l引言
随着市场竞争的加剧,企业要想在市场竞争中立于不败之地,就必须具有能以先进的生产运作和管理模式,把低成本、高质量的产品快速交到用户手中。PDM和ERP作为企业管理的两个关键技术,已被我国不少企业运用,并取得了一定的成效。
由于传统的ERP系统计划模型只考虑对车间生产进度控制的综合效果,即根据“主生产计划”生成并下达“生产作业计划”,对作业任务生产的优先次序仅仅根据订单的交货期来安排,缺乏对企业运营的动态支持,最后往往会造成订单的延期交货。生产调度在企业管理中起着承上启下的作用,合理的生产计划和调度方法能够实现企业对生产过程的有效的调节和控制,提供精确的交货日期,及时为上层决策系统提供信息支持。
车间生产调度问题的研究虽然已经有几十年的历史,并提出了很多最优化的求解方法。但是很多调度系统的信息都需要手工输入,并没有真正与PDM/ERP集成系统连接起来,实现企业信息的共享。
因此,有必要开发PDM/ERP集成环境下的生产调度系统,加强对车间生产的管理和控制,实现车间生产状况的及时反馈,以提高企业的竞争力。
2 PDM/ERP集成系统概述
PDM(Product data Managemnt-产品数据管理)主要用于管理在产品设计阶段内所有与产品相关的信息和过程,为企业内应用系统的集成和数据传递提供必不可少的支撑环境。ERP(Enterprise Resource Planning企业资源计划)是处理企业生产经营活动中的计划、生产、销售、库存等信息,优化企业运行模式的人机系统。它协调企业各管理部门以及与供应商和客户的业务,实现生产、采购、销售流程的统一化和标准化。PDM和ERP模型互为信息基础,相互之间有着密切联系。PDM系统为ERP系统提供了产品设计和工艺信息,而ERP系统则为PDM系统提供了制造资源、成本信息圈。
文献提出—个有扩展功能的ERP,它除了传统的ERP功能外,增加了一个产品生命周期管理功能,该功能主要包括项目管理,产品数据管理,和计算机辅助工艺设计(CAPP)。但是对于传统的PDM和ERP,只有通过集成是提高系统运行效率。实现PDM和ERP的集成有利于信息在工程和制造部门之间快速、准确的传送,有利于加速工作流程,促使各个部门协调工作,从而保持企业的竞争能力。
不同的PDM和ERP系统的接口方案目前主要有内部函数调用,直接数据库访问,中间文件转换,中间数据库访问等4种。不同企业需要根据自身PDM和ERP的实际选择适合自己的接口方案。
3集成环境下生产调度系统需求分析
生产调度,是指根据确定的生产计划和订单交货期安排,按照产品的加工工艺路线,将有限资源安排给不同的工作,并决定何时开始,由哪部设备加工,完成哪些工作,并设法达到预定的交货期要求和提高设备利用率的目标。集成环境下的生产调度系统功能需求如下:
(1)根据车间实际生产能力和状态,自动从PDM/ERP集成环境中获取生产计划信息,包括零件类型、数量、交货日期等基础数据;
(2)根据车间生产能力和资源状况信息,为计划资源作优化调度,编制可行的车间作业计划,生产派工单,向车间发放。
(3)在以上基础上,实现调度结果、生产能力、资源状况等信息向集成系统的及时反馈;
(4)及时处理生产过程中出现的突发事件,实现对生产任务进行重调度。
4集成环境下生产调度系统设计
4.1集成环境下的生产调度系统IDEF0模型图
集成环境下的生产调度系统IDEF0图,如图l所示。企业根据所接受的订单信息,通过PDM/ERP集成系统经过一系列信息交互后,生成生产计划;任务管理根据生产计划、生产能力和订单交货期得到调度周期内加工任务清单;能力平衡在任务清单的基础上生产各车间生产任务,并把信息反馈给任务管理,以便必要时进行生产计划或者加工任务进行调整。各车间根据加工任务从PDM/ERP集成系统中调取工件工艺信息及所用资源信息,资源管理资源需求,输出可用的资源清单作为智能调度的约束信息。这时智能调度自动获取加工任务信息,在调度目标,工艺信息,交货期等因素约束下,生成甘特图和派工单。
图1生产调度系统IDEF0图
C1 计算机技术 C2数据库技术 C3智能算法 C4车间资源
4.2集成环境与生产调度系统之间的信息交互
PDM/ERP集成环境与生产调度系统之间的信息交互与反馈包括零件信息、工艺信息、生产计划信息、生产能力信息、车间资源信息等,如图2所示。
图2 集成环境与生产调度系统之间的信息交互
4.3集成环境下的生产调度信息层次结构
生产调度系统开发采用结构化的设计方法,其核心模块包括基本信息管理模块和车间调度模块。不同企业对生产调度系统可能会有不同要求,可根据需要搭建新的模块。PDM/ERP集成环境下的生产调度系统功能层次结构详细功能模块图,如图3所示。
图3调度系统功能模块图
4.3.1基本信息管理模块
基本信息管理是在实现与PDM,ERP集成系统信息共享的基础上,对生产作业排序提供必要的信息来源,并对这些基本信息进行管理。模块主要包括信息查询、任务管理、资源管理三部分。信息查询实现订单的交货期、工件工艺信息、图纸信息及BOM信息等的查询。任务管理实现统计并存储历史生产任务相关数据,获取来自ERP系统的当前生产任务数据(或通过人机交互输入的任务数据),并为能力平衡模块和调度提供任务数据来源;资源管理在为能力平衡、调度提供所需的车间可用资源信息并对其进行管理,并及时向上级反馈。
4.3.2车间调度模块
车间调度是生产调度系统的核心模块,主要包括能力平衡和智能调度。能力平衡在接受到生产任务和可用资源的数据后,通过算法进行车间的生产能力平衡,并输出平衡结果,必要时把信息反馈给任务管理模块,通过增加或者减少自制件数量对生产任务进行调整。
智能调度自动获取能力平衡后的加工任务,根据资源约束条件和调度目标的不同,通过智能算法对每个车间的加工任务进行作业排序,并将调度结果以甘特图的形式显示出来,为生成派工单提供数据来源;汇总任务完成时间信息并及时向销售部门反馈。其中的动态调度是做到对订单取消,紧急订单插入,设备损坏等突发事件的快速响应,选择相应的调度策略,进行重调度。车间调度数模块数据流程图,如图4所示。
图4调度系统数据流程图
5应用案例
以某纺织机械公司为例,采用基于中间文件交换的集成技术,有效地实现了PDM与ERP系统的集成。由PDM系统维护PBOM、工艺路线数据,并通过中间文件交换将数据传递给ERP系统,如实现EBOM到PBOM的数据转换。具体的做法是:数据由PDM向ERP传递时,通过导出接口函数把数据存入到中间文件,然后由PDM通知ERP。ERP利用导入接口函数读取这些数据写入本系统。由于PDM是企业数据的源头,ERP需要的数据从PDM获得基础数据;因此在整个过程中必须注意的是,经过ERP加工处理过的信息必须重新存入到PDM中维护,以保持数据的—致性和摊准确性。
生产调度系统开发时运用并行工程的思想,一开始就考虑到生产调度系统要跟企业目前使用的PDM,ERP系统信息共享的问题,以减少后期不必要的更改。系统针对企业的实际情况开发,采用基于C/S系统模式。由于生产调度问题属于难题,采用的智能算法为免疫遗传算法。生产调度系统从PDM/ERP集成系统的数据库自动获得生产调度需要的原始信息,并对信息进行加工处理作为调度系统的输入或者约束,在智能算法的支持下,最终实现智能调度,可根据加工任务快速给出详细的作业排序计划。某调度模型甘特图结果,如图5所示。
图5调度结果(甘特图)
6结论
根据企业实际情况进行需求分析,建立了PDM/ERP集成环境下的生产调度系统。在实现对车间作业状况有效管理和控制的同时,实现了把作业计划信息、资源信息,订单完成时间等信息及时反馈给PDM,ERP集成系统,提高了对车间底层状况的信息响应能力,为上层决策部门提供了有效的数据支持。
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