非标设备制造企业生产管理系统研究
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非标设备制造企业生产管理系统研究
在对非标设备生产特点及其业务流程分析的基础上，提出系统的功能结构，建立非标设备物料清单(BOM)和关系型数据表的映射关系，设计了数据库结构，最后对系统进行开发，实现了非标设备BOM信息的高度共享以及生产全过程的动态管理，提高了非标设备制造企业生产管理水平，并为其进一步地管理改进提供决策支持。
0 引言
随着科学技术的飞速发展、产品需求水平的提高和制造业全球化趋势的加剧，多品种小批量和单件订货型生产方式已经逐渐取代大批量生产方式而成为主流。非标设备制造企业就属于典型的订货式生产企业，只有当销售部门与客户签订合同后，企业才开始按照订单的要求进行专门的工艺设计并组织生产。与大批量生产方式相比，非标设备生产具有以下特点：1)产品需求数量一般为单件；2)工艺设计与生产为一次性；3)产品结构复杂，生产周期长；4)外协、外购件较多；5)生产过程动态多变。上述特点决定了非标设备制造企业生产管理无法采用基于主生产计划的主流ERP系统，非标设备制造企业生产管理的信息化进程已不能满足生产实际的需求。信息传递的滞后性、信息孤岛的存在、工艺更改信息管理混乱、生产计划编排柔性不足，以及生产进度缺乏有效监控等问题日益突出。因此，设计开发出基于非标设备生产特点并满足非标设备生产业务实际需求的非标设备生产管理信息系统，对于提升非标设备制造企业生产管理的信息化水平，保证非标设备按时、按质交付用户具有重要意义。
1 非标设备生产业务流程
从项目管理的角度，可以将单台非标设备的生产过程视为一个项目的进行过程。工艺部门在非标设备设计图样的基础上，进行审图和工艺编制，形成产品的物料清单(Biu of Material，BOM)和工艺单，并通过任务提料形成材料消耗工艺定额明细和标准件、外购件及辅助材料明细，最后制定工时定额。计划部门根据产品BOM、交货期以及企业实际生产能力等，制定产品的总体生产计划并通过审批后下达。随着时间的推移，在总体生产计划的基础上，综合考虑各方面因素，编制下一阶段滚动生产计划并通过审批后下达，直到产品最后总装完成。生产部门根据滚动计划进行生产派工，并按照材料消耗工艺定额明细和标准件、外购件及辅助材料明细领取物料，组织车间生产，及时汇报生产进度。质量部门对每道工序进行质量检验，如果质检合格，继续进行生产直至产品总装完成并交付用户；
如果质检不合格，则需要进行返修或重新生产直至最终检验通过。非标设备生产的基本业务流程如图1所示。
图1 非标设备生产的基本业务流程
2 系统设计
系统功能结构
在对非标设备生产业务流程分析的基础上，结合企业的实际功能需求，按照软件设计的模块化思想，将非标设备生产管理系统划分为基础数据管理、工艺管理、计划管理、生产管理和系统管理五大模块，系统功能结构如图2所示。
图2 非标设备生产管理系统的功能架构
1)基础数据管理：主要是对面向整个系统的基本信息进行管理，包括项目新建、项目信息管理、项目信信查询、设备交付确认、部门目录管理，以及员工目录管理。一个项目是指一台非标准设备的生产任务。
2)工艺管理：主要提供工艺设计过程所需的各项功能，以形成BOM树形结构和工艺单，为后续的计划管理和生产管理提供基础，包括工艺编制、任务提料、工艺复制、工艺更改、工艺完工确认，以及工艺信息浏览。工艺复制是通过对系统中已经存在的工艺信息的再利用而达到信息高度共享的目的。
3)计划管理：主要提供生产计划的编制、修改、上报、审批、下达和浏览功能，包括总体计划编制、滚动计划编制、未下发计划管理、待审批计划管理、总体计划浏览、滚动计划浏览，以及多项目滚动计划浏览。
4)生产管理：主要提供非标设备生产过程中与系统相关的各项功能，包括生产派工管理、生产进度管理、工序质量检验、生产完成情况查询和工序质检信息查询。为方便用户使用，当某零/部件工艺路线中最后一道工序质检合格，系统自动设定该零/部件生产完成。
5)系统管理：主要是指系统权限设置与维护，包括角色管理、用户管理、密码管理和日志管理。系统采用基于角色的访问控制(Role-based Access Control，RBAC)方法，不仅保证不同职能部门的用户仅拥有与自身相关的功能操作权限，而且使用灵活，安全性高。
非标设备BOM与关系型数据表的映射关系
非标设备BOM作为重要的基础信息，产生于工艺部门，但是其使用和维护却贯穿于整个非标设备的生产过程。一方面，企业各项业务的开展都以BOM为依据，例如计划部门根据BOM编制生产计划，调度部门根据BOM安排生产并领取物料，质量部门根据BOM对工序进行检验；另一方面，由于非标设备结构的复杂性以及生产过程的动态多变性，导致BOM需要不断地修改和更新。因此，为BOM设计一个合理的数据库结构对整个系统运行效率的提高是非常重要的。
目前，BOM常用的数据表构造方法有单层BOM结构、多层BOM结构和层次码BOM结构等，这些方法各有优点和缺点。综合考虑用户的功能需求和不同方法的特点，本系统采用图3所示的非标设备BOM数据结构。非标设备BOM树的每一个节点都对应数据表中的一条记录，其中非标设备编号和件号作为主键(PK)。通过对企业的实际调研，系统采用两位作为层次码每层的长度，同时设定层次码的长度为可变，不需要在末尾添零补足最大位数。层次码中隐含了零/部件的所在层次和底层码，非常容易显示产品的结构树和进行BOM结构分解，也可以快速准确地反查一个零/部件的归属情况。图3中，PK表示数据表的主键，FK表示数据表的外键。
图3 非标设备BOM数据结构
非标设备BOM树仅表明了各零/部件之间的结构关系，并不能反映系统所需的其他信息，例如零/部件的工艺路线、物料需求和文档信息等，这些信息与零/部件存在着一对多或者多对多的对应关系。因此，系统在前台界面通过URL标准将BOM树与其关联对象连接，在数据库表中通过外键关系建立二者之间的联系，同时，设定该外键关系中参照完整性的违约处理方式为级联删除和级联修改，这样就保证了在修改设备BOM节点信息时，BOM表和关联对象表的同步更新。
系统数据库结构
在对非标设备生产业务流程和数据流程分析的基础上，以满足系统功能需求为宗旨，充分考虑数据读取的方便性和准确性，运用实体一联系方法(Entity Relationship Appmach，E-R方法)建立数据的概念模型，并结合关系数据库规范化理论，通过一定的转换规则得到数据的逻辑模型，最终形成非标设备制造企业生产管理系统数据库。非标设备制造企业生产管理系统数据库中主要数据表及其之间的关系如图4所示，其中，箭线由外键关系中的从表指向主表。
图4 数据库中主要数据表及其之间的关系
3 系统实现
本系统的实现是基于浏览器/服务器(Browser server，B/S)模式，以C#语言为开发语言，以Visual 为开发平台，并使用Oracle 9i软件作为数据库管理工具。为了向用户提供更直观的界面和更方便的操作，系统采用Visual 自带的Tree-View控件实现非标设备BOM树形结构动态绑定及显示。同时，系统提供了导出Excel功能和打印工艺文件功能，以达到信息的高度共享，提高工作效率。图5所示为非标设备工艺编制界面。
图5 非标设备工艺编制界面
4 结语
非标设备生产管理系统以设备BOM为架构，将总体计划和滚动计划相结合、进度控制和质量控制相结合为基本设计思想，达到工艺信息的实时更新和高度共享，使得企业管理和工作人员能够及时地对非标设备生产的计划、实施和质量等进行管理，实现非标设备生产制造全过程的综合动态管理。本系统已在陕西省某非标设备制造企业实施，并且运行状况良好，有效地提高了生产进度和质量的跟踪控制，为企业生产管理的持续改进提供了决策支持。