的需求。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]