通机产品装配车间集成化生产作业管理系统

通机产品装配车间集成化生产作业管理系统/PAPEREDU1中国科技论文在线通机产品装配车间集成化生产作业管理系统宋北江，尹超，尹胜，刘飞作者简介宋北江（19986），男，主要从事机械制造及其自动化方面的研究（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044）摘要针对通机产品装配车间存在的生产信息实时采集和反馈困难、生产作业计划实时调整5困难等问题，构建了一套支持从生产作业信息实时采集和反馈，生产作业计划及调整信息实时下达和接收到生产作业管理端与装配作业现场集成运行的通机产品装配车间集成化生产作业管理系统，建立了该系统的体系结构、功能结构和运行流程，并对系统的内外部集成框架进行了研究。该系统已成功应用于重庆一通机产品制造企业，取得了良好应用效果。关键词通机产品；装配；生产作业；计划；集成10中图分类号TH166；TP39INTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOPSONGBEIJIANG,YINCHAO,YINSHENG,LIUFEI15STATEKEYLABORATORYOFMECHANICALTRANSMISSION,CHONGQINGUNIVERSITY,CHONGQING400044ABSTRACTDUETODIFFICULTREALTIMECOLLECTIONANDFEEDBACKOFPRODUCTIONINFORMATION,ANDDIFFICULTREALTIMEADJUSTINGOFPRODUCTIONOPERATIONPLANNINGINGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOPTODEALWITHTHISPROBLEM,ANINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOPWASPROPOSED,WHICHCOULDREALIZETHEREALTIME20COLLECTIONANDFEEDBACKOFPRODUCTIONOPERATIONINFORMATION,REALTIMETRANSMITTINGANDRECEIVINGOFPRODUCTIONOPERATIONPLANNINGANDADJUSTINGINFORMATION,ANDTHEINTEGRATIONOFMANAGEMENTSTATIONSANDASSEMBLINGWORKSTATIONSTHEARCHITECTURE,FUNCTIONSTRUCTURE,RUNNINGPROCESS,INTERNALANDEXTERNALINTEGRATIONFRAMEWORKOFTHESYSTEMWEREDESCRIBEDFINALLY,THESYSTEMWASSUCCESSFULLYAPPLIEDINAGENERALMACHINEPRODUCTSMANUFACTURINGENTERPRISEINCHONGQING,AND25GOODRESULTSWAREOBTAINEDKEYWORDSGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYPRODUCTIONOPERATIONPLANNINGINTEGRATION0引言通机产品主要是指通用发电机组、水泵、割草机等以热动力为核心的机械设备。通机产30品制造企业量大面广，其装配车间一般采用多品种小批量生产模式。随着市场竞争的日益激烈，在多品种小批量生产模式下，装配生产过程中生产作业计划及其执行情况等方面管控的敏捷性和柔性已成为广大通机产品制造企业赢得竞争的关键因素之一。然而，当前通机产品装配车间大都采用传统生产管理方式，生产信息不能及时采集并反馈到管理层、生产作业计划及调整信息不能及时下达到装配生产线等导致生产作业计划制定和优化调度比较盲目，错35产、误产及交货延迟等现象时有发生，严重影响了产品的装配质量、生产效率和企业综合竞争力。因此，广大通机产品主机装配企业迫切需要一套集成化的生产作业管理系统，以实现整个装配生产作业管理的透明化、实时化和可控化。当前，国内外专家学者在生产作业管理方面做了大量的研究，也取得了许多有价值的成果。例如，文献1开发了一种结合产品安全相关的可追溯性因素和操作因素生成生产计划40的集成优化模型；文献2开发了一套通过分布式控制系统进行信息交互的生产作业管理系统；文献3提出了一种标签数据模型，建立了相对应的生产作业管理系统的体系结构和集/PAPEREDU2中国科技论文在线成作业模型；文献4为解决炼钢连铸生产计划制定的可执行性与调度过程的时间不确定性影响问题，建立了一种计划调度一体化的仿真优化模型；文献5针对定制型制造车间生产过程中经常发生的生产订单延迟问题，提出以定制设计模块、生产管理模块、优化控制模块45为基础的定制型生产控制模型，构建基于TOC和CPM的定制型制造车间生产控制方法；文献6提出了一种基于工作流的装配车间生产过程计划和控制方法，有效地描述了装配数据与装配过程间的动态交互行为，同时也实现了生产现场的装配活动和装配数据的统一管理；文献7针对一类多级制造系统建立了生产计划和调度的集成优化模型，给出了一个批量动态分割合并算法，并构造了一个基于遗传进化的启发式算法对该模型进行求解；文献850为开发自动和手控设备混合的装配作业车间启发式调度算法，设计了一种装配作业和设备特性相结合的生产调度规则；作者所在课题组前期已对车用空调装配车间生产作业管理方面进行了一些探索，也取得了一些成果9。综上所述，国内外许多专家在装配车间的生产作业管理、生产计划控制和优化调度等方面进行了大量的研究，也取得了很多有价值的研究成果。但是，在针对如何实现通机产品装55配车间从生产信息实时采集和反馈，生产作业计划及调整信息实时下达和接收，到生产作业管理端与装配作业现场集成运行方面的研究还较少。为此，本文借鉴国内外研究成果和作者所在课题组前期的研究，构建了一套支持生产作业管理端与装配作业现场集成运行的通机产品装配车间集成化生产作业管理系统，建立了该系统的体系结构、功能结构和运行模式，并对系统的内外部集成框架进行了研究，最后将论文研究成果在重庆一通机制造企业进行了应60用验证。1系统体系结构通机产品装配车间集成化生产作业管理系统的体系结构包括系统支撑层、基于多功能交互式信息终端的数据采集与信息交互层、生产作业管理基本功能层、与其它信息系统集成接口层和交互界面层等，如图1所示。65图1通机产品装配车间集成化生产作业管理系统的体系结构FIG1SYSTEMARCHITECTUREOFTHEINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOP70如图1所示的通机产品装配车间集成化生产作业管理系统的体系结构主要包括以下几/PAPEREDU3中国科技论文在线部分（1）系统支撑层系统支撑层由INTERNET/INTRANET/EXTRANET网络、各种信息数据库以及信息安全等构成。75（2）基于多功能交互式信息终端的数据采集与信息交互层通过安装在装配线各指定点位上的多功能交互式信息终端10，能够实现作业计划的实时下达和生产作业信息的实时采集与反馈。一方面，现场操作工人能够通过终端实时接收到生产作业任务单、生产计划调整信息、物料配送信息以及装配工艺单等信息；另一方面，通过信息终端能够将装配作业现场的进度信息、质量信息以及异常事件信息等实时反馈到计划及调度层，计划及调度层在这80些实时生产信息的支持下能够对生产进行实时调整；（3）生产作业管理基本功能层主要是实现装配作业计划的制定、下达、接收和动态调整，生产现场信息的实时采集和反馈，生产进度的实时监控，市场质量信息处理等集成运行，包括生产作业计划管理、生产作业动态调度、生产作业进度监控、市场质量信息处理、数据采集、综合报表与查询、基础数据管理及系统管理等功能模块。85（4）与其它信息系统集成接口层主要实现通机产品装配车间集成化生产作业管理系统与企业资源计划系统、产品数据管理系统、供应链管理系统以及计算机辅助设计系统理等信息系统之间的集成，实现生产作业管理系统与企业其它信息系统之间的数据集成和信息共享，有效支撑装配车间生产作业管理的集成化运行。（5）交互界面层通过交互界面层，用户能够快速准确的对系统进行管理和维护。用90户主要包括操作工人、计划及调度人员、装配车间现场管理人员、企业中高层管理人员以及客户等。2系统功能结构基于模块化设计思想，将本系统分为系统管理、文档管理、集成接口、综合查询与报表、生产作业计划管理、生产作业动态调度管理、数据采集、生产进度监控、基础数据管理等功95能模块，系统功能结构如图2所示。图2通机产品装配车间集成化生产作业管理系统的功能结构FIG2FUNCTIONSTRUCTUREOFTHEINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINE100PRODUCTSASSEMBLYSHOP如图2所示的系统的功能结构，具体功能描述如下/PAPEREDU4中国科技论文在线（1）系统管理是系统的基本功能，主要包括用户管理、角色管理、权限管理和日志管理等功能。105（2）文档管理主要是对装配作业指导书、设计文件、工艺BOM等进行管理和维护。（3）集成接口主要实现本系统与ERP、产品设计、产品数据管理及供应链管理等企业其它信息系统之间的集成，实现本系统与其它信息系统之间的数据集成和信息共享，有效支撑车间生产作业管理的集成优化运行。（4）综合查询与报表主要为计划人员、调度人员等提供生产进度信息、库存信息、异110常事件信息、生产绩效等的统计和分析报表，同时也方便中上层管理人员对车间生产情况进行了解。（5）基础数据管理主要对电子看板、装配工艺、员工及客户、物料基础、交互式信息终端、异常事件等基础数据进行管理和维护。（6）生产作业计划管理的主要功能是实现生产作业计划的制定、下达、接收、查询等。115（7）生产作业动态调度管理主要实现生产作业的动态优化调度，包括对随机扰动信息的实时接收、调度方案的实时生成、调度方案的实时下达、历史方案管理等。（8）数据采集是指操作装配线工人通过多功能交互式信息终端，实时采集生产现场的生产进度信息、异常事件信息、质量信息、物料信息等，采集后的实时生产信息通过车间局域网络能实时反馈到生产作业计划和调度层。120（9）生产作业进度监控模块是通过系统查询界面、管理端可视化界面、车间LED大屏幕以及短信息等多种方式，实现对生产作业进度的实时监控，以支持管理人员及时对生产进行调整。（10）市场质量信息管理是对影响车间生产作业管理的市场质量信息进行采集、分析、处理和反馈，主要包括市场质量信息分类、市场质量信息采集、处理业务流程配置、市场质125量信息分析、处理及反馈等。3系统运行流程针对通机产品装配车间的特点，详细分析了通机产品装配车间生产作业管理业务运行流程，对原有的业务流程进行了优化。通机产品装配车间生产作业管理系统的主要功能是支持装配作业计划的制定、下发、接收和动态调整，生产现场信息的实时采集和反馈，生产进度130的实时监控等集成运行，同时也实现该系统与企业其它信息系统之间的集成运行。系统运行流程如图3所示。/PAPEREDU5中国科技论文在线图3通机产品装配车间生产作业管理系统运行流程FIG3RUNNINGPROCESSOFTHEINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTS135ASSEMBLYSHOP图3所示的系统运行流程的主要特点有（1）生产现场工人通过信息终端能实时接收生产作业任务单、物料配送信息、装配工艺单等，并能对装配车间进度信息、质量信息以及异常事件信息等进行实时采集与反馈，可140实现整个生产作业过程的无纸化运行，既能增强信息传递的实时性，同时又可避免人工传递信息的复杂性和易错性；（2）基于实时反馈的进度信息、质量信息以及异常事件信息等，可实现对生产作业的动态调度，同时能将动态调度的结果实时下达到装配作业现场，提高生产作业计划的执行和控制效率。145（3）可实现产品设计、工艺人员与装配车间现场及操作人员的有机连接，形成从产品结构设计、工艺设计、技术资料下达与接收，到反馈和控制的闭环系统，为企业的面向制造设计提供有力支持。（4）可实现从原材料供应、车间物流、车间生产制造、成品配送，到反馈和控制的闭环系统，有效提升企业的快速应变能力。1504系统集成框架通机产品装配车间集成化生产作业管理系统内部包含生产作业计划管理、生产作业动态调度管理、数据采集、生产进度监控和市场质量信息管理等多个功能模块，各功能模块之间涉及到计划、进度、异常事件等多种信息的交互与共享。同时，通机产品装配车间生产作业管理端需要从企业资源计划系统ENTERPRISERESOURCESPLANNING,ERP、产品数据管理系统155PRODUCTDATAMANAGEMENT,PDM、供应链管理系统SUPPLYCHINAMANAGEMENT,SCM、CAX等信息系统那里获取计划、工艺BOM、物料配送以及设计资料等多种信息，同时也需要向各信息系统提供生产进度、产品完工、物料需求信息以及装配质量问题等多种信息。因此，通机产品装配车间生产作业管理系统内部各功能模块之间以及与企业其它管理信息系统之间的数据集成和信息共享是实现整个装配生产作业管理敏捷化、实时化和柔性化的关键。160/PAPEREDU6中国科技论文在线41内部集成框架通机产品装配车间集成化生产作业管理系统的内部集成框架如图4所示。通过该集成框架的实施，可提高通机产品装配车间生产作业管理内部各功能模块之间的信息共享和业务集成能力。例如通过数据采集与生产作业动态调度模块的集成，可实现对车间随机扰动事件的实时采集，并且及时做出相应的计划调整；通过生产作业计划管理与生产进度监控模块的165集成，调度人员可根据实时生产进度对生产作业计划进行实时调整；等等。图4通机产品装配车间生产作业管理系统内部集成框架FIG4INTERNALINTEGRATIONFRAMEWORKOFTHEINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOP17042外部集成框架通机产品装配车间集成化生产作业管理系统与企业其它管理信息系统之间的信息集成框架如图5所示。通过该集成框架的实施，可实现生产作业管理系统与企业资源计划系统、产品数据管理系统、供应链管理系统及计算机辅助设计系统等系统之间有效的数据集成和信息共享。例如生产作业管理系统通过与企业资源计划系统的集成，上层管理者能实时了解175到装配车间的订单执行情况；生产作业管理系统通过与产品数据管理系统之间的集成，装配车间层能及时获取产品的工艺BOM、设计图纸等信息；生产作业管理系统通过与供应链管理系统之间的集成，能及时的进行物料等信息的交互，当出现物料短缺时，供应链管理系统能及时给予补充；生产作业管理系统通过与计算机辅助设计系统之间的集成，装配工人能实时与产品设计、工艺人员对产品设计、工艺等问题进行交互，当工人发现工艺问题时及时将180问题反馈给工艺人员，工艺人员针对存在的问题对产品装配工艺等进行及时调整；等等。/PAPEREDU7中国科技论文在线图5通机产品装配车间生产作业管理系统外部集成框架FIG5EXTERNALINTEGRATIONFRAMEWORKTHEINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMFORGENERALMACHINEPRODUCTSASSEMBLYSHOP1855系统应用案例目前，本文的研究成果已在重庆一通机制造企业进行应用，取得了较好的效果。该企业主要从事通用机械动力及相关终端产品研发、制造、销售和进出口，其装配车间共有7条装配线，其中两条动力线、两条复合线、两条机组线和一条测试线，装配生产包括通用汽油机、汽油发电机组、水泵、草坪机以及微耕机等多种不同类型的通机产品。该企业虽然已实施了190ERP、PDM等信息系统，但其装配车间生产作业管理仍存在很多问题，使得企业难以对复杂多变的生产过程以及市场做出快速的响应。为此，企业实施了一套制造过程信息化系统重庆隆鑫通机动力公司车间制造执行系统（LCMES）。LCMES的实施和应用，有效提升了企业的生产管理水平和生产制造能力。目前，LCMES已成为隆鑫通机动车间生产管理的有效支撑工具。195隆鑫通机装配车间集成化生产作业管理系统是LCMES的重要组成部分，主要包括生产作业计划管理、生产作业动态调度、生产现场数据采集、生产作业进度监控、市场质量信息管理以及综合查询与分析等功能模块。如图6所示为装配车间集成化生产作业管理系统的应用情况。/PAPEREDU8中国科技论文在线200图6集成化生产作业管理系统应用情况FIG6APPLICATIONPICTURESOFINTEGRATEDPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEM目前，装配车间集成化生产作业管理系统已在该企业成功运行，取得了较好的应用效果。实现了生产进度、异常事件等信息的实时采集和反馈、生产作业计划的实时动态调整、生产205进度的实时监控，等等。初步实现了生产作业管理系统与ERP、PDM等信息系统之间的数据集成和信息共享，有效提升了企业的生产作业管理水平和对市场需求的快速响应能力。6结论在对通机产品装配车间生产作业现状调查研究的基础上，针对通机产品装配车间存在的生产信息实时采集和反馈困难、生产作业管理信息交互性差以及生产作业计划实时调整困难210等问题，构建了一套支持生产信息实时采集和反馈，生产作业计划及调整信息实时下达和接收，到生产作业管理端与装配作业现场集成运行的通机产品装配车间集成化生产作业管理系统。建立了该系统的体系结构、功能结构和集成运行流程，研究了系统的内外部集成框架。最后，该系统已在重庆一通机产品制造企业得到了成功应用，有效提升了企业装配车间的生产作业管理水平和对市场需求的快速响应能力。215参考文献REFERENCES1ISHIKAWA,MAKIOPRODUCTIONOPERATIONMANAGEMENTSYSTEMPEP,EP2207071201007142WANDX,LID,OBRIENC,ETALAPRODUCTIONPLANNINGMODELTOREDUCERISKANDIMPROVEOPERATIONSMANAGEMENTJINTERNATIONALJOURNALOFPRODUCTIONECONOMICS,2010,12424634743LIUWEINING