车用空调装配车间集成化生产作业管理系统

0 引言

车用空调制造企业是一种典型的汽车零部件制造企业，主要是根据汽车主机厂的要求进行相应车用空调产品的设计、生产和配送，其生产模式是一种典型的客户订单驱动的组装生产模式。车用空调制造企业大多同时为多个汽车主机厂供货。为了适应各主机厂不同车型的需求，车用空调制造企业一般有多条装配生产线，且每条生产线又需要通过调整工位、设备和工装夹具等，来装配多种装配工艺相似的产品。

目前，车用空调制造企业的生产管理大多还处于手工管理阶段，其装配车间生产作业管理面临诸多亟需解决的问题。例如，生产作业计划及调整信息不能及时下达到装配生产线;装配生产线的生产进度、异常事件信息等不能及时反馈到管理层;管理人员不能实时掌控装配车间生产情况，使得生产作业计划的制定和调度比较盲目;装配作业管理比较混乱，经常发生错产、误产及交货延迟的现象等。因此，车用空调装配车间迫切需要一套集成化的生产作业管理支持系统，以实现整个装配生产作业管理的透明化、实时化和可控化。

随着制造资源计划(Manufacturing ResourcePlanning，MRP II)/企业资源计划(Euterprise Resource Planning，ERP)、准时生产(Just in Time，JIT)、制造执行系统(Manufacturing __execution System，MES)等先进管理思想和理念的日趋成熟，基于这些先进思想和理念的车间生产作业管理方面的研究和应用得到了国内外许多专家和学者的高度重视，也取得了许多重要的研究成果。例如，构建了一种前连续后离散的混合生产作业计划体系框架，并描述了其功能要求及信息联系，研究了这种混合生产模式的作业计划排程问题;文献分析了基本作业方式的“通用一特例”关系，提出了全面研究上述基本作业方式的通用作业计划的概念，建立了通用作业计划模型并采用蚁群算法加以优化;文献提出和分析了一种利用MES闭环信息控制，以优化车间生产作业计划调度的方法;文献用Muh-Agent方法对车间生产作业管理单元进行了分析和设计，并建立了分布式环境下车问协同作业的组织结构、系统架构和一种基于敏捷制造车间模式的生产信息管理系统;运用集成定义方法(Integrated DEFinition methed，IDEF)建立了一种新的车间生产作业管理控制模型，该模型使得车间信息传递更快捷，提高了车间管理的集成化水平和生产效率，并利用Petri网验证了模型的有效性;文献根据生产计划与控制的不同层次需求，提出了一种将MRP II，JIT，约束理论(Theory of Constraints，TOC)三者相融合的生产作业管理方法，构建了生产作业计划管理与控制模型;采用事件驱动和周期驱动相结合的调度策略，提出了基于多目标免疫遗传算法的动态调度优化模型，设计了面向交货期性能最优的柔性作业车间调度算法;文献提出了基于生产流程网络图的时间并行倒推算法，构建了混合流程生产作业动态网络图，并用逆工艺路径的时间并行倒推算法来编制作业计划等。

综上所述，可见国内外在车间生产作业计划的制定、优化调度和管控模式等方面进行了大量的研究，在车间生产作业管理信息系统及其与ERP等系统的集成运行等方面也取得了许多有价值的成果，但在生产作业管理如何实时延伸到车间设备和操作工人，以及如何实现生产作业管理与生产现场设备和操作工人之间集成运行等方面，还有待深入研究。本文借鉴以上研究成果，结合作者所在课题组前期发明的一种软硬件一体化的“网络化制造系统中的多功能交互式信息终端”(该终端能较方便地实现企业设计和管理层与生产现场设备及操作工人之间的实时信息交互和业务协同，已获国家发明专利)，针对车用空调装配车间生产作业管理的特点和信息化需求，提出并研究了一种能支持从装配任务的制定和下达、作业信息的实时采集和反馈，到生产进度的实时监控和作业计划的实时调整等集成运行的车用空调装配车间生产作业管理系统。

1 系统体系结构

车用空调装配车间集成化生产作业管理系统的体系结构包括基于多功能交互式信息终端的数据采集与信息交互层、生产作业管理核心功能层、与其他信息系统集成接口层、系统支撑层和交互界面层等，如图1所示。

图1 车用窄调类装配车间集成化生产作业管理系统的体系结构

(1)基于多功能交互式信息终端的数据采集与信息交互层通过生产现场的多功能交互式信息终端，把制造执行系统的功能和应用延伸到车间的生产装备和操作工人，从而实现生产作业管理端与装配生产现场及操作工人的集成运行。一方面，现场操作工人能够实时接收到与装配任务相关的信息，如生产作业任务单、作业指导书、物料配送信息等;另一方面，装配生产现场的进度信息、质量信息、物料信息、生产异常事件信息等能实时反馈到生产作业管理端。

(2)生产作业管理核心功能层车间生产作业管理系统是MES的一个重要组成部分，其核心功能主要是实现生产作业计划的制定、下发和接收，生产任务的分配、监控和调度，生产现场信息的采集、反馈和分析等集成运行，包括生产作业计划管理、生产作业进度监控、数据采集、综合报表与查询、文档管理等功能模块。

(3)与其他信息系统集成接口层企业其他信息系统层包括CAx、产品数据管理(Product DataManagement，PDM)、ERP、供应链管理(SuppyChina Management，SCM)等涉及企业产品设计、经营管理、供应链管理等的信息系统。车间生产作业管理系统可以通过集成接口，与这些系统实现数据传递和信息共享。

(4)系统支撑层网络、数据库和信息安全等是系统运行的基础和支撑。部管理人员、装配车间管理人员、装配线班长和操作工人等。

2 系统功能结构

车用空调装配车间集成化生产作业管理系统包括生产作业计划管理、生产作业进度监控、数据采集、综合报表与查询、文档管理、集成接口等功能模块。系统功能结构如图2所示。

图2 车用空调装配车间集成化生产作业管理系统的功能结构

(1)系统管理主要包括用户管理、权限管理、公告管理和系统日志管理等功能。

(2)基础数据管理主要对员工及班次、装配线及装配工位、装配物料清单(Bill of Material，BOM)、装配工艺、信息终端、生产异常事件等基础数据进行设置、管理和维护。

(3)生产作业计划管理主要包括生产作业计划制定、下达、接收以及调度和查询等。

(4)数据采集指通过多功能交互式信息终端，对生产作业记录数据、生产异常事件信息、生产过程质量信息、装配线缺料信息、完工人库信息等进行实时采集。

(5)生产作业进度监控模块指通过多种方式，实时监控生产作业进度，包括：①通过系统查询界面，实时查询生产作业进度和生产现场状况信息;②通过管理端的可视化界面，动态监控各条生产线的运行情况;③通过车间LED大屏幕，动态显示生产进度情况、生产线异常情况等信息;④将生产进度关键信息通过短信发送到相关人员手机上，使企业相关管理人员、现场操作工人以及授权客户通过多种方式和渠道，实时掌握或了解生产进度信息和订单执行情况。

(6)文档管理主要是对作业指导书和工艺文件等资料进行管理和维护。装配生产现场操作工人通过多功能交互式信息终端，可以实现对装配作业指导书和工艺文件等资料的实时查询和浏览。

(7)综合查询与报表指为管理人员提供的生产进度、库存、生产异常事件、生产绩效等统计和分析报表。

(8)集成接口主要实现本系统与MES中的物料、质量、设备等其他模块的集成，以及与ERP系统、产品设计系统、手机短信息系统等外部系统的集成。