（机械制造及其自动化专业论文）板材配送中心的制造管理系统研究.pdf

摘要 板材配送中心的制造管理系统研究 研究生：金春勇 导师：许超教授 学校：东南大学 摘要 板材作为生产资料流通领域内的重要部分，其流通模式直接影响我国国民经济的发展。板材加工配送 中心作为钢铁企业与下游客户结成供应链的一种关系纽带。其提供的物流服务直接影响板材供应链的管理 水平和上下游客户的生产、经营方式和绩效水平。但是，板材加工配送中心尚处于发展阶段，很多板材加 工配送中心的计划与管理的自动化水平还不能适应板材流通现代化的服务要求和自身发展要求。 在深入研究了板材加工配送原料分配、板材加工配送生产计划的基础上，论文提出了原料分配、生产 计划的解决方案：建立了原料分配的数学模型，并用遗传算法求解；结台板材剪切加工两工序特点，采用 约翰逊法对工件和设备进行加工优化，以减少设备和工件的生产等待时间，实现生产效率的最大化。 结合某板材加t 配送企业的实际情况，在对其进行充分调研和需求分析后，根据企业实际情况确定了 板材配送中心的制造管理系统的体系结构和功能模块。在现场作业监控方面，研究中首次选择了以o p c 方 式实现的开卷现场作业监控，基于o p c 技术，实现了开卷校平线的作业生产管理。软件主要包括系统管理、 基础信息管理、业务管理、仓储管理、检验管理、生产管理、分析统计七大模块。 系统初步实现了企业在制造过程中的自动化，使之“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人 员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到有效 执行并及时修正。 关键词：供应链管理，o p c ，作业计划，作业流程优化 a b s t r a c t am a n u f a c t u r i n gm a n a g e m e n ts y s t e mf o rs h e e t m e t a ld is t r i b u ti o nc e n t e r s b yj i nc h u n - y o n g s u p e r v is e db yp r o f x uc h a o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t s h e e tm e t a li sak i n do fi m p o r t a n tm a t e r i a li nt h ec i r c u l a t i o no fp r o d u c t i o nm a t e d a l ；i t sc i r c u l a t i o np a r e r n w i l ld i r e c t l ya f f e c tt h ed e v e l o p m e n to fc h i n a sn a t i o n a le c o n o m y s h e e tm e t a lp r o c e s s i n ga n dd i s t r i b u t i n gc e n t e r s t a k e as u p p l yc h a i nb e t w e e ni r o na n ds t e e le n t e r p r i s e sa n dt h e i rc u s t o m e r s i t sl o g i s t i c ss e r v i c ec a p a c i t yw i l l p a r t l yd e t e r m i n et h el e v e lo fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n dt h ep r o d u c t i o n ，o p e r a t i o na n dp e r f o r m a n c el e v e lo f i t s u p p e re n dl o w e rc u s t o m e r s h o w e v e r ，s h e e tm e t a ld i s t r i b u t i o nc e n t e ri ss t i l li nt h ed e v e l o p i n gs t a g e ，m o s to f t h e i r a u t o m a t i o nl e v e li np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n tc a nn o tm e e tt h er e q u e s t so fc u r r e n ts h e e tm e t a lc i r c u l a t i o na n d t h e i ro w n d e v e l o p m e n t b a s e do nt h es t u d yo fr a wm a t e r i a l sd i s t r i b u t i o na n dp r o d u c t i o np l a n n i n go fs h e e tm e t a l ，s o m es o l u t i o n so f m a t e r i a ld i s t r i b u t i o na n dp r o d u c t i e np l a n n i n ga r ep r e s e n t e d ，am a t h e m a t i c a lm o d e lo f m wm a t e r i a ld i s t r i b u t i o ni s a l s op u tf o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c hi ss o l v e db yg e n e t i ca l g o r i t h m s i n c et h e ma r et w os t 印si ns h e e t m e t a ls h e a r i n go p e r a t i o n ，j o h n s o nm e t h o di sa p p l i e dt ot h ep r o c e s so p t i m i z a t i o nt or e d u c et h ew a i t i n gt i m eo f m a c h i n et o o l sa n dw o r k p i e c e sa n dt 0m a x i m i z et h ee f f i c i e n c yo f p r o d u c t i o n kc o n s i d e r a t i o no f t h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n to f as h e e tm e t a ld i s t r i b u t i o nc o m p a n yi nn a n j i n g as y s t e ma n d i t s m o d u l e so f t h e m a n a g e m e n t f o r t h i s k i n do f e n t e r p r i s e sa r ed e s i g n e d i n t h e a s p e c to f o n l i n e m o n i t o r i n g ，o p c c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ei sf i r s ta p p l i e di nt h ec o i ll i n e b a s e d0 1 1t h eo p ct e c h n o l o g y ，t h ep r o d u c t i o n m a n a g e m e n to fc o i l i n ga n ds h e a r i n gl i n ei sr e a l i z e d t h es o f t w a r ei n c l u d e ss e v e nm o d u l e s ，t h e ya r et h es y s t e m c o n f i g u r a t i o nm o d u l e ，t h eb a s i ci n f o r m a t i o nm o d u l e ，t h eb u s i n e s sm a n a g e m e n tm o d u l e ，t h ew a r e h o u s e m a n a g e m e n tm o d u l e ，t h eq u a l i t yc o n t r o lm o d u l e ，t h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，a n dt h es t a t i s t i c a la n a l y s i s m o d u l e t h ea p p l i c a t i o no f t h es y s t e mm a d et h ee n t e r p r i s et or e a l i z ei t sf i r s ts t e pi nm a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o n ，w h i c h c a l lc o m b i n e p l a n ”e n d 。p r o d u c t i o n ”c l o s e l yi np r o c e s s r e s p o n s et h ec h a n g e so fp r o d u c t i o nl i n ew i t h i ns h o r t e s t t i m e ，a n dm a k ea c c u r a t ej u d g m e n t sa n dr a p i dc o r r e s p o n d i n gl l l e a s u r e st oe x e c u t et h ep r o d u c t i o np l a n se f f i c i e n t l y e n dm e n de r r o ri nt i m e k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，o p c ，o p e r a t i o n a lp l a n ，o p e r a t i o n a lf l o wo p t i m i z a t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 釜查疆 日期：墨监= 三= 型 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 率 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的目的及意义 物流管理有广义和狭义两方面的含义。狭义的物流管理是指物资的采购、运输、配送、储备等活动。 是企业之间的一种物资流通活动。广义的物流管理包括了生产过程中的物料转化过程，即供应链管理，所 以国外有人认为供应链管理实际就是物流管理的延伸和扩展。狭义的物流管理和供应链管理的区别在于： 物流涉及的是原材料、零部件在企业之间的流动，而不涉及生产制造过程的活动。供应链管理包括了物流 活动和制造活动。物流管理在供应链管理中的地位在于其贯穿整个供应链，它连接供应链的各个企业，是 企业间相互合作的纽带。因此，物流管理很自然地成为供应链管理体系的重要组成部分。在市场环境中， 企业只有建立敏捷而高效的供应链物流系统才能提高自身竞争力。供应链管理将成为2 1 世纪企业的核心竞 争力，而物流管理又将成为供应链管理的核心能力的主要构成部分。 所谓供应链，是指产品生产和流通中涉及的原材料供应商、生产商、批发商、零售商以及最终消费者 组成的网络。在这个网络中，每个贸易伙伴既是其客户的供应商，又是其供应商的客户，他们既向其上游 的贸易伙伴订购产品又向其下游的贸易伙伴供应产品。供应链管理就是指对供应链中的物流、信息流、 资金流、增值流、业务流以及贸易伙伴关系等进行的计划、组织、协调和控制实行一体化的管理过程。供 应链管理覆盖了从供应商到客户的全部管理过程，其主要内容包括外部采购、制造分销、库存管理、运输、 仓储、客户管理等。 供应链管理作为公司生产与经营过程中的行为，除了降低成本、改善客户服务水平、加快资金流动以 外，更重要的是作为供应链结点上各个环节的公司都会成为荣损共担的业务伙伴，因为他们与上游、下游 公司构成了具有长期战略联盟的合作关系。正是由于供应链管理的上述优点，使得供应链管理模式受到了 越来越多的公司的重视。目前，供应链管理已经成为国内外制造公司提升市场竞争力的关键因素。 标准化、批量化生产的板材在形成最终工业产品或社会消费品的价值链中属于原材料t9 5 以上的板 材必须经过流通、加工后才能被使用到最终产品上”。因此，板材加工配送中心应运而生。 板材加工配送中心作为一种新型的板材物流服务商，其功能是按照客户要求，在配送中心将库存板材 经开卷、矫正、清理、剪切加工、检查等工序，加工成下游客户所需的各种半成品或零部件，在要求时间 内准确配送给每个客户，以满足客户的需求，并最大限度地实现高水平、低成本的板材流通”1 。它根据客 户所需板材的规格、品种、数量进行资源的组合各库，集中下料和合理套裁，不仅降低板材流通费用和加 工成本，还能最大限度地提高板材利用率，减少边角余料的浪费。这种集加工、配送为一体的物流服务不 仅顺应了钢铁企业的发展需求和板材供应链的管理需求，还顺应了板材用户的个性化服务需求，因而受到 上游钢厂、板材贸易商、以及下游的汽车、家电、电子、建筑等行业的青睐，近年来得到迅速发展。 板材在生产资料流通领域占有重要份额。良好的流通模式直接影响板材生产企业、板材流通企业、以 板材为原料的下游制造企业的生产方式和效率。板材加工配送中心作为钢铁企业与下游客户结成供应链的 一种关系纽带，是板材流通的重要环节其提供的物流服务直接影响板材供应链的管理水平和上下游企业 的生产经营绩效。 我国板材加工配送中心尚处于初步发展阶段。大多数扳材加工配送中心服务功能不全、深加工技术不 强，与上下游企业的契台度不高，不能适应现代化板材流通和自身发展的要求。主要表现为：交易模式较 为低级、服务功能单一、缺乏核心竞争力；信息化程度低、服务质量不高；流通渠道不完善、物流成本过 高，还缺乏对板材深加工技术成果的开发、推广和应用”。 随着钢铁产业的集群发展和钢铁下游企业以及制造业的深入发展，就要求板材加丁配送中心提供集成 化、现代化、一体化的物流服务实现板材供应链的优化运作，以满足客户多样化、低成本、高效率、快 响应的物流要求。因此，在自身发展的压力推动和客户对集成化、一体化物流服务的需求拉动下，板材加 工配送中心的服务模式不得不向集成化推进，实现物流、信息流、资金流为一体的全方位管理以最低的 成本、最好的服务来满足客户需求；以较高的运作效率、快速的客户响应、广泛的业务范围、齐全的物流 功能来获得规模化经营和核心竞争力，促进企业发展壮大。目前，国内外对板材加工配送中心的研究主要 集中在现状解剖、优势分析、功能定义、发展模式、运作模式等方面，较少探讨采用何种服务模式来为客 东南大学硕士学位论文 户提供集板材深加工、配送服务、信息服务、增值服务等物流功能为一体的集成物流。此外，国内板材加 工配送中心的自动化程度还远远跟小上市场的需求，不能对车间进行高效的作业管理，库存管理，配送管 理等。 1 2 配送中心在供应链中的定位 1 2 1 配送中心在供应链中的作用 在“供应链竞争”时代，与传统的竞争模式最根本的差别是企业不再作为一个孤立和独立的实体与其 他的独立实体的企业进行竞争。取而代之的是，现在的竞争模式需要对迅速变化的市场更加快速响应并 且产生更加连续和可靠的价值的配送系统，要求每个环节能够作为供应链整体的一个部分，并围绕着要达 到的目标而运作。配送中心作为制造企业连接上游原料厂家和下游客户的纽带，对企业库存、生产柔性、 生产成本、以及服务用户的水平有越来越重要的作用，如图1 _ 1 所示： 图1 i 板材加工配送中心在供应链中的定位 由图1 1 可以看到，对于制造企业将原料加工交给配送中心完成可以集中精力于核心业务，降低库存， 提高生产效率：而原料加工配送中心则集中多家企业的需求可以提高成材率，最大发挥社会效益。对于产 品配送中心一方面作为销售网络可以控制用户；同时可以降低成品库存和运输费用，并提高服务水平。 1 2 2 板材加工配送中心的供应链结构 钢板主要用于建筑行业、交通运输行业、机械与电器制造业、轻工业及食品工业等部门。也是各种口 径焊管的原料，是一种用途较为广泛的通用板材。 在当今市场环境下，对于下游厂家： ( 1 ) 全球市场买方化，对产品的质量、技术含量等要求越来越高。 ( 2 ) 由于消费需求的个性化，对品种、规格需求越来越多样化，企业的生产模式由原来少品种大批量 模式转变为多品种少批量模式，为快速响应市场变化，一般都采用订单生产方式，尤其在汽车和电子制造 领域，产业链有区域集中的趋势，从而对供应商提出了很高的要求。 对于大型钢铁企业而言： ( 1 ) 追求规模效应，从大生产的角度出发，很难满足广大中小客户日益提高的多品种、多规格、小 批量的需求。 ( 2 ) 解决钢铁产业链上下游之间生产矛盾，部分业务必然发生转移，板材剪切加工中心为顾客提供更 紧密的服务来准确地预测市场，保证生产物流的均衡性，同时满足客户对产品的高质量、低成本、准时交 货等方面的要求，其供应链结构如图1 2 所示： 2 第一章绪论 第三方物流 = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = j = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；r - - ：= = = = = = ，一 图1 2 钢铁企业供应链结构 板材剪切加工配送作为一种新型的物流服务方式，其功能就是在配送中心将库存板材经裁剪、加工、 检查等处理后，在最佳时间内送达给每个用户，以满足客户的加工、配送、仓储、运输等需求，并最大限 度地实现商品流通的方便、快捷和低成本目标。当板材用户对板材的品种、规格、数量要求越来越细化和 个性化时，板材加工配送模式就越来越突显其优势，这是由于板材配送这一物流模式顺应了社会生产发展 的需求： ( 1 ) 顺应了钢铁企业的需求 尽管我国大多数钢铁企业都自各横、纵剪线，具有较强的剪切加工能力，但其生产周期长、板材利用 率低、加工成本高，不利于提供个性化的服务。而板材加工配送中心能依据用户所需板材的品种、规格、 数量进行资源的组合备库，集中下料和合理套裁，从而能压缩流通时间、降低流通费用。这种社会专业化 分工，极有益于提高钢铁企业的生产集约化程度。 ( 2 ) 顺应了板材用户的需求 板材用户自行加工板材，尤其是在使用量不多的情况下，加工费用远高于委外。如其采取委托剪切加 工时，既可节省加工设备的投资和劳务安排。又可得到相应的产品质量保证，还可享受剪切中心的适时供 货服务，从而可以实现零库存管理。 ( 3 ) 是适应供应链管理的结果 板材剪切加工在加工配送中心进行，便于供应链上下游协调生产和计划；便于供应链环境下采用先进 的技术对库存进行管理，包括联合库存管理、多级库存优化等。 1 3 板材加工配送中心的研究现状及发展趋势 1 3 1 板材加工配送中心的研究现状 现代物流的发展带动了流通行业的快速发展。板材加工配送中心作为生产资料流通领域的重要组成部 分，也快速发展起来。加工配送服务融加工于流通业，是生产和流通两大领域高度专业化分工与协作的必 然产物，加工配送业的完善必然促进生产行业和制造业的完善”。由于板材加工配送中心的发展模式和物 流管理水平直接影响板材供应链的管理水平和上下游企业的生产模式，因此板材加工配送中心的发展以及 提供的物流服务成为国内外学者关注的焦点。 首先，李辽、高镜明等对板材加工配送中心的形成原因进行了研究，分析了建立板材加工配送中心的 意义“。从板材供求关系看，供过于求的板材市场使得板材流通商必须转变传统的经营模式，采用板材 加工配送中心的发展模式来增加客户价值，赢得市场机会。又因为板材加工配送中心能够完善生产资料的 供应渠道”。，减少物流成本和加工成本，所以它顺应了钢铁行业和板材用户的个性化需求”。板材加工配 送中心作为第三方物流企业，将板材配送给客户，不仅满足了板材流通现代化的要求，还优化了钢铁产业 链和板材供应链。 蕈 东南大学硕士学位论文 随着板材加工配送中心的发展，吴学军、p o t t e ra 等开始关注板材加工配送中心的发展情况和应用情 况，总结了板材加工配送中心的投资主体咀及地理分布等情况“”“。由于我国板材加工配送中心还处在 初级发展阶段，发展过程中存在功能不全、服务质量低下、流通环节过多等问题“，陈中涛、包斯文开始 重新思考板材流通模式的发展，并针对这些问题提出一些发展策略和建议“。”1 。 板材加工配送中心的成功运作离不开良好的运作模式和服务产品。在运作模式研究方面，江从发从配 送中心最佳服务半径、配送定价和绩效评价方法三个视点出发，分别探讨了板材加工配送中心运营管理中 的相关理论问题“”。宝钢也在进行一体化运作模式的探索，对所属加工配送中心在资金、资源、管理、技 术、服务等方面统筹安排，对国内所有客户需求作出快速反应，及时供货，拟建成中国板材领域规模最大、 服务最优的现代流通体系“”。针对宝钢这种物流体系，曲红涛从营销策略、市场定位、管理模式优化和服 务产品定价这四方面，具体研究了宝钢板材加工配送中心的运作模式”“。随着2 0 0 5 年7 月2 0 日正式颁布实 施钢铁产业发展政策以来方晓蓉提出板材流通企业必须实行与客户建立利益共同体，发展加工配 送业务提供增值服务的运作模式才能获得发展”“。在服务研究方面，何方威探讨了鞍钢的深加工战略模 式，提出优先开发市场急需的板材加工产品、加速机电一体化的成套设备开发和提高板材加工制品的档次、 质量等战略措施来提高加工能力和市场应对能力“。r o yrn 等研究了板材加工配送中心的3 i t 运作模式能 提高服务质量和客户满意度“；p o t e ra 等也用实证证明，减少加工时间和提高订单处理时间的联合策略 能提高板材加工配送中心的配送效率“”。 随着板材客户的个性化需求和现代流通的发展，板材加工配送中心呈现出集成化发展趋势，学者们开 始关注板材加工配送中心的集成化物流服务以及集成化发展战略。p o t e ra 等研究了英国板材供应链由传 统型( 非合作的、分散的、次优化的) 向集成型发展演化的过程，并用历史数据说明板材流通中心利用信息 管理手段监控库存水平并制定补货计划，实现按库存生产( m a k et os t o c k ) 和按订单生产( m a k et oo r d e r ) 的敏捷供应链管理，可以带来板材物流水平的提高，如库存减少1 6 ，交货期提前1 0 ”1 。h a f e e zk 等提出， 手工操作和计算机自动化处理相集成的两阶段钢铁供应链模型，并用仿真证明这种两阶段供应链能在库存 容量限制、断货等情况下，更快实现最小库存”。陈卓从优化钢铁企业出发，在板材流通企业间的合作与 集成基础上，能制定全程客户解决方案，使提供的产品和服务更适合客户的生产或业务流程“”。吴学军提 出板材加工配送中心未来的发展趋势是构建一个基于现代物流模式的集板材深加工、物流管理、信息服 务等功能为一体的板材服务系统”1 ，使所提供的物流服务向更快地响应客户需求、更贴近客户、为客户提 供更深的加工产品和更及时的配送服务以及更合理有效地控制成本费用的方向发展”。 1 3 2 板材加工配送中心的发展趋势 板材剪切加工配送作为一种新型的物流服务方式，其功能就是在配送中心将库存板材经剪切、加工、 检查等处理后，在最佳时间内送达给每个客户，以满足客户的加工、配送、仓储、运输等需求，并最大限 度地实现商品流通的方便、快捷和低成本目标”。板材加工配送中心未来将向综合化、社会化方向发展， 将会包括贸易、仓储、加工业务并有第三方物流共同参加完成。 任何一个企业的管理都可以分为操作层、管理层和决策层等三个层次。在管理问题的这三个层次上， 信息技术都扮演着重要的角色。在这个信息经济时代，加工配送作为供应链协作和社会分工的产物，更是 信息通讯技术发展的产物，并从企业内部信息化管理向上游、下游合作企业集成管理方向发展。呈现以下 趋势： 网络化，网络化可以共享系统资源，提高计算机的适应性，缩短响应时间，随着国际互联网的迅速发 展和用户的急剧增加，网络已经成为全球最大的信息中心，全球最大的信息资源宝库。 数据库，数据库是企业信息系统的重要组成部分，可以保存大量的数据，提高信息处理的速度a 集成化，指包括企业管理的所有内容，从订单签订到生产、采购、财务、发货、成本控制全部流程。 电子商务运作模式，电子商务作为一种崭新的商务交易活动，使贸易洽谈可以足不出户地在网上解决， 给传统经济带来翻天覆她的变化。发展现代物流业，推动电子商务和网络管理发展是大势所趋。 1 4 板材开卷校平生产线简介 开卷校平线是钢铁行业中板材加工的主要设备。它的技术特性决定了板材加工的产量和质量。近年来 4 第一章绪论 随着我国工业化步伐的加快，钢质板材的用量越来越大，对板材规格的要求也越来越多。某板材加工配送 企业拥有两套开卷校平线( 1 纵1 横) 。 1 4 1 系统组成 开卷校平线由上料小车、开卷机、五辊校平机、辊道、测长机构、尾料机构、剪板机、十一辊校平机、 垛料台、电气控制系统等部分组成： ( 1 ) 上料小车 上料小车由1 个v 形托架、液压升降系统、车轮组和交流驱动电机组成。上料小车的功能是把钢卷送到 开卷机上。 ( 2 ) 开卷机构 开卷机构包括左右开卷机、铲板、直头、二辊引料机。左右开卷机由两台西门子直流调速装置6 r a 7 0 控制的直流电机驱动：开卷机的作用是支撑钢卷，并把板头压直，送进五辊校平机。 ( 3 ) 五辊校平机 五辊校平机是系统最关键的部分，由西门子直流调速装置6 r a 7 0 控制的直流电机驱动。其作用是拖动 并校平卷板。 ( 4 ) 测长机构 测长机构由1 个弹性压下支撑机构、测长辊及安装在测长辊旋转轴上的增量编码器组成，它能进行长 度的精确测量。 ( 5 ) 尾料机构 尾料机构由液压升降机构、橡胶对辊、交流电机组成。它能在尾料出了五辊校平机失去动力后为尾料 提供动力。 ( 6 ) 剪板机 剪板机由绕线式电机驱动，带频敏变阻器、电磁离合器和刀位检测开关组成。 ( 7 ) 十一辊校平机 十一辊校平机对剪切后的板材再进行一次精确的校平。 ( 8 ) 垛料台 垛料台是放置、齐整剪切好的板材，其驱动方式为气动装置。 ( 9 ) 电气系统 电气系统可以向机床操作人员提供现场检测和统计数据，系统的中央处理器采用西门子的s 73 0 0p l c 和s 72 0 0p l c ，另外，系统中还使用了西门子触摸屏。 1 4 2 工作过程 工作过程可以分为两个部分：开卷，自动剪切。 ( 1 ) 开卷 上料小车处在待料位置，由桥式起重机将锅卷吊放在小车上；启动小车，将钢卷送至开卷中心下；启 动小车上的项升油缸。将钢卷升至开卷中心 启动开卷机上移动液压缸，将胀头套进钢卷内孔，再启动胀头 液压缸，将钢卷胀紧；此时可驱动小车退回原地待料。点动开卷电机，将钢板头转到铲板位置，起动压辊液 压缸，将压辊压在钢卷表面上，接着松开打包带。然后利用铲板、展平辊将钢板头压直；点动开卷电机将直 头后的钢板送入引料机。钢板进入引料机后，起动引料机的上辊液压缸，将铜板压住，起动引料电机，将钢板 送至五辊校平机；板头进入五辊校平机后，将开卷电机断电，然后由五辊校平机夹送钢板运行，在钢板头到 达剪板机刀口时，切下板头。至此开卷工作完成。开卷工作流程如图1 ，3 所示： 东南大学硕士学位论文 图1 3 开卷工作流程 ( 2 ) 自动剪切 开卷工作完成后，在触摸屏上设置需要剪切钢板的数量、长度、钢卷号等参数，然后按下“自动开始” 按钮，系统就开始自动走板，走板的长度达到设定板材的定长时，自动剪切；剪切后的钢板经输送辊道、十 一辊校平机、出料机至垛料台。 1 5 论文研究内容 1 5 1 某板材加工配送企业的需求 课题研究的板材加工配送企业目前使用的两条开卷校平机( 1 纵l 横) 采用了自动化控制系统。它的功 能主要在于现场设各和工艺参数的监控，它可以向机床操作人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非 真正的管理系统，而且这些信息没有一种有效途径及时传递给公司的经营及管理人员。 该板材加工配送企业在实际经营和发展过程中，会遇到下列问题： 如何进行企业品牌形象塑造，在行业的竞争中占有优势? 如何更好地为客户服务，有效控制加工质量? 如何合理安排及灵活调度不同客户的生产任务? 如何提高现有设备利用率，降低经营成本? 如何对仓库及物流进行规范管理? 如何有效利用业务数据进行正确的决策分析? 1 5 2 论文研究的内容 论文以供应链管理思想与方法为基础，研究制造业生产作业计划与控制问题。主要研究以满足产品交 货期、提高设备利用率为前提条件，以降低生产成本为宗旨，通过优化生产批量、确定合理生产提前期， 合理控制在制品库存量，适应需求的变化。论文还研究了当有多个用户订单到来时，如何优化作业程序， 通过调整部件生产作业计划、工序排序等最大限度的提高设备利用率并且满足客户的需求。在系统中，首 次选用0 p c 技术进行监控，使管理层能够及时对现场作业进行监控以及发出加工指令，实现对现场作业的 管埋。通过论文的研究，企业可以实现以下生产目标； 提高生产能力和设备利用率以增强企业生产柔性： 缩短生产周期，减少在制品库存及物料库存量； 运用先进管理技术把生产过程的自动化和管理的现代化、规范化结合起来： 降低生产成本，提高企业生产效益。 通过这些内容的研究将能很好的解决上小节所提出的某板材加工配送企业的问题。 1 5 3 论文的结构安排 通过对供应链管理思想的研究，论文研究并开发出符合工厂生产实际的板材配送中心的制造管理系 统，通过系统实施，实现降低生产成本、提高生产效益的目的。论文的结构如下： 6 第一章绪论 ( 1 ) 第一部分绪论论述了供应链管理研究的必要性以及配送中心在供应链中所处的地位，对配送中 心的研究现状及发展趋势进行了分析，对开卷校平线进行了介绍，在此基础上介绍了目标企业的情况及存 在的不足，提出论文的研究方向。最后给出本论文的章节结构。 ( 2 ) 在深入研究了板材加工配送原料分配、板材加工配送生产计划、供应链协作的基础上，提出了原 料分配、生产计划、作业流程优化：建立了原料分配的数学模型并计划用遗传算法求解；结合板材剪切加 工两工序特点，采用约翰逊法对工件和设备进行作业流程优化，以减少设备和工件的生产等待时间。 ( 3 ) 第三部分o p c 技术研究在比较组态软件与o p c 通信的优缺点以后选用o p c 技术，并且对o p c 技术进 行详细的介绍和深入的探讨，最后介绍了本o p c 客户端的开发情况。 ( 4 ) 第四部分讨论了板材配送中心的制造管理系统的设计，提出了系统的设计原则及设计目标，系统 的软硬件需求，及数据传输流程，论述了本系统整体要求及主要模块的流程设计。最后设计出了系统的数 据库。 ( 5 ) 第五部分研究了板材配送中心的制造管理系统的实现，选择了系统的开发环境，系统架构等，最 后展示了系统的实现结果并且分析系统的应用效果。 ( 6 ) 第六部分总结与展望对课题的研究内容进行总结，指出论文研究内容的创新性成果，对系统应 用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究的展望与设想。 东南大学硕士学位论文 第二章系统的关键技术研究 由于车间的加工作业不同于传统的单一加工模式，板材加工配送中心存在不同规格及材料的板材加 工，如何加工才能使机床的利用率提高到最大，如果有多个订单到来时，如何进行作业的优化，排序才能 使机床能力得到最大的使用。如果板材要经过多条线的加工。如何进行生产能力的平衡，这些都是本章所 要考虑的问题。 2 1 板材加工配送中心生产作业计划研究 2 1 1 关于计划的时区选择和滚动编制问题 由于市场需求的多变性，导致生产计划的多变，而计划的频繁变化又导致组织生产的困难而滚动计 划是一种动态编制计划的方法，每走一步向前看两步，增加了计划的预见性和计划的衔接性，提高了计划 的应变能力，是一种先进的计划编制方法”。滚动计划的示意图如图2 1 所示： 图2 1 滚动计划的示意图 传统的方法是每一个计划期( 如上图计划期为9 周) 编一次计划，当计划期较长时，在计划实施的后期， 往往由于实际情况已经发生很多变化，原来的计划失去了指导意义，此时只能靠临时调度来解决。滚动计 划一般把计划分为三个时区：执行期、准备期、展望期。离当前最近的为执行期，稍远的与执行期衔接的 为准备期，最远的为展望期。 按滚动计划的编制方法是每经过一个执行期编制一次计划，每次根据实际情况的变化，及时修正计划， 使计划切合实际，可执行性好。同时仍保持计划期内做全面安排。保持计划的前瞻性和整体性。滚动编制 使两个计划的连续性和衔接性好，从而使计划的质量提高。但是滚动计划使编制计划的工作大为增加，因 此靠手工编制是难以进行的。m r p 计划采用滚动编制，正好发挥计算机运行速度侠和数据处理能力强的优 势。因此，在论文中采用m r p 计划。 同时，利用滚动计划编制可以更好地解决与供应链下游企业生产计划的同步和协调。在供应链协作环 境下，上下游企业会共享其短期和长期的生产计划，可以将已明确生产的合同排入生产计划同时将没确认 的部分排入展望期，这样就很好地协调了内部和外部的信息。 时区的时间单位称为时段，时段的选择要兼顾厂内生产及外部协作单位的生产运作规律。时区与时区 的交点称为时界。准备期与展望期的时界是计划被确认的时刻。当m r p 计划编排出来以后，要通过编制能 力需求计划进行能力平衡，能力与负荷平衡后的计划给以确认。已经确认的计划可以进入准各时区，进入 准备时区的计划不宜随便修改，以免打乱已经协调好的平衡，在准备期的计划通过生产检查进入执行期。 在执行期的计划一般是不允许修改的。由于紧急插单等造成不能完成的合同要组织外协加工或往后顺序延 迟。 2 1 2m r p 计划原理及实现 m r p 基本原理是将企业产品中的各种物料分为独立物料和相关物料，并按时间段确定不同时期的物料 需求，从而解决库存物料订货与组织生产问题。其基本功能和逻辑流程如图2 2 所示： 8 第二章系统的关键技术研究 图2 2m p , p 的逻辑流程图 库存信息 工作中心 当客户订单到来时，根据客户的需求以及物料的库存计算物料的需求，并生成需求报告。如图2 3 所 示。图中w i 为客户需求钢板的重量，n 为需求板的张数，w ；为库存重量，w 。为库存余量，x ，y ，z 为客户 板材的规格，p 为板材的密度。 图2 3 物料需求计划的计算 9 东南大学硕士学位论文 2 1 3 生产计划阶段信息流程及各阶段功能 根据该板材加工的合同订单及作业加工情况，以九周为一个计划周期，每周编制一次计划，根据供应 链协作企业计划、预测信息和客户确认合同，编制展望期生产计划；根据客户确认的合同编制准备期生产 计划，并分配原料，生成加工指令，并根据资源计划编制物料需求计划：根据准备期计划以及上次计划执 行情况，编制执行期计划下达生产部执行。如图2 4 所示： 图2 4 生产计划阶段信息流程及功能图 ( 一) 展望期计划编制 根据销售合同、供应链协作企业计划、预测信息编制物料需求计划。 ( 二) 准备期计划编制 1 、将客户确认合同按产品类别、生产批量和交货期进行归并，生成生产指令。例如对于一种规格产 品有两个合同但数量都比较小，在经济批量以下，要将其归并为一次加工作业，按交货期最早的进行生产； 还有一种情况是合同需求量很大，但要求交货时间跨度较长，如一次生产，将会造成积压同时耽误其他合 同的生产，因此要将它拆为几个不同时段的生产加工。 2 、根据生产指令进行原料分配。 3 、形成纵切加工指令。 4 、形成横切加工指令。 ( 三) 执行期计划编制 对准备期加工指令进行排序优化并进行生产能力平衡，在此基础上形成执行计划。 2 2 板材配送中心的卷料分配及优化 专门企业从事板材加工配送作业是近来新生的加工业，一般配备剪切加工设备，由于产品种类比较少， 原料分配比较简单，板材加工配送专业化，可以集中大量用户需求，统一进行原料分配和优化，提高材料 利用率，同时这也是板材剪切企业利润的重要源泉，形成加工联盟和个性化服务的供应链。正确处理不同 客户订单要求，产生物料需求，并对不同规格和不同卷料的作业进行生产流程优化是板材加工配送中心面 临的问题。 2 2 1 板材原料分配的基本数学模型 ( 1 ) 在分配前首先要对计划生产产品按产品类别、生产批量和交货期进行归并，生成生产指令。 ( 2 ) 根据生产指令，按材料厚度、化学成分相同的统一进行原料分配，设每卷板材的总宽度相等并 记为d ，从中用去i 卷( i 待定) 加工成已知各种宽度规格d j 的成品n j 卷，( j = l ，2 ，3 j e n ) 不妨设 d - d z d 3 d 。，如表2 1 所示。 表2 1 纵剪产品数量和规格( 设板材长度一定) l 宽度系列( m ) d id 2d 3d j 数量( 卷) n ln 2n 3n j 设置日表示在第i 卷板材上截取宽度规格为的d j 的卷数( i 2 1 ，2 ，3 i ；j = l ，2 ，3 j ) ，则有如下式子成 1 0 第二章系统的关键技术研究 立： 民d j d = n j ( 式2 1 ) ( 式2 2 ) ( 其中k “0 ，i = l ，2 ，3 i n ，j = 1 2 ，3 j e n ) 设用去i 卷，则总的浪费量为： ，i ； ( d - 芷u d j ) = i d z n j d j ( 式2 3 ) i - 1 j = 1j = l 因而只要i 确定下来，总的浪费量即为常数，所以目标函数应考虑两个问题： 第一：有利于确定i ； 第二：使前( i - 1 ) 卷的剩余部分尽可能小，而使最后一卷的剩余材料取晟大值，故目标函数为 即 m i n k ；d ； ( 式2 4 ) 一q j j = l 若目标函数的值为0 ，则表示最后一卷没有用上，可以用( i 一1 ) 代替i ，再进行规划问题求解，直到目 标函数非零为止。这时，既确定了总的用料卷数i ，又使剩余材料最大程度集中在最后一卷；既满足式 ( 2 1 ) 一( 2 3 ) ，又使式( 2 4 ) 最小，而对每个i 而言，是一个整数规划模型。 2 2 2 求解方法 整数规划的求解，有很多方法，传统上有分数割平面法和分枝定界法，它们都是借助线性规划的方法， 逐步逼近整数规划的解。分数割平面法涉及两个主要问题，一个它是分数的，另一个它是对偶的，这给它 带来一定的局限性；首先，该算法要进行乘除运算，在计算机上只能用小数，这就产生了误差的累积，也 很难判定一个给定元素是否为整数，但这对生成割平面却是必须的。使用分枝定界方法，当事先的估计界 较接近于最优解时，一些不存在最优解的分枝可迅速剪掉，从而大大减少求解的时间和空间，再结合问题 的特点，利用探索过程中的信息，选择分枝顺序和进行分枝的变量，使问题求解获得成功。但本问题由于 约束条件和目标函数的特点，用线性规划的求解方法，目标函数一般都会取得相同的最小值，从而分枝定 界的方法失效，所以必须寻找其他行之有效的解法。 六十年代中期，美国、德国一些研究复杂的组合优化问题的学者开始思索自然界生物从低级到高级的 进化过程中物竞天择、优胜劣汰的自然选择机理对优化问题的启示，并开始研究模拟生物和人类进化的方 式求解复杂优化问题的方法，即模拟进化优化方法“”( s i m u l a t e de v o l u t i o n a r yo p t i m i z a t i o nm e t h o d ) 。 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m s ，简称g a ) 就是j h o l l a n d 于1 9 7 5 年受生物进化论的启发而提出来的。g a 是 基于“适者生存”的一种高度并行、随机和自适应的优化算法，它将问题的求解表示成“染色体”的适者 生存过程，通过“染色体”群的一代代不断进化，包括复制、交叉和变异等操作，最终收敛到“最适应环 境”的个体，从而求得问题的最优解或满意解。 可见，遗传算法是一类随机优化算法，但它不是简单的随机比较搜索，而是通过对染色体的评价和对 染色体中基因的作用，有效地利用已有信息来指导搜索有希望改善优化质量的状态。 遗传算法是模拟进化方法中研究最为广泛和成熟的优化方法。遗传算法的基本特点是： 1 ) 、采用多点搜索方式，不依赖于参数空间的连续性，适用于多峰值目标函数的优化。 d 臣 圭傩 ，m 东南大学硕士学位论文 2 ) 、采用非确定的搜索方式，以一定的信息指导搜索，搜索过程是全局的。 3 ) 、从一组解群迭代到另一组解群，可以降低局部最优解的可能性。 4 ) 、在问题的表达空间而不是参数空间进行搜索，不直接作用在变量上，而是作用在将变量编