嚴(yán) 輝，仲梁維 ，倪 靜

（上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

機(jī)械加工車間作為制造企業(yè)的物化中心，它不僅是制造計(jì)劃的具體執(zhí)行者，也是制造信息的反饋者，更是大量實(shí)時(shí)制造信息的集散地。車間管理和生產(chǎn)的自動(dòng)化是實(shí)施企業(yè)CIMS的共性核心關(guān)鍵技術(shù)，車間生產(chǎn)管理及其信息系統(tǒng)的敏捷性在很大程度上決定著整個(gè)企業(yè)的敏捷性。隨著制造業(yè)信息化的發(fā)展，面向解決工廠級(jí)計(jì)劃的MRPII、ERP、PDM等信息系統(tǒng)，以及面向底層車間控制的信息系統(tǒng)，已經(jīng)發(fā)展的比較成熟。但這些系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)車間工時(shí)信息的自動(dòng)化管理，致使計(jì)劃層與控制層產(chǎn)生了信息斷層，公司級(jí)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)無(wú)法得到及時(shí)準(zhǔn)確的工作令生產(chǎn)進(jìn)度、在制品狀況和設(shè)備利用狀況等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而造成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息在垂直方向的阻斷。機(jī)械加工車間里，工時(shí)管理是車間生產(chǎn)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)當(dāng)前手工車間工時(shí)管理的混亂狀況，同時(shí)考慮到機(jī)械加工車間的特殊性，筆者提出機(jī)械加工車間工時(shí)管理信息系統(tǒng)，工時(shí)管理信息系統(tǒng)是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計(jì)劃(EMS)和底層工業(yè)控制之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用來解決車間和管理層的信息斷層問題，實(shí)現(xiàn)車間工時(shí)以及工作票的信息化管理，并為調(diào)度人員提供信息采集、處理的應(yīng)用平臺(tái)，把制造業(yè)信息化向車間層推進(jìn)。

1 工時(shí)管理信息系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代市場(chǎng)敏捷化的驅(qū)動(dòng)下，機(jī)械加工車間若要滿足市場(chǎng)對(duì)多品種、小批量的產(chǎn)品需求，不僅需要能夠及時(shí)響應(yīng)多變的外部環(huán)境，還要能快速重構(gòu)，重新配置內(nèi)部各種資源，并對(duì)其進(jìn)行協(xié)同和調(diào)度決策以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的目的。然而，當(dāng)前制造企業(yè)的信息系統(tǒng)與企業(yè)的物理現(xiàn)實(shí)之間存在著一定的距離,企業(yè)的管理人員不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取企業(yè)的真實(shí)運(yùn)作情況。缺乏統(tǒng)一的工時(shí)管理信息系統(tǒng)等問題,是實(shí)現(xiàn)企業(yè)工時(shí)信息共享的最大障礙。

1.1 車間級(jí)工時(shí)管理信息系統(tǒng)的功能需求分析

根據(jù)在上海某破碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)地調(diào)研,當(dāng)前車間的人工工時(shí)管理具有以下弊端：1）定額工時(shí)的可控性差。手工開票是根據(jù)紙質(zhì)工藝定額文件來開工票，定額信息都掌握在開票員手中，造成管理、調(diào)度、加工這三個(gè)層次人員信息共享的脫節(jié)，缺乏一種有效的工時(shí)管理和監(jiān)督體系。從而給亂開、濫開工時(shí)提供了平臺(tái)，導(dǎo)致定額工時(shí)的無(wú)故增加，給企業(yè)造成了很大的損失；2）工票格式不規(guī)范。手工填寫工票雖然操作起來比較簡(jiǎn)單，但是由于沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，工票上數(shù)據(jù)的格式和類型等都沒有明確的規(guī)范。而且手寫工票的開票效率低、可靠性差；3）工時(shí)統(tǒng)計(jì)困難。目前車間使用的是的手工統(tǒng)計(jì)。通過把工時(shí)數(shù)據(jù)匯總到Excel表上然后再使用Excel的數(shù)據(jù)透視表功能進(jìn)行工時(shí)數(shù)據(jù)的處理，生成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和工時(shí)的各種報(bào)表。工時(shí)的匯總和統(tǒng)計(jì)工作勞動(dòng)強(qiáng)度高，并且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性差；4）報(bào)表生成復(fù)雜。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的分散性，導(dǎo)致生成車間以及公司的各種報(bào)表的時(shí)候，報(bào)表上所有數(shù)據(jù)都需人工計(jì)算，大大增加了統(tǒng)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。而且人為失誤等原因造成報(bào)表的準(zhǔn)確性差；5）信息查詢困難。前面說列出的幾點(diǎn)直接造成的最終后果就是工時(shí)信息的查詢困難，如果管理層要查詢某工作令的相關(guān)信息，必須讓車間提供相關(guān)報(bào)表，而且只有在出報(bào)表的特定時(shí)間點(diǎn)才能查詢到最新的生產(chǎn)信息。

針對(duì)上述特點(diǎn)，結(jié)合企業(yè)的要求，工時(shí)管理信息系統(tǒng)提出實(shí)現(xiàn)車間工時(shí)信息的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，達(dá)到信息動(dòng)態(tài)維護(hù)、信息共享、快速反應(yīng)的目的，全面提高企業(yè)工時(shí)管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)化管理水平，為企業(yè)的整體信息化管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其實(shí)施的目標(biāo)主要包括：1）定額工時(shí)的控制管理。以生產(chǎn)計(jì)劃為中心、以工藝卡片和期量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)、以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為手段，對(duì)每個(gè)工作令的工藝定額進(jìn)行工時(shí)控制。2）生產(chǎn)計(jì)劃的智能化輔助管理。根據(jù)公司下達(dá)的指令計(jì)劃以及相應(yīng)機(jī)型的工藝信息和零件信息生成生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)與中央倉(cāng)庫(kù)和配套庫(kù)庫(kù)存平衡的情況向各個(gè)車間下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃；系統(tǒng)同時(shí)提供靈活的小批量生產(chǎn)計(jì)劃處理方法，調(diào)度員可以憑借經(jīng)驗(yàn)，合理安排產(chǎn)品加工過程，結(jié)合工時(shí)信息系統(tǒng)中的總工時(shí)、打印工時(shí)、已完成工時(shí)等信息，對(duì)各個(gè)工作命令的加工進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督控制，使生產(chǎn)管理具有一定的智能特征；3）工時(shí)數(shù)據(jù)的信息化。以數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，實(shí)現(xiàn)工時(shí)統(tǒng)計(jì)的信息化，把統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行信息化管理。同時(shí)也給其他系統(tǒng)調(diào)用工時(shí)數(shù)據(jù)提供了接口。同時(shí)，以工時(shí)數(shù)據(jù)的信息化為依托，公司各部門可以根據(jù)權(quán)限查詢所需要的數(shù)據(jù)。而且可以自定義查詢條件，定制個(gè)性化報(bào)表，充分滿足各部門的差異化要求。

1.2 機(jī)械加工車間的制造流程設(shè)計(jì)

車間生產(chǎn)活動(dòng)主要流程如圖1所示：首先根據(jù)銷售部下達(dá)的工作命令進(jìn)行任務(wù)分解，從技術(shù)部獲得產(chǎn)品工藝文件及技術(shù)資料，并制定作業(yè)計(jì)劃。實(shí)際生產(chǎn)過程中，質(zhì)檢部門隨時(shí)對(duì)加工的零件進(jìn)行抽查，并將檢驗(yàn)信息反饋到計(jì)劃部門，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理。通過工時(shí)統(tǒng)計(jì)，掌握車間完成工時(shí)信息，為成本控制和工時(shí)報(bào)表以及查詢功能提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，也為管理層實(shí)時(shí)了解工作令的進(jìn)度狀態(tài)提供方便。

圖1 機(jī)械加工車間制造流程

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，充分分析公司需求，遵循把相對(duì)獨(dú)立的事物處理過程作為一個(gè)模塊、盡可能提高單個(gè)模塊的內(nèi)聚度、減少不同功能模塊之間耦合度的原則,把工時(shí)管理信息系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)模塊：1）系統(tǒng)管理；2）工作票管理；3）數(shù)據(jù)管理；4）統(tǒng)計(jì)分析；5）綜合查詢。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)樹如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)樹

系統(tǒng)管理可分為用戶管理和權(quán)限管理兩部分。其中權(quán)限管理部分通過用戶/角色/權(quán)限三級(jí)控制策略,實(shí)現(xiàn)工時(shí)管理信息系統(tǒng)的權(quán)限控制, 用戶權(quán)限管理模塊可創(chuàng)建不同的角色用戶,控制各個(gè)角色用戶的權(quán)限功能,如系統(tǒng)管理員、分廠管理員、開票員、統(tǒng)計(jì)員等，為整個(gè)系統(tǒng)提供安全保障。

工作票管理包括生成工藝定額、工藝定額打印、特殊工票打印三個(gè)模塊功能。特殊工票打印包括等工工時(shí)、油漆工時(shí)、機(jī)修工時(shí)、工廢料廢工時(shí)、增補(bǔ)工時(shí)等特殊工票的打印。

數(shù)據(jù)管理包括，工作令管理、工票作廢管理、已完成工作令的備份、工藝修改管理，并提供第三方軟件集成接口，提供了同其他系統(tǒng)集成的接口,主要有同CAPP系統(tǒng)的接口、同PDM系統(tǒng)的接口、同公司銷售合同管理系統(tǒng)的接口，方便各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)調(diào)用。同時(shí)該模塊亦可提供對(duì)外的數(shù)據(jù)接口，供企業(yè)相應(yīng)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用。

統(tǒng)計(jì)分析模塊主要是進(jìn)行已完成工時(shí)定額以及對(duì)應(yīng)的實(shí)做工時(shí)的數(shù)據(jù)回收和對(duì)該數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)匯總和統(tǒng)計(jì)分析等功能。系統(tǒng)中集成了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，包括電子報(bào)表、查詢語(yǔ)言和決策支持等，給企業(yè)管理人員、調(diào)度人員和企業(yè)相關(guān)子系統(tǒng)提供準(zhǔn)確詳盡的分廠生產(chǎn)報(bào)表和公司總報(bào)表等，并以圖表相結(jié)合的方式顯示匯總分析結(jié)果，作為企業(yè)管理層決策支持和進(jìn)度控制的參考數(shù)據(jù)。

圖3 工時(shí)管理信息系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的關(guān)系

綜合查詢功能抽取、過濾、壓縮和跟蹤關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括工作令進(jìn)度查詢、設(shè)備使用率查詢、各分廠完成工時(shí)情況查詢、各工種完成工時(shí)情況查詢等。系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的多條件自定義查詢功能，管理者、調(diào)度人員、操作工人等都可以查詢到所需的準(zhǔn)確、詳盡、實(shí)時(shí)的信息。

系統(tǒng)各功能模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要有文件/服務(wù)器(File/Server,F/S)、客戶/服務(wù)器(Client/Server,C/S)、瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server,B/S)三種模式。其中F/S模式由于對(duì)數(shù)據(jù)的一致性、并發(fā)控制等方面能力有限,將逐漸被淘汰；基于中間件的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個(gè)完全的分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的自治能力強(qiáng)，開放性好，適應(yīng)異構(gòu)環(huán)境的集成，B/S結(jié)構(gòu)就是一個(gè)典型的基于中間件的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是這種模式對(duì)資源的一致性、安全性維護(hù)相對(duì)較困難；C/S結(jié)構(gòu)在資源管理的方便性，數(shù)據(jù)的安全性、一致性，并發(fā)控制等方面已有一套成熟的理論和技術(shù)，雖然它在管理空間上分布的松耦合的多數(shù)據(jù)源時(shí)，依然有一定的局限性，節(jié)點(diǎn)的自治能力較弱，系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能差，難以完全適應(yīng)協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的要求。

C/S架構(gòu)在數(shù)據(jù)的安全性和一致性方面比較成熟，符合本系統(tǒng)的開發(fā)要求。協(xié)同性差作為C/S架構(gòu)的致命弱點(diǎn)，安裝客戶端以及配置環(huán)境等問題給系統(tǒng)的實(shí)施帶來了很大的困難。因此，在實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶的實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用了一種C/S和B/S混合式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工時(shí)管理信息系統(tǒng)。在低層局部地區(qū)采用C/S結(jié)構(gòu)，而遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的訪問和管用B/S結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)以C/S架構(gòu)的客戶端為基礎(chǔ)，該客戶端具備本系統(tǒng)的絕大部分功能，如工作票打印、工時(shí)匯總、報(bào)表生成等，大大增強(qiáng)了操作的安全性。其中把綜合查詢模塊分離出來，應(yīng)用B/S模式架構(gòu)，避免安裝客戶端、配置數(shù)據(jù)源等操作，方便管理層進(jìn)行實(shí)時(shí)的工作令生產(chǎn)進(jìn)度查詢、完成工時(shí)查詢等查詢操作。其邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

4 結(jié)論

圖4 工時(shí)管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

本文針對(duì)目前車間普遍存在的工作票和工時(shí)管理難題，研究了制造企業(yè)中企業(yè)管理人員、調(diào)度人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)車間工時(shí)管理的需求，分析了車間里工作票打印、工時(shí)回收統(tǒng)計(jì)以及生成報(bào)表的流程，以及企業(yè)管理層對(duì)工時(shí)數(shù)據(jù)查詢的需求，設(shè)計(jì)此工時(shí)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)已應(yīng)用于上海某大型破碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)提高了下達(dá)工作票的效率，規(guī)范了工作票的格式，而且使工作令的管理更加透明化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)工作令的統(tǒng)一管理，嚴(yán)格控制工作令的定額工時(shí)。

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