基于SOA架构装备制造生产过程与质量追踪协同系统的研发应用 |
| 2012-07-25 09:51 作者：guigu 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月25日消息 （原文载于《硅谷》杂志）多品种、小批量制造企业生产计划、供需计划与质量管理的协同，对生产过程控制、采购实施和产品维护维修服务具有重要意义和实用价值。本系统以生产过程、零部件供需信息流为主线，基于产品质量分析与追踪、零部件、供应商等知识库，以及零部件、产成品二维条码信息的采集与自动识别，实现生产过程控制和质量追溯与供需计划的协同管理，供需计划的敏捷快速重构和调整，保证产品质量。本系统主要用于汽车、电子、电器等装备制造行业。
我国和辽沈地区拥有众多的多品种、小批量生产企业和装备生产配套企业，由于企业发展、生产规模、管理和生产模式存在的困难与问题，导致MRPII、ERP等信息化产品未能得到有效实施。因而，对于这类具有订单、供应与生产、产品质量不确定性的多品种、小批量制造企业的生产管理和质量管理，迫切要求供需计划和生产计划的协同，供需计划和质量管理协同，生产过程控制与质量管理协同，要求生产计划具有柔性的协同调度能力，质量追踪具有准确快速的定位和调整能力，供需计划与采购实施等具有敏捷快速的重构和调整能力已成为这类企业的发展趋势。为此，针对多品种、小批量产品为主的制造企业，研究、开发制造生产过程与质量追踪协同管理系统是十分必要的，具有重要的实际应用价值和社会经济意义。
1装备制造业生产存在问题
当前，尽管财务管理、人力资源管理、项目管理、客户关系管理、物流管理等各种软件已经在使用，但是各个系统的集成与协同远不满足实际需求。特别是在柔性制造环境下，制造业企业存在的下述问题严重影响了我国制造业企业的发展：
1）生产效率较低，每种产品生产工艺过程不同的多品种生产管理困难；生产过程控制复杂，使得生产系统正常运转成本居高不下；
2）生产过程中零部件损耗偏多，在制品浪费惊人，损失严重；
3）物料库存变化快，供需计划管理调度困难，物料库存偏大，占用大量资金；
4）产品质量低下，产生质量问题的原因不明确，质量追踪周期长；
5）相同产品的能耗水平是发达国家的数倍。
2国内外发展现状：
针对敏捷供需链、精益生产、质量控制协同工作流管理技术，国外的SAP、ORACLE、BANN、等研究机构、公司和大学都对其进行了一些研究，它们主要侧重敏捷供需链的流程建模方法与技术研究、工作流引擎的开发，以及流程的优化技术研究等方面。通过分析发现，这些研究以及开发的相似的ERP等产品的应用存在诸多局限：①分布式、异构的供需链信息分别被不同的企业实体独自拥有，难以有效全局共享，不能对生产计划调度与供需链协同提供支持和知识驱动。②工作流技术与敏捷供应链具体管理技术，如制造协同计划调度、库存管理、销售管理与质量管理技术的集成较弱。③对敏捷供需链协同工作流技术缺乏有效的仿真评价技术、方法和工具。④国外软件提供英文界面及资料，对企业的管理人员素质要求比较高，而且在软件的操作习惯及界面风格上与我国的软件也存在差异。⑤国外类似软件报价一般要几十万甚至几百万美金，对我国85％的中小型企业来讲承受不起这个价格，因此用户主要集中在大型企业，从而使这种新的管理思想不能得到普及和推广。
国内相关技术的研究、开发现状：
在国内，基于SOA架构的敏捷供应、精益生产与质量控制协同管理系统的研究与开发，仍然处于起步阶段。大学院校、研究机构对其进行了一些研究，主要侧重于供应链的在制品跟踪与管理系统研究、基于SOA架构的知识与内容协同管理研究、基于供应链平台的知识管理研究、敏捷供需链的流程建模方法与技术研究、敏捷供需链协同工作流管理、成品质量条码管理等方面的研究。国内企业开发的类似的生产计划管理系统、供应链系统或质量追溯系统或者以财务为核心、或者以原材料供应为核心，或者以成品质量管理为核心，在实际应用过程中往往演化为简单的生产计划管理系统、库存管理系统或质量追溯系统。系统应用存在诸多局限：①以财务为核心的，注重资金流、成品物流和物料库存，不关心生产过程中的零部件信息流。②以原材料供应为核心的，注重供、销、存管理，不关心生产过程。③质量追溯系统只管理到成品资源的零部件信息。基于SOA架构的生产制造过程与质量追踪协同管理系统的研发方面，还未见到同类产品，国内处于空白。
3系统基本原理和技术方案
3.1项目基本原理
系统依据产品定单，生产计划和库存状况，零部件分析与采购计划，按照产品设计、工序知识与数据，基于产品零部件知识库、产品质量分析与追踪知识库和供应商知识库信息，通过系统相应的各类功能模块和知识协同管理，实现生产过程的控制和协同管理。系统原理结构图如图1所示。
图1装备制造生产过程与质量追踪协同管理系统原理结构图
本系统通过二维条码信息采集模块，在产品上线生产前，录入产品（在制品、零部件）类型、序列号、工序等基本信息，生成在制品二维条码标签。当在制品在生产线上流动时，通过二维条码识读器在相应的工序读取标签信息，打开条码信息库，根据现场情况，录入工序完成状况、质量检查情况和操作人员信息，基于产品质量分析与追踪知识库对在制品数据的处理与分析，实现对在制品的生产过程实时监控和产品质量分析与追踪的协同管理。
系统基于零部件知识库，支持质量和工艺对特殊零件的要求，按照知识规则在配额分解时保证对偶件为同一厂家供货，保障特殊零件的配套使用。
产品装配下线时，读取在制品条码标签，检查产品工序、质量状况，评定产品等级，生成产成品完整标签，打印并粘贴在产品包装的明显位置，成为产品出厂后跟踪产品流转的重要标志，提供产品维护、维修服务支持，实现对产品的质量的全生命周期追踪。
根据生产过程控制和产品维护维修服务中在制品、成品质量信息与反馈，更新产品零部件知识库、产品质量分析与追踪知识库，以及重构和调整采购计划；同时，按照具有供应商供货质量、价格、交货期、交货时间等属性的供应商评定等级模型修改供应商知识库信息。
本系统主要由外部系统与内部系统组成，外部系统主要完成与供应商、客户群体的通讯和信息交互。内部系统以生产过程管理、零部件供需信息流为主线，基于产品质量知识的协同管理，实现生产过程控制与供应商的协同和质量追溯的有效管理，实现供需计划、生产计划与质量管理的协同，生产过程控制与质量管理协同。
系统主要由生产计划调度管理与质量追踪协同子系统、客户关系与订单分析子系统、物料采购与质量协同管理子系统、生产过程监控与质量分析协同子系统和财务管理组成。
系统主要模块具体包括：订单管理（含客户订单分析、突发订单分析）、设计资源管理、生产管理（含主生产计划、生产作业计划管理）、库存管理（含物料成品入库、零部件库存管理）、采购管理（含物料需求计划、采购计划管理）、车间管理（含排产上线、过程监控）、质量管理（含质量分析、质量跟踪）、成品资源管理、供应商评价管理、知识协同管理、财务管理、基础知识信息管理和系统管理（含用户权限管理、工作流管理）。
在“装备制造生产过程与质量追踪协同管理系统”平台基础上，根据用户实际需求与生产经验建立产品质量知识库、产品质量分析与追踪知识库；建立具有供应商供货质量、价格、交货期、交货时间等属性的供应商评定等级模型和供应商供应评价知识库。通过二维条码技术，建立零、组件、产成品二维条码信息库，在此基础上实现零、组件、产成品信息采集、识别与处理。基于产品质量分析与追踪知识库对在制品数据的处理与分析，实现对在制品的生产过程实时监控和产品质量分析与追踪的协同管理。
项目实施技术方案，采用基于面向服务架构（SOA）的应用集成架构，实现基于Web的应用集成。系统架构为基于Internet和Intranet的B/S和C/S混合结构，基于该架构定制制造生产过程与质量追踪协同管理的用户化系统。
3.2技术路线
1）基于需求驱动的用户化设计技术。以企业生产管理信息化建设需求为驱动因素，充分考虑制造企业内外部环境影响，面向用户实际需求确定定制系统的具体目标、用户化设计。
2）基于软件复用的组件化设计技术。系统以组件化设计开发组件模块，便于结合实际应用重构、重组系统，降低研发成本，降低用户使用难度。
3）采用面向服务架构（SOA）技术，实现基于Web的应用集成。
4）遵循现有标准，实现产品标准化采用成熟技术及标准数据库构建技术，最大限度保障系统的兼容性和开放性。
5）跟踪新技术，实现可持续发展。结合离散制造业企业的解决方案和应用特点，跟踪国内外先进技术。
6）开发与应用相结合。项目在进展的过程中严格按照各阶段开发要求，分阶段分系统在企业中应用，并根据用户反馈不断改进系统各项功能。
7）加强软件生命周期内各阶段的质量管理。
8）注重开发文档的编制与审查，保障系统的可靠性和可控制性。
4系统实现的技术、质量指标
4.1主要技术指标
1）构建出面向汽车、电子、电器等制造行业用户的制造生产过程与质量追踪协同管理系统实现结构。实现以生产过程管理、零部件供需信息流为主线的产品质量知识的协同管理。
2）面向用户建立汽车、电子、电器等制造企业相关产品的质量分析与追踪知识库、零部件知识库；基于零部件质量、价格、供货周期等属性的供应商供应评价知识模型和供应商供应评价知识库。
3）实现基于零部件知识，支持质量和工艺对特殊零件的要求，按照知识规则在配额分解时保证对偶件为同一厂家供货，保障特殊零件的配套使用。
4）支持二维条码的信息采集与自动识别。
5）定制实现面向服务架构（SOA）的装备制造生产过程与质量追踪协同管理系统，上线运行。
4.2主要性能指标
1）每个数据库/表文件中记录的最大数目：10亿条。
2）在普通计算机及服务器上，在有百万条记录以上的数据库中检索指定条件的某条记录所需时间：<1秒。
3）在网络计划节点达到1000个时，网络计划优化时间<10秒。
4）OLAP响应时间，不低于5秒。
5）重要数据、知识文档采用加密存储，数据库有足够的安全保密性能。确保万一发生数据库备份盘丢失、计算机被非法使用、或者被盗的情况下也不会导致资料泄漏。
6）内置数据库及报表创建、维护功能，达到“开发级”水平。
7）本系统操作界面、提示信息及错误信息全部为中文。
8）本系统能在任何WindowsXP以上操作系统的计算机上运行。包括XP、ME、Windows2000、2003和Vista等。
4.3针对一类制造企业系统实现后的应用性能指标（参考值）
1）降低库存资金占有率70%以上，提高库存资金周转次数50%左右。
2）提高产品质量，减少标准件损耗50%左右。
3）减少短缺件60-70%左右；减少在制品数量50%左右。
4）平均交货周期缩短30%左右。
5）提高维修效率50%左右。
6）提高产品质量合格率30%左右。
6系统实施应用
本系统于2009年1月在沈阳新光华晨汽车发动机有限公司正式运行，经过近一年的运行，该系统的可用性、可靠性、先进性、高效性均已得到证实。通过华晨各管理部门任务分配和人员调整，使系统得到成功实施，实现了产品生产过程管理的自动化，实现了生产所需的物流、资金流、信息流的全面集成管理。系统成功运行后，沈阳新光华晨汽车发动机有限公司原有库存数量由7000台份缩减到2000台份，减少流动资金占用6000万，根据2009年社会平均资金回报率8%计算，给企业带来的直接经济效益是每年480万元人民币，同时由于库存风险的降低，比照以往经验每年间接减少风险损失400余万元，经不完全统计预期每年由降低损耗带来的效益就可达100万元人民币。提高维修效率50%左右。每年为企业创造的经济效益达1000万元。系统运行截止到2011年累计为企业创造近3000万元的经济价值。
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