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南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 如何利用信息技术，将现代管理思想有效的运用于组织生产，从而提高企业市场 竞争力，是我国制造业所面临的紧迫任务。 本文首先分析了目前制造业企业生产管理中存在的不足，描述了此类企业对生产 管理系统的需求特点，阐述了生产管理与控制的研究现状与发展趋势。然后结合一个 典型的制造业企业江西江铃齿轮有限公司进行了系统的需求分析和设计。接着研 究了企业多层次的生产计划模型，提出了一种以按时交付为目标的生产能力平衡与计 划控制的方法，并对其中需要解决的关键技术进行了研究和讨论。最后根据系统的设 计思想，结合提出的方法进行了系统的开发。 关键词：信息管理生产计划能力平衡生产控制 第【页 竺兰堂垄堕量生型笙型墨篓塑竺壅量茎垄 a b s t r a c t i ti st h e u r g e n tt a s kf o ro u rm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e st oo r g a n i z et h ep r o d u c t i o n e f f i c i e n t l y a n dt o i m p r o v e t h e i r c o m p e t i t i v ep o w e ri n t h em a r k e t b ym e a n s o ft h e u t i l i z a t i o no f t h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n dm o d e mm a n a g e m e mp h i l o s o p h y i nt h ef i r s tp a r to ft h ea r t i c l e ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h ed i s a d v a n t a g e so ft h et r a d i t i o n a l p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t i nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sa n dt h er e q u i r e m e n t so fp m si nt h i s k i n do f e n t e r p r i s e s t h es t a m sq u o a n d d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fp m c s w a sa l s od i s c u s s e d t h e r e q u i r e m e n ta n a l y s i sa n ds y s t e md e s i g n i n gw a s c a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o n o fj i a n g x i j i a n g l i n g g e a r b o xc o l t d a tt h es a m et i m e ，t h ea u t h o rs t u d i e dt h e k e y t e c h n o l o g yt os o l v ei nt h ec a p a b i l i t yb a l a n c i n ga n dp r o d u c t i o ns c h e d u l i n gs y s t e m ，a n dp u t f o r w a r da m u l t i - l a y e rm o d e l o f c a p a b i l i t yb a l a n c i n ga n dp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，t h a ts o l v e d t h ep r o b l e mt oh a n do ni nt i m ea c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tn e e di nt h ee n t e r p r i s e s f i n a l l y , t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m w a s d e v e l o p e d b a s e do na l lt h e s ea b o v e k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o nm a n a g e m e mp r o d u c t i o np l a n n i n g c a p a b i l i t yb a l a n c i n g p r o d u c t i o nc o n t r o l 第1 i 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 中小型制造业企业对生产管理与控制系统的需求 c i m $ 的研究与实施在我国已取得了较大的成效，尤其是在一些大型的、生产自 动化程度较高的企业中更是如此。但随着市场竞争的日益激烈，许多基础不太好的中 小企业也希望通过引进计算机控制与管理，来提升自身的竞争力。而目前国内却没有 与之相适应的成熟的软件和管理模式。造成这种情况的主要原因是，目前我们实施的 c i m s 通常是在计算机网络及数据库的支持下，将m r pi i 、c a d c a m 、c a p p 、c a q 等有 机的集成起来。对企业的管理水平与自动化程度都有较高的要求。而这些中小企业并 不具备这些条件，且具有与大企业不同的特点i l 7 j ： 1 ) 小企业倾向于市场定单驱动。由于m p ri i 是批量方式管理，计划中有许多 参数是按经验数据事先设定的，这类工厂的生产受外界影响比较大，生产例 外情况比较多。另外m r p1 1 只考虑车间控制的综合效果，难以实时处理， 对车间管理与控制的功能也不强，所以大型企业的m r pi i 管理方式对小企 业不能直接应用。中小型企业往往根据市场预测和定单，制定主生产计划， 用其来产生短期生产计划和物料需求。车间根据此计划着手编制自己的一套 日常作业计划或纯粹是人工在现场做出计划、调度。 2 ) 企业产品品种不多、结构也不太复杂，所以b o m 表层次不太深。部分产品的 物料比较多，即b o m 表比较宽。一般说来，计划的编制不太复杂。 3 ) 没有太多的高度的自动化设备，生产管理中人工参与较多。给计算机管理带 来定的困难。 4 ) 没有多层递阶的组织结构，各部门管理的功能交叉比较普遍，因而对相同数 据信息的要求较多。 可以将整个中小型企业看成一个控制系统。系统的输入是根据市场预测和定单制 定的主生产计划或高层生产计划：它的输出是各级管理人员需要看到的相应信息。生 产中的例外信息以及生产计划的改变均可看成是系统的扰动。 1 2 生产管理与控制系统概述 1 2 1 生产管理的概念与内容 生产管理是对产品的生产过程进行计划、组织和控制，用经济的手段制造出质量 第l 页 生兰韭垄堑量生型笙型墨竺塑堑塞量茎垄 好、价格低的产品，达到及时满足市场和用户要求的一种管理职能 12 1 。 生产管理包括：生产过程组织：生产准备；生产计划及作业计划：生产控制。其 目的是为了对外生产出质量、交货期和价格符合用户要求的产品；对内提高职工劳动 生产率和设备利用率，使材料、在制品、成品储备量最小，资金周转最快，材料消耗 最省，管理费用最低，生产计划、生产方法最优。 1 2 2 生产管理与控制在企业信息管理系统中的地位、作用 生产管理与控制部分在企业信息管理系统中具有非常重要的地位和作用。下面分 析一下国内制造业企业在生产管理中存在的不足。 在国内不少传统制造业企业中，生产管理功能大多是通过企业不同职能部门来实 施与完成的。在未采用先进生产管理系统时。各有关职能部门主要基于人工处理。因 此，在企业的日常生产活动过程中，上述各方面的管理与控制将难以得到较好的解决， 具体的不足有如下几点【2 1 】： 1 ) 企业各职能部门的信息、生产数据具有局限性，缺乏全面性、准确性、一致 性和实时性： 2 ) 企业各职能部门间的工作未能形成系统、合理规范的机制，协调困难，人为 因素影响极大； 3 ) 完全基于人的经验、技巧编制的各类生产计划通常缺乏科学性和合理性；需 求变化时计划调整困难，表现出非柔性特征，响应速度慢。 4 ) 由于生产信息不能及时反馈，缺乏动态更新，很难对生产进程实现有效控制 和管理，调度不灵活，常常造成设备停机待工或出现瓶颈，作业调度带有较 大盲目性： 5 ) 由于生产信息不能及时反馈，加工质量很难得到有效控制，超差品常常得不 到及时补救和处理； 6 ) 生产数据统计报告主要靠人工处理，工作量极大，统计分析不易用于协调组 织车间生产活动和优化生产管理。 有效的生产活动控制和管理要求采用适宜的先进制造技术来实现科学、合理的车 间级生产计划：灵活、实时作业调度与执行；产品零件生产活动过程跟踪与生产现场 状态信息实时反馈。m r pi i 系统在这些功能不太强，尽管这种情况在e r p 系统软件 中得到了一定的改善，但仍不能很好的满足和解决实际的需求。 1 2 3 生产管理与控制的研究现状和发展趋势 关于生产管理与控制的研究，目前比较著名的理论是物料需求计划( m r p ) 和准时 第2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 制( j u s t i n t i m e ，5 i t ) 生产控制思想。 m r p 作为一种成熟的算法已被广泛地运用于生产管理之中，但其真正要产生成 效：方面对作为m r p 的输入b o m 、加工工艺文件、库存文件、期量文件的准确度、 完整性和一致性要求非常高；另一方面，对于主生产计划，因为其输入来自于合同和 预测。由于市场需求瞬息万变，其自身的数据具有一定的可变性，而且约束于实际的 生产能力，这一特点使得计划的制定并不是由上至下的一次性的过程，而需进行不断 反馈、调整、计算。由于以上两个原因使得m r p 算法在企业中的实际运用的情况并不 十分的理想【1 7 】。 j i t 的含义是在所需要的时间按所需要的量生产所需要的物品。准时制生产被称 为拉动生产方式，意思是生产系统中的物料流由实际需求拉动，其逻辑是：除非需要， 否则就不生产。实际生产中拉动信息由看板发出，因此准时制生产系统又被称作看板 生产系统。准时制生产系统的成功之处在于在制品存货的减少，从而使生产成本显著 降低。准时制生产方式与其他生产方式的关键区别在于物料流的触发机制和在制品水 平的控制机制【4 4 】。但由于j i t 的实旖需要很多条件，国内大多数企业尚不具备这些 条件，因此j i t 思想在企业中成功的案例也不是很多。 目前许多研究人员正对生产管理中的生产计划、作业调度自动决策等内容进行大 量专门的研究，也提出了不少算法。而根据某一算法，完全依靠计算机生成的调度计 划，通常不能很好的适应复杂多变的企业生产环境，因为企业生产中存在的于扰因素 有很多，这一点在中小型制造业企业中尤为突出。因此大多数算法还停留在理论的阶 段，还没有十分适合企业实际应用的系统。现在也有人采用计算机辅助，同时结合生 产管理人员的方式进行计划的编制、能力平衡与生产过程控制。通过信息系统的支持， 利用计算机对庞大的生产信息进行分析，为管理人员提供可视化的辅助决策信息，帮 助其实现具有预见性和科学性的生产管理与控制。这样做的益处是结合了当前制造业 企业的特点，具有一定的实用性。本文的研究思路就参考了后者的思想。 1 3 本课题的提出与研究目的 随着m r pi i 与e r p 、c i m s 的推广应用和制造业信息化的实施，我国许多离散制 造企业的信息化已达到了一个较高的水平，企业利用信息系统初步实现了信息处理与 管理的自动化，特别是m r pi i 的推广应用，使得企业的计划更合理、资源管理与配 置更科学。然而，由于m r pi i 的实旖中，通常回避能力平衡闯题，使得企业的生产 主管领导不能方便地进行生产能力的综合平衡，资源的有效配置，计划的科学调度。 作为生产管理中主要内容之一的生产控制一直是企业实现信息化管理的一个薄弱环 节，在目前还没有十分成功的实用化系统可供企业使用。 本课题是在江西省重大科技攻关项目“d n c 通讯网络及管理系统( 简称：j c d n c 第3 页 生产能力平衡与计划控制系统的研究与开发 系统) ”开发实施阶段，即车间生产管理系统试运行阶段由企业的生产主管根据企业 所处的市场竞争环境，为解决不断增长的产品市场需求以及自身生产能力的限制之间 的矛盾提出的。 研究目的就是应用管理技术，信息集成技术与可视化技术相结合，研究开发出一 个生产能力平衡与计划控制平台，使得企业的生产主管领导能方便、直观地进行计划、 能力平衡、调度及计划控制，最大限度的保证产品的按时交付。对于深化企业改革、 提高运营效率，进一步提高领导决策的科学性、及时性，计划调度的合理性有着十分 重要的意义。 1 4 本文的主要研究内容 本文的研究内容主要包括： 生产能力平衡与计划控制系统的总体设计 分析企业的需求，提出一种适合企业实际的生产能力平衡与计划控制的系统 框架，确定系统的功能与运行模式： 计划编制与能力平衡方法的研究 能力平衡将考虑产品交付计划、装配计划、零件生产计划之间的相互约束， 结合个典型的制造业企业分析其生产计划模型、研究结合车间生产能力的计划 编制方法。 生产进度的动态控制模式与方法的研究 研究以提高及时交货率为目标，以车间管理信息系统的及时信息反馈为依据 的生产进度动态控制模式与方法；。 部分系统模块的开发与实旌 1 5 本文的章节结构 本文各章节的内容安排如下： 第一章绪论首先分析中小型制造业企业对生产管理系统的需求特点；然后介 绍生产管理的概念和内容，描述其在整个企业信息管理中的地位和作用 并研究生产管理与控制的研究现状和发展趋势；最后阐述本课题的提出 以及主要的研究内容和研究的意义。 第二章生产能力平衡与计划控制系统的设计首先描述研究对象江西江铃 齿轮有限公司在生产管理与控制中遇到的问题并分析其产生的原因：然 后在研究企业的需求基础上，提出系统的设计思想以及总体框架；最后 进行系统的功能定义和信息模型设计，同时介绍支撑系统中的有关内 容。 第4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第三章生产能力平衡与计划控制系统关键技术的研究根据企业的需求和系统 的设计思路，研究系统的关键技术。首先结合j i t 的拉式思想提出一种 以保证产品按时交付为前提的多层计划约束下的能力平衡方法。叙述生 产控制技术分类及有关内容，并提出一种适用于本系统的动态生产进度 控制技术，最后通过举例对所研究的两个关键技术进行说明。 第四章能力平衡与计划控制系统的开发首先介绍系统的开发环境和工具，然 后按系统的总体框架顺序介绍核心模块与支撑模块的开发。 第五章总结与展望总结了本文的主要工作与应用的成果，分析研究与开发中 不足，最后指出还需进一步的研究内容。 第5 页 竺主堂塑! 塑皇盐型笙型墨竺箜堑壅量茎茎 第二章生产能力平衡与计划控制系统的设计 在下面的章节中我们将进行生产能力平衡与计划控制系统的总体设计，具体的工 作包括系统的需求分析以及总体框架设计，同时还将简要的介绍一下系统的设计思 路。下面首先进行的是系统的需求分析。 2 1 生产能力平衡与计划控制系统的需求分析 2 1 1 江齿生产管理中遇到的问题 绪论中提到过该系统是在j c d n c 系统试运行阶段，由企业根据其自身的情况以 及不断增长的市场需求提出的。下面先描述一下目前企业所面临的具体问题：由于企 业生产的齿轮箱产品市场反映很好，因此来自不同定货厂家的产品定单有不断增加的 趋势，同时该企业也在不停的进行生产设备的投入，例如2 0 0 1 - 2 0 0 2 年度在设备上的 投入就达2 0 0 0 万元等等。但仍存在定单不能按时交付的问题。仔细分析一下造成此 现象的原因有很多，较为主要的有以下两点： 首先是企业生产主管在准备接受定单任务时没有可靠的生产能力数据，同时又缺 乏快速而直观的车间任务分配工具，造成在接受定单时就带有的一定主观盲目性。事 实上该企业目前的做法就是尽可能多得接受加工定单，是否能够按时完成进行较为粗 略的估计，在正常无法完成的情况下采取一些措施，例如：加班、外协等方式来扩大 生产能力上的不足，而这些措施的采取缺乏预见性，这样必然使得一些交付定单拖期。 另一个较为突出的问题是由于企业的信息化实施中存在不少信息孤岛，信息交流 速度缓慢，大量的统计仍通过人工方式进行，使得生产主管部门常常不能及时得知车 间的实际生产情况( 注：在实施j c d n c 系统前，各车间当日的生产情况经过人工统计 汇总的方法，通常要经过一到两天时间才能到生产主管手中) ，这使得一方面企业主 管在生产出现问题时，无法及时采取措施而导致交货时间的延误；另一方面，管理人 员在作生产进度控制时缺乏准确、有效的生产数据，在决策制定上存在一定盲目性， 最终同样可能会造成定单无法及时完成，给企业的经济和信誉带来损失。 2 1 2 系统的需求分析 上一节中我们分析了企业在生产管理中遇到的问题并剖析了造成这一问题的原 因。在此基础上分析出企业在生产管理与控制上总的需求是：根据企业有限的生产能 力以及实际的生产任务完成情况，通过简单、直观的管理和控制方法以及快速、准确 第6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 的信息流，为企业生产主管实现按时完成交付定单提供一个有效的辅助决策工具。具 体而言就是实现企业各职能部门的生产信息共享，确保各类生产信息传递的及时性、 准确性。同时，生产主管借助一种直观的工具，并结合实际的车间生产能力信息，进 行车间生产任务的安排，预先得知各车间的能力负荷情况，以此判断定单能否及时完 成。在日常生产过程中管理人员可以通过采集到的实际生产信息判断加工中的产品能 否按时交付。 系统应满足以下几点需求： 生产能力的平衡 在交付定单确定的情况下，能够根据车间的加工能力进行计划的编制，然后 进行能力分析，由此确定产品能否按期交付。 生产过程的控制 能够和车间生产信息有机的结合，进行生产进度的动态控制，及时、有效的 控制产品的生产进度，确保最终产品的按时交付。 系统的独立性和集成性 希望系统可作为辅助决策工具独立运行，同时又能够较好的与制造执行系统 有机的集成，实现数据的共享。 系统操作的简洁和人机的友好、 力求实现企业的生产主管领导能方便、直观地进行计划、能力平衡、调度及 计划控制。 2 2 系统的设计思想 为了解决当前企业所面临的问题，从企业的需求出发，进行系统的总体设计。下 面先来描述一下系统的设计思想。 首先解决生产信息共享的需求，建立一个涵盖企业内部各生产车间以及相关职能 部门的信息管理系统。从而能够为管理人员及时的提供制定决策所需的生产情况和其 余的信息。j c d n c 系统就是基本满足这一要求的管理系统，该系统覆盖了企业主要 分的生产车间以及相关的管理部门( 诸如：厂办、质管部、技术开发科等) ，可以通过 d n c 接口采集到机床的实际加工情况、完成零部件的物料跟踪，统计完工情况等等， 由于和本系统的特殊关系在下面的章节中还将j c d n c 系统进行详细的介绍。 在建立信息系统的基础上，根据该系统得到的基础信息具体包括：零件结构、车 间加工能力、交付定单等信息以及物料的库存情况，对定单按一定的顺序分解到各生 产车间。任务分解时将生产车间视为一个独立的加工中心，即任务只分配到车间级， 生产任务如何分解到车间将在第四章中作详细的阐述。分配给车间的任务可以进一步 由车间管理人员进行具体细分，也可以通过一定的调度算法进行自动编排。将某一时 第7 页 生产能力平衡与计划控制系统的研究与开发 段内的定单任务分配完成后，生产管理人员可以观察各车间的能力负荷情况，使其发 现车间生产能力是否不足，判断定单能否及时完成以及是否需采取一些控制措施。 在车间级的任务被分配至各生产车间后，需进行生产进度的控制，来确保产品的 最终按时交付。具体的思路是通过信息系统采集到的生产完成信息，以及零部件和产 品的库存情况等信息，确定未完成的工作量，然后再按一定的计算判断方法结合未完 成的任务量，使管理人员及时发现如果未完成的工作任务仍按原计划进行生产是否会 影响到最终的交付期，以及其余交付定单是否能够按时完成。判断剩余的生产任务是 否会导致某些定单不能及时完成的方法将在第四章关键技术的研究中做详细介 绍具体。 考虑到用户希望系统也能够独立运行。因此在系统的设计时也预留了与j c d n c 的数据接口。具体的方法是通过不同的数据信息接口工具( 如：零件信息接口、工艺 信息接口等) 实现不同数据库的数据表的有条件导入和导出，从而实现不同系统之间 的信息共享问题，还基本解决了不同系统之间相关信息的集成。 2 3 系统的总体框架结构 2 3 1 系统在企业信息系统的位置和作用 在进行系统的框架设计前，由于该系统的许多参考信息来源于生产车间，因此本 系统与车间管理信息系统有着密切的关系。为了清楚的说明两者的关系，先简要介绍 一下企业信息系统的结构。企业信息系统包括计划层、执行层和控制层三层。信息系 统模型如图2 1 所示。 层 图2 - 1 三层企业集成模型 本系统位于整个企业系统的计划层，j c d n c 车间管理系统的上层。系统以交付 定单信息为信息源头，通过车间级计划的编制，进行车间级的能力平衡，确定交付计 划的可行性。再通过j c d n c 系统的生产计划接口将生成的高层计划下达至车间管理 层，指导车间的日常生产：同时通过本系统的集成数据接口获得j c d n c 车间层的生 第8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 产管理系统闭环控制目的。 j c d n c 车间管理系统涵盖了企业集成模型中的执行层与控制层，即通常所说的 制造执行系统( 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 ，m e s ) 和设备层控制系统。 制造执行系统是位于上层的计划管理系统与低层的工业控制系统之间的管理信 息系统【l ”。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。 执行层强调具体计划的执行。通过制造执行系统把企业上层与企业的现场控制部 分有机的集成起来。在j c d n c 执行层中的单元执行层输出用于统计的车间现场信息， 包括完工信息、物料信息、质量信息、例外信息等。 控制层强调设备的控制。包括p l c 、数据采集器、条形码、各种计量与检测仪器、 机械手等的控制。在j c - d n c 中设备控制层输出设备状态信息和工具信息等设备相关 信息，以上信息以及单元执行层输出的各种信息经过信息处理模块生成统计结果并反 馈至车间管理层和企业管理层，成为进行生产的动态控制的信息基础。 2 3 2 本系统总体框架图 在上一节中我们讨论本系统与车间管理信息系统的相互关系，进行了设计出系统 的总体框架设计。图2 - 2 显示了系统的总体框架图，其中包含了系统的核心模块和包 含于5 c d n c 系统中的支撑模块的框架图以及两者之间的信息接口： 第9 页 竺兰壁垄兰塑皇生型笙塑丕竺塑里壅兰茎茎 仫一l 、惧耿玷, f a j 定单管理 车间级计划编制 f 车间信息反馈 车间级能力平衡 生产管理与控制 追加 ， 删- 鳃p 燮_ 辆h 计 c a p 2 ， c a p 3 ， c a p m ，f j j 歹0 。 基于上面的假设和算法后，我们可以容易的推倒出各个装配日期的算术表达式： 对于第k 天，产品，的交付计划来说，其所需的生产时间为d ，。c ，( 天) 。从最 后一个计划日( 第n 天) 的交付计划排起，各个产品的装配起始时间分别如下： n d m n c a p “ 一d m c a p ，一d m 吐c a p ( m l 一巩c a p 村一d ，叱c a p ( m l 】一一d l ，c a p l 则第天零件的装配起始日期为： 村 、 一( d 州c a p ，) ，。j 第k 天的交付计划所需的总的装配时间为： 第2 4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 艺c a p c a p ，)( d 咄，) 依次类推，计划日历中第k 天，零件q 其装配计划的起始日期就为 nm ，、m n 一( d f ，c a p ，) 一池。c a p 。) j = k + ll = lt = q 3 1 3 多层计划约束下的能力平衡方法 在上节中详细讨论了两层生产计划的编制方法，下面再进一步研究多层生产计划 的编制与能力平衡方法。 对于多层生产计划系统，可以将它看作为两层计划体系的延伸，根据某一交付产 品的加工顺序，通过最后一级计划( 本系统中为交付计划) 向前拉出其前面一级的计 划，然后参照两层计划编制的算法由计算出的那一级计划再向下拉出其下级的计划， 依次方式，得到整个计划体系的各级计划。从系统的柔性和完整性考虑，最下层的计 划不要求一定是毛坯或原材料级的供应计划，但系统需要知道该层计划的提前期信息 才能制定出准确完整的各级计划。在编制完成各车间的生产任务后，就可通过分析由 计划产生的车间能力负荷帮助生产主管做出相应的决策。多层生产计划编制的算法流 程如图3 - 4 所示。 第2 5 页 生产能力平衡与计划控制系统的研究与开发 图3 - 4 多层生产计划系统计划编制流程图 3 2 基于交付计划的生产进度的动态控制技术 3 2 1 生产过程控制概述 企业的生产活动是根据生产计划和生产作业计划的要求进行的，这些要求具体表 现为生产的数量和生产的期限。但是，计划在实旅过程中，会出现差异，这种差异一 般表现在时间的超前或滞后，数量的过多或过少。因此在生产实施中，需进行修正或 调整，以减少出现的差异，达到计划规定的目标，这种功能就叫生产控制1 5 】。图3 5 是生产控制系统反馈回路的一般框图。 图3 - 5 生产控制系统反馈回路框图 3 2 1 1 生产过程控制的概念和内容 所谓生产控制，就是按生产计划的要求，组织生产作业计划的实施，全面地掌握 企业的生产情况，了解计划与实际之间发生的差异及其原因，及时调整生产进度，调 配劳动力，合理利用生产设备，控制物料供应和储存，并统一组织力量，做好生产服 务工作。生产控制通过对生产进度的管理保证企业的生产经营活动能够持续顺利地进 行，作为调节生产的有效工具，生产控制是解决生产问题的重要手段。生产控制通过 计量、统计、比较，组织生产信息的传递和反馈，及时发现并纠正实际与计划的偏差 或及时调整生产计划。 生产控制的核心是管理生产进度，即如何以最佳方式控制作业进度，完成生产进 度要求生产过程中还应具备根据生产状态的变化快速做出反应的能力。而及时准确地 获取、传输、反馈生产状态信息成为有效地管理生产进度的关键。 生产控制的基本内容主要有三条： 1 对控制生产所需基准的设定。即对生产要进行控制时所依据的各种控制标准 r 目标、计划、标准、条件等) ，要先有明确的规定，这是进行控制的依据； 第2 6 页 一 查室塾至堕盔奎兰堡主兰焦笙苎 2 对执行情况的测定与比较评价； 3 对偏差采取的更正措施。 生产控制是一项涉及各方面的反复进行的过程，大体分为以下几个步骤： 1 计划、目标、标准的拟定和检查 2 计划、目标、标准的发布和下达 3 执行过程的检测 4 ，测定结果与计划、目标、标准的比较 5 比较结果反馈 6 更正措施指定 3 2 1 2 生产过程控制中的动态控制与静态控制 一般把生产过程控制分为生产进度的动态控制和生产进度的静态控制以及生产 成本和产品质量等控制。 生产进度的动态控制，就是从生产的对间进度方面或从时间序列纵向去进行观察 核算和分析比较，用以控制生产进度变化的一种方法。动态控制是按时完成生产计划， 保证产品生产过程中各环节密切衔接，各零、部件生产齐套，保证均衡生产的一种非 常必要的手段。 生产的动态控制，一般包括投入进度控制、出产进度控制和工序进度控制。在不 同生产类型和不同生产组织、计划下，要采用不同的控制方法。但都是根据健全的生 产作业凭证、作业核算和作业统计、分析等信息资料进行的。 投入进度控制，指控制产品开始投入的日期、数量、品种是否按计划投入， 是否符合计划要求。 出产进度控制是指对产品、零、部件的出产日期、出产提前期、出产量、出 产均衡性和成套性的控制。 工序进度控制是指对产品在生产过程中经过的每道加工工序的进度所进行 的控制。 生产的静态控制是指从某一“时点”各生产环节结存在制品、半成品的品种和数 量大小的变化来掌握和控制生产进度。是从数量方面的一种控制进度方法。这种控制 方法能通过控制在制品、半成品数量掌握生产进度，又能管好在制品、半成品，保证 有合理的储备量，减少在制品、半成品的积压。静态控制的主要内容是控制好在制品、 半成品。 本系统的主要目的是从保证计划的按时交付来考虑的，所以这里主要研究生产进 度的动态控制技术，并将其应用于生产能力平衡与计划控制系统中去。 第2 7 页 一 生兰堂查垩箜兰盐型塑型墨堕塑塑塑墨堑垄 3 2 1 3 生产控制自动化的过程 在生产控制中实现控制过程的自动化一直是生产管理中的研究热点，下面简要叙 述了生产过程控制自动化的一般过程。 1 过程监控 生产状态信息适时传输至管理部门就可对生产过程进行动态监控，快速做出响 应。为了能够从整体上把握生产进度，可以对采集到的基础信息进行加工整理，定时 更新生产进度情况，实现各种查询。查询方式有：按部门，按设备，按人工，按日期 等。按部门给出设备清单及设备的加工任务清单及设备当前状态：维修，暂停，空闲 或正在加工。给出当前投产的所有产品及基本数据信息，动态更新产品加工的进度情 况，包括：产品完工率，零件完工率，剩余工时，零件完工工序数。提示工序位置， 完成部门，操作人员。这样设备、操作者、加工任务便可对应起来，利于核实任务， 明确责任。任务查询应在管理部门和生产现场中都可实现，工人可随时查询自己的当 日任务表。这样可代替部分工艺文件，增加了信息传递的效率。 2 工时计算 工时对制造业企业来讲是一个非常重要的数据。工时统计的信息基础是系统自动 识别的信息单元。统计方式一般分为三种：人工工时、设备工时及产品工时。统计原 理是根据不同的统计对象( 如设备、产品) 自动生成不同的查询条件，先计算出统计 对象的绝对工作时间，再根据预先设定的工时算法进行计算。由于不同企业对工时的 计算方法不尽相同，应根据企业实际做出相应的调整。 3 数据转换 为了提高系统的通用性，便于同其它系统的连接，可根据企业实际需要提供多种 数据输出格式及数据转换功能。 4 报表输出 报表输出是信息管理的一项基本功能，根据采集到的信息统计结果可实现各种报 表的定制和打印功能。 3 2 2 基于交付计划的动态控制技术说明 通过和j c d n c 系统的有机集成，系统在生产控制上的指导思想由原来的按计划 “催办型”生产作业调度管理模式变成基于车间实际情况变化的动态生产作业进度控 制模式。整个生产管理系统的生产计划被分为高层生产计划和车间级生产计划( 一般 为月计划) 两部分。高层生产计划以车间级产品为单位，以车间定单形式下达，在车 间计划管理模块中增加车间级定单接收和处理功能，以便使车间能同时接收工厂下达 的车间定单或外协零件加工定单。 系统着重进行计划的出产进度控制。进度控制方面主要根据各车间实际生产情况 第2 8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 以及历史数据，以此为基础并结合生产管理人员的经验进行生产进度的控制。绪论中 提到过，尽管对生产计划、作业调度自动决策已有许多专门研究，并取得了定成果， 但是真正能适应企业实际应用的调度软件仍然很少，人工干预调整仍然是十分需要 的，特别是突发事件发生的场合下更是如此。本系统采用信息系统提供辅助决策信息， 以有经验的管理人员进行人工调整任务为主，来达到进度控制这一思路来进行该技术 的研究。该技术的具体过程如下： 1 将使用上一节的算法生成的车间级计划以车间定单形式下达到各生产车间开 始进行生产；暂时将每一计划层中各零件的开始生产日期作为其子计划层对 应计划的控制标准。 2 在每个工作日结束后，统计出需要交付的产品以及相关零部件的生产进度情 况。具体做法是统计出各产品、零部件的在制品和库存数量以及各种废品、 不合格品、短缺品数量，然后通过这些数据计算出所有相关零部件及产品的 实际完成数量： 3 将上一步骤计算出的相关零部件、产品的实际完成数量以车间为单位进行分 配，目的是统计出每个车间计划的完成情况。 4 选择生产计划中属于最底层计划级的某一生产车间作为考核车间，该生产计 划层作为考核层。 5 将考核车间的实际完成情况与该车间的生产计划进行比较。如果该车间某种 产品或零部件的生产任务未完成，则系统将通过该产品或零件的需求总量以 及实际完成数量之差计算出此车间未完成的加工工作量，然后再将该加工工 作量结合车间生产能力信息换算成工作日数b 。 6 将该任务的完成时间后移珥的时间，得到一个新的完成日期峨。判断 是否大于其控制标准。 7 如果完成日期大于其控制标准，则用类似的方法考核其对应的上一级计划的 完成日期，直至交付日期，如果最后的完成日期仍大于交付日期，则需提醒 生产管理人员采取相应措施保证该产品的按时交付。 8 如果完成日期小于其控制标准，则将此完成日期作为其下层计划新的控制标 准。此时判断完工时间后移是否会影响该车间后面所有加工任务对应产品的 最终交付日期，依次考核该车间控制时段内的每一生产任务，具体考核方法 参照步骤6 、7 、8 。 9 判断该层计划中所有相关车间是否均已考核完成。如果存在车间未考核，则 选择计划层中的其他车间作为考核对象，具体考核方法参照上面几个步骤。 如果已考核完毕，则将考核该计划层的上一层中的所有车间，具体的考核方 第2 9 页 生产能力平衡与计划控制系统的研究与开发 法参照上面的方法。 1 0 依次向上直至到总装车间，完成对所有车间生产进度的考核。 通过考核可以判断生产进度是否会影响控制时段内的产品准时交付，以及具体影 响何种产品的准时交付和推迟的时间。同时可根据实际生产情况得到所有车间新 的考核标准，基本实现了生产主管部门根据实际生产状况的动态计划控制。 3 2 3 动态控制技术流程框图 下面显示的是前一节研究的企业动态生产进度控制流程图。 第3 0 页 3 3 举例说明 图3 - 6 基于交付计划的生产控制流程图 为了更好的说明上面谈到的多层计划下的能力平衡与进度控制方法，下面结合一 个事例来描述一下系统进行能力平衡与进度控制的过程。 首先看一下多层计划层次下的能力平衡方法。假设产品的交付计划如下表3 - 1 所 示。其中的交付日期表示由一个参考点时间开始的第几个工作日。为了讲述问题的简 第3 1 页 生兰壁查兰煎量生型丝型墨竺箜旦窒兰互垄 便和直观，产品编号这里采用x y 的方式来表示，说明该产品由x 和y 两种部件组成， 例如表中的3 - 4 可理解为产品3 - 4 由3 号齿轮组和4 号壳体组成。同时假设产品的交 付数量就是需生产的数量，即库存数可理解为零：对于库存数不为零的情况，可以通 过一定的方法，计算出产品的净生产量。为了突出说明本系统采用的车间级的能力平 衡方法，因此实例中对许多情况作了简化处理。 、交付日期 产品编亨 1 4 1 7 2 3 3 - 4 2 8 0 1 2 2 4 5 3 2 9 0 表3 一l 产品交付计划表 根据本节所研究的计划编制和能力平衡方法，先要通过由加工顺序确定的计划层 次来分派各生产车间的加工任务。上面的步骤完成后，通过分析各车间能力负荷情况， 为确定定单能否接受以及采取何种的措施提供一定的依据。下面就结合上面的产品交 付计划表来描述一下整个能力平衡过程。表3 2 显示的是各生产车闻的加工能力，其 中的数据表示车间每日加工指定物料的数量，其中齿轮组的物料编号用c 开头，壳 体类采用k 开头。需特别说明的是，虽然壳体毛坯是由外部供给的，但仍可将采购 部门视为一个生产车间，但由于采购产品的通常具有批量，生产能力的单位这里就不 是件每日表示，而是认为某一范围内的毛坯数量的采购时间相同，例如毛坯的采购 数量是1 0 0 件批，则对于2 8 0 件和2 5 0 件同种类型的壳体毛坯，它门的“生产周期” 就都是3 天。 、车间名称 毛坯采购 物料编亨、 总装车间齿轮车间壳体车间金工车间 部 3 47 0 1 27 0 3 23 0 c 17 0 8 2 c 35 0 7 0 k 2 8 01 0 0 k 45 61 0 0 表3 2 生产车间加工能力情况表 首先进行交付计划到装配计划的编制，制毛出总装车间的生产任务。根据上边提 第3 2 页 一童塞堕至堕丕奎主堡主兰垡笙茎 供的数据，计划编制从计划表中最后一个交付日期开始，即是第2 3 个工作日向前编 制。第2 3 日需交付9 0 件产品3 2 ，装配这9 0 件产品的时间是：生产数量加工能力 2 9 0 3 0 = 3 天。即开始装配产品3 2 的最晚时间是第2 0 工作日。依据前面提到过的“前 紧后松”原则判断能否将开工日期前移，由交付计划表可以看出，产品3 2 的开始装 配日期小于其前一个交付计划，即产品卜2 的交付日期第1 7 工作日，因此可将 产品3 2 的开工日期提前至1 7 日。继续计算前一个需交付产品的开始装配日期，装 配产品卜2 的时间需要2 4 5 7 0 = 3 5 天，因此产品卜2 的开始装配日期是第1 0 5 工作 日( 1 7 3 5 = 1 3 5 ) 。最后计算本交付计划中最早需交付的产品的开始装配日期，装配 产品3 4 需4 天，其装配日期应该从第1 0 个工作日( 1 4 - 4 = 1 0 ) 开始，但由于产品3 4 后面的交付计划开始加工的时间在它之前，因此产品3 4 的装配日期应由它后面一个 交付计划的开始装配时间决定，此时产品3 - 4 的开始装配时间就为第9 5 个工作日 ( 1 3 5 - 4 = 9 5 ) 。由此完成了总装车间装配任务的分配。 根据上面计算得到的总装车间装配计划，以及其下级车间的加工能力，运用同样 的方法可以得出下级车间的生产计划，以此类推得出各级车间的生产计划分配情况。 由于篇幅的原因，计算说明过程这里略过，只将最终的计算结果采用甘特图的方式显 示出来。 车间名称 装配车间 齿轮车间 金工车间 壳体车间 毛坯采购 部 图3 7 各车间生产计划分配图 在各个车间的生产计划编制完成后，管理人员就可以根据结果做出相应的决策。 例如由上图可以看出金工车间第一个交付计划的开工时间分别为0 ，假设参考点时间 为当日，则说明该计划在这个部门就应该开始执行了。如果计算出来的某一开工时间 为负数，则生产管理人员就需要采取一定的措施如：扩大某一车间的生产能力、寻求 外协等来缩短加工时间，否则将导致定单无法按时完成。 通过能力平衡将可行的生产计划下达到各车间后，就需要进行生产进度控制以保 证准时交付。仍以上面的交付计划为背景，来说明本系统所研究的动态控制技术。 假设前面五个工作日生产均按计划正常进行，在第六个工作日由于金工车间出现 设备故障，导致其未完成额定的生产任务，当日实际产量与计划产量相差4 0 件。根 3 - 2 i 生产能力平衡与计划控制系统的研究与开发 据研究的控制方法，将金工车间未完成的工作量转换为工作日数，即差额数量加工 能力= 4 0 8 2 = 0 5 天。因此该生产任务的完成日期就将延误0 5 个工作日，将在第7 5 个工作日完成。从图3 - 7 上可以看出该任务的控制标准是齿轮车间第二个生产任务的 开工时间，即第9 5 个工作日，因此金工车间该任务的完成时间小于其控制标准，也 就是任务的延误并没有影响到其后续车间的开工时间，从而也不会影响到该任务对应 定单的最终交付日期。但仍需计算该车间的生产延误对其以后的加工任务所造成的影 响，金工车间下一生产任务的完成日期也将后移o 5 天。由计划分配图同样可以发现 这任务的完成日期也在其后续车间开工时间之前。因此可以得出结论金工车间的例 外事故不会影响到考核时段内定单的按时交付。可以看出，由于前面计划编制时采取 “前紧后松”原则，因此加工任务的延误并不一定会导致最终交付计划的延误，最终 出现何种结果还需按控制方法经过计算后才能得出。 在第九个工作曰，齿轮车间由于紧急任务，正常的生产计划没有执行，这样齿轮 车间第一个任务的完成时间就将后延一个工作日，则其后续车间总装车间第一个 装配任务的开工时间也相应的后移一日，由上图可以看出最终产品将无法按时交付。 考核齿轮车间第二个生产任务时发现这次停工也会造成第二个交付计划的拖期。这时 管理人员就需采取一些补救措施来保证整个计划的执行进度了。 3 4 本章小节 在本章中首先结合j i t 的思想提出了一种以保证交付日期为目标的具有多层计 划约束的能力平衡方法。然后作者阐述了生产控制技术的概念、分类及其内容，最后 研究了一种简洁、实用的以交付日期为衡量标准的生产计划动态控制技术，并通过事 例对本节中研究的能力平衡与计划控制方法进行了进一步的说明。 第3 4 页 一一 堕塞塾至堕蒌莶兰堡主兰垡笙奎 第四章生产能力平衡与计划控制系统的开发 4 1 系统的开发环境与工具 由于系统的实施对象是企业的生产主管，这就要求系统操作简便、快速而直观， 考虑到c 语言强大的计算功能以及在图形处理上的优越性，因此系统的主体部分采 用v c + * 6 ，0 开发。为了满足系统自身的独立性以及与外界信息集成这一目标，系统在 功能设计时规划了许多数据接口，用于实现本系统与其他系统之间的信息交流，由于 p o w e rb u i l d e r 在数据库操作上具有自身独到的优势，运用扬长补短的原则，故接口 模块采用p o w e rb u i l d e r 7 0 开发。数据库的选择时考虑到系统的独立性与实用性， 将使用m i c r o s o f ta c c e s s 数据库，必要的时候通过数据库导入导出的方式，可将系 统自身的数据库移植至其他的数据库系统。 4 2 系统核心模块的开发与说明 在本节中将按照系统