（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）基于olap的离散型生产优化调度研究.pdf

哈尔滨工秽人学硕士学位论文 摘要 从制造领域自身的发展看，制造主体作为一个系统不但规模不断扩大， 而且结构日趋复杂。近3 0 年来，市场需求朝多样化方向发展且竞争加剧，迫 使产品生产朝多品种、变批量、短生产周期方向演进，由此形成柔性制造、 计算机集成制造、敏捷制造等先进制造模式，按此构成的现代制造系统不但 规模庞大，而且系统结构、物料流、信息流等十分复杂；制造系统内部各组 成环节间的信息联系以及制造系统与外部环境的信息联系，在广泛性和复杂 性方面均在不断加强，系统中信息交换、信息处理的速度亦在迅速提高，从 而使制造系统中各组成环节间的形成复杂的关联；国际、国内经济体制与格 局变化对制造系统运行环境所造成的剧烈影响；由于上述原因，“制造”正在 由输入确定、过程和环境稳定、输出少变的简单系统演变为输入随机、过程 和环境动态变化、输出和状态多变的复杂大系统；系统的分析与综合具有相 当的难度，系统的优化管理控制问题更是难以解决。 面对上述现实，本文从系统科学、信息技术与制造工程相结合的全局角 度对现代制造过程进行以下几方面的研究： 1 分析现代先进制造系统的体系结构，模式和运行管理，研究信息、控 制与制造相融合的内在规律。 2 基于w e bs e r v i c e 体系结构，结合o r a c l e 数据库网络管理模式所提 供的后台数据库支持，通过对系统的模块化、自适应的描述，和w e b 页面进 行动态的发布、定位、调用，构建极其复杂和灵活的信息化系统。 3 在分布式集成管理平台基础上，应用数据仓库技术将大量用于事务处 理的传统数据库数据进行清洗、抽取和转换，并按决策主题的需要采用维度 模型进行重新组织，存储和管理面向决策主题的数据。应用o l a p 技术对数据 仓库中的多维数据进行切片、切块、下钻、上卷和旋转，将其转换成辅助决 策信息。使用户能够从不同角度对业务数据进行汇总、切割和对比。 哈尔滨工程人学硕士学位沦文 i i i ；i i j i i ；i j i i i i i ；i i i _ _ j e i _ 自；i ；i i ；i i ； 4 将离散事件的仿真模型运用到动态调度当中，构建一个基于仿真的调 度模块，主要由两个子模块组成：仿真机制和响应控制。仿真机制是针对零 件群和评价指标，衡量各种分派规则并选择出最合适的一种分派规则；响应 控制可以周期性的监视系统的运行状态，并决定新的仿真开始的时刻。在数 据仓库的基础上，结合联机分析处理，进行车间生产优化调度。 关键词：w e bs e r v i c e ；数据仓库；联机分析处理；仿真；调度 哈尔滨j 二程大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o t o n l yt h em a i nb o d yo f m a n u f a c t u r ei se x p a n d i n gw i t h o u ti n t e r m i s s i o ni n s c a l e ，b u ta l s oi tt e n dt ob e c o m ec o m p l e xi ns t r u c t u r e ，a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p _ m e r i to ft h em a n u f a c t u r ed o m a i n t h el a s t3 0y e a r s ，m a r k e tr e q u i r e m e n ta d v a n c e i nd i v e r s i f i c a t i o na n dc o m p e t i t i o nb e c o m ei n t e n s e ，w h i c hi n d u c et h ep r o d u c t m a n u f a c t u r et ov a r i e t y , v a r y i n gb a t c h ，s h o r tp r o d u c t i o nc y c l e i tf a s h i o ns o m e a d v a n c e dp r o d u c ep a t t e r ns u c ha sf l e x i b l em a n u f a c t u r e ，c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r e ，a g i l em a n u f a c t u r e n o to n l yt h em o d e mm a n u f a c t u r es y s t e mh a sa h u g es c a l e ，b u ta l s ot h es y s t e ms t r u c t u r e ，m a t e r i e ls t r e a ma n di n f o m a a t i o ns t r e a m a r eq u i t ec o m p l e x ；t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ne a c hm o d e l si nt h em a n u f a c t u r e s y s t e ma n df r o mi n n e rt oe x t e r i o rh a v eb e e ni n t e n s i f i e di nt h eu n i v e r s a l i t ya n d c o m p l e x i t y , t h es p e e do fi n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n dp r o c e s si nt h es y s t e mh a v e b e e nb o o s t e dq u i c k l y , w h i c hm a k ec o m p l e xr e l a t i o nf o r m e d ；d u et ot h ee c o n o m y s y s t e ma n ds i t u a t i o no fi n t e r n a t i o n a la n di no u rc o u n t r yt h a tw o r ki n t e n s e i n f l u e n c et ot h er u n n i n gc i r c u m s t a n c eo fm a n u f a c t u r es y s t e m ，m a n u f a c t u r ei s e v o l v i n gf r o mas i m p l es y s t e mt h a th a si t sf i x e di n p u ta n do u t p u t ，s t a b l ep r o c e s s a n dc i r c u m s t a n c e ，t oaq u i t ec o m p l e xo n et h a th a sr a n d o mi n p u t ，d y n a m i cc h a n g e o fp r o c e s sa n dc i r c u m s t a n c e ，l e v i t yo fo u t p u ta n ds t a t e ；t h e a n a l y s i sa n d i n t e g r a t i o no fs y s t e ma r ec o n s i d e r a b l ed i f f i c u l t y , a n dt h ep r o b l e mo fo p t i m a l c o n t r o li se v e nm o r ed i f f i c u l tt os e t t l e i nt h ef a c eo f t h ef a c t sa b o v ed e s c r i b e d ，t h ep a p e rc a l t yt h r o u g hs o m es t u d yi n t h em o d e mm a n u f a c t u r es y s t e m c o m b i n i n gs y s t e ms c i e n c e ，i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n dp r o d u c ee n g i n e e r i n g ： 1 a n a l y z et h es y s t e ms t r u c 钮e p a t t e r na n dr u n n i n gm a n a g e m e n to f t h em o d e m a d v a n t e dm a n u f a c t u r es y s t e m ，r e s e a r c ht h ei n n e rr u l eo f i n f o r m a t i o n ，c o n t r o l a n dm a n u f a c t u r e 哈尔滨工程大学硕十学位论文 2 ，b a s e do nw 曲s e r v i c ea r c h i t e c t u r e w i t ht h eb a c k g r o u n dd a t a b a s es u p p o r t p r o v i d e db yt h eo r a c l ed a t a b a s ew h i c hh a sn e t w o r km a n a g e m e n tp a t t e r n , i t c a r ld y n a m i cr e l e a s e ，o f i e ma n dc a l lt h r o u g hm o d u l a f i z e ，a d a p t i v ed e s c r i p t i o n a n dw e bp a g e ；e s t a b l i s hq u i t cc o m p l e xa n df l e x i b l ei n f o r m a t i o ns y s t e m 3 o nt h ed i s t r i b u t i n gi n t e g r a t e dm a n a g e m e n tp l a t f o r m ，d a t ai nt h et r a d i t i o n d a t a b a s eu s e di nt r a n s a c t i o np r o c e s s i n gh a sb e e nc l e a n o u t ，e x t r a c t ，t r a n s f o r m a n dl o a da p p l y i n gt h ed a t aw a r et e c h n o l o g y ；d a t at h a ti sp r e p a r e df o rd e c i s i o n m a k i n gh a sb e e nr e b u i l t ，s t o r e da n dm a n a g e da d o p t i n gm u l t i d i m e n s i o n s p a t t e r na c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to f d e c i s i o nt o p i c s m u l t i d i m e n s i o n sd a t a h a sb e e ns l i c e du p ，d r i l l e dd o w n ，r o l l e du pa n dc i r c u m r o t a t e dt ot r a n s f o r mt o t h ei n f o r m a t i o nf o ra s s i s t a n td e c i s i o n t h et r a n s a c t i o nd a t ah a sb e e nc o l l e c t e d ， i n c i s e da n dc o n t r a s t e df r o md i f f e r e n ta n g l ef o ru s e r s 4 a p p l y i n gt h es i m u l a t i o nm o d e lo f d i s p e r s a le v e n t t od y n a m i cd i s p a t c h ， e s t a b l i s had i s p a t c hm o d e lb a s e do ns i m u l a t i o n ，w h i c hi n c l u d et w o s u b m o d u l e ，s i m u l a t i o nm e c h a n i s ma n dr e s p o n d i n gc o n t r 0 1 s i m u l a t i o n m e c h a n i s mi sf o rp a r tc l u s t e ra n de v a l u a t ei n d e x ，w e i 幽a l lk i n d so fd i s p a t c h r u l e sa n ds e l e c tam o s ts u i t a b l er u l e ；r e s p o n d i n gc o n t r o lc a nm o n i t o rt h e s y s t e mr u n n i n gs t a t ep e r i o d i c a l l y , d e c i d et h e n e wt i m et os t a r ts i m u l a t i o n i t e a r lc r l t yo u to p t i m a ld i s p a t c hc o m b i n i n go l a pt e c h n o l o g yb a s e do nd a t a w a r e k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e ；d a t aw a r e ；o l a p ；s i m u l a t i o n ；s c h e d u l e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作晶成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：立圣1 查： 日期：。啪1 ) 年；月易f t 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 现代制造系统分析 1 1 1 制造系统的发展历史与现状 为了更好的研究和发展现代制造系统技术，有必要对制造系统的发展历 史和现状作必要的研究。 从技术层面看，制造系统的发展经历了以下几个阶段：刚性制造系统， 单机柔性加工系统，多机柔性3 h t 系统，计算机集成制造系统，跨企业制造 系统和全球制造系统。 多机柔性加工系统的特征是强调制造过程的柔性和高效率，适应于多品 种、中小批量产品的生产。涉及的主要技术包括：成组技术、d n c 、f m c 、f m s 、 f m l 、离散系统理论与方法、计算机仿真技术、车间计划与调度、制造过程监 控、计算机控制与通信网络等。 跨企业制造系统和全球制造系统于2 0 世纪末提出，正在成为2 l 世纪的发 展方向。近2 0 年来，随着市场的国际化和世界贸易的急剧发展，各种跨国公 司不断涌现，大幅度推进了制造全球化的进程。全球制造概念和全球制造系 统就是为适应这种形势发展的需要而提出和产生的。 全球制造的基本概念是，根据全球化的产品需要，通过网络协调和运作， 把分布在世界各地的制造工厂、供应商和销售点连接成一个整体，从而能够 在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，由此构成具有统一 目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统， 即全球制造系统，从而完成具有竞争优势的产品制造和销售。它的目标之一 是，与合作伙伴甚至竞争对手建立全球范围的设计、生产和经营的联盟网络。 以加速产品开发和生产过程，提高产品的质量和市场响应速度，并向用户提 供最优的服务，从而确保竞争优势，共同取得繁荣发展。网络技术是全球制 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 造系统的最重要的技术基础。 i i 2 现代制造系统技术基础 现代制造系统技术是一门跨学科的综合技术，要使其研究、开发和应用 向纵深发展，将涉及众多学科和技术领域，下面是其主要方面： 1 先进制造模式和相关理论 其决定了制造系统的体系结构、运行原理以及管理和控制方法。 2 先进制造技术与装备 其是构成制造系统的重要元素，要使制造系统发挥出高效率，要开发性 能更优良的新型制造系统，就必须以数控加工技术和先进数控机床为基础。 3 系统科学理论与系统工程技术 制造系统属于复杂大系统，并且为典型的离散事件动态系统，其状态变 量数目巨大，不确定性因素和随机性影响突出，非线性和混沌现象严重。因 此，制造系统研究、开发和应用中所涉及的许多问题，都必须从系统科学与 工程的高度去分析和解决。 4 现代管理控制理论与技术。 5 计算机与信息技术 现代制造系统的研究、开发和运行已越来越多地与计算机和信息技术相 融合。 1 1 3 研究和发展制造系统技术的意义 随着科学技术的进步和社会经济的发展，“制造”已由个人行为和孤立 机器完成的简单过程演变到必须由众多制造要素组成的制造系统来完成的复 杂工程。从系统科学与工程的角度看，完成现代制造任务的制造系统正在从 简单系统发展为复杂大系统，具体表现在以下3 个方面。 1 结构复杂性 从制造领域自身的发展看，制造主体作为一个系统不但规模不断扩大， 而且结构日趋复杂。n y 2 0 世纪后半叶，特别是近3 0 年来，市场需求朝多样 化方向发展且竞争加剧，迫使产品生产朝多品种、变批量、短生产周期方向 哈尔滨工程大学硕士学位论文 演进，由此形成柔性制造、计算枫集成制造、敏捷制造等先进制造模式，按 此构成的现代制造系统不但规模庞大，而且系统结构、物料流、信息流等十 分复杂，系统的分析与综合已具有相当的难度，系统的优化管理控制问题更 是难以解决，已成为全球范围内具有挑战性的课题。 2 关联复杂性 随着计算机技术和信息技术的发展，制造系统内部各组成环节间的信息 联系以及制造系统与外部环境的信息联系，在广泛性和复杂性方面均在不断 加强，系统中信息交换、信息处理的速度亦在迅速提高，从而使制造系统中 各组成环节间的相互作用、相互依赖以及环境对制造系统的影响日益加强， 因此，注重关联，把握全局在制造过程中将变得越来越重要。 3 环境复杂性 从国家经济体制改革和全球经济与国际市场的发展看，现代制造系统输 入信息和运行环境的随机性显著增加，对系统的动态性能要求明显提高。 综上所述，由于制造领域自身的不断发展，使制造系统的结构复杂性不 断提高，随着信息技术的迅速崛起、相关学科的深入渗透，使得制造系统内 外关联的复杂性日益加强，以及由于国际、国内经济体制与格局变化对制造 系统运行环境所造成的剧烈影响，“制造”正在由输入确定、过程和环境稳 定、输出少变的简单系统演变为输入随机、过程和环境动态变化、输出和状 态多变得复杂大系统。面对上述现实，必须将“现代制造”作为复杂大系统 来对待，从系统科学、信息技术与制造工程相结合的角度对现代制造过程进 行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分 析，努力探索先进的制造系统模式、体系结构和优化运行技术，从两从全局 的角度促进制造科学、制造系统和制造工业的发展。 1 2 全球化制造的信息化现状和需求 1 - 2 1 信息化系统的整合需求 社会信息化分为3 个发展阶段：第一是利用计算机系统建立企业内联网， 实现企业内部管理的信息化：第二是利用计算机系统建立企业外联网，实现 哈尔浜工程大学硕士学位论文 企业外联网管理的信息化；第三是利用互联网开展的电子商务。 电子商务时代的e r p 需要支持敏捷化企业的组织形式( 动态联盟) 、企业 管理方式( 以团队为核心的扁平化组织结构方式) 和工作方式( 并行工程和 协同工作) ，通过计算机网络、跨平台软件技术将企业、用户、供应商及其 他商贸活动涉及的职能机构集成起未，完成信息流、物流和价值流的有效转 移与优化，包括企业内部运营的网络化、供应链管理、渠道管理和客户关系 管理的网络化。电子商务时代的e r p 系统还将充分利用i n t e r n e t 技术及信息集 成技术，将供应链管理、客户关系管理、企业办公自动化等功能全面集成优 化，以支持产品协同商务等企业经营管理模式，帮助企业实现管理模式的调 整以及为企业提供电子商务解决方案来迎接数字化知识经济时代的到来。 e r p 帮助企业规范内部流程，完善内部管理，通过与电子商务的结合延伸 至企业外部和前端，为企业全面提高供应链的效率，满足企业多元化生产和 个性化服务的需求，运筹内外部资源，提高客户满意度。电子商务与e r p 的整 合需要有业务流程重组相配合，同时，也要求应用软件各模块合理划分和有 机集成。 在实现两者的整合时，e r p 方面应优先考虑采购、生产计划、市场营销、 销售、库存、财务等与物流、资金流密切相关的模块，电子商务方面应考虑 网站管理模块、网上销售模块、网上采购模块和阚上资金收付模块，把两者 的这些模块集成到一起构成一个新的应用系统，可以称之为整合系统。解决 企业内部各部门之间的信息孤岛问题，实现信息共享与传递。 网络时代广义的企业资源管理计划e r p 将使企业适应全球化竞争所引起 的管理、生产模式的变革，它采用最新的信息技术，呈现出数字化、网络化、 集成化、智能化、柔性化、行业化和本地化的特点。 1 2 2 信息处理和决策支持 在当前的市场经济条件下，由于市场竞争、客户需求、环境变化等多重 因素的影响，企业的经营管理日趋复杂。企业为了赢得竞争优势，获取最大 的经济和社会效益，就必须针对企业的系列生产经营活动做出准确、及时 的决策。对制造业来说，从市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检 哈尔滨工程人学硕士学位论文 验出，一到产品销售等，各个环节都时刻面临着各种复杂的决策问题。 在目前很多企业实施信息化的状况下，企业积累了大量的历史数据。例 如，为了能够缩短产品开发周期，提高质量，降低成本，企业在利用并行工 程进行新产品研制的过程中，采用计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算 机辅助管理等新技术，这为企业带来了大量的数据文件，这些文件往往分布 在多部门，甚至是多区域中。数据分散和集中管理的矛盾目益尖锐，如何将 如此繁杂的数据从物理上、逻辑上合理地重新组织，为不同层次、不同职能 的用户提供方便快捷的信息检索手段，如何让数据库管理能够方便有效地来 管理系统中的数据，如何使数据管理和组织不依赖于某一个固定的管理员， 这些都随着时间的推移和企业对原有数据资源重复使用的要求越来越成为企 业追切需要解决的问题。如何充分利用现有的数据和信息，做出准确、及时 的判断和决策，将是一个企业生存和发展的关键。 1 2 3 多资源生产动态优化调度需求 目前，我国一般企业中，生产调度的工作是由老技工来完成，他们完全 靠经验来安排。如今，随着企业之间的竞争越来越激烈，产品的寿命周期变 得越来越短，产品的品种变得越来越复杂多样，以往的大批量小品种的生产 模式渐渐变成了小批量多品种的生产模式：不仅每天的生产品种在不断地改 变，而且在客户就是上帝的口号下，已经安排好的调度计划会突然由于客户 需求的改变而改变，于是调度工作也逐渐变成一项纷繁复杂的日常性工作。 面对着这些变化和随时可能发生的生产加工环境的改变，如机床设备的突然 损坏等等情况，要使企业的生产能力和效率始终保持较高的水平，仅仅依靠 经验是不能胜任的。在技术装备较为先进的企业中，它们一般拥有m r p i i 或e r p 等生产管理软件，但这些软件都不具备对生产车间级的调控管理功能，所以 同样面临着与一般企业相同的问题。对于制造企业而言，保持生产车间较高 的生产能力和效率，是当务之急。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 3 本文研究目标和内容 最近十几年来随着c i m s 等先进制造系统的研究和应用的需要，进一步推 动了制造系统技术的发展。一种新的制造观，信息制造观，正在孕育和发展 之中，新的信息制造观的主要思想是，制造过程的实质可看作是对制造过程 中各种信息资源的采集、输入、处理和加工处理的过程，最终形成的产品是 信息的物质表现。在新的信息制造观的指导f ，本文将在广泛调研的基础上， 结合企业个案的应用，集中解决下述几个问题： 1 1 3 1 分布式集成管理平台的构建 分布在世界各地的制造工厂、供应商和销售点，其使用的开发平台和语 言可能都不相同。这时需要将这些不同平台下使用不同编程语言开发的应用 程序集成为一个相互协调互动的w e b 应用。w e bs e r v i c e 体系对此具有先天的 优势，w e bs e r v i c e 建立在基于x m l 的s o a p 、u d d i 、w s d l 等协议之上，通过 对应用程序的模块化、自适应的描述，并通过w e b 发布，其它应用程序可以通 过w e b 对其进行定位、调用，从而动态进行应用的组合，可以动态构成极其复 杂和灵活的应用系统。w e bs e r v i c e 为真正跨平台的应用间的互操作提供基 础。同时，结合o r a c l e 数据库网络管理模式，网络化的分散管理，提供后台 数据库支持。 通过网络协调和运作，把分布在世界各地的制造工厂、供应商和销售点 连接成一个整体，从而能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商 打交道，由此构成具有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界 的跨企业和跨国制造系统，加快企业内部的信息交流和采集，为完成具有竞 争优势的产品的协同设计、制造和销售提供集成的管理平台。 1 3 2 智能制造的决策支持 在目前很多企业实施并应用e r p 的状况下，企业积累了大量的历史数据。 如何充分利用现有的数据和信息，做出准确、及时的判断和决策，将是一个 企业生存和发展的关键。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 在分布式集成管理平台基础上，应用数据仓库技术将大量属于事务处理 的传统数据库数据进行清洗、抽取和转换，并按决策主题的需要采用维度模 型进行重新组织，存储和管理面向决策主题的数据。 同时，应用o l a p 技术对数据仓库中的多维数据进行切片、切块、下钻、 上卷和旋转，将其转换成辅助决策信息。使用户能够从不同角度对业务数据 进行汇总、切割和对比。o l a p 作为数据仓库应用的前端工具，与数据挖掘工 具配合使用，从而增强决策分析能力。 1 3 3 车间生产的仿真调度 由于在竞争激烈的市场环境中，一个重要的调度环境是动态的，并且需 要不断的完善，因此研究多资源生产动态优化调度问题，对促进企业中车间 级生产管理的发展和各种生产资源的合理优化配置，对提高我国制造业入世 后的竞争力都具有重要的意义。 将离散事件的仿真模型运用到动态调度当中，构建一个基于仿真的调度 模块，主要由两个子模块组成：仿真机制和响应控制。仿真机制是针对零件 群和评价指标，衡量各种分派规则并选择出最合适的一种分派规则；响应控 制可以周期性的监视系统的运行状态，并决定新的仿真开始的时刻。仿真调 度模块在数据仓库的基础上，结合联机分析处理，进行车间生产优化调度。 针对上述研究内容，论文后续各章的内容如下： 第二章：本章阐述了现代制造系统的总体结构，对其运行原理进行分析， 并以为了解决企业信息高度集成而产生的企业资源计划e r p 为例，以关键的材 料明细表( b o m ) 为核心，详细分析了围绕生产数据而展开的各种企业资源计 划信息；考虑大型离散型生产企业复杂的动态调度需求，对执行层的车间生 产调度采用基于排序规则的调度方法和仿真技术进行智能调度，应用联机分 析处理的各种车间决策算法对数据仓库的生产数据进行分析处理，通过统计 的方法，给智能调度提供评价指标和决策支持。 第三章：本章对信息系统中的三层结构，数据层、业务逻辑层、w e b 表示 层，分别进行了详细的分析。在数据层，以车间的仿真调度为茸的构建了 以车间生产为主题的数据集市，详细分解了构建过程中的各步骤和数据仓库 哈尔滨j 二程人学硕士学位论文 的总线结构。在业务逻辑层，应用o l a p 技术对车间生产主题数据集市中仿真 调度产生的流水作业卡片以及车间工序日计划等生产数据进行统计分析，为 仿真调度提供评价指标和决策支持。在w e b 表示层，分析了用于构建分布式集 成管理平台的w e bs e r v i c e 体系，网络数据传输协议，企业问数据交换的标准 规范x m l 等技术。 第四章：本章应用o r a c l ej d e v e l o p e r 开发了实用型的生产车间调度软 件，并使用该软件对工厂的生产数据进行了处理，证明该软件具有定的实 用价值。为以后的研究和开发工作打下了一个坚实的基础。 第五章：总结与展望。总结本文所做的主要工作，并对后续研究工作做 了展望。 1 4 本章小结 本章基于对现代制造系统发展的分析，对全球网络化制造信息化的现状 和需求进行的调研，结合企业个案的应用，介绍了本文重点研究的几个问题： 构建分布式集成管理平台；在此基础上，应用数据仓库技术对传统数据库的 事务数据进行清洗、抽取和转换，并按决策主题的需要采用维度模型进行重 新组织；结合联机分析处理0 l a p 的多维数据分析能力，提供决策支持；对车 间生产进行仿真优化调度。 哈尔滨_ 【：= 程大学硕士学位论文 第2 章生产调度的运行分析 2 1 现代制造系统的总体结构 现代制造系统的运行管理是非常复杂的，为了便于实施，一般将整个系 统的运行管理任务分解为若干层次的子任务。 制造系统运行管理控制功能由以下几个层次的子控制系统来实现： 2 1 1 战略层控制 战略层控制包括： 1 ) 战略层决策：根据客户订单、市场情况、环境情况等消息，对市场需求进 行分析和预测，并根据制造系统的实际情况，对制造系统未来某一时期( 如 几年内) 的总体运行方向和目标进行决策，如现有的产品的生产，新产品的 研发等。 2 ) 战略层规划：根据决策结果，制定企业的总体经营计划、新产品的研制开 发计划、现有产品的综合生产计划和主生产计划、粗能力计划等。 2 1 2 战术层控制 战术层控制的任务是对战略层控制任务进行细化，生成可行的具体实施 计划，并监督其实施。该层控制的内容主要包括物料需求计划、能力需求计 划( 细能力计划) 、生产作业计划、外协与采购计划等。 物料需求计划( m r p ) 可使生产中需要的物料在使用前才准备就绪，使库 存投资最小，但它又能保证在适当的时间有适当的物料供应，以提高生产效 率。物料需求计划的输出是车间级能实际操作的加工订单。能力需求计划确 定出为完成主生产计划m p s 的目标，车间生产需承担的负荷。当可供能力与负 荷之间出现差异时，须制定能力调整方案，或者确定负荷调整方案，最终使 可供能力与负荷平衡，保证完成生产任务。 9 哈尔溟工程大学硕士学位论文 2 1 3 执行层控制 执行层控制的任务是对战术层制定的计划进行实施，通过对制造过程中 车闻层及车间以下各层物料流的台理计划、调度和控制，提高系统的生产率。 在计划实施过程中当执行情况与计划出现偏差时，采用相应的控制手段使偏 差缩小，完成生产调度和控制功能。另外，将战术决策和执行决策之间的偏 差反馈给上级，以利将来更好地进行决策。 主要内容包括计划分解、作业排序、动态调度、过程控制等。其中过程 控制又可进一步分解为加工控制、物流控制、质量控制、刀具控制、状态监 控、成本控制、库存控制、采购控制等子控制任务。 2 1 4 生产过程和市场销售 生产过程和市场销售是管理控制系统的控制对象，是最终实现制造系统 生产与经营目标的环节。生产过程包括加工、装配、检验、物料运输存储等 过程：市场销售包括市场开拓、产品销售、售前售后服务等环节。 2 2 制造系统的运行管理 为了解决企业信息高度集成而产生的企业资源计：i j e r p ，它的一个最关键 的内容是生产数据，主要是材料明细表( b o m ) ，它的管理核心就是围绕生产 数据面展开的。 e r p 系统的基本思想是对企业中所有资源( 物料流、资金流、信息流等) 进行全面集成管理，以生产经营、计划管理为主线，重心是财务，涉及企业 所有供应链。e r p 是在先进的企业管理思想的基础上，应用信息技术实现对整 个企业资源的一体化管理。e r p 是一种可以提供跨地区、跨部门、甚至跨公司 整合实时信息的企业管理信息系统。它在企业资源最优化配置的前提下，整 合企业内部主要或所有的经营活动，包括财务会计、管理会计、生产计划及 管理、物料管理、销售与分销等主要功能模块，以达到效率化经营的目标。 图2 i 制造系统运行的生产数据流程图 哈尔滨工程大学硕士学位论文 e r p 是一个涉及到企业各个方面高度集成的系统大工程，但真正支撑e r p 的仅是一个非常简单的理念：即利用企业内部网和外部网让企业员工能够及 时地获得与经营运作相关的企业内、外部信息( 包括宏观的经济环境，中观 的行业行情，以及微观的企业资源信息等) 。将这种理念以创造性的方法进 行程序化和电子信息化，即实现了企业资源规划。e r p 的基本思想是基于企业 经营目标制定生产计划，围绕物料转化，组织制造资源，实现按需按时( j i t ) 进行生产。具体地说，是将企业产品中的各种物料分为独立需求物料和相关 需求物料，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；按照基于产品结构的物料需求组织生产，根据产品完工日期 和产品结构规定生产计划；根据产品结构的层次从属关系，以产品零件为计 划对象，以完工日期为计划基准倒排计划，按各种零件与部件的生产周期反 推出它们的生产与投入时间和数量，按提前期长短区别各种物料下达定单的 优先级，从而保证在生产需要时所有物料都能配套齐备，不需要时不要过早 积压，达到减少库存量和占用资金的目的。 e r p 的核心管理思想是供需链管理。企业内部供需链围绕企业的生产数据 进行，企业内部各部门以生产数据为中心推动生产制造的进行。e r p 其中的生 产计划及管理模块是e r p 系统的核心所在，它将企业的整个生产过程有机的结 合在一起，使得企业能够有效的降低库存，提高效率。同时各个原本分散的 生产流程的自动连接，也使得生产流程能够前后连贯的进行。生产控制管理 是一个以计划为导向的先进的生产、管理方法。首先，企业确定它的一个总 生产计划，再经过系统层层细分后，下达到各部门去执行。即生产部门以此 生产，采购部门按此采购等等。它包括以下几个主要的子信息系统： 1 ) 主生产计划 主生产计划是确定每一具体的最终产品在每一具体时间段内生产数量的 计划。它是根据生产计划、预测和客户订单的输入来安排将来的各周期中提 供的产品种类和数量，它将生产计划转为产品计划，在平衡了物料和生产能 力的需要后，精确到时间、数量的详细的进度计划，是企业在一段时期内的 总活动的安排，是一个稳定的计划，是以生产计划、实际订单和对历史销售 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 分析得来的预测产生的。主生产计划根据客户合同和市场预测，把经营计划 或生产大纲中的产品系列具体化，使之成为展开物料需求计划的主要依据， 起到从综合计划向具体计划过渡的承上启下作用。 2 ) 物料需求计划 在主生产计划决定生产多少最终产品后，再根据物料清单，把整个企业 要生产的产品的数量转变为所需生产的零部件的数量，并对照现有的库存量 可得到还需加工多少，采购多少的最终数量。这才是整个部门真正依照的计 划。 3 ) 能力需求计划 它是在得出初步的物料需求计划之后，将所有工作中心的总工作负荷， 在与工作中心的能力平衡后产生的详细工作计划，用以确定生成的物料需求 计划是否是企业生产能力上可行的需求计划。能力需求计划是一种短期的、 当前实际应用的计划。 4 ) 车间控制 这是随时间变化的动态作业计划，是将作业分配到具体各个车间，再进 行作业排序、作业管理、作业监控。 5 ) 制造标准 在编制计划中需要许多生产基本信息，这些基本信息就是制造标准，包 括零件、产品结构、工序和工作中心，都用唯一的代码在计算机中识别。 e r p 系统能为企业生产经营提供一个完整而详尽的计划，可使企业内各部 门的活动协调一致，形成一个攘体，这样能提高企业的整体效益和效率。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 3 联机分析处理( o l a p ) 联机分析处理模块提供数据的多维分析功能，车间决策高层用户可以在 友好的交互界面下直接访问数据，而不必受s q l 语言等传统的查询工具的限 制，起到对车间层的众多决策点的决策支持的作用。 车间生产的综合查询、综合统计、生产预警、生产监控等模块直接从车 间生产管理系统的各个o l a p 子系统直接获取数据，其实现关键为算法的设计。 下面分别介绍车间生产流程涉及的各联机分析处理模块算法。 2 3 1 车间生产准备包算法 按照工序日计划实行生产准备包管理是一种优秀的管理思想：即与生产 准备相关的各车间科室应当按照计调室下达的准确工序日计划，在工序开工 之前为生产工人准备好一切辅助生产的物品，如材料、半成品、各种工具、 工艺规程等。但由于长期以来管理手段的落后，计划员无法下达准确的工序 日计划，各科室也无法进行准确的生产准备，导致这一管理思想难以真正贯 彻执行。车问生产管理系统进入实际运行之后，车间计划员可以下达较为准 确地工序日计划，车间决策支持系统与计划、库存、工具和资料管理模块实 现有效的集成，完成了车间生产准备包的功能，其算法：根据工序日计划和 用户日期控制，得到未来某天的工序目计划，结合材料消耗定额与物料表 ( b 伽) 并查询材料库存和半成品库存，获得材料库和半成品库需要进行的生 产准备：结合工装目录与工具消耗定额并查询工具库存，获得工具室需要进 行的生产准备；结合资料库存获得资料室需进行的生产准备。各科室可根据 得到的生产准备需求信息进行生产准备。用户可根据产品结构树、组合查询、 模糊定位、多维排序等组件获得所关心的当日开工工序提示信息以及零件生 产准备需求信息，进而得到零组件的工时、结构、属性信息以及加工批次的 流水作业卡片信息( 含某零件某生产批次具体工序计划) 。 哈尔滨工程人学硕士学位论文 2 3 2 零件在制品信息获取算法 车间决策层需要实时了解车间生产现场的零件加工的进展情况。通过车 间决策支持系统的零件在制品信息模块，车间决策层不用亲自进入车间生产 现场，通过浏览器便可掌握生产现场在制品的当前进展工序。其算法：根据 零件加工的批次信息和工序f 1 计划，得到未完工零件批次的流水作业卡片信 息；进一步得到某批次的当前加工工序和该工序的加工数量、报废数量以及 在制品数量；根据零件号分组，得到该零件号的在制品数量；根据车间领导 的要求，将零件的所有批次在制品信息按当前进展工序和其生产批次进行合 并和展开，详细掌握该零件所有在制品的生产状态。 2 3 3 零件生产周期获取算法 通过长时间的数据积累获得车间零件的生产周期统计数据是车间决策层 长期以来最为关心的问题之。可通过零件生产周期模块得到各零件的生产 周期统计数据。其算法：根据工序只计划历史记录，得到零件各个批次的最 小工序号和最大工序号，进而得到最小工序的开工日期和最大工序的完工日 期，经计算得到该批次零件的生产周期：根据同一零件号各个批次的生产周 期，统计出车间各个零件的最小、最大和平均生产周期；用户可追溯统计数 据的源头得到产生该数据的具体批次和流水作业卡片。 2 3 4 工序加工周期获取算法 通过长时间的数据积累获得车间零件各个工序的加工周期统计数据也是 车间决策层长期以来非常关心的问题。 个工序的加工周期统计数据。其算法： 可通过工序加工周期模块得到零件各 根据工序同计划历史记录，得到某批 次加工零件的第i 道工序的完工同期和该工序i 的前一道工序的完工日期，经 计算得到该零件批次某道工序的加工周期；根据同零件工序号各个批次的 加：f 周期，统计出车间各个零件工序的最小、最大和平均加工周期；用户可 追溯统计数据的源头得到产生该数据的具体批次和流水作业卡片。 2 3 5 零件拖期监控算法 车间决策层需要知晓当前在制工件中哪些是处于拖期和停工状态，以发 哈尔滨j 二程火学硕士学位论文 现问题并尽快解决。除了生产工人可通过决策反馈平台模块手动反馈生产问 题以外，管理系统自动获取生产拖期和停工的信息也是很有必要的。可通过 零件生产拖期预警功能得到车间现场生产的拖期和停工批次信息。其算法： 根据零件加工批次信息和工序r 计划，得到未完工的零件批次的流水作业卡 片，取得该批次的当前和下一道加工工序，系统分两种情况判断：如果当前 加工工序的实际完成e t 期在其计划完成日期之后；或者如果下一道工序的计 划完工日期在当前系统日期之前，符合这两种情况在制品批次系统都认为是 拖期批次，向车间决策层发出预警信息。再根据停工判别条件的设置，将拖 期n 天之后的批次认定为停工，进行停工预警，并通过决策反馈平台向车间决 策层反馈。 2 1 3 6 车间产品工时统计算法 车间生产任务的完成情况通常以入到中央成品库的零组件成品的产品工 时来度量，因此，按年度和月份统计车间完成的产品工时的情况对车间决策 层是非常有意义的。可通过车间产品工时统计模块向车间决策层展示车间的 生产计划和完成情况并进行纵向对比。其算法：根据计划控制台帐获得某月 某零件的入库总数量，根据车间正式月计划获得某月某零件计划完工总数量， 两者与零件工时( 从工序工时定额统计得到) 信息相结合，得到车间某月某 零件的入库总工时和计划完工