（机械制造及其自动化专业论文）钣金材料定额及余料库存管理研究.pdf

摘费 钣金材料定额及余料库存管理研究 研究生：田启文导师：许超( 教授) 学校名称：东南人学 摘要 经过信息化建设的制造企业，一般可以生成零件的物料需求计划，但对于钣金制造企业的板材物料需 求，仍然依赖于人e 操作。对于大多数钣金制造企业，在生产过程中不可避免会产生加工余料。传统的翻 造资源管理系统基本忽视了对加工余料的利_ i j 和管理，一般作为废料处理，废料处理价格是进货价格的六 分之一左右。随着市场竞争的激烈，材料成本已成为制造企业在竞争中保持优势的关键因素，因此材料成 本管理已经成为现代企业提高利润的瓶颈。 论文全面分析了钣金制造企业在板材材料计划方面的需求。提出了制造材料定额的系统模砸，并且采 用i d e f o 功能建模对系统进行了详细描述。针对一般钣金制造企业的需求，提出了对材料加i ：余料管理和 利用的方法，并在系统模型中对余料的利用方法和余料库存的管理进行了深入探讨，从而补充了传统库存 理论和方法在制造余料方面的空白。 制造过程中余料库存最小是系统的优化目标在最小化过程中，作者构思了整体单板优化，部分单板 优化和三角矩阵法进簿余料预选。并借鉴“背包翊题”数学模型的解决方法，引入二重结构编码的遗传算 法，解决余料预选问题。 在理论研究的基础上，开发了钣金材料定额及余料库存管理系统原型，对论文研究的算法和观点进行 了测试和实践。 关键词：钣金材料定额余料管理遗传算法库存物料需求计划 a b s t r a c t f a b r i c a t i o ne s t i m a t i n ga n dr e m n a n ts t o c km a n a g e m e n t b yt i a nq i w e n s u p e r v i s 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 t h em a t e d a lr e q u i r e m e n t sp l a nc a nb eg e n e r a t e da u t o m a t i c a l h w i t he rp _ b u tf o rs h e e tm e t a l m a n u f a c t u r i n gi ts t i l ir e l i e so nt h em a n u a lo p e r a t i o n i ti si n e v i t a b l et h a tt h e r e ；sr e m n a n ti nf a b d c a t i o ni n m o s ts h e e tm e t a le n t e 巾r i s a s t h et r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n gd i s r e g a r d st h e m a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o no fr e m n a n t t h e ya r eu s u a l l yd i s p o s e da ss c r a p 。w h i c hp r i c em a y b ea b o u t o n es i x t ho fp u r c h a s ep r i c e w i 铂t h em o r ea n dm o r es e r i o u sc o m p e t 饱o ni nm a r k e t t h em a t e d a lc o s th a s t u m e do n eo fk e yf a c t o r st ok e e pp r e d o m i n a n c ei nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sd u r i n gc o m p e t i t i o n i ti e o b v i o u st h a it h em a t e d a lc o s tm a n a g e m e n th a sb e e nab o t t l e n e c ko fi m p r o v i n ge n t e r p r i s e s p r o f i t s i nt h et h e s i s t h em a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n go fp l a t e sa r ec o m p l e t e l ya n a l y z e df o rs h e e tm e t a l e n t e r p r i s e s a ni n t e g r a t e dm o d e lo fm a n u f a c t u r i n gm a t e r i a lc o s te s t i m 酬n gi sp r e s e n t e d ，w h i c hi s d e s c r i b e di nd e t a i lw i t hl d e f 0f u n c t i o nt o o l s f o rc o m m o ns h e e tm e t a le n t e r p r i s e s d e m a n d s ，t h ei d e a lo f u t i l i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fr e m n a n ti sp u tf o r w a r d 。a n ds o m ek e yp r o b l e m sf o rr e n l n a n t au t i l i z a t i o n a n dr e m n a n t si n v e n t o r ya r ed i s c u s s e dd e e p l y , w h i c hi sa ni m p o r t a n ts u p p l e m e n tf o rt h et h e o r yo f t r a d i t i o n a li n v e n t o r y m i n i m i z i n gt h er e m n a n t si n v e n t o r ym a yb et h eo p t i m a lo o j e c t i v ei nm a n u f a c t u d n g 1 1 1 ea u t h o rd e s i g n e d t h r e em e t h o d st or e a c ht h i sa i m ，w h i c ha r et h ew h o l ec p t i m i z a t i o n ，仇ep a r to p t i m i z a t i o n 。a n dt h et r i a n g l e m a t r i xm e t h o d m e a n w h i l e 。e n l i g h t e n e db yt h er e s o l u t i o no ft h e k n a p s a c kp r o b l e m s 。t h ed o u b l e s t r u c t u r ec o d eo fg e n e t i ca l g o r i t h mi sj n t r o d u c e di nt h eo p t i m i z a t i o no fr e m n a n t si n v e n t o r y 孙em e t h o d o fh o wt op i c ku pr e a s o n a b l er e m n a n t sa n dh o wt or e d u c et h ec o m p u t a t i o na m o u n td u r i n gr e m n a n t s u t i l i z a t i o ni sr e s e a r c h e d 。w h i c hm a yb ev a l u a b l ef o rr e a l i z i n gt h em a n a g e m e n ta n du t i l i z a t t o no f 怕m n a n t a ap r o t o t y p es y s t e mo nf a b r i c a t i o ne s t i m a t i n g & r e m n a n ts t o c ki sd e v e l o p e dt op r o v et h ea l g o r i t h m sa n d v i e w p o i n t sp r e s e n t e di nt h i st h e s i sb a s e do nt h e o r yr e s e a r c h k e y w o r d a ：s h e e tm e t a l ；m a t e r i a le s t i m a t i n g ；r e m n a n ts t o c km a n a g e m e n t ；g e n e t i ca l g o r i t h m ； i n v e n t o r y ；m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) 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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名“丑越日期：型! ：i ：孑1 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：日期 第一章绪论 第一章绪论 1 1 材料成本控制与库存研究概述 世界上备个国家在经济上的竞争，可以说主要是制造技术的竞争。在各个国家企业生产力的构成中， 制造技术的作用往往 6 0 左白吐在“世界i ：厂”的中国，这种竞争更加激烈和残酷。“中国制造( m a d e i n c h i n a ) ”已经成为世界各个角落时常可见的商品标志，世界加1 ：中心在中国己经成为无可争议的事实1 2 1 世界各大发达国家在中国这块r 占老。卜地上利润角逐，给中国传统企业带来千载难逢的发展机遇的同时，也 给企业的生存带来前所未有的挑战。尤其在利润空间相对狭小的传统制造业，企业需要面对的生存压力更 加巨大。 随着计算机技术和通信技术的发展，极大地拓展了制造业的深度和广度，产生了一系列创新性的制造 概念、管理模式和制造技术，制造业信息化迅速改变着传统制造产业的面貌。伴随着廿 界经济全球化发展 制造领域内的市场竞争愈演愈烈，一场以制造业信息化为内涵、以先进制造技术为特征的新的制造业革命 正在1 廿界范罔内波澜壮阔的展开。制造业只有自主的利用信息技术米改造和强化自身，依托网络实现本地 和异地企业信息资源共享，改造企业组织结构，改善信息流、数据流载体平台，采川数字化、信息化、网 络化、智能化、集成化的制造策略，实现制造过程的低成本运行，努力提高对市场需求的快速响应能力和 市场竞争力，才是制造业的发展创新之路 在市场经济的优胜劣汰规律的推动下，各企业为了降低成本、提高利润想尽办法。采购，作为价值链 的起点，是降低成本有效的突破点。计划经济模式的采购方法缺点已经暴露无遗，这种采购模式一般采 库存驱动模式，按照库存龌来决定采购的原材料和数颦。这样制定的采购计划就会脱离生产计划，无法按 主生产计划动态的更新，致使采购无法与生产需求保持高度的协调性。材料定额架设了主生产计划到采购 的桥粱。是控制材料成本的直接途径。库存，也是企业关注的一项重要环节，是制造业信息化进程中不可 同避的模块，准时生产( j u s ti nt i m e , j r r ) 核心价值就是通过零库存来降低成本。相反，库存积压会减少 流通资金，提高产品成本，降低了企业的市场竞争力。 1 2 材料成本控制的现状 成本是现代企业增强竞争力必须重视的五大因素( t q 、s ，c 、e ) 之一，降低成本就意味着提高利 润，在市场竞争中抢占先机。根据我国企业会计准则规定，企业应采用制造成本计算法。钣金零件的成本 构成主要有：直接材料费用、直接人j ：费用、制造费用p i 。 一般轴类零件、盘类零件，可以根据毛坯件计算出相应的材料成本。而由于钣金零件是多零竹用同一 板材加t 出来，无法直接确定单零件坯料，企业目前普遍采用的方法是将板材平摊剑零件上的方法，这种 方法比较粗糙，给材料成本的控制和管理带来了困难。 c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，计算机辅助r 艺过程计划) 的作用是利用计算机来进行零件 加_ 亡1 ：艺过程的制订，把毛坯加一l ：成工程图纸上所要求的零件。它通过向计算机输入被加i 零件的几何信 息( 形状、尺寸等) 和工艺信息( 材料、热处理、批量等) ，由计算机输出零件的l ：艺路线和i ：序内容等 工艺文件1 4 1 。c a p 在钣金零件上的应用，内容和范围上都有所拓展，钣金零科在生成1 ：艺之前，先要进 行排样操作。钣金的材料定额是在排样的基础上完成的，得到企业在艺设计时要确定制造的l ：艺以及制 造所需的材料。但是，c a p p 并没有把功能进一步扩展到材料成本的计算和控制等方面，只是为材料成本 的计算和控制提供了材料信息、加工信息等 东南人学硕r 学位论文 1 3 库存理论研究现状 在美国生产与库存管理协会( a p i c s ) 词汇对“库存( i n v e n t o r y ) ”一词的定义是：“以支持、维护、 操作和客户服务为目的而存储的各种物料；包括原材料和在制品、维修件和生产消耗品、成品和备件等。” 制造企业的库存一般包括原材料产成茄、备件、低值易耗品以及在制品。库存在企业生产经营过稃中形成 的停滞，在企业物流系统中起着缓冲，调恬和平衡的作崩，能有效克服产品生产与消费在时间上的差异， 创造肘阋效应“ 安全库存是库存理论的一个重要部分 6 - 9 1 。研究者认为，库存的目的主要是为了保证生产和销售正常进 行，所以在计划之外经常保持一定的库存量作为保险储备，也就是安全库存( s a f e t ys t o c k 或f l u c t u a t i o n i n v e n t o r y ) ，有时候也称为最小库存余料( m i n i m u mb a l a n c e ) 或最低库存安全库存是为了缓冲供需之间 的不平衡才设置的，因此，它是可以动用的。只是当库存餐低丁安全库存昔时，系统可以自动生成补充计 划，从而始终保持一定数量的安全库存安全库存与安全提前期的展终目的都是为了保证客户服务。 确定安全库存不仅是一个统计学的概念，更重要的是经营决策问题。预测的准确性、市场需求和供戍 的稳定性、生产率的高低，提前期的欧短，生产能力的丈小、数据的准确度，车间作业的响应速度以及生 产计划员如何返用时间的概念控制m p s 的变动等，都会影响剑安全库存攀的确定。因此，要随着情况变 化维护安全库存晕的设置。r a l p hd s n y d e r 等利用指数平移法建立公式，在季1 l 性趋势变化时，估计安全 库存 t 0 1 。 j i t ( j u s t i n t w n e ) 思想的出发点是“零库存”0 1 - 1 j 。j r r 准时生产管理方式是五十年代起源y - 日本丰田 公司的生产管理方式。其基本思想就是j u s t i n t u n e 所表达的含义：。只在需要的时候，按需要的簧，生产 所需的产品”。该管理方式的核心是追求一种无库存或使库存最小的生产系统，为此开发了包括。看板管 理”( k a n b a n ) 在内的一系列具体操作方法。逐步形成了一套独具特色的生产管理体系。 j r r 是为了提高生产质鼙而逐步形成的。其主要宗旨是将原材料的库存母减少剑一个生产班次恰好需 要的数量，从而迫使原材料供应商必须保证其所供应的原材料1 0 0 合格。在适时制下，库存是没有替代 品的，其生产的每一个零部仆都必须是合格晶。因此，生产库存不仅提高了对原材料和零部件的要求。而 且也提高了对承运人运输质草的要求。用户向供应商订货，在交货时间上是按日、甚至是按小时提出要求 的。他们为了尽可能地降低存货持有成本( i n v e n t o r yh o l d i n gc o s t s ) 。不惜多批次、小批龋订货。这样，j r r 系统的实施不仅提高了产品质晕，有效地控制存货，降低了相关的存储费| 【f = i ，而且有效地减少了产牖成本。 j r r 通过追求一种无库存或使库存最小，降低了成本，提高了利润，但同时加大了供麻商和经销商的 压力。从供应链管理的角度来讲，并没有消除库存，只是“库存转移”，供麻商在供麻链上起剑了原材料 库存的作用。他们随时迅速送货的承诺，使企业不用担心冈原材料未到而耽搁生产；他 f j 的高质螭的产品、 准时送货的行动。保证了企业在生产时不需要安全库存的缓冲。经销商起剑了成品库存的作刚 1 4 课题研究的背景 本课题的研究主要是帮助某车辆厂解决信息化建设中的困难。该企业已经实施了e r p 、p d m 等项目， 企业信息化建设取得一定的成功，优化了企业运作流程，加快了产品上市速度。但是，作为该厂的主要设 计制造部门，钣金r = 艺生产部的作业方式还比较落后，很多环节还是靠手i ：方式完成，给材料成本的控制 带来了困难。企业电脑和网络为信息资源共享铺设了硬件基础，e r p 、p d m 的成功实施为信息资源共享构 建了平台。然而。钣金t 艺生产部的信息获得和共享出现断层，b o m 表很雉流畅的在各节点传递，电脑 降级为作图纸绘制、文字编辑、报表汇总的 具。 如何保证e r p 采购计划中板材采购规格和数量的合理性，采购同来的板材在生产车问中如何根据r = 艺 路线中的工序和现有设备资源最大化利用，下料过程产生的剩余材料和边角料的如何管理和l 利用，已经成 为企业必须面对的问题。随着e r p 在工厂的实施，工厂的管理水平的提高，j ：厂 ：艺管理思路越米越清晰、 流程越来越规范，而且大部分产品均为多品种小批量车璎，交货期短，要求工艺设计的周期也相麻越来越 短；但由于工厂没有一套合适的板材下料排样软件来进行下料排样j ：艺设计，所以存在以f 问题：虽然负 2 第一辛绪论 责优化排料的l ：群师经验丰富，但由丁人的思维能力有限，总是不能尽如人意，也无法对各种板材规格、 各种套料方式进行科学的比较；卜料排样1 艺# 片的填写，计算j ：作草较大，无法满足市场对工艺快速反 应的要求：川的各种规格的材料信息不能自动统计需人工完成相应信息的汇总管理；下料排样工艺# 片 和材料定额中数据的一致性要人一l ：保证。 e r p 项目的实施并没有解决企业全部的物料需求计划。e r p 项目物料需求计划只达剑零件层，将产品 逐层分解为零件，按照计算逻辑确定零什需求计划。而企业更需要加i 钣金零件所需要材板的需求计划。 因此对钣金零件进行材料定额，生成板材物料需求计划，指导企业的采购和生产，是企业努力实现目标。 企业的现行生产制造管理体系没有包括对扳材余料管理，而企业生产成本控制要求越来越高，使得对 板材余料的管理成为必须面对和亟待解决的问题。由r 余料处在1 f 受控状态，无法进行合理的利用和使用， 所以余料一般作为废料处理，这是对生产原材料的浪费，增加了生产成本；余料没有统一合理的管理流稃， 在车间的滞留时间软长，占用了生产场地的空问，本来可以作为原材料使用的余料，却成了妨僻生产的“废 物”：在生产制造时，有时候会出现生产失误，有的操作人员为了怕承担造成生产失误的责任，直接找一 块余料重新加一i ：零件，这种因余料缺乏管理而造成的生产不规范，直接影响了企业的管理流程，并且操作 ：随意使_ f j 状态不清的原材料，也给企业产晶质颦坤f 了隐患。 企业为适麻市场的变化，将制造技术做精，实现精细化f 料，对制造成本实行全过程和实时控制，对 工艺的要求越来越高，原有的管理模式和下料排样j ：艺文件的编制方法已不能完全适麻现代制造企业的要 求，冈此引进排样c a d 软件来完成板材优化套料任务势在必行。并且将捧样c a d 软什的功能延伸。完成 材料定额功能，指导采购部f j 按生产计划定量采购。系统软什还要包括板材余料数据管理的功能，以便丁： 充分利_ h = 余料和完善管理。 1 5 课题研究的意义 本课题是为某一具体企业制定的解决方案和开发的钣金材料定额及余料库存管理系统，但是系统有广 泛应用价值和研究意义。本课题以企业信息化建设为研究背景，以钣金零件为主要研究对象完成的钣金 在一l ：业界一直扮演着非常重要的角色，不论是航海航天、家_ 咐电器、汽车i ：业，还是电子产品行业等，都 大母使用钣金零件。钣金零件的劳动生产率及材料利用率高，而且钣金零件本身重晕轻，强度好。成本低。 因此，在金属制品市场上，钣金零件的份额在9 0 以上i ”j 。高市场份额 有率为课题研究的必要和意义提 供了牢崩的支持。 系统引入的排样c a d 软什解决了钣金行业核心问题。基于计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n , c a d ) 的排样模块大大提高了板材利用率，提高了生产效率，节约了宝贵的设计时间。随着制造业技术的 发展，钣金零件的设计、加j ：也在进行着深刻的改革，钣金加 设备已大量使用数控冲床，数控剪床等先 进设备，钣金零件的计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，c a m ) 已成为钣金加i ：发展的必然 趋势。捧样c a d 软件在钣金行业的戍用，即c a d 技术在钣金行业的一个重要虑_ i j ，也为c a m 在钣金制 造中的应用打下了坚实的基础，具有重要意义。 材料定额知识的研究以及通过计算机辅助系统实现自动完成，是优化企业管理、增强企业的工艺快速 反戍能力、提高企业制造执行能力的重要途径。材料定额是联系设计部| j 与采购部门的桥梁，通过材料定 额完成采购b o m ( b u y i n g b o m b b o m ) ，直接指导采购部fj 采购计划。通过计算机辅助系统来自动完成 采购计划，更是提高了生产效率。去除了手工作业方式的出错率高、劳动强度大、主观因素影响明显等缺 点。 从最初的m r p ( m a t e r i a l r e q u i r e m e n t p l a n n i n g ，物料需求计划) ，到m r p i i ( m a n u f a c t u d n gr e s o u r c e s p l a n n i n g ，制造资源计划) ，直到e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e sp l a n n i n g 。企业资源计划) 对于原材料的定义， 都有一个进价成本属性，进一步的成本、利润等计算都以进价成本属性为根据。这种一般物料的定义没有 涵盖余料板材，余料板材在生产过程中产生，在计算材料成本时把整个板材的成本已经分摊到了零件上， 所以剩余的板材成为“零成本”。如果在生产中再利用这些余料板材，就是“零成本”原材料。对余料板 材的研究扩展了e r p 中物料的内涵。 3 东南大学研 l 学位论文 为了充分利h j 余料和加强对余料的管理，构建了余料库存。对余料库存的研究，是1 ，约成本、提高利 润的直接方法。钣金零件在生产制造过拌中，同时会产生丈量的余料，余料作为废料处理是很大的浪费。 在材料价格不断上升的情势之f ，余料是钣金生产企业中一项不可忽视的利润来源。构建板材余料库并进 行管理，是降低企业成本，提高收益的可行途径。同时，余料库存与e r p 研究的安全库存、j r r 研究的零 库存不同，有自己鲜明的特点，对余料库存理论的研究，也是对传统库存管理理论的丰富和完善。 1 6 课题研究的主要内容 本课题就是以某车辆厂为课题背景，面向钣金产品的全生命周期管理，以钣金材料定额和余料库存两 方面为主要研究内容，构建钣金材料定额及余料库存管理系统，目的是控制企业材料成本，提高企业利润， 特别是对主生产计划驱动型采购、余料库存的构建及最小化进行了深入地研究。 课题在研究过稃中主要做以f 方面的一1 作： 1 1系统功能的全面分析与实现。 对系统整体分析和对相关理论方法深入研究，理清系统流稃，明确系统需要完成的功能，需要的支撑 数据库以及数据的流向。并将其分割成不同的模块，通过各功能模块接口和集成，完成系统全部功能。 2 )集成钣金排样功能模块 钣金排样是控制材料成本的基础，是材料定额的前提，合理的钣金排样方案可以节省材料。在本课题 中不对排样算法做深入研究，通过集成钣金排样软什来实现，对排样软件进行集成和一二次开发，进一 步完善摊样软件。 3 )对材料定额的理论进行探讨 对摊样结果充分利用，提取排样结果中相关板材信息，对板材进行定性、汇总，由原来的非结构化文 本信息转化成结构化数据款目，结合m r p 中物料需求计划计算理论，对板材物料需求计划进行计算 并把功能延伸到采购部分和材料成本控制方面。 构建余料板材库存模型 对了：余料板材进行记录、标识和跟踪，结束余料管理混乱的状态。将余料库存对钣金设计 ：艺部开放 把余料作为f 一批生产计划的原材料。 5 1研究余料库存最小化算法 提出了通过动态生产消耗，将余料库存昂小化的思路，在钣金捧样阶段，给余料赋值更高的优先级， 保证首先使h 】余料；研究加强对余料使用的方法，通过余料本身消耗，使余料库存最小化。 们以b o m 表为主线，通过对b o m 的转化和变异。使系统流稃更加清晰。 产品设计完成之后产生设计b o m ( e n g i n e e r b o m ，e b o m ) ，经过过滤筛选转化成钣金b o m ( s h e e t m e t a l b o m ，s m b o m ) ，根据加工方法的不同，分成了不同的工艺b o m ( p r o c e s s p l a n n i n g b o m ，p p b o m ) ， 由于排样j ：序的参与，b o m 表变异成为采购b o m ( b u y i n g b o m b b o m ) 和余料b o m ( r e m n a n t s b o m 。 r b o m ) 。 乃完成原犁系统开发。 在对系统充分分析和实现方法清晰掌握的基础上，利用编稃语言和数据库工具进行了基于b s 结构的 原喇系统的开发，实现系统的功能，并给用户安装试用，进入初步的实川阶段。 4 第一章钣命材料定额及余料库存系统模型 第二章钣金材料定额及余料库存系统模型 2 1 企业现状分析与系统构建 2 1 1 企业现状分析 作者经过对某车辆厂钣金工艺生产部艮时间的调研，并与其部门人员详细的了解和沟通，对企业现状 主要分析如下： 采购按库存状况进行，无法实时的反应生产的需要； 设计：j 艺部j 没有给采购部j 提供完善合理的采购b o m ； 钣金零件手f 排样效率低f 不能达到对市场变化的快速响虑； 零件捧样无法在短时间内进行多种捧样方案的比较和优化，制约了材料利用率的提升，并导 致成本增加； 钣金零件设计部门与生产部门信息集成不够完善，造成工艺计划与车间实际制造不一致，弱 化了企业对制造资源的管理与控制： 余料在计划管理之外，造成企业制造过释管理存在较大的缺陷： 余料利川的随意性和非计划性无法实现对制造成本的控制； 余料存在直接浪费，并给制造车间的管理造成混乱； 余料的随意利j j 也给制造质量带来隐患； e r p 与p d m 的集成中，制造材料b o m 成为信息阻断的集成障碍和瓶颈； 企业现存问题可以i 门结为材料成本控制环仃薄弱，导致材料成本难以降低，材料计划往往与实际制造 的材料用量不一致，因此材料成本管理已经成为企业制造执行系统的瓶颁。构建以钣金制造材料成本规划 及其管理模型，为企业信息集成与管理的戍_ 【l j 希i 集成提供支持，为企业降低成本、提高利润提供保障，是 企业当前的一项紧急任务。 2 1 2 系统初步构建 基于对所存问题深入i 门纳 和分析，作者制定出一套比较完 整的解决方案，构建了钣金材料 定额及余料库存管理系统 ( f a b c o s t 系统) ，如图2 - 1 所示。 帮助企业加强材料成本控制环 节，理顺钣金设计制造流程，去 除流程中障碍点，在出现断层的 节点架设联系桥梁，完善企业信 息化建设，提高企业设计制造效 率。 系统以排样功能为中心，对 于捧样功能的实现，是通过集成 图2 - 1 系统芎4 f 体框架 国际先进钣金排样系统a u t o n e s t 来实现的。它能够最大程度利朋板材，使废料降到最少。对丁有精确的 板材需求计划和切割计划的产品，a u t o n e s t 是一个迅速高效的t 具。采用集成方式是直接对产品c a d 图 5 东南人学硕t + 学位论文 纸和产品l 艺b o m 进行制造j 艺和材料分类处理，f 自动形成排样任务，通过零排样方案优化，生成需 要的材料i 艺 片和材料需求清单，同时直接将摊样方案以电子文档形式指导相应的生产活动。 得到排样结果之后，通过对排样结果的分析、分类以及类聚曹操作，提取排样结果中的板材信息，生 成这一批生产任务的物料需求计划，对于钣金零什进行材料定额并以b b o m ( b u y i n gb i l lo fm a t e r i a l ， 采购b o m ) 的形式传递给采购部fj ，指导采购计划。所谓材料定额是根据企业的生产任务，结合生产习 惯和任务的特点编制生产产品所需材料的计划，即车间加。i ：产品需要原材料的种类和数量，原材料的使_ h l 科学合理是企业从事生产的关键【1 6 1 。 在系统的构建中余料板材的利和f 管理是难点，余辩本身是不规则的，以及其他一系列的特殊属性决 定了余料利_ i j 和管理的复杂性，对于余料扳材的利州和管理在以后章箝中有详细的描述。加强对余料库存 的管理，完整信息化建设，是促进企业发展，增加企业的利润的有效方法 2 2 系统整体框架 在对钣金材料定额及余料库存管理系统功能需求分析的基础上，将系统分解为子功能模块，完成系统 功能。并把f a b c o s t 系统置于企业信息化建设现状的环境f 褴体思考，考虑剑信息获取与流向，数据库的 支撑等因素钣金材料定额及余料库存管理系统具体系统结构幽如图2 - 2 所示。 l i 使用占i i 使用者i uu 钣金材料定额及余科库存管理系统 零件筛选功能自动捧枰功能材科定额功能 库存构建功能余料管理功能 生产制造功能 】 眨数据刁b 删习 昏络协司 i rn l 广阳m 口 广e r pi 应用层 功能层 数据层 信息层 图2 - 2 系统结构图 钣金材料定额及余料库存管理系统以企业信息化建设为基础7 , 1 8 j ，同时又是对企业信息的完善。系统 信息来源于p d m 、e r p ，同时将结果和输出b o m 也导出到p d m 、e r p ，与其他系统进行数据信息共享 数据库管理( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) 、数据、t c p i p 网络协议等是系统运行的必要条 件，系统与信息层的交互是通过数据完成的，并且余料库存构建和最小化的功能也是以数据库为基础完成 的。 钣金材料定额及余料库存管理系统属丁：功能层，是架接信息层与应用层的桥梁，是先进制造技术思想 在企业中的具体应用，是钣金制造企业信息化建设的一个重要节点。系统由零件筛选、自动排样、材料定 额、库存构建、余料管理、生产制造等功能模块组成。各功能模块分别完成不同的任务，同时义相辅相承、 相互补充、不可分割，构成一个整体系统。系统优化企业的f 作流程，提亮企业i ：作效率：实现与p d m 、 e r p 以基于数据库或文件方式的集成，使企业内部产品与_ = 艺信息流成为控制企业内部物流的重要动脉。 6 第一章钣合材料定额及余料库存系统模型 2 3 系统与其他信息系统的关系 根据项目实际状况和企 业目标，首先必须给予钣金 材科定额及余料库存管理系 统( f a b c o s t 系统) 在整个企 业信息化构架中基本定位， 如幽2 - 3 所示。明确f a b c o s t 系统与其他系统的交互和数 据流向，以及对车间d n c 系 统的作用。 钣金材料定额及余料库 存管理系统将输出下料1 ：艺 捧样卡片、材料定额明细及 汇总以及排料的d x f 文档。 样的d x f 文件能够宜接被 c a d ，c a m 系统读取，生成 数控加i ：的稃序。通过对捧 样项目显示材料的利朋率， 汇总对一个订单的材料成本 以及余料的利_ i j 。可以生成 需要的计算分析报告。系统 的余料图形文件将读入剑 p d m ，或者在系统的余料库 下规定目录存放。当前订单 图2 - 3 系统在企业信息集成系统中的基本定位 的余料清单将直接传递给e r p ，或备料车间和生产制造部，余料库信息将导入e r p 的余料库。 钣金材料定额及余料库存管理系统是在已经建设的企业信息化项目e r p 、p d m 基础上构建的，数据 的输入输出和b o m 表的导入导出以e r p 、p d m 数据库作为平台利载体，同时f a b c o s t 系统也是对e r p 、 p d m 的完善和补充。系统完成部分数据的中间计算和整理过程。主要集中在钣金的择样、j ：艺以及库存 管理方面，消除了企业信息化建设在这些方面的盲点。 2 4 系统功能模型 2 4 1i d e f 方法概述 i d e f 方法是当前国际上戍用很广泛的一种对复杂系统进行分析和设计的建模1 ：具，它是i c i a m ( i n t e r g r a d e dc o m p u t e r a j d e dm a n u f a c t u r i n g ) d e f i n i t i o nm e t h o d 的缩写。i d e f 方法在许多麻用问题中 起了很好的作用。它在降低开发费_ i j ，减少系统开发中的错误，促进交流的一致性及加强管理等方面产生 了效益1 。 i d e f 的基本概念是在2 01 i t 纪7 0 年代提出的结构化分析方法墓础上发展起来的。i d e f 方法晟初是应 用于系统r 程。2 0 世纪7 0 年代，美国空军为了满足系统设计和分析领域的建模方法的需求，在i c a m 程中戍 l j 了名为i d e f 的方法。 i d e f o 方法是i d e f 方法族的一部分。i d e f o 描述系统的功能活动及其联系，说明了系统做什么的问 题，在i c a m 中建立加工制造业的体系结构模型，其基本内容是s a d t ( s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g n 7 东南人学硕1 学位论文 t e c h n o l o g y ) 的活动模刑方法。这是由s o f t t e c h 公司发展起来的。 i d e f 0 方法是复杂系统的通h j 设计分析方法。i d e f 0 的基本思想是结构化分析方法，它能同时表达系 统的活动和数据以及它们之间的联系，所以i d e f 0 模氆能全面的描述系统。对丁新的系统，i d e f 0 能描 述新系统的功能及需求，进而表达一个能符合需求及完成功能的实现。对于已有的系统，i d e f 0 能分析戍 川系统的j ：作目的，完成的功能及记录实现的机制。 系统可以被认为是由物体和活动以及它们之间的联系组成。所谓模型就是系统和一种转面描述。对一 个简单的系统而青，这种描述往往可以h j 某种数学公式表示。但对于一个复杂系统来说。就很难用单一的 数学模犁1 具作为建模手段。i d e f 0 方法采删圈形语言希i 服 从一定规则的白然语言弗圳的方式来描述系统。一个模犁由图 形，文字说明、词汇表及相互的交义引朋表组成，其中图形是 主要部分。 l d e f 0 模氆是由一系列活动图形组成，活动图形即描述 功能的图形。图形中的基本元素包括盒子和与之相连的箭头。 盒子四周的箭头分别表示“输入”、“控制”、“输出”、“机制”， 用名词表示，它们可以是抽象的数据。也可以是具体的事物， 如图2 - 4 所示。 “输入一是指盒子需要加f 处理的盒子的外部信息。 图2 4i d e f 0 基本元素 输入可以是来自系统的外部信息，也可以是来自其他盒子的输出信息。 “控制”说明了活动变换的条件环境或约束。盒子进行信息的处理、加一1 ：是按照某种规则或约束 条件进行的，这种规则或约束条件即为控制。输入与控制表示为完成此次活动所需要的数据。 “输出”表示盒子经加、处理后产生的信息，即盒子功能完成后，得纠的信息。该信息可以进入 数据库中存储起来，也可以直接进入其他盒子或向系统外部输出，或存入中间数据文件。 “机制”是该活动赖以进行的基础或支撑条件，指对信息进行加 、处理的软、硬件环境或平台， 可以是机器、操作人员，或计算机操作系统、数据库、工具软件等。 2 4 2 系统的i d e f o 建模 系统通过对来自p d m 的产品c a d 图纸和产品1 ：艺b o m 进行制造r ：艺和材料分类处理，并根据分类 和来自e r p 的生产指令形成摊样任务。经过零件摊样优化，生成需要的材料l ：艺管片帛i 材料需求清单。 同时直接将排样方案以电子文档形式导入p d m ，用于指导相应的生产活动。在材料计划过程中，将以最 小化余料库存为目标强化车间余料的利埘与管理，节省制造的成本。 为了全面清晰的了解钣金材料定额及余料库存管理系统功能，采用i d e f o 的建模方法，对钣金材料定 额及余料库存管理系统( 以f 简称f a b c o s t 系统) 进行建模。系统结点树如i 垒i2 - 5 所示。 其中； a 1 1 ：o 0 图纸预处理 a 1 2 ：排样项目建立 a 13 ：零件分类处理及排样任务生成 a 2 1 ：板材排样优化 a 2 2 ：型材排样优化 a 2 3 ：成本综合评价 a 3 1 ：余料分类和快速筛选 a 3 2 ：当前余料库管理 a 3 3 ：余料变更信息输出 8 第一帚钣舍材料定额发余料库存系统模型 钣金材料定额及余 料库存管理系统 ( f a b c o s t 系统) 内外关 系幽a - 0 如图2 - 6 所示， 具体功能有： 由p d m 导入相 席的零什图纸， 进行排样前 v e c 格式处 理，在f a b c o s t 系统中按照产 品进行零件的 数据管理； 由p d m 导入零 件的工艺 b o m ，作为材 料分类的输入 信息； 由e r p 导入原 材料信息币i 余 料库信息，对 f a b c o = 系统 的材料库进行 刷新处理，同时 可以对原材料 规格进行维护， 以便满足排样 需要； f a b c o s t 系统 接收来自e r p 的生产指令，包 括更改信息单， 用于对订单进 行材料的定额 计算； 零件信息 l a b c o s t 系 统a - o i f a b c o i t 系统 a o al不la 1 3 a2小1a 2 2a 2 3 ， 血2 ”1”3 零彳，f ：图纸 一i ：艺及i ：艺b o m 生产指令 原材料更改信息 余料变更信息 加工 f 艺 准则 材料 分类 准则 数据 字段 定义 f a b c o s t 材料定额i ：艺每片 排料忙片 材料定额汇总表 排样e 酗纸 余料变更信息 成本l 系统l 图档l a u t o n e 哑 刮剖瓣l 懈c p 策硌l 数据 模组i 警：? ：群 l 库il ” 图2 - 6f a b c o s t 系统内外关系图a - o 在f a b c o s t 系统中根据加丁= 工艺、材质以及材料规格进行零件分类； 根据生产指令和分类，建立摊样的项目，并在交互状态i - - 生成排样的任务； 对板材进行材料的排样处理，包括矩形零件优化排样模块、异形零件优化摊样模块； 以余料最小化为目标优先进行余料的排样计算； 对项目进行综合评价，选择成本最低薷l 利_ l j 率最高的材料使用方案； 输出材料定额r ：艺昔片、排样卡片以及定额汇总表，并将对应的文档输入给p d m ； 根据项目，将余料信息输出给e r p 系统的库存管理子系统。 9 东南大学硕l 学位论文 图2 - 7f a b c o s t 系统功能描述a 0 匿2 - 7 是钣金材斜定额及余料库存管理系统( f a b c o s t 系统) a 0 图，是对图2 - 6 中f a b c o s t 系统a - 0 的功能分解。 建立一个当前产品的目录。这个目录f 。进入的c a d 图纸 经过转换，成为v e c 的格式，这些图形文件将用丁排样。 考虑到在一个生产订单f ，需要对零f 1 的各种排样进行评 估，在这个模块中将针对这个订单建立若干的排样项目，由此 区分不同排样方案，便了：管理，如图2 8 所示