張 星，曾鵬飛，郝永平

（沈陽理工大學 CAD/CAM技術(shù)研究與開發(fā)中心，沈陽 110159）

0 引言

隨著產(chǎn)品生命周期和交貨期的縮短，企業(yè)的快速交貨能力和響應需求變化能力是企業(yè)在未來競爭中取得成功的關(guān)鍵[1]。離散型制造業(yè)在生產(chǎn)過程中信息繁多，且包含著很多的變化和不確定性。生產(chǎn)數(shù)據(jù)多，標準難制定，數(shù)據(jù)維護工作量大等問題急需解決。為解決生產(chǎn)過程中的信息準確、快速的傳遞，提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)與產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃等環(huán)節(jié)的信息交互，企業(yè)迫切需要一套集成化生產(chǎn)管理系統(tǒng)來有效整合生產(chǎn)過程中內(nèi)外部物流、資金流、信息流，實現(xiàn)生產(chǎn)資源優(yōu)化配置。

近年來，國內(nèi)外在制造業(yè)生產(chǎn)管理集成方面做了大量的研究。文獻[2]引用了齊套工位的概念，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，解決了機加和裝配系統(tǒng)相連接的問題；文獻[3]建立了一種基于現(xiàn)代敏捷制造環(huán)境的系統(tǒng)集成框架模型；文獻[4]提出了在虛擬制造環(huán)境下包括系統(tǒng)布局、仿真規(guī)劃和虛擬漫游三個階段的大批量生產(chǎn)的制造系統(tǒng)集成規(guī)劃方案；文獻[5]提出了一種基于面向服務架構(gòu)的PDM（Product Data Management）系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的方案；文獻[6]提出了一個網(wǎng)絡化制造環(huán)境下的數(shù)字化制造車間集成管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了生產(chǎn)管理、單元控制、DNC遠程控制及檢測監(jiān)控子系統(tǒng)之間的集成。

以上研究大多數(shù)只是單一的集成幾個系統(tǒng)，或是提出了一些集成方法，沒有結(jié)合制造業(yè)的管理模式以及復雜多變的市場環(huán)境所帶來的需求的變化。離散型制造業(yè)在管理模式及執(zhí)行方面，缺乏先進及創(chuàng)造性的管理方式。僅單單是對各信息系統(tǒng)的集成并不能從根本上提高管理水平，提高競爭力。因此迫切需要在生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的過程中融入精益管理思想，從管理和信息兩個方面提高集成化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的效率。因此本文根據(jù)以上研究成果，結(jié)合離散型制造企業(yè)生產(chǎn)管理的特點和需求，引入精益生產(chǎn)思想，構(gòu)建了精益生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)模型，設計了系統(tǒng)集成功能結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)了生產(chǎn)業(yè)務流程集成。

1 精益生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)模型

1.1 精益生產(chǎn)管理系統(tǒng)概述

精益生產(chǎn)管理是一個復雜的系統(tǒng)工程的概念，它包括從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)線設計和建設、生產(chǎn)計劃制定、組織職能和結(jié)構(gòu)設置，人員、資金、設備、物流、信息統(tǒng)籌等多個方面的管理與控制[7]。精益生產(chǎn)理論強調(diào)生產(chǎn)現(xiàn)場的重要性，因為所有的生產(chǎn)活動都是在車間里完成的，車間里的信息復雜多變，如何處理好車間內(nèi)部的信息，并且和上層的計劃管理系統(tǒng)、產(chǎn)品設計系統(tǒng)，下層的控制系統(tǒng)進行信息交互變得尤為重要。許多企業(yè)已經(jīng)實施了ERP、PDM、CAD等系統(tǒng)，但并未真正的實現(xiàn)業(yè)務流程的自動化，數(shù)據(jù)仍不能流暢傳遞，導致ERP不能正常工作。生產(chǎn)制造時常會出現(xiàn)訂單更新變化不及時，生產(chǎn)信息及異常不能及時反饋，車間生產(chǎn)狀況難以實時監(jiān)控等問題。精益生產(chǎn)就是以不斷減少浪費和持續(xù)改善為核心的。精益生產(chǎn)管理是一種以客戶需求為拉動導向，是企業(yè)以最少的投入獲取最低的成本，以效益顯著改善為特征的全新的生產(chǎn)管理模式[8]。精益制造業(yè)會使用看板作為作業(yè)指南，但這只是在生產(chǎn)執(zhí)行過程中的手段，需要最新的關(guān)于生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出質(zhì)量分析和生產(chǎn)線過程改進所需數(shù)據(jù)，這就需要精益與生產(chǎn)管理系統(tǒng)相結(jié)合，用精益生產(chǎn)作為指導，信息系統(tǒng)作為信息追蹤、監(jiān)督、控制、管理和信息傳遞的工具，使生產(chǎn)過程透明化。

1.2 精益生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)模型

從離散型制造業(yè)的實際出發(fā)，在充分調(diào)研企業(yè)的業(yè)務流程的基礎上，結(jié)合精益管理思想，建立精益生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)模型，如圖1所示。

圖1 精益集成化系統(tǒng)模型

1）精益計劃

精益計劃是在實時變化的需求基礎上，通過滾動預測和滾動訂單不斷循環(huán)制定生產(chǎn)計劃。零件的需求計劃基于BOM，但BOM的層級應該盡量少，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)扁平化可以減少中間在制品庫存。使用采購訂單來和供應商溝通，使用生產(chǎn)看板和車間溝通。優(yōu)化生產(chǎn)線排程，流水線按節(jié)拍和客戶的實際需求生產(chǎn)產(chǎn)品，以達到準時交貨。

2）精益銷售

當接收到客戶的訂單時，應該先和生產(chǎn)部門和采購部門溝通，決定是否有生產(chǎn)能力和可用的物料，根據(jù)精益生產(chǎn)原理，成品應該基于實際客戶需求，這就需要銷售訂單來觸發(fā)產(chǎn)品的生產(chǎn)。對于交貨期不能滿足客戶需求的情況，就需要根據(jù)預測來生產(chǎn)，建立一定的成品庫存，基于成品庫交貨，用看板來控制成品庫。

3）精益采購

精益采購需要和供應商建立好合作關(guān)系，和供應商有效溝通。對于具有較長提前期的物料仍需要MRP等計劃的支持，對于短提前期的物料基于看板來觸發(fā)采購。采購看板一般分為兩類：按單看板和補充看板，當物料庫貨位一空或達到觸發(fā)數(shù)量，補充看板和按單看板就出發(fā)采購，需要供應商填滿。

4）精益生產(chǎn)

產(chǎn)品和零件的生產(chǎn)是由生產(chǎn)看板控制的，要做到當有生產(chǎn)看板時才生產(chǎn)，避免多余生產(chǎn)而造成的庫存積壓。相對應于采購看板，生產(chǎn)看板也分為按單看板和補充看板，按客戶的需求生產(chǎn)是基于按單看板控制的，補充看板用于控制有穩(wěn)定需求的產(chǎn)品和零件。對于混流生產(chǎn)的生產(chǎn)線要使生產(chǎn)均衡化，各工序間生產(chǎn)同步化，進行小批量生產(chǎn)，縮短換摸時間。

1.3 精益生產(chǎn)系統(tǒng)拉式模型

拉式生產(chǎn)方式是響應快速變化的實際需求和減少庫存最好的方式。拉式系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)方式最大的區(qū)別就是物流和信息流的一致性，用信息拉動物料流動，如圖2所示，當生產(chǎn)計劃下達后，根據(jù)實際需求量和產(chǎn)品的提前期來確定生產(chǎn)順序，使生產(chǎn)均衡化。生產(chǎn)計劃只下達到最后一項任務，通過看板把生產(chǎn)指令傳遞給上道任務，有生產(chǎn)看板就生產(chǎn)，沒有就不生產(chǎn)，以減少半成品庫存?？窗遄鳛閭鬟f給上游任務的需求信號，是進行精益拉式生產(chǎn)最基本的手段，它是一種通過補充代替已消耗資源的物流控制方法。

圖2 精益系統(tǒng)拉式模型

2 精益集成化系統(tǒng)設計

2.1 精益集成化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)離散型制造業(yè)的生產(chǎn)業(yè)務需求，結(jié)合精益生產(chǎn)原理，將集成化系統(tǒng)分為計劃管理、工藝設計管理、采購管理、質(zhì)量管理、現(xiàn)場作業(yè)管理、庫存管理和銷售管理七個功能模塊，集成化功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 精益生產(chǎn)集成化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1）計劃管理：經(jīng)過預測和訂單制定的主生產(chǎn)計劃，根據(jù)實時的銷售訂單情況，每周都要用滾動的方式制定周計劃，用周計劃甚至是日計劃來適應市場的快速變化。保證計劃的透明度，裝配計劃和零件加工計劃要步調(diào)一致，通過生產(chǎn)看板實現(xiàn)計劃的拉動。

2）工藝設計管理：完成生產(chǎn)所需要的加工工藝，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)BOM，加工標準等數(shù)據(jù)的制定和管理。優(yōu)化加工路線，改進設計和加工工藝，減少BOM層級，為實現(xiàn)均衡化生產(chǎn)、單元生產(chǎn)、扁平化生產(chǎn)做準備。

3）采購管理：根據(jù)庫存和生產(chǎn)需要情況，區(qū)別于通常的采購模式，精益生產(chǎn)的采購是由生產(chǎn)需求拉動的，采用小批量采購看板和年度一攬子采購計劃模式。遵循小批量、多次采購原則。

4）質(zhì)量管理：生產(chǎn)過程中的工序標準化在精益質(zhì)量管理中具有很重要的地位，對生產(chǎn)工人進行培訓，達到標準化作業(yè)。在生產(chǎn)過程中，車間檢驗人員和技術(shù)人員檢驗不合格品、超差品、工廢料廢等情況，記錄數(shù)量、生產(chǎn)單元、產(chǎn)品代碼、零件代號等信息，再經(jīng)質(zhì)量部門確認審理，分析產(chǎn)生原因，生成質(zhì)量報告。

5）現(xiàn)場作業(yè)管理：根據(jù)一定的標準將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件組成一個零件組，確定出零件組的典型工藝流程，再根據(jù)工藝流程等信息將生產(chǎn)設備組成一個制造單元，實現(xiàn)單元化生產(chǎn)。通過看板、安燈系統(tǒng)等可視化工具實現(xiàn)成產(chǎn)車間的全面監(jiān)控。形成生產(chǎn)報表，提供生產(chǎn)完成情況等數(shù)據(jù)的反饋。

6）庫存管理：實現(xiàn)成品庫存、中心庫、線邊庫等各級庫存的分級管理。生產(chǎn)計劃和采購計劃和庫存息息相關(guān)，通過混流生產(chǎn)來減少成品庫存，通過準時采購提高進貨頻率來減少原材料和外購件庫存。

7）銷售管理：客戶的需求拉動是一切生產(chǎn)活動的動力，可以為客戶建立一攬子銷售訂單，當系統(tǒng)接受到客戶的訂單時，訂單就記錄在一攬子銷售訂單里。當一組產(chǎn)品需要從同樣的交付庫位給客戶，且發(fā)運日期一樣，就可以建立一個發(fā)貨計劃。

2.2 生產(chǎn)業(yè)務流程集成設計

生產(chǎn)管理系統(tǒng)業(yè)務流程集成要保證信息傳遞的準確性、快捷性，根據(jù)實際業(yè)務需求減少流程浪費，實現(xiàn)信息的連續(xù)傳遞，如圖4所示。

圖4 生產(chǎn)業(yè)務流程集成設計

工藝技術(shù)部根據(jù)產(chǎn)品信息制定圖紙，工藝等。經(jīng)各分廠調(diào)度把生產(chǎn)所需要的工具設備發(fā)放到各生產(chǎn)車間。生產(chǎn)部經(jīng)過計劃分解把制定的月成品計劃信息發(fā)送給裝配車間，裝配車間再根據(jù)計劃以及實際情況制定周計劃與日計劃，周計劃以滾動的形式制定，每周制定一次。根據(jù)物料需求計劃制定的零件生產(chǎn)計劃信息發(fā)送給機加車間，但只是一個大致的計劃，機加車間再根據(jù)裝配車間的零件需求來制定每周每日的生產(chǎn)計劃，以實現(xiàn)需求拉動，減少庫存。物料需求計劃把制定的采購計劃發(fā)送給采購部，采購部通過庫存管理把物料、外購件等送到機加和裝配車間。質(zhì)量部通過產(chǎn)品信息、圖紙、工藝等制定質(zhì)量標準，檢驗部根據(jù)質(zhì)量標準檢驗產(chǎn)品的完成情況并生成生產(chǎn)報表把生產(chǎn)過程中的異常信息及時反饋給生產(chǎn)部處理。

3 應用實例

根據(jù)以上分析及設計，建立集成化系統(tǒng)的各功能模塊，完成業(yè)務流程集成，實現(xiàn)了各部門信息的傳遞與交互。

不同的人員登錄系統(tǒng)后，根據(jù)其業(yè)務接收和處理相應的信息。生產(chǎn)部門制定好生產(chǎn)計劃傳遞到相應的機加和裝配車間，車間計劃管理人員根據(jù)生產(chǎn)計劃以及實際的生產(chǎn)需求、設備工具等能力信息制定合理的車間生產(chǎn)計劃（如圖5所示），對生產(chǎn)任務進行監(jiān)控，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計劃；設備工具部門也會根據(jù)生產(chǎn)計劃等信息進行設備工具的調(diào)整以及準備，如工具工裝等需要外購，工具管理管員就需要填寫工具工裝需求計劃以及時通知采購部制定采購計劃（如圖6所示）；經(jīng)過質(zhì)量檢驗后質(zhì)量管理人員進入產(chǎn)品管理模塊可以填寫不合格品通知單，對不合格品進行分類，如返工、返修、報廢等（如圖7所示）。

圖5 車間計劃制定

圖6 工具工裝需求計劃

圖7 不合格品管理

4 結(jié)束語

本文針對離散型制造業(yè)特征以及需求，為適應多變的市場環(huán)境，結(jié)合了精益生產(chǎn)管理思想，以需求拉動為動力，通過建立精益生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)模型，使計劃、采購、銷售和生產(chǎn)協(xié)同運作，提高企業(yè)對市場需求的響應能力。設計了生產(chǎn)管理集成化系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了生產(chǎn)業(yè)務流程集成，從而解決生產(chǎn)信息傳遞以及管理問題，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)信息化制造。

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