（材料加工工程专业论文）基于web的模具企业生产管理系统关键技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 f 随着信息技术的发展，e r p 、m e s 等信息系统在制造业中的应用越来越广。但是， 由宇模具生产过程的动态性和不精确性，这些信息系统大都难以有效地解决模具生产过 程中的问题，模具企业的生产管理主要还是依靠人工经验来进行。然而，在现代模具企 业生产管理过程中，需要及时地处理大量的信息，并快速响应各类突发事件。仅仅依靠 人工的经验已无法满足这一要求，而且有些问题也是人工经验难以解决的，这就导致模 具企业普遍存在着，生产过程难以控制以及生产任务难以按时完成等问题，严重阻碍了 模具企业的发展。 ， 解决模具企业所面临的上述问题，需开发专用的面向模具企业的生产管理系统，该 系统应将e r p 和m e s 中的相关技术有机地结合在一起，从企业和车间两个层次上实现 有效的生产管理。为此，作者从模具企业生产管理系统的体系结构、功能组成、及其实 现方法等几方面进行了深入的研究。 模具企业是一类典型的面向订单的生产型企业，它的业务流程一般包括订单处理、 制定生产主计划、设计、生产、试模及修模等。根据这一流程和模具生产特点，将模具 企业的生产管理系统划分为订单处理系统、主计划控制系统、设计管理系统、生产作业 计划及调度系统、库存管理系统等。为了使系统便于管理与维护，所有子系统采用基于 w e b 的三层体系结构集成在一起，它们之间通过统一的数据库进行数据交换。而在系 统实现时，则采用m v c 软件支撑技术和j a v a 技术，将系统的用户界面、业务逻辑以及 系统数据分布在不同的层次上，方便了系统的开发和维护。 在前述模具企业生产管理系统总体设计基础上，应用上述技术开发了库存管理子系 统，结果表明，这些技术对开发模具企业生产管理系统可起到事半功倍的效果。 关键词。模真_ 氟b 计拿派击，生产i 渔，m v 邑j a v 0 7 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , e r pa n dm e sh a v eb e e nw i d e l y a p p l i e di n t h em a n u f a c t u r ei n d u s t r y h o w e v e gs i n c et h ep r o d u c t i o np r o c e d u r ef o rd i e & m o u l di sv a r i a b l ea n du n c o n t r o l l a b l e ，i ti sd i f f i c u l tt ou s et h ee x i s t i n ge r pa n dm e s s y s t e m t o r u nt h ee n t e r p r i s e so fd i e & m o u l d c o n s e q u e n t l y , m o s to ft h ee n t e r p r i s e so fd i e & m o u l d m a n a g e t h ep r o d u c t i o nb a s e do nt h e i re x p e r i e n c e o b v i o u s l y , i ti sn o ta ne f f e c t i v em e t h o dt o t h ee n t e r p r i s e so fd i e & m o u l dw h i c hh a sag r e a to fi n f o r m a t i o na n dd a i l ya f f a i r st ob e p r o c e s s e d i nt i m e i no r d e rt oc h a n g et h es i t u a t i o na n di m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo ft h ep r o d u c t i o n f o rt h ed i e m o u l de n t e r p r i s e s ，i ti sau s e f u lm e t h o dt od e v e l o pas p e c i a l i z e dm a n a g e m e n t s y s t e mt od e a lw i t ht h es p e c i f i cp r o b l e m se x i 羹e di nt h ee n t e r p r i s e so f d i e & m o u l d 。t h a ti s t h en m n a g e m e n t s y s t e m s h o u l dc o m b i n et h er e l a t e d t e c h n o l o g i e so f e r p a n dm e s t o g e t h e r g e n e r a l l y , t h ew o r k f l o wt om a n u f a c t u r ed i e s & m o u l d si n c l u d e se v a l u a t i n ga n d a c c e p t i n g o r d e r s ，p l a n n i n gt h ep r o d u c t i o np r o c e d u r e ，d e s i g n i n g ，f a b r i c a t i n g ，a s s e m b l i n ga n dt e s t i n g 。 a c c o r d i n g t ot h ef l o w , t h em a n a g e m e n ts y s t e mc a nb ed i v i d e di n t oo r d e r m a n a g e m e n ts y s t e m ， p r o d u c t i o np l a ns y s t e m ，d e s i g nm a n a g e m e n ts y s t e m ，j o bs h o pc o n t r o ls y s t e ma n d w a r e h o u s e m a n a g e m e n ts y s t e m t h e y a r e i n t e g r a t e dt o g e t h e r b a s e do nw e b b a s e dt h r e et i e r s a r c h i t e c t u r e ，a n ds h a r ea l li n f o r m a f i o nd a t at h r o u g had a t a b a s es e r v e r s i n c em v cc a l l s e p a r a t et h eb u s i n e s sl o g i c ，u s e ri n t e r f a c ea n di n f o r m a t i o nd a t a ，i tc o m b i n e dw i t hj a v aa r e e m p l o y e d t os i m p l i f yt h e i m p l e m e n t a t i o n 。 i no r d e rt ov a l i d a t et h er e l a t e dt e c h n o l o g i e sm e n t i o n e da b o v e ，t h e s u b s y s t e m f o r w a r e h o u s em a n a g e m e n th a sb e e nd e v e l o p e d 。t h er e s u l ts h o w st h a tt h e s et e c h n o l e i g i e sc a n s t r o n g l ys u p p o r t t h ed e v e l o p m e n to f t h em a n a g e m e n t s y s t e m 。 k e y w o r d s ：d i e & m o u l d ；w e b - b a s e d m o d e ；p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ；m v c ；j a v a 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 本章首先分析了模具的一般生产过程、模具企业生产管理模式以及模具企业在生产管理过程中 所面i 磁的问题；然后论述了模具企业生产管理系统与e r p m e s 的关系，以及模具企业生产管理系统 的研究概况：最后介绍了本课题的研究意义和作者的主要研究工作。 。lg l 害 模具是现代产品生产的重要工艺装备，据统计，在航空、航天、汽车、家电、轻工 等行业，利用模具制造的零件约占6 0 8 5 ，由此可见，模具怒影响新产品开发周期 和质量的关键因素之一。随着市场变化愈来愈快，产晶的生命周期愈来愈短，提高模具 设计与制造质尾，缩短模其的生产周期，已成为现代模具企业面临的核心问题“3 。 横具作为新产品生产的重臻工艺装备，其设计制造的器求随蓿产品的不同而不同， 几乎每一份模其订单的完成都相当于一种新产品的开发，都带有实验性，都需要经过了 解客户意阔、确定模其结构、报价、设计、物料准备、制造、装配、试模、修模等工序， 壹弼模其能够生产出含格的产品。如采模其在生产过程中出现f 葡题，还需再次修模。由 予模其的整个生产过程复杂雨又难戳控稍，仅凭管理入员的经验已很难满足要求。一般 遗，横兵生产过程主簧包括戳下几个阶段： 1 ) 了解客户意图 客户搬据蠢己新产品豹要求会给出产蒹零件凿，甚至是模兵的初步设计结果，摸其 企业豹相关入爨据越与客户进行交流与沟遥，充分理嬲客户的蚕求，戳便确定初步的模 具结搦、绘港模吴摄徐帮交货翅。有瓣客产瓣霈求在模具生产过獠中会发生交纯。 2 ) 初步确定王艺方案与摸具缀梅 摸具企业技术人爨在充分了熊窖户嚣求的基璐上，根据鑫已的经验，霹秘步确定模 具购王艺方案秘模具续构，蒡与客户交流，对选定驰工艺穷案鸯模具续梅皴蹬进一步的 修改。王艺方察与模具结构也是进露模具然傍鄹周期的依据。 3 ) 摸具周嫂旗算 模具的交货期一般由褰户绘出，但模具企业震要根据当前的生产状况以及模县铡造 要求对生产周期进行估算，以确定能否满足客户的交货期要求。 4 ) 模具报价 模具的报价是模具生产的重要环节，它直接关系到模舆企业的经济效菔。模具的报 华中科技大学硕士学位论文 价与模具的诸多因素有关，如模具的精密程度、模具生产使用的设备、模具生产周期、 模具所采用的结构和材料、模具的寿命等，而其中大部分因素在模具报价之前是难以确 定的。 5 ) 编制模具设计制造任务书 根据模具的难易程度、模具的交货期，制定模具的主生产计划，以确定设计、制造、 装配及试修模的起始与结束时间，以及相关的质量要求。模具设计主要是根据产品零件 的技术要求，以及已经确定好的工艺方案与模具结构来进行的。需要完整详细地设计出 模具结构及其组成零件，在设计的同时亦可建立部分零件的清单，提前进行物料准备。 6 ) 物料准备 物料的准备一般是在模具结构确定之后就可开始，如模架、各种标准件以及模板坯 料等。为了便于加工，提高加工效率，模具的凸凹模( 型心型腔) 等多采用镶拼块结构， 这对物料的准备提出了较高的要求。 7 ) 模具的加工( 包括外协) 模具的加工是模具生产的中心环节，它直接影响到模具最后的质量。整个加工过程 需要充分的利用企业的有效资源，合理安排模具零件的加工。然而，由于模具企业的生 产能力和条件不一样，同样的模具在不同的模具企业进行生产时，其生产加工过程可能 大不一样。有些模具企业因为生产任务( 任务量过多) 和生产能力( 不具备某些生产能 力，如热处理等) 的原因，还需采用外协加工的方式，完成零件的加工任务。 8 ) 装配 装配也是模具生产的一个重要环节，由于模具是生产其他产品的一类特殊产品，所 以其装配也有其特殊的要求。模具装配与模具零件的加工进度有很大关系，如果某些零 件加工没有完成，装配是不可能能顺利进行的，所以装配对模具的加工进度提出了一定 的要求。模具的精度将决定其生产产品的精度，而装配是对零件加工精度的一个检验， 如果模具零件的加工精度达不到要求，那么装配之后模具的精度是不可能满足需求的。 在装配过程中可能发现零件的精度不能满足要求，此时需对零件重新加工或修改。 9 ) 试模 试模是对模具的设计与加工质量的检验。一般情况下，需通过多次试模发现问题， 然后修模，才能最终获得满足质量要求的模具。 1 0 ) 交付使用与维护 模具生产出合格的产品之后，就可交付客户使用，在使用的过程中模具可能出现问 题，此时模具企业应协助客户解决这些问题。总之，在模具生产的每一个环节中都存在 一些不确定因素，处理好这些影响生产的因素是按时按质完成模具生产任务的关键。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 模具企业生产概况 1 2 1 模具企业生产管理模式 模具企业的生产管理模式是由模具生产过程的特殊性所确定的。目前，在模具企业 中主要采用集中式或项目式两种方式来管理模具的生产。 采用集中式生产管理模式的企业一般由市场部门、生产管理部门、设计部门、采购 部门、制造部门等组成，生产管理部门作为企业的核心( 如图1 1 所示) ，将企业所有的 模具生产任务分解到其它各个部门。各个部门将这些生产任务在本部门内部向下传达， 同时将生产任务的完成信息反馈到生产管理部门，以便生产管理部门进行下一步生产任 务的分解。其特点是集中管理，企业资源可以进行统一调配，但管理过程复杂。 图1 1 模具企业集中式生产管理模式 采用项目组生产管理模式的企业组织结构相对集中式要扁平一些。每个项目组都由 设计、制造等各方面人员组成( 如图1 2 所示) ，负责完成模具项目的设计与加工任务， 由于项目组的任务是针对一整套模具的生产开展工作，使得模具的设计与加工任务便于 协调，整个模具的生产能够并行完成。其特点是生产效率高，并行处理能力强，但是由 于一个模具企业内部存在多个项目组，可能会出现项目组之间争夺企业资源的现象，当 然这样也可以促进企业内部的竞争，有利于企业的发展。 模具企业采取以上两种生产管理模式的目的就是希望通过一定的管理手段达到对 客户的快速响应，快速生产出客户满意的模具，从而实现企业自身的价值。但不管采用 华中科技大学硕士学位论文 哪一种生产管理模式，模具企业都不可避免的面对一些难以克服的问题。 图1 2 模具企业项目组式生产管理模式 1 2 2 模具企业生产管理面临的问题 尽管生产管理模式存在较大的差异，但是模具企业生产过程的各个阶段是确定的， 模具企业最终的目的是一致的，对于企业资源的使用，两种管理模式也是没有区别的。 事实上在某些模具企业，根据需要两种管理模式可能同时存在。无论采用集中式，还是 项目组式管理模式，模具企业在模具的生产过程中都将会遇到下面这些问题“。： ( 1 ) 客户意图的多变性以及模具企业与客户对模具设计理解的差异导致模具在生产 过程中存在许多不稳定因素。 ( 2 ) 由于模具般是用来开发新产品的，对于客户来说，交货期越短越好。但是对 于模具企业来说，模具的生产周期是很难准确估算的，客户给出的交货期限往往是模具 企业所无法满足和接受的。 ( 3 ) 需要根据订单要求向客户报价，但报价准确性难以保证，因为模具最终的成本 与许多不定因素有关( 如生产周期、使用设备、加工精度、模具的设计难易程度等) 。 ( 4 ) 设计与制造数据的一致性没有一套行之有效的方法维护，设计修改过的数据需 要延迟一段时间才能传给制造人员。 ( 5 ) 模具制造部门对于企业的资源( 包括人员，设备，物料) 状态无法及时掌握， 4 华中科技大学硕士学位论文 难于做出优化的生产制造计划，往往为了在交货期限内完成任务而采用加班或外协等办 法”。，无形之中提高了生产成本。 ( 6 ) 不能对模具的每个生产阶段做出准确的生产计划，导致在后续的生产阶段时间 趋紧，同时也影响了整个模具生产过程的并行进行。 ( 7 ) 模其制造计划经常受到新订单、修模或设计变更的冲击，使整个制造计划难以 得到有效的控制。 ( 8 ) 没有有效的预警机制帮助制造部门确定生产计划变更对模具交付期的影响。 能否解决好以上问题，将直接影响到模具企业的经济效益。目前，模具企业都依赖 管理人员的经验来解决这些问题，效果不理想，经常导致延期或者质量问题，极大影响 了企业的生产经营。如何利用计算机、网络技术和各种已有的先进管理思想，针对模具 生产特点，开发出适合模具企业生产管理的系统，解决模具企业在生产管理中面l 临的问 题，提高模具企业的生产效率和经济效益，将成为现代模具技术的研究重点。 1 3 模具企业生产管理系统与m e s e r p 的关系 1 3 1m e s 面向制造车间的实时信息系统 为适应敏捷的制造环境，制造执行系统( m e s ：m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ) 的 概念近1o 年来逐步形成并得到迅速发展”“。 美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 将i v i e s 定义为“位 于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操 作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、物料、客户需求等) 的当前状态。m e s 能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进 行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，m e s 能及时对这些事件做出反应、报告， 并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。这种对状态变化的迅速响应使m e s 能够 减少企业内部那些没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，同时提高了工 厂及时交货的能力，改善了物料的流通性能，提高了生产回报率。i v i e s 还能通过双向 直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关生产行为的关键任务信息。 在m e s 的定义中强调了三点：( 1 ) m e s 的优化目标是整个生产过程；( 2 ) m e s 需要 收集生产过程中大量的实时数据，并且对实时事件能及时进行处理；( 3 ) m e s 需要同时 与计划层和控制层保持双向通信能力，从上、下两层接收相应数据并反馈处理结果和生 产指令 。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 2e r p 面向企业供应链的信息系统 企业资源规划( e r p ) 是建立在信息技术基础上，利用现代企业的先进管理思想， 为企业提供决策、计划、控制与经营业绩评估的全方位、系统化的管理平台。e r p 系统 是一种管理理论和管理思想，不仅仅是信息系统。它利用企业的所有资源，包括内部资 源与外部市场资源，为企业制造产品或提供服务创造最优的解决方案，最终达到企业的 经营目标 引。 e r p 的核心管理思想就是供应链管理。供应链按英文原文s u p p l yc h a i n 直译是“供 应链”，但实质上链上的每一个环节都含有“供”与“需”两方面的双重含义，“供”与 “需”总是相对而言、相伴而生的。 在供应链上除了人们已经熟悉的“物流”、“资金流”、“信息流”外，还有容易为人 们所忽视的“增值流”和“工作流”。就是说，供需链上有5 种基本“流”在流动。不 言而喻，只有当前产品能够售出，增值才有意义。企业单靠成本、生产率或生产规模的 优势打价格战是不够的，要靠价值的优势打创新战，这才是企业竞争的真正出路，而 e r p 系统则提供了企业分析增值过程的功能。 信息、物料、资金都不会自己流动，物料的价格也不会自动增值，要靠人的劳动来 实现，要靠企业的业务活动工作流( w o r kf l o w ) 或业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ，它们 才能流动起来。工作流决定了各种流的流速和流量，是企业业务流程重组( b p r ) 研究 的对象。e r p 系统提供了各种行业的行之有效的业务流程，而且可以按照竞争形式的发 展，随着企业工作流( 业务流程) 的改革，在应用程序的操作上做出相应的调整”。 1 3 3 模具企业生产管理系统是m e s e r p 的有机结合 由于模具的特殊性，导致模具企业的生产管理与一般制造性企业的生产管理之间存 在较大差异，这些差异主要体现在：生产管理流程不一样，生产管理的复杂程度不一样。 通过对模具企业生产管理的分析可知，模具企业生产管理过程要比一般制造性企业复杂 得多。从信息化的角度来看，一般制造性企业生产管理所使用的信息系统( 如某些e r p 系统) 并不能满足模具企业复杂的生产管理过程的需求，也根本无法对模具企业在生产 管理过程中面i 临的问题( 如生产周期的估算，对价格的估算，生产的动态调度等) 提供 相应的支持，因而，无法应用于模具企业的生产管理实践，所以需要针对模具企业生产 管理需求，模具企业在生产管理过程中遇到的问题能提供良好支持的生产管理系统进行 特别研究和开发。 6 华中科技大学硕士学位论文 通过对模具企业的生产特点和模具企业面临的问题的分析可以看出，符合模具企业 生产管理要求的信息系统既要满足模具企业在宏观上企业供应链的需求，同时又要 能够促进企业对微观企业制造车间的控制与管理。就一般制造型企业而言，e r p 系 统为企业供应链提供解决方案，而m e s 则是位于企业上层计划和企业工业控制之间的 管理信息系统“。所以模具企业生产管理系统需要m e s 与e r p 两方面的支持，是这 两者的有机结合。 1 4 国内外研究概况 模具企业生产管理系统不是e r p 系统与m e s 的简单相加，而是两者的有机结合。 但是，目前e r p 之中的许多管理思想与模具企业特殊的生产管理需求是不一致的。首 先，模具企业的生产是面向订单的单件生产，为了保证每一份订单按时完成，整个生产 过程是随着任务量的增减动态调整的，具有一定的不确定性，这导致模具企业的生产过 程是一个动态管理过程，而e i 冲一般针对规模较大的生产过程，对生产过程要求有固 定的生产路线，这不符合模具企业生产管理需求，因而也就无法处理模具企业这种动态 的生产过程；其次，e r p 源于m r p ，其核心功能是对企业物料资源的规划和准备，但 是在模具企业的生产过程中，由于所有的产品都是面向订单的单件生产，因而该核心功 能对于模具企业实毫无意义的；e r p 系统的功能之一是对市场的预测，由于模具企业的 生产是依据客户的需求进行的，不需要对市场进行预测，因而该功能对模具企业也是没 有任何实际意义。基于以上几点可以看出，现有的e r p 系统是不适合模具企业的生产 管理需求的。对于一个模具企业生产管理系统而言，m e s 的思想是必不可少的，但是 目前m e s 尚处于研究的初级阶段，还没有成熟的m e s 产品。随着世界工业、尤其是制 造业的发展，对模具生产的要求越来越高，模具工业在整个工业中的地位越来越不可忽 视，所以，针对模具企业的需求，在充分吸收和利用e r p 与m e s 所蕴涵的先进的管理 和控制思想的前提下，专门开展针对模具企业生产管理的研究是很有必要的。 在国外，对于模具企业生产管理系统的研究已经在多个方面展开。欧美的模具企业， 基本上实现了计算机管理。从生产计划、工艺制定到质检、库存、统计等，普遍使用了 计算机，公司内各部门可通过计算机网络共享信息。例如，意大利的g a l v a n i n 公司，在 质量管理中采用了统计过程控制系统( s p c ) ；在生产过程中，利用抽检的方法，根据统 计规律获得制件公差分布和变化曲线，动态地控制产品质量；生产流程的每一环节均采 用条码采集数据，实现了全公司的集成化管理“。韩国某大学的研究人员，针对注射 模的生产特点，研究了m e s 技术的应用，他们主要采用甘特图的方法监控模具的生产 华中科技大学硕士学位论文 过程。台湾成功大学的部分学者对模具企业生产管理系统的框架也进行有意的探索“。 香港某研究机构，根据香港模具企业的生产管理特点，开发出生产管理系统，该系统通 过对整个模具企业生产过程的监控，在成本估算研究方面取得了一定的成果，新加坡南 洋理工大学的s h i n g o n e n a n 通过建立的一系列复杂的数学公式，通过确定一系列特定参 数，在产品的概念设计阶段即可求得注塑件和模具的成本。t w e n t e 大学的w e u s t i n k l f 等人构造了一个产品设计成本评估和控制的通用框架，按照分层的思想，建立特征级、 部件级和装配级结构，每一级别都分为几何、材料、工艺和生产计划四种成本属性。另 外，麻省大学的r o s e n d a v i d w 等人对模具报价进行了研究“，台湾和香港的部分学者 对模具的报价也进行了相关研究“。可以看出，由于模具报价在模具企业生产管理 中的重要地位，在国外成为研究的重点。 与国外相比，国内对于模具企业生产管理系统的研究还处于初级阶段。大连理工大 学对基于w e b 的模具集成制造系统进行了深入的研究，他们针对模具行业的特点及企 业信息化集成过程中出现的问题，提出了适合于模具行业的信息集成体系结构“；郑 州大学与企业合作对模具企业的信息化的研究也取得了一定的成果，他们分析了模具企 业信息化的现状及信息化需求，研究了模具企业的生产特点和需求层次以及模具企业信 息化建设的优势、内容和建设的方法。；广东工业大学、合肥工业大学等将并行工程 的思想融入模具的生产管理之中，对于模具企业的车间生产调度进行一定的研究 “，华中科技大学等高校对模具企业之间的外协采用动态联盟技术进行了研究 “，提出了相应的动态联盟管理模式；华南理工大学从智能模具c a d 的研究出发， 结合工厂的实际项目管理经验，通过采用并行工程在缩短模具生产周期方面取得了一定 的成果“；西安交通大学、华中科技大学、上海交通大学在模具的报价方面也做了卓 有成效的研究“”“”，他们根据模具企业的特点和实际需要分别理论和实践出发对该问 题进行了探讨；另外部分模具企业和组织在生产实际中对模具企业生产管理也进行了一 些探索“，对模具企业的生产起到了一定的促进作用。部分i t 公司意识到模具企业 生产管理具有较大的市场发展前景，也已经开始对模具企业的生产管理进行研究和实 践，深圳市伟博思网络技术开发有限公司开发的模具行业电子商务交易平台 w w w m o l d o n w e b c o l n 和模具企业管理系统i - m 3 ，其重点偏向于e r p 方向；无锡华晶 模具公司开发的车间制造管理系统则偏向于m e s 方向，另外其他一些模具企业也不同 程度的根据需要采用一些信息系统来完成e r p 和m e s 的功能，如康佳，富士康等，但 是并不能从根本上解决模具企业所面临的问题，其主要原因是目前的研究和开发没有从 模具企业的实际生产管理需求出发，因而难以满足模具企业的需要，所以有必要针对模 具企业生产管理系统结合e r p m e s 进行专门的研究。 华中科技大学硕士学位论文 1 5 课题目的与意义及本人研究内容 虽然对模具企业生产管理系统的研究工作在国内外都取得了一定的进展，但仍有大 量的工作有待进一步的研究，如面向模具企业生产管理系统的体系结构、e r p p d m m e s 技术的集成及其在模具企业管理中的应用、模具车间的作业计划及优化调度技术、生产 过程的实时监控等。在教育部博士点基金，教育部骨干教师资助计划，教育部留学回国人 员专项科研启动基金和湖北省自然科学基金资助下，本文针对上述部分问题进行了研 究，提出了基于w e b 的模具企业生产管理系统的体系结构和实现方法，并以此为基础， 开发了面向模具企业的库存管理子系统，主要研究内容包括： 1 ) 走访国内部分具有代表性的模具企业( 如康佳模具公司、科龙模具公司、美的 模具公司、无锡曙光模具公司等) ，通过深入模具生产车间与生产管理人员进行交流等 方法，熟悉模具的生产流程和模具企业的生产管理模式，全面了解模具企业在生产过程 中遇到的问题和对模具生产管理系统的需求。 2 ) 根据调研结果，总结模具企业普遍采用的生产管理模式以及模具企业普遍存在 的问题，提出相应的解决方案，根据解决方案建立相应的模具企业生产管理系统的总体 功能框架结构和模块划分。 3 ) 分析w e b 计算模式在开发信息系统中的特点，探讨j a v a 技术和j a v a s c r i p t 语言 等在w e b 计算模式中的应用。 4 ) 研究实现基于w e b 的模具企业生产管理系统的关键技术、体系结构和实现方法。 5 ) 针对模具企业生产管理系统的特点和用户需求，研究系统的界面设计技术、数 据库接口技术、系统的安全性控制技术。 6 ) 针对模具企业库存管理特点，设计并开发基于w e b 模具企业库存管理子系统， 对相关关键技术进行验证 9 华中科技大学硕士学位论文 2 基于w e b 的模具企业生产管理系统设计 本章首先对模具企业的生产特点及其对生产管理系统的需求进行了详细的分析；然后在此需求 分析基础上，提出了模具企业生产管理系统的体系结构，划分了模具企业生产管理系统的功能模块 组成：最后简要地介绍了各个功能模块的功能特点 2 1 模具企业的生产特点 模具作为开发新产品的主要工艺装备，是典型的单件订货生产性产品，与其它产品 的生产过程差异较大，主要有以下几个方面的特点“： 1 ) 模具完全按订单进行生产，很少有相同的订单，生产过程相对复杂； 2 ) 模具的交货期无法准确把握，模具设计制造依赖设计制造人员的经验，需要经 过反复试模修模，直至模具生产出合格的产品后才能交付用户： 3 ) 模具报价的依据是整个生产过程，但是报价必须在生产正式开始之前完成，这 两者之间存在一个难以调和的矛盾i 4 ) 由于模具企业的生产是面向订单生产，因此一般物料都是零库存，需要时及时 采购，对生产快速响应； 5 ) 模具企业的生产能力和生产任务的不同，对模具的生产加工过程的规划可能大 不相同： 6 ) 由于存在交货期的压力，模具企业大多省略了工艺设计过程。模具生产的各个 阶段都是并行完成的，而在模具企业里边模具项目与模具项目之间也是并行完成的。 2 2 模具企业生产管理系统的需求分析 根据模具企业的生产特点以及模具企业在生产过程中面临的一些问题，基于w e b 的模具企业生产管理系统在功能上至少应满足以下需求： 1 ) 模具项目生产过程信息的描述 在生产过程中，企业管理人员需要随时了解企业所有模具项目的生产情况，这些信 息将有助于对未来的生产做出合理的计划，充分利用企业资源，提高企业的生产效率。 另外，完整的生产数据还能为模具生产周期估算以及模具报价提供参考。所以模具企业 生产管理系统盔该能够完整地描述横具企业生产过程信息，如价格与交货期信息、设计 信息、物料信息、工艺信息、加工信息、装配信息、试模信息、以及人事及财务方面等 l o 华中科技大学硕士学位论文 信息。 2 ) 企业生产能力的核算 模具企业在接到客户订单之初，需要对企业的生产能力进行核算，这里的“能力” 存在两个方面的意义：第一是企业的设计与生产设备是否有能力完成该模具项目的生产 任务；第二是企业在当前的生产状态下是否能够顺利地按客户要求按期完成模具的生产 任务。生产能力的核算是以企业的现有资源信息和生产信息为依据的，它可帮助企业确 定是否能够按照客户的需求按期完成模具的设计制造任务，并调整生产计划。 3 ) 支持模具项目生产周期的估算与生产主计划编制 模具企业与客户之间要解决的问题之一是模具的交货期。对客户而言，交货期过长 将会影响其新产品的市场投放，所以客户希望模具的生产周期越短越好；对模具企业而 言，周期的长短将会对企业的生产过程产生重大影响，所以模具企业希望周期能够适当 的长一些。所以在生产管理系统中，提供相应的生产周期估算方法，将能够有效的解决 企业与客户在交货期上的分歧。并在此基础上，对模具生产过程中的每一个生产阶段制 定相应的计划，以保证按期将模具交付给客户。 4 ) 面向企业的模具报价 模具报价是与模具企业的经营战略、经济效益、市场竞争力密切相关的。模具成本 与诸多因素相关，如模具的精度要求、所使用的材料、模具的复杂程度、模具的加工工 艺与所使用的设备以及模具的生产周期等都对模具成本有着重要的影响，而这些因素是 在模具生产过程中才逐步体现出来的。所以在模具生产管理系统中，提供辅助报价的手 段，使企业在模具生产前即能给出较为精确的成本估算，对模具企业具有重要的意义。 5 ) 信息的高度共享与信息的自动化处理 由于模具企业的生产都悬围绕模具项目展开的，与模具相关的信息，如物料信息、 零件的加工信息、设备状态信息、人员任务信息等都是企业各个部门需要随时掌握的， 所以要求系统能高度共享这些信息，并能及时处理信息的变化，通知相关的部门和人员。 以保证相关信息，能在正确的时间传递到正确的地点。 d 能够实现与客户和供应商的快速沟通 由于客户对模具质量要求越来越高，对模具生产周期要求越来越短，模具企业希望 通过一定的手段让客户随时了解模具的生产进度，让供应商随时了解企业的需求情况， 这将使得模具企业的生产过程对于客户来说更加透明，提高了企业的信誉，同时也能够 加强与供应商的合作，使供应商亦能快速响应企业的需求。 7 ) 实时过程监控与动态数据的采集 生产管理系统的正常运行需要能够实时掌握各个部门和生产环节产生的最新数据， 华中科技大学硕士学位论文 在完整地描述企业生产过程信息的同时，通过一定的手段实时收集企业各部门的最新数 据，是系统能够顺利运行的关键。也就是说整个生产管理系统应该是一个闭环系统，只 有保证了系统信息的有效性，才能够保证系统管理指令的有效性 8 ) 车间作业计划的动态与交互调度 模具企业生产过程中最为复杂的是模具加工过程中的生产调度。由于模具是单件、 订货性生产的产品，没有固定的加工工艺路线。模具的生产一般都是并行进行的，而模 具企业的生产加工能力是有限的，模具企业希望能够充分利用企业的资源来完成企业的 所有生产任务，能够快速响应各种突发的加工事件，并在生产无法完成的情况下能够给 出合理的提示，以便企业能够做出相应的对策，保证按期完成模具的生产任务。所以在 生产管理系统中，根据对模具企业生产信息的采集，来实现动态调度与资源分配，对于 模具企业的生产具有重要意义。 9 ) 实现模具成本核算 由于模具的估价与实际成本之间一定存在差异，模具在生产过程中各个方面的实际 成本也是模具企业关心的问题，如物料的消耗、人员与设备的工时等。所以在生产管理 系统中，应该能够对模具生产过程中所有资源的使用情况进行核算，实现模具生产成本 的自动核算。通过模具成本的核算可以了解模具企业在完成模具生产任务之后，获得了 多大的利润，在各个方面的支出有多大，为改进生产管理提供依据，同时又能够为模具 的成本估算提供参考。 l o ) 系统开放性设计与灵活性 不同的模具企业采用的管理模式不一样，对生产管理系统的需求也存在差异，而且 不同的模具企业所生产的模具也大相径庭( 一般而言，具体的模具企业都会专著特定的 模具生产领域) 。所以生产管理系统应具有良好的系统框架和结构，以便能够较为容易 地对系统进行修改、升级和功能扩展 从以上分析可看出，每一方面的需求都不是孤立的，彼此之间都存在一定的联系， 只有在统一满足需求的前提下，整个系统才能够实现预期的目标，才能够在一定程度上 满足模具企业的生产实际的需要 华中科技大学硕士学位论文 2 3 模具企业生产管理系统体系结构 根据模具企业的生产特点和模具企业对生产管理系统的需求分析可知：模具企业生 产管理系统应是一个分布式系统，能够满足分布在企业内部不同部门和人员的工作要 求，同时还需要提供对客户与供应商之间电子商务的支持。基于w e b 的分布式计算模 式和三层体系结构，为实现这一要求提供了技术保证。为此，在整个系统的构架设计上 采用了图2 1 所示的体系结构。具体设计如下： 图2 1 模具企业生产管理系统体系结构 第层 第二层 第三层 客户端：采用支持h t m i a 2 和j a v a s c r i p t l 5 的测览器( 如m i c r o s o f t 公司的和 n e t s c a p e 公司的n a v i g a t o r ) ，事实上现在几乎所有浏览嚣都支持h t m i a 2 和 j a v a s c t i p t l 5 ，即使早期的浏览器也可以很容易的遥过免费升级使之支持相关技术。用 户与系统的所有交互都通过在浏览器中运行的网页完成，包括一般数据的输入、修改与 查询以及文件的管理由于目前的操作系统都集成7 相关的浏览器软件，因此，拥有系 华中科技大学硕士学位论文 统使用权限的任何一个用户都可以通过全球任何一台与i n m - n c t 相连的计算机登陆到模 具企业生产管理系统，这就极大地方便了企业内部人员的操作以及企业与客户、供应商 之间的商务往来。 w e b 应用层：w e b 应用层又可分为w e b 层和应用层。w e b 层主要负责接受用户的 请求和对用户的请求的响应应用层完成整个系统的逻辑计算，实现整个系统的各个模 块的功能，同时完成对数据库的访问。 数据库接口：目前存在多种与数据库接口的技术，由于本系统的应用层在设计中采 用j a v a 技术实现，考虑到系统效率和通用性等因素，数据库接口采用由第三方提供的第 四类j d b c 驱动。 安全性考虑：系统与用户的接口处设置防火墙，用于系统对外的安全屏障，以保证 系统不受外界的非正常使用的影响。 采用该体系结构具有如下特点：对于系统管理人员而言，只需要关注于w e b 应用 层与数据库管理系统的运行，从而方便系统的维护和升级：对于一般用户而言，只需要 关注所使用电脑系统的网络配置是否符合系统运行的要求。 2 4 模具企业生产管理系统的功能组成 根据模具企业的生产特点和对生产管理系统的需求，以及前述的系统体系结构的设 计，可将模具企业生产管理系统划分为八个模块，如图2 2 所示，具体介绍如下： 1 ) 项目管理模块包括客户需求信息管理、企业生产能力估算、模具生产周期估算、 模具报价、客户信息管理、项目分析等六个模块 ( 1 ) 客户需求信息管理主要是针对具体的模具项目而言，主要功能是完成客户对模 具的一些基本要求信息的管理包括模具的设计与制造要求( 用户产品技术指标) 、产品 电子文档、基本价格和生产周期等。 c 2 ) 企业生产能力估算是对企业当前的生产能力进行评估，确定本企业是否有能力 满足客户对模具生产的要求。主要包括模具设计能力以及模具制造加工两个方面的能 力。 ( 3 ) 模具生产周期估算主要是根据企业目前和未来一段时间可能的生产状况以及模 具制造的技术要求，对客户提出的模具生产周期进行核算，以确保模具的生产能够满足 客户的生产周期的要求，同时还能够制定模具生产过程各个阶段的主计划 ( 4 ) 模具报价主要是以客户提出的模具制造指标、生产周期以及模具的基本结构等 为依据，对模具进行合理报价，如何依据一定的计算模型来估算模具价格，是这一子模 1 4 华中科技大学硕士学位论文 块的研究重点。 ( 5 ) 客户信息管理主要功能是处理与本企业有业务往来的客户信息，以便与客户建 立长期的业务合作关系。 ( 6 ) 项目分析是针对完成的模具项目而言，主要功能是对模具生产过程的各方面信 息进行统计，为今后改进生产管理提供经验数据。 2 ) 企业资源管理主要完成企业基本信息的管理，包括人力资源管理，设备信息的管理。 其中人员信息包括人员所在部门、工种、基本工资等，设备信息包括设备的类型、最大 加工能力、加工精度、转速、人员要求等。这些信息将作为系统基本信息为其他模块所 使用。 3 ) 生产管理包括生产计划与调度、外协管理、生产数据采集等几个模块。 ( 1 ) 生产计划与调度的功能主要是根据模具企业制造车间的生产任务现状以及将要 投入加工的模具制造任务，确定车间的作业计划和生产调度，并能实时处理各种突发的 加工事件。 ( 2 ) 外协管理主要负责对需外协的生产任务进行管理，包括外协的原因，外协的企 业，质量要求及交付的时间等，这些信息将用于生产计划与调度以及成本核算。 ( 3 ) 生产数据采集功能模块是用于实时采集生产现场的各种生产数据，如加工零件 的质量，零件加工工序的起始时间和结束时间，以保证系统记录信息的有效性。为核算 生产成本、控制生产过程提供准确的依据。 4 ) 库存采购管理模块包括物料的基本信息入库管理、出库管理、盘存、采购管理、供 应商管理等几个模块，主要功能是向其他部门如生产管理部门以及设计部门提供最新的 库存信息 5 ) 检验管理模块负责物料入库检验、加工检验管理，记录需要检验的数据，以便对整 个生产过程的质量进行控制 6 ) 信息交流模块包括模具进度查询、物料需求信息管理等模块 ( 1 ) 模具进度查询主要是为了方便客户，让客户通过远程方式能够随时了解模具的 生产进度并反馈对模具的修改意见 ( 2 ) 物料需求信息管理主要是通过网络系统将目前企业需要的物料信息发给各个供 应商，由供应商提供相关的物资信息以便进行采购 7 ) 工程管理包括工程文档管理( p d m ) 、模具c a p p 系统、等模块，主要完成与设计 相关的管理功能。由于模具生产的特殊型，对c a p p 提出了特殊的要求，因而应提供具 有模具生产特点的c a p p 系统，它是实现车间作业计划与调度的前提和基础 8 ) 系统维护包括用户管理、角色管理、系统配置等功能模块。主要完成系统初始化、 华中科技大学硕士学位论文 系统优化管理及系统维护等功能，同时还对系统的合法用户进行权限及角色的管理a 圈2 2 模具企业生产警理系统功能模块 1 6 华中科技大学硕士学位论文 3 面向w e b 的计算模式 本章首先简要地介绍了w e b 计算模式，并分析了w e b 计算模式在开发信息系统中的特点；然后 简要说明了j a