离散制造企业车间在制品的跟踪管理

离散制造企业车间在制品的跟踪管理*于晓义，孙树栋，王军强西北工业大学机电学院，陕西西安（710072）E-mail：[e-mail]摘要：提出离散制造企业车间在制品跟踪管理方法；对在制品进行类别的详细划分和状态定义；确定在复杂的工艺规程、多变的加工状态及并行的组合件装配环境下的车间在制品跟踪管理所需的信息及集成方式；建立车间在制品跟踪管理与制造执行系统的规范化的接口机制；实现了车间在制品跟踪管理在制品核心处理流程与数据库设计；并结合实际应用验证了其合理性与实用性。关键词：生产管理与控制,在制品管理，离散制造企业，系统集成中图分类号：TP391文献标识码：A0.引言在制品资金通常占离散制造企业总资金占用的50%以上[1]。在制品对资金的占用量过高，造成制造企业利润流失；同时准确的在制品信息又是生产能力平衡计算以及进行生产调度的前提条件，因此在制品的跟踪管理成为现在制造企业管理重点。在企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，ERP）、制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem,MES）、以及库存管理等系统中，在制品管理将逐渐成为其中一个重要的模块。制造企业在制品管理的本质是对企业在制品的各种信息的收集和管理。传统对在制品的概念是指从原材料投产开始，到成品产出为止，存在于各个生产环节的物料。由于复杂产品的车间生产的复杂性使依照传统概念统计的在制品不能反映出车间在制品的真实状态仅能得到一个总体的数量信息，已不能满足现代生产管理的需求。本文对复杂产品的车间在制品进行类别的详细划分和状态定义。离散制造企业与连续性制造企业相比存在以下特点：一、工艺规程较复杂且大多采用动态工艺规程[6-8]；二、加工过程干扰因素多，加工过程不稳定；三、零组件BOM结构复杂且存在装配次序；四、企业的组织结构复杂，需多个部门协同进行生产活动；五、生产过程数据量大且分布于不同的信息系统中。由于离散制造企业的特点与在制品类别细化及在制品状态的多样性，增加了准确全面收集在制品分类信息及分类处理不同状态的在制品信息的难度，这是离散制造企业在制品（WorkInProcess,WIP）难于管理的核心问题。本文解决了离散制造企业复杂产品的在制品跟踪管理的关键技术：在制品状态信息的描述技术，在制品各种相关信息的收集技术及在制品不同状态信息的分类处理技术。1.在制品类别划分及状态定义在离散制造企业中复杂产品的生产车间通常同时存在零件的机加生产活动和组件的装配生产活动。根据对复杂产品车间在制品跟踪管理的研究本文将复杂产品生产车间的在制品分为五类：配套完整组件在制品、配套缺件组件在制品、零件在制品、库存半成品以及配套缺件拆分半成品。其中配套件组件在制品与配套缺件拆分半成品是互为矛盾的两个类别，即该两个类别不可能同时出现在一份在制品跟踪管理报表中，根据不同层次的统计需要出现在不同的在制品跟踪管理汇总表中。*本课题得到国家863计划（2001AA412150，2003AA411110），教育部博士点基金（2004699025）的资助各类在制品的状态集合为｛工序进行状态，工序等待状态，工序待处理状态，工序准报废状态，工序报废状态，库存状态，缺件拆分装配状态，缺件拆分待处理状态，缺件拆分准报废状态，缺件拆分报废状态｝。2.在制品跟踪管理流程设计2.1W-WIP中的相关定义W-WIP的主要数据源为车间的制造指令（FabricationOrder，FO）、组合件装配指令（AssemblyOrder，AO），FO与AO由MES作业管理模块在根据作业计划依工艺信息生成，用于记录零组件加工过程中的过程信息。其中FO在由两张具有主从关系的数据库表来存储，用于记录零组件的工序加工装配进度信息；AO是针对于组合件，用于记录组合件的实际装配情况。根据FO在记录生产数据存在不同的状态，将不同状态的FO进行4种定义。定义1初始化的FO（InitiallyFO，I-FO）。生产领料后根据工艺信息刚生成的新的FO，正处于第一道工序等待加工或正在加工状态。定义2数据采集中的FO（ProcessingFO，P-FO）。至少完成了第一道工序的，正在进行工序加工的零组件对应的FO。定义3初始化的分卡FO（InitiallyDividedFO，ID-FO）。由于零组件批次批量调整、待处理等原因刚从其它FO分离出来的新的初始化的FO，其第一道工序仍未经检验签章。定义4数据采集完成的FO（FinishedFO，F-FO）。完成了所有工序加工的零组件对应的FO，即完成了该批次零组件所有加工信息采集的FO。2.2W-WIP中的相关约定为确保在制品统计信息真实性、准确性及实时性，要求FO、AO的数据采集与调整必须规范及时，FO与AO在数据采集过程中应遵循以下约定：约定1库房按作业计划发料到生产现场后，生产现场作业组织必需立即生成AO与AO，即使该物料处于加工等待。如若不及时生成AO，在制品统计时该部分物料将无法统计出，造成系统认为物料丢失，产生亏损。约定２经检验确认出现待处理需办分卡时，必须及时办理分卡。此时办理分卡相当登记批次账，如果不及时办理分卡，在主卡已经减去办分卡数量，但未办理分卡登记批次，在统计时将无法统计出办理分卡部分造成物料缺失。约定3成品入中央成品库退回必须在最后入库工序办理分卡或将批次的加工完成标识去掉。约定4FO的填写必须控制除经检验确认的不进行工序不需填写，其它所有工序都必须依序填写。2.3处理流程基于上述定义与约定，提出了W-WIP的处理流程，总体流程图如图1，其具体流程描述如下：从表匹配，并将FO从表中工序不进行的记录滤除；将F-FO的相关信息从FO主从表中滤除。步骤2在处理后的FO中根据从表记录判断该FO的状态。从FO从表记录中找到该卡的已加工完的工序记录数，若该卡的已加工工序记录数大于0则表明该卡状态为P-FO，转入步骤3；若该卡的已加工工序记录数等于0且分卡标识为Null则表明该卡状态为I-FO，转入步骤4，反之该卡状态为ID-FO，转入步骤5。步骤3找到FO已加工完的工序的最大工序号（即当前工序），则该批次在制品数量等于该批次FO当前工序的合格数量与超差数量之和；待处理品数量等于该批次FO当前工序待处理数量；准废品数量等于该批次FO当前工序准废品数量。转入步骤6。步骤4找到FO的最小工序号，该批次在制品数量等于批量；待处理品数量等于0；准废品数量等于0。转入步骤6。的最小工序号，该批次在制品数量＝批量－待处理品数量－准废品数量；待处理品数量等于该批次FO当前工序待处理数量；准废品数量等于该批次FO当前工序准废品数量。转入步骤6。步骤6将批次零组件的在制品数量、待处理品数量、准废品数量及从FO主表得到的批量信息和从FO从表得到的总废品数量写入WIP完成情况统计表。步骤7WIP完成情况统计信息中依物料分类信息滤出零件的完成情况统计信息，得到批次零件的在制品数量、待处理品数量、准废品数量、废品数量，然后将零件完成情况统计信息按零件号分组，得到零件的在制品总数量、待处理品总数量、准废品总数量、废品总数量，写入在制品分类统计表。步骤8组合件配套情况统计。将步骤1处理后的FO依物料分类信息匹配出组合件的未完成批次FO信息，组合件未完批次FO信息与BOM信息相匹配出完整的配套单信息，包括父项组合件号、FO系列号、子项零件号、实际配套批量（初始值等于批量，当出现办分卡或废品时应减去分卡数量和废品数量）、结构数量、应发数量（应发数量＝实际配套批量×结构数量）。完整的配套单信息与对应的AO综合得到配套单比较信息，包括父项零件号、FO系列号、子项零件号、应发数量、实发数量。从配套单比较信息中找出应发数量大于实发数量及实发数量为ＮＵＬＬ的记录得到未配全的配套单信息（实发数量为空说明该配套单缺零件种类），将未配全的配套单信息按父项组件号、FO系列号分组得到未配全AO。组合件未完成批次信息与未配全AO作集合差运算又可得到配全AO。步骤９将未配全AO（包含三类：未配全的待处理组件AO、未配全的准报废组件AO及未配全在制的组件AO）中子项零件信息按零件号分组累计各子项零组件的使用数量，并写入在制品分类统计表。步骤10将组合件配套情况统计中统计出的配全AO与完成情况统计信息匹配出配全组合件完成情况统计信息，将配全的完成情况统计按零件号分组得到组合件在制品信息，并写入在制品分类统计表。步骤11将车间质量模块的零件入库移交信息按照零件号分组累计移交数量，并写入在制品分类统计表。步骤12将车间库房模块的零组件库存台账信息按照零件号分组累计库存数量，并写入在制品分类统计表。步骤13将在制品分类统计表中的信息按照零件号分组累计组合件在制品数量、零件在制品数量、待处理品数量、准废品数量及废品数量得到W-WIP信息，并将该信息发布到E-WIP。3.整合式系统结构由于对在制品分类及状态细化，加大了在制品跟踪管理信息的分类收集与分类处理难度，尤其是对于组件在制品的跟踪管理。车间在制品统计的生产数据量大且分布在不同部门中，将其协调组织起来非常困难。基于MES的整合式的车间在制品跟踪管理如图2所示。在加工装配企业的车间日常作业过程中，各职能部门会通过MES系统相应的功能模块产生各类生产数据。在如此庞大的生产数据中确定车间在制品跟踪管理所需MES其它模块的最少信息及将零散的信息关联组织，是进行W-WIP的两个关键问题。其中对组件信息的分类采集与处理是车间在制品跟踪管理的重点与难点。各功能模块，解决复杂产品在制品跟踪管理核心问题，以获取车间复杂产品的实时工序在制品跟踪信息，含组件配套缺件的在制品分类统计信息，不含组件配套缺件的在制品分类统计信息以及组件配套缺件信息。CAPPBOMW-WIPFOAOFOAOFO/E-WIPW-WIP图2基于MES的整合式的车间在制品跟踪管理另外，生产数据的实时性对在制品跟踪管理的准确性与有效性非常关键，在制品跟踪统计过程中用到的数据可分为静态数据（物料基本信息、BOM信息等）和动态数据（生产过程数据）。因此，在制品跟踪管理所需的数据的实时性实际是指如何保证生产数据采集的实时性。从图2整合式的体系结构可以看出，现代企业的在制品跟踪管理系统不可能是一个独立的系统，它构建于MES系统的基础之上。生产过程数据的实时采集是通过在流水作业卡管理利用条形码技术实现的，加工者通过便携式条码识别器读取零组件对应的条码号，系统自动检索到该零组件对应的流水作业卡片的对应的工序记录，并对该记录进行合理处理，依此不但规范了生产数据的采集而且保证了生产数据采集的实时性。同时，也需要企业制定相应的制度来约束操作人员来保证数据及时录入。3.1W-WIP的核心数据库设计上层管理的需求及管理的深度和细度将直接影响到W-WIP与MES的数据关联程度。根据笔者多年的车间生产管理系统的实施经验与对生产管理的研究，提出一个优化的车间在制品跟踪管理核心数据库设计方案（图3），该数据库设计实现了与MES各功能模块无缝集成，在满足信息的可追溯性的条件下使W-WIP与MES其它各功能模块的信息传递种类最少，减少各系统与W-WIP间重复关联信息传递。该在制品跟踪管理核心数据设计的优点是：降低了信息协调组织的难度；减少各系统与W-WIP间的数据冗余以减少对于W-WIP统计噪声；使W-WIP与MES其它系统的关联尽量少，降低W-WIP对其它系统的耦合度；功能上便于扩展以