基于协同管理的单件小批生产管理系统的实现

摘要：本文针对多品种小批量生产的特点，讨论了某制造企业在生产计划编制、动态生产调度、资源受限、生产执行情况反馈等方面存在的问题，在深入分析了生产计划、生产调度和多资源约束等有关的生产管理流程的基础上，提出了生产管理业务模型、数据模型和多资源生产调度机制，采用J2EE多层体系架构和构件开发技术，提供了生产任务管理、生产计划编制、动态生产调度、生产资源平衡配置和计划调整追踪等功能。

0 引言

某化工材料制造企业是一个典型的多品种小批量生产方式为主的制造企业，产品生产周期长，工序多，连续和离散相结合的生产过程，处于粗放的生产管理阶段。通过分析企业生产管理流程和存在的问题，提出生产管理业务模型和数据模型，采用J2EE多层体系架构和构件开发技术，实现生产计划的在线协同编制、车间动态生产调度和制造资源（工艺、物料、工装、设备、人员等）约束配置等，增强了生产过程中信息的组织、协同和共享能力。

1 生产管理现状

多品种小批量生产的特点是生产的产品品种较多，产品生产周期较长，工序比较多和每个品种的产量少。产品的某些部件可能根据用户特殊需要而设计生产，生产重复性比较低，工艺路线常常不同，需要进行大量的生产技术准备工作，生产中采用的设备与工艺装备大多是通用的，但也经常有一些小的改动。

该企业承担的生产任务，主要围绕特种化工材料及其部件的生产，生产制造以多品种、小批量为主，制造工艺复杂，生产流程长。

企业接收合同订单，生产计划处作为生产管理部门，负责企业级生产计划的编制、发放，生产计划的实施跟踪、协调等工作。各生产部门的生产调度向上接收生产计划，根据实际生产情况进行生产调度，组织生产实施，同时协调处理生产过程出现各类问题等。质量监督部门负责整个生产过程中的各类质量安全监督检查。

在粗放的生产管理方式下，生产计划编制难以做到科学合理；信息的收集和传递没有有效的途径，生产任务的整体进展情况无法及时掌握；由于产品品种多，资源管理复杂，在生产过程中对工艺、物料、设备等生产配套资源信息无法及时掌握，多批次生产任务并行时难以进行资源配置和平衡；大量的图纸和技术文件管理工作量大。这些已成为制约企业发展的瓶颈。

2 系统设计与实现

2.1 总体业务流程

针对该企业的生产组织特点开发的生产管理系统集成了ERP和MES的部分功能，以生产计划为主线，面向各级生产管理人员（企业领导、计划调度、质量监督人员、车间领导和调度、班组长等），组织生产过程中的相关信息，增强生产过程中组织、协调与管理的协同性。

生产管理系统总体业务流程如图1所示。

生产合同是整个生产流程的起点，生产计划处按照合同要求制定生产计划，车间侧重于生产调度和组织生产实施，并及时反馈生产进度和质量、安全信息；监控生产执行情况，根据实际情况调整各级生产计划；同时进行各类相关生产资源配套的管理。

图1 生产管理系统总体业务流程图

2.2 系统架构设计

生产管理系统采用先进的J2EE多层体系架构技术，采用浏览器/服务器(B/S)的多层体系架构，主要应用了Hibernate、Spring和AJAX等技术，表示层通过界面开发组件技术实现，采用AJAX等技术，实现友好的人机界面。业务层借助Springframework进行业务构件的组装关联，通过Spring IOC、AOP应用、面向接口编程等特性，来降低业务构件之间的耦合度，增强系统扩展性，实现系统的业务、审计，事务和错误统一处理等功能。

图2 生产管理系统教据流简图

数据持久层通过Hibernate和JDBC实现，完成复杂的数据库查询、统计功能，对数据库视图、过程的访问功能。

2.3 系统功能设计

生产管理系统采用分层设计和软件构件技术，实现了生产任务管理、生产计划管理、生产过程管理和配套资源管理等主要功能。

生产计划管理提供在线协同计划的编制、校对、会签、审核和发布全过程管理，实现了生产计划的WBS分解，资源占用冲突检测、执行情况跟踪、计划调整、历史追溯、权限管理、关键节点控制和生产过程看板等功能。

在生产计划发布生效后，车间制订车间级作业计划，逐级分解任务，进行生产调度和资源调配，管理与生产有关的工单、人员、设备和物料流向，并将生产指令传达给PCS层的设备，及时反馈生产进度和质量情况，跟踪整个生产执行情况。

生产配套资源管理，为整个生产过程提供相关的配套资源保障信息，按照各生产任务的优先级和紧急程度，确定资源占有时序和资源配置比例，当多批次生产任务并行时有效进行资源配置和平衡。包括：

1)工艺知识库管理：工艺流程是对产品生产过程的具体描述，包括工艺路线和工艺规程、工艺过程卡、工艺卡、工序卡和操作指导书等工艺文件的管理，为生产计划和生产调度提供工艺路线、工时等信息；

2)库存管理：进行一、二级仓库中产品、半成品、原材料、元器件等的库存、领料和物料状态等管理，为生产过程提供库存物料选择和配套；

3)设备工装管理：提供生产和测量设备、刀具夹具的状态、使用明细、借出、归还等管理，为生产提供可用设备工装的选用、占用冲突检测和调配；

4)班组信息管理：提供车间班组人员的管理，实现工艺操作人员的分类管理、人员技能、出勤和承担生产任去情况等，提供生产人员的选用和调配；

5)技术文档和模板库管理：对各类技术文档进行分类授权管理，同时将生产计划和调度的有效经验采用模版库方式进行管理，为重复利用提供便捷的手段。

3 结束语

针对多品种小批量生产模式的化工制造企业，采用J2EE多层体系架构和构件开发技术，提供了生产任务管理、生产计划编制、动态生产调度、生产资源管理和人员角色权限管理等功能，实现了生产及资源信息的集中管理和共享，为各级部门提供了及时的生产进度监控，增强了组织、协同和共享能力。该系统在纵向上集成了ERP和MES的部分功能，同时提供与PCS的接口，横向上提供与CAPP和PDM的接口，同时提供与质量管理等系统的接口，进一步实现与产品设计、质量管控等环节的融合。