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基于看板管理的中小型电子企业车间生产管理系统研究

[日期:2013-04-22] 来源:万方数据  作者:MES沸腾网收集 [字体: ]

前言:针对中小型电子制造企业在车间生产管理信息化建设中存在着资金短缺、技术人员匮乏、信息化应用水平低等问题,结合制造执行系统等先进管理思想,构建了基于看板管理的中小型电子企业车间生产管理系统(SFCS,Shop FloorControl System),该系统具有低成本、易实施的特点。 

      广大中小型电子制造企业是中国制造业的重要组成部分,在激烈的市场竞争下如何迅速提高企业的核心竞争力,加快企业的信息化进程是其关键环节之一。如何在中小型电子企业中顺利推进信息化,特别是车间生产管理信息化,是企业迫切需要解决的难题之一。电子产品的多样性和个性化的市场需求日趋明显,客户对产品的功能、质量、可靠性要求越来越高。多品种小批量成为电子产品生产的主流,要求中小电子制造企业的生产模式应具有较强的柔性化和市场快速响应能力。生产车间是企业生产组织的基本单位,是企业物料流、资金流、信息流的汇集点,是企业管理与控制的重点,中小电子制造企业的生产管理大多还处于手工管理阶段,其生产作业管理面临诸多急需解决的问题。例如,生产作业计划及调整信息不能及时下达到生产线;生产线的生产进度信息不能及时反馈到管理层;管理层不能实时掌握车问生产情况,对生产车间出现的不良品过多、交货延迟、设备故障等现象不能及时处理。因此中小企业迫切需要一套集成化、低成本的生产作业管理系统,实现生产的实时化和可控化。随着制造资源计划(Manufacturing ResourcePlanning,MRPII)/企业资源计划(EnterpriseResource Planning,ERP)、准时生产(Just in Time,JIT)、看板(Kanban)、制造执行系统(ManufacturingExecution System,mes)等先进管理思想和理念日趋成熟,基于这些先进思想和理念的车问生产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,王军强、孙树栋等提出了一种新的管理方法MTJ并在其指导下构建了生产计划管理与控制模型;尹超、尹胜等构建了基于制造执行系统等先进管理思想的车用空调车集成化生产作业管理系统,并研究了基于遗传算法的车用空调装配车间生产作业动态调度方法和装配线生产作业执行情况可视化动态监控技术;王琦峰,阎春平等提出了一种基于知识集成的车间制造系统运行模式;王琦峰、刘飞等提出了一种面向服务的离散车间可重构制造执行系统,提出了一个四维的系统模型,并进行了系统开发和应用试点;王军强、孙树栋等

      采用组件化的软件开发方法,开发了满足企业个性化去求的车间生产管理系统;刘琼、马连博等对基于J2EE、RFID、嵌入式Linux的看板管理系统进行了研究;李天涛研究了面向汽车模具生产的MES中电子看板管理。但这些研究都没有针对中小型电子企业车间生产管理信息化的问题。目前中小型电子企业在车间生产管理信息化建设中还存在着资金短缺、融资能力较差、技术人才匮乏、信息基础设施薄弱、信息化应用水平低等问题。中小型电子企业一般应用了ERP,车间计算机还停留在单机应用阶段,缺乏专业的信息化人员,信息资源的共享程度还不高。由于中小企业基础薄弱,大多投入不足,这些企业虽然有信息化的迫切需求,但在资金、技术、人才以及管理基础等方面又难以承担信息系统开发和运行的工作。

      本文针对中小电子制造企业车间管理的需求,在研究制造执行系统和信息化研究成果的基础上,结合中小电子制造企业车间生产管理的目标和特点,提出了基于看板管理的车间生产管理系统(SFCS),并成功在某电子制造企业进行实施和应用,取得了良好应用效果。

1 系统的体系结构

      中小型电子企业车间生产管理系统的体系结构包括以低成本、高效能的DCT为主的基础数据采集层、集成工具层、生产作业管理核心功能层、基于Web的用户层等.如图l所示。

图1 生产管理系统的体系结构

      (1)基础数据采集层。依靠各种信息收集与采集工具,通过数据采集器(DCT)、看板(Kanban)、条码扫描(Barcode Reader)、在线测试仪(In.Circuit.Tester)等连接到车间生产设备,对生产现场的数据进行实时采集,并录入系统进行处理,它是系统运行的基础并且花费较小的成本实现了生产作业管理端与生产现场及工人的集成运行。现场工人能够实时接收到与生产作业任务相关的信息,如生产工单、生产看板、作业指导书、物料配送信息等;同时生产现场的工单进度信息、物料信息、质量信息、设备信息、生产异常事件信息等能实时反馈到生产作业端。

    (2)集成工具层。为车间生产管理系统与其它相关系统的集成提供工具和技术支持。它包括SOA框架、业务流程管理中间件、集成规范以及信息传输和交换等内容。
 
    (3)车间生产管理核心功能层。车间生产作业管理主要功能是实现生产作业计划的接收,生产任务的调度、分配,生产现场信息的收集、监控,包括工单(WorkOrder)、看板、质量、物料、设备、数据采集、技术资料等管理功能。功能层可以与企业内部产品设计系统(CAD、CAPP、CAM、PDM等)和管理信息系统(如SAP等)的系统集成;还可以与客户、供应商等进行信息交流。

     (4)用户层。主要包括的车间管理人员和车间员工、企业高层人员、以及客户、供应商和外包厂商等相关人员,用户可以采用Intemet/Intranet等接入方式访问系统,实现企业内外部的信息交流和业务协作。

2 系统的功能结构设计

    基于模块化设计思想,将车问生产管理系统(Shop Floor Control System)分为系统管理、看板管理、工单管理、车间质量管理、物料管理、设备管理、系统集成接口、技术资料管理、综合查询与分析等功能模块,如图2所示。

图2 车间生产管理系统结构图

 (1)系统管理模块。系统管理主要包括用户管理、权限管理、数据维护和系统日志管理等功能。

(2)看板管理模块。主要包括车间作业计划转化为看板形式、看板的生成打印、看板发放到生产线、生产完成后看板的回收、现场生产信息数据收集和维护。

(3)工单管理。工单信息管理模块主要用于实现工单的相关信息的管理和存储,不仅能实现按工单编号查询、删除、查找、添加、打印、信息管理功能等操作,并且能方便对工单编号、客户编号、客户姓名、客户联系方式等信息的维护。

(4)车间质量管理。车间质量管理涉及到产品良率、产品质量信息记录、工站维修信息}己录等。通过生产看板系统,可以直观的了解产品实时质量信息并对不良品进行追踪与管控,并及时做出改正措施以预防不良品的产生。

(5)物料管理。车间生产管理系统的物料管理模块通过对仓库物料的出入库信息的详细记录,通过看板管理从而实现对物料入出库及库存数据的管理。系统支持先进先出、计划成本等多种库存成本核算方式。通过按工单核算和工单预算设置可以实时监控项目材料使用情况,及时反映材料超支与节余信息.起到对物料的成本控制。

(6)设备管理。设备管理模块可以实现对生产线设备的运行状态监控,通过DCT将生产设备和车问生产管理系统连接,可以实现对没备进行状态监控、故障处理等。

(7)系统集成接口。系统接口主要实现本系统中的物料、质量、设备与其它模块的集成,以及与SAP系统、产品设计系统、仓库、客户等外部系统的集成。

(8)技术资料管理。此模块主要负责产品技术资料、产品变更信息、产品加工流程、客户需求及产品认证等资料的管理。

(9)综合查洵与分析。综合查洵与分析模块能为管理人员提供实时产量、库存、生产异常事件、生产绩效等多方面的统汁和分析报表。可以通过系统查询界面实时奄询生产作业进度和生产现场状况信息;可以通过管理端的可视化界面动态监控各条生产线的运行睛况;可以通过车间LED大屏幕动态显示生产进度情况、生产线异常情况等信息;可以将生产进度关键信息通过车问看板系统显示出来,从而使得企业相关管理人员、现场操作工人,以及授权客户可以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。

3 车间生产管理系统运行流程

      中小电子制造企业车问生产管理系统的主要任务是生产作业汁划的导入、车间生产能力平衡、车间生产作业任务的下达、工单管理、生产看板的管理、质量管理、生产现场信息的实时收集、产品完工和统计分析等业务的集成。系统的运行流程如图3所示。

图3 车间生产管理系统运行流程

    该系统运行流程的特点有:

(1)通过车间生产管理信息系统平台,生产现场工人能实时接收到生产计划、生产工单、标准作业程序和工艺文档,并能对车间生产作业现场数据进行实时采集与反馈,实现整个车间生产作业过程的信息化;

(2)通过生产管理信息系统实现了管理层和车间生产状况的有机联接,形成了生产计划从制定、下达、执行、反馈和控制的闭环系统。生产现场操作工人可实时反馈生产的实际状况,生产管理人员可掌握车间生产作业实时状态信息,有利于提高车间生产管理的效率。

(3)通过生产管理信息系统技术管理人员能实时掌握设备的运行状态和产品的质量情况,有利于保证生产线的流畅性和产品质量并提高生产效率。

4 系统实现的关键技术研究

    4.1 基于JIT技术的生产作业信息看板管理研究

    看板是传达生产指令、反馈指令执行情况的工具,看板管理是实现准时化生产最重要的途径和方法,能实行拉动式生产,通过标语、现状板、图表、电子屏等形式把系统文件上、生产现场等信息展示出来,以便任何人都可以及时掌握管理现状和快速制定实施用对措施。目前在中小电子制造企业应用的比较广泛,如果将其集成到车间生产管理信息系统一方面能将生产任务信息及时传递给生产线工人;另一方面能及时将生产线生产信息及时反馈到车间生产管理系统中,为生产调度管理提供实时信息。为了有效地实施看板管理,通常要对设备进行重新排列、重新布置。这就需要对工厂的生产线进行重新规划和设计,根据产品生产流程工艺和机器设备的特征进行合理布局和优化。进行看板管理的前提包括下列几个方面(如图4所示)。

    (1)各工序使用零部件都只有一个发出地(前工序);

    (2)所有零部件在整个生产过程中要有明确的、固定的移动路线;

    (3)每个作业区只有两个存放处:入1:1和出口。

图4作业点零部件存放看板

    看板主要分为传送看板、生产看板、临时看板三种。在看板管理中。将物流与信息流区分为工序之间的物流与信息流和工序内的物流与信息流,分别由传送看板和生产看板进行控制。其中传送看板用于指挥零部件在前后工序之间的移动,可分为工序看板和外协看板两种;生产看板用于指挥各工序的生产,可分为工序内看板和信号看板。临时看板是进行没备维护、没备修理、临时任务时所使用的看板。

    (1)传送看板

    传送看板用于指挥零部件在前后工序之间的移动。根据使用情况不同,可分为:

    ①工序车间看板。工厂内部后工序到前工序领取所需的零部件畴使用的看板。根据各个车间物流与信息流的实际情况不同而不同,如图5所示。

图5工序看板

    ②外协看板。类似工序间看板,只是“前工序”是供应商。它是针对外部的协作厂家所使用的看板。外协看板中必须记载:进货单位的名称和进货时间、每次进货的数量等信息。

    (2)生产看板
   
    生产看板用于指挥各工序的生产。可分为:

    ①工序内看板。指各工序进行加工时所用的看板。这种看板规定了所生产的零部件及其数量,它只在工作地和其出口存放处之间往返。如图6所示。

    ②信号看板。是在不得不进行成批生产的工序所使用的看板。例如树脂成型工序,模锻工序等。

    信号看板挂在成批制作出的产品上,当该批产量的数量减到基准数时摘下看板,送回到生产工序,然后生产工序按该看板的指示开始生产。

图6工序内看板

    (3)临时看板。进行设备维护、设备修理、临时任务时所使用的看板。

看板管理的可视化、即时性和方便协同等特点符合车间生产管理的需求,看板能及时消除隐患,防止过量生产和过量运送,结合中小型企业车间看板管理方式,车间生产管理系统能够进一步实现实时直观的监测到车间运行情况,可以大大提高企业生产管理的可视化水平,实现信息化目视管理,促进企业管理方法的改进。通过看板与信息系统的集成提高了生产人员和管理技术人员的沟通效率,提高了解决问题的及时性。看板管理的集成实施需要企业高层管理人员、车间生产人员和供应商的全力合作才能发挥最大的效用,有助于协作团队的建立。充分利用车间已有的看板管理,能够节省企业车间生产管理系统开发、培训和管理等的费用,减少系统实施难度,促进企业管理水平的进一步提高。电子厂实际使用的看板如图7所示。

图7 电子厂看板管理部分图片

    4.2 系统集成接口管理

    4.2.1与仓库集成接口

    车间生产管理系统可以与公司仓库管理系统和公司ERP系统进行链接。如图8所示。通过与仓库系统的集成接口,可以实现对物料损耗、库存、来料、上料进行管理,并通过与ERP系统的连接,实现对物料的动态监管,降低物料损耗和成本。

图8 车间生产管理系统与仓库集成

    4.2.2 SFCS与外部客户集成接口

      SFCS与外部客户集成接口系统是由企业管理者、项目经理、产品工程师、销售员等企业内部人员和外部客户构成,通过Intemet/Intranet的Web浏览器、应用终端等方式登录SFCS系统进行数据交换和业务协同;数据层主要通过数据库服务器提供信息的集成与共享等服务,用以综合管理系统中的信息资源;网络层主要是指Internet、Intranet/Extranet等,是数据与信息传输和共享的基础支撑。如图9所示。

图9 Web服务组件的构建及业务流程管理示意图

    在SFCS系统的支持下,企业可根据客户个性化订单的具体需求,通过系统即时、快速、精益的生产管理能力满足客户对产品数量、质量、交货日期的需求。同时通过系统的数据共享和交互,客户能够详细了解产品在生产过程的具体状态,有利于客户对企业生产质量和流程的监督和认可;提升了生产的柔性,增强了企业市场销售、生产组织、物料采购、产品装配以及发运等业务环节之问的信息集成与共享,提高了各业务环节的运作效率。
 
5 应用案例

      深圳某电子制造企业是一家专业电子产品代工厂,于2001年5月30日成立,公司总人数1500余人。公司的主要产品有:图形显示卡、手机主板、电脑主机板、游戏手柄、手机摄像头、MP3, MP4,PMP、科学计算器、蓝牙耳机等等。公司通过了IS090001和IS014001国际质量体系认证,具有较好的发展前景和一定的技术实力。在以上研究成果之上,设计和开发了一套基于看板管理的车间生产管理系统,并取得了良好应用效果。

    车间生产管理系统主要应用界面如图10所示。

图10 系统集成运行主要界面

    通过基于看板管理的车间生产管理系统在该电子企业车间的实施和应用,系统有以下优点:

    (1)成本低。该系统基于企业原有的看板管理,企业投入成本小,能满足企业信息化的需求。
   
    (2)先进性。信息系统的功能比较完善,在同行业中处于较高的水平,能满足企业3一5年的业务发展要求,切实提高了企业车间管理水平。充分考虑企业各生产部门相对独立和车间看板管理的实际情况,需要结合企业车问的现状,逐步提升企业生产制造信息化水平。
   
    (3)易用性。结合使用人员的文化水平、业务素质以及看板管理的实施,采用浏览器与看板结合的操作界面,界面友好,保证系统用户能够迅速掌握,方便使用。
   
    (4)安全性。选用合适的关系型数据库,有严格的安全控制和数据备份机制,可以确保数据安全可靠。在运行环境方面,服务器采用高可靠性集群设置,可以不间断运行。在应用软件的设计上,强化权限管理功能,具有多级安全机制。通过对企业、部门及不同工作人员的权限分配,做到所有人员只能查看与自己相关的数据,并建立完善的日志管理,做到所有操作都有据可查。在满足目前制造信息需求的基础上,充分考虑系统不断升级,同时增加与企业级信息平台的接口设计,保证系统信息兼容。
   
    (5)采用“总体规划、分步实施”方式。信息系统的建设要注重整体性、系统性、长期性、开放性和集成性,将信息系统的实施完善与企业的中长期发展战略密切结合起来,在总体发展规划的指导下,分步建设。

6 结论

      高效、精益和柔性的车间生产管理系统,已成为广大中小型制造企业的一个重要组成部分,也是提升现代制造企业生产管理水平和生产制造能力的迫切需求。本文在分析中小电子企业车间生产管理特点的基础上,提出了一种基于看板管理的车间生产管理系统;并对系统进行了总体设计,包括系统体系结构、功能结构和运行流程;研究了系统的关键技术基于JIT技术的看板管理和系统集成接口管理等;最后,设计和开发一套中小型电子企业基于看板管理的车间生产管理系统,并在某电子制造企业进行了实施和应用,有效提高了该企业的车间管理水平和生产组织能力。为中小型电子企业车间管理水平的提升提供了一种解决思路。

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