1、- 1 - 本科毕业论文 （ 20_ _届） 中小制造企业生产管理信息化系统设计与实现 生产任务管理模块 所在学院 专业班级 信息管理与信息系统 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 伴随中国经济的快速发展，市场竞争也日趋激烈， 制造企业尤其是中小制造企业要想在激烈的竞争中取胜，很 重要的一点，就是建立一个低成本、可重构的 生产管理信息化系统 ，实现生产过程的信息化。生产 任务管理是制造企业管理的核心 ，也是生产管理信息化系统的关键核心功能模块之一。 本文采用结构化的方法，对中小制造企业生产管理信息化系统的生产任务管理模块进行需求分析，包括数据流分析，数据字典和系统功能
2、分析。在系统分析的基础上，应用结构化的系统设计方法，对系统的总体结构、系统功能模块、网络系统、数据库和输入输出进行了详细设计。在此基础上，采用 Microsoft SQL Server 2000 数据库和 Delphi 7.0 为 开发平 台，进行了系统的开发和实现。本论文的研究结果能够为中小制造企业实现生产管理信息化提供基础的应用；为其提供一种以任务为主线的生产管理模式；同时，优化制造企业的生产管理流程，提高企业的综合效益。 关键词：生产管理信息化系统；生产任务管理；中小制造企业 II Abstract With the fast development of Chinese economy
3、, the market competition is also intense. Manufacturing enterprise especially Medium-sized manufacturing enterprise want to win in the keen competition, the most important is to build up a low-cost and reconfigurable manufacture execution system and to achieve the production process of information t
4、echnology for total IT integration. Management of production tasks is the core of manufacturing management for enterprise. It is also one of the key function modules of production management information system. This article adopted structured approach to analyze the production management module for
5、the medium-sized manufacturing enterprises production management information system. Which includes: data flow analysis, data dictionary and system function analysis. On the basis of system analysis, we applied structured approach and made a detailed design of overall system structure, the function
6、system modular, cellular system, database, etc. Finally, we use Microsoft SQL Server 2000 and Delphi 7.0 to develop and realize the system. By the study of this topic, it can achieve the integration of enterprise information, use production management information system to rapidly responding the nee
7、ds of the future business changes, and has a real-time production management information system. At the same time, it can optimize the production management process of the manufacturing enterprise and improve the availability of production management and improve the competition of the enterprise. Ke
8、y words: Production management information system; Management of production tasks; Medium-sized manufacturing enterprise III 目 录 1 中小制造企业生产管理信息化系统概述 .38 1.1 生产管理信息化系统的概念 .38 1.2 中小制造企业生产管理信息化系统的产生和发展 .39 1.3 中小制造企业生产管理信息化系统的效益 .40 1.4 国内外研究现状 .41 1.5 本文研究的主要内容 .43 2 中小 制造 企业 生产管理信息化 系统的生产任务管理模块需求分析
9、.44 2.1 中小制造企业信息化的概述 .44 2.2 中小制造企业对生产管理信息化系统的需求 .45 2.3 生产任务管理模块概述 .45 2.4 生产管理信息化系统的生产任务管理模块系统功能性需求分析 .46 2.4.1 生产任务管理的流程分析 .46 2.4.2 生产任务管理数据分析 .52 2.4.3 系统功能定义 .55 3 生产管理信息化系统的生产任务管理模块设计 .57 3.1 系统总体结构设计 .57 3.2 系统功能模块设计 .59 3.3 网络系 统设计 .63 3.4 数据库系统设计 .64 3.4.1 数据库概念设计 .64 3.4.2 数据库逻辑设计 .66 3.4
10、.3 数据库物理设计 .69 3.5 输入输出设计 .73 4 系统实现 .74 4.1 系统实现概述 .74 4.2 系统平台介绍 .74 4.3 典型功能应用的系统实现 .75 4.3.1 生产订单管理 .75 4.3.2 工序派工单管理 .80 4.3.3 生产报表 .84 浙江万里学院商学院 面向中小企业的制造执行系统设计与实现 2 结 论 .87 参考文献 .88 38 随着经济的全球化和市场竞争的加剧，工业生产的竞争环境、发展模式和活动空间等都发生了深刻变化，信息化已经成为制造企业获得竞争优势的主要手段之一。制造企业要想在激烈的市场竞争中取胜，生产管理信息化成为提升企业生产力和竞争
11、力的关键。生产管理信息化就是要打破企业内部的信息孤岛，优化业务流程，使企业的在销售、计划、生产、采购等部门之间的信息畅通，实现信 息共享，提高企业管理能力，降低生产运作成本，最终提高企业的竞争力。 纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在 企业资源计划（ Enterprise Resource Planning， ERP） 管理系统和现场自动化系统 (Shop Floor Control System， SFC)两个方面。但是，由于产品从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠 ERP 和 SFC 系统往往无法应对新的局面。
12、生产管理信息化系统恰好能填补这一空白。 生产管理信息化系统是制造 企业中面向生产管理过程的信息化管理系统，即当前学术界和产业界研究和应用热点的制造执行系统（ Manufacturing Execution System， MES）。 MES 是近 10 年来在国际上迅速发展、面向执行层的生产管理技术与实时信息系统。 MES 可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本、提高产品质量和服务质量。 MES 适用于不同行业，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的信息管理。目前国外企业应用 MES 系统已经非常普遍，国内许多企业
13、也 逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力（胡新平， 2010） 1。 本论文以中小制造企业为研究对象，从其生产管理信息化的需求出发对生产管理信息化系统的生产任务管理模块进行设计和实现，能够为中小制造企业实现生产管理信息化提供基础的应用；为其提供一种以任务为主线的生产管理模式；同时，优化制造企业的生产管理流程，为企业制造过程提供一个实时的信息采集与信息交互的工作平台，提高企业的综合效益。 1 中小制造企业生产管理信息化系统概述 1.1 生产管理信息化系统的概念 生产管理信息化系统是制造企业中面向生产管理过 程的信息化管理系统，即当前学术界和产业界研究和应用热点的制造执行系统。 MES 最早
14、是在 199039 年，由美国制造研究协会（ Advanced Manufacturing Research， AMR）提出并使用。将其定义为： “ 位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车问层的管理信息系统 ” 。 此后，在国际上各相关组织都开始意识到要对 MES 进行更加明确的定义。MESA 对 MES 的定义如下 ：“ MES 是一些能够完成车间生产活动管理及优化的硬件和软件的集合，这些生产活动覆盖从订单发放到出产成品的全过程。它通过维护和利用实时准 确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息（ MESA， 199
15、7）2。 ” 到如今又有许多的学者对 其 进行了定义，普遍认为： “ 生产管理信息化系统是位于企业上层的计划管理系统和底层工业控制系统之间，是面向车间层的管理信息系统。它统一连接着生产计划与制造过程，能够及时反映生产现场的状况，在计划管理和底层控制之间架起了一座桥梁，是实现制造企业信息集成的纽带。 ” MES 已经不是一个特定行业的概念，而是应用于各种制造业的重要信息系统。 1.2 中小制造企业 生产管理信息化系统的产生和发展 从 20 世纪 70 年代后半期开始，出现了解决个别问题的单一功能的 MES 系统，如设备状态监控系统、质量管理系统、包括生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。
16、80 年代中期，生产现场的信息系统开始发展，生产进度跟踪信息系统、质量信息系统、绩效信息系统、设备信息系统及其整合已形成共识。与此同时，原来底层的过程控制系统和上层的生产计划系统也得到发展。这时，产生了 MES 原型，即传统的 MES（ Traditional MES， T-MES）。直到 1990年，美国制造研究协会提出了 MES 的具体定 义（柴天佑， 2005） 3。 20 世纪 90 年代初，工业界开始认识到需要一个可以将业务系统和控制系统集成在一起的中间层。生产管理信息化系统从一开始就是一个特定集合的总称，用来表示一些特定功能的集合以及实现这些特定功能的产品。美国的咨询调查公司，倡导
17、制造业用三层模型（ 3rd layer model）表示信息化。将位于计划层的控制层的中间位置的执行层叫做 MES，并说明了各层的功能和重要性。 MES处于企业信息系统和过程控制系统的中间位置。 MES 与上层 ERP 等业务系统和底层 分布式控制系统（ Distributed Control System， DCS） 等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划的指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。 MES 不单是面向生产现场的系统，而是作40 为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是连结现场层和经营层，改善生产经营效益的前沿系统（张志檩， 2004）
18、 4。 1997 年 MESA 发布了 6 个关于 MES 的白皮书，对 MES 的定义与功能、 MES与相关系统间的数据流程、应用 MES 的效益、 MES 软件评估与选择以及 MES发展趋势等问题进行了详细的阐述； 1999 年，美国国 家标准与技术研究所 (NIST)在 MESA 白皮书基础上，发布有关 MES 模型的报告，将 MES 有关概念规范化；2000 年，美国国家标准协会 (ANSI)致力于 MES 标准化工 (ANSI/ISA-95)，陆续发布了 SP-95 系列标准。 MES 的标准化进程以及 ERP 技术的成熟及其广泛应用正成为 MES 发展的推动力。目前，随着我国制造业
19、信息化建设的深入开展， MES正成为继 ERP 后的又一热点（潘美俊， 2008） 5。 1.3 中小制造企业生产管理信息化系统的效益 在全球商业竞争日益激烈的今天，尽管很多企业已使用了 ERP 系统， 但上层计划并不能及时准确传递到执行层，导致计划与执行严重脱节，再加上各种插单、急单、撤单、各类资源短缺的现象时有发生，致使生产过程难以控制、在制品居高不下、劳动生产率难以快速提高。而生产管理信息化系统恰好能够打破企业内部纵向的信息断层，实现企业内部信息的交互；同时，也可打破企业内部横向 “ 信息孤岛 ” ，使企业内各种信息化软件系统得以集成，从而充分地利用企业的制造资源，提高企业的竞争力 6。
20、 由此可见，随着信息的全球化及竞争的白热化，迫使企业纷纷采用信息化手段来加快企业物流、提高劳动生产率、降低企业生产成本，而 MES 无疑是实现企业生产管理信息化非常有力的工具。通过对 MES 的实际应用，杨东泽（ 2009）指出 MES 全面运行的可操作性和可行性良好，应用效果非常明显。主要体现在以下几方面： （ 1） MES 通过生产数据的实时上传，实现了高效透明的生产监控，保证了装置的平稳运行； （ 2）运行管理和生产流程的标准化，促进了生产班组按章操作，保证了生产安全可控； （ 3） MES 提高了生产管理的可视化和实时性；物料平衡与生产统计系统增强了生产信息的准确性，在生产管理上，提高
21、了效率； （ 4）在 MES 实施过程中，对相关的生产业务流程进行了 梳理、统一和改进，提高了生产运行管理效率； （ 5） MES 系统提供的实时监控、过程记录功能，能够使操作人员更加快41 速准确识别生产中的危险情况； （ 6） MES 系统的应用使企业安全生产更加有保障，能够规范一线人员的生产操作，帮助操作人员形成安全习惯，为员工、企业、社会带来较大的安全效益； （ 7） MES 系统的实施，可以促进企业的节能减排工作 7。 1.4 国内外研究现状 由于经济全球化，市场的竞争也日趋激烈，制造企业要想在激烈的市场竞争中取胜，生产管理信息化已经成为企业在生存发展中的一个重要手段。生产管理信息化
22、就 是要打破企业内部的信息孤岛，优化业务流程，使企业的在销售、计划、生产、采购等部门之间的信息畅通，实现信息共享，提高企业管理能力，降低生产运作成本，最终提高企业的竞争力。而 MES 就是面向生产管理信息化的。制造企业通过实施 MES 可以解决生产计划、排产调度、工艺管理、品质管理、现场数据采集和统计分析及设备管理等基本功能，为企业提供最佳的生产现场管理手段。针对 MES 以及生产任务管理国内外已经有了一系列的研究成果。 王胜强等人（ 2009）提到美国先进制造研究机构将 MES 定义为 “ 位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的 、面向车问层的管理信息系统 ” ， MES 为操作人员、管理
23、人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源 (人员、设备、物料、客户需求等方面 )的当前状态信息 8。 MES 协会在白皮书 MESA White Paper No. 2 1997 中提出了 MES 的概念和基本功能。在白皮书 MESA White Paper No. 3 2000中提出了 MES 与 ERP 及控制系统的关系图。实力雄厚的自动化系统供应商 (如Siemens， Rockwell Automation)都在采取并购一些卓有成效的 MES 公司，或开发 MES 软件包来抢占 MES 的市 场。 Rockwell Automation 推出了生产管理软件解决方案 RSBizware 针对
24、离散制造业和批量生产过程。但是，作为连接企业上层信息系统和工厂设备层的 MES 仍然没有比较成熟的技术和标准，企业上层信息系统和工厂设备层之间的鸿沟依然存在 9。王琦峰等人（ 2008）提出 MES 是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间生产的管理信息系统。它能够为车间管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有资源的当前状态等信息。生产管理信息化系统在企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一座桥梁，填补了企业计划 管理层和底层控制之间的 “ 鸿沟 ” 。在市场竞争激烈的现代生产环境下，生产管理信息化系统成为面向车间生产管理和控制的主流技术 10。肖力墉等人（ 2009）提出了面向
25、我国制造企业的 MES 功能体系结构。42 该功能体系结构以生产管理模型为中心，对制造执行层进行了功能结构的划分，并定义了其内部的主要功能及各功能之间传递的信息流 11。 谭竣菲（ 2007）提出在 “ 十五 ” 期间，国家 863 高技术计划先进制造与自动化技术领域在流程工业 MES 方面设立了技术攻关和示范应用项目，相继开发了钢铁企业 MES、石化企业 MES 和选矿企业 MES， 并且成功应用于生产实际，取得显著效益。越来越多的流程企业认识到了 MES 的重要性，纷纷开始实施 MES，流程企业信息化工程正在从 ERP 和个人通讯服务（ Personal Communications Se
26、rvice， PCS）向 MES延伸 12。 范桂明 (2010)根据 MES 及其在化工企业的使用情况，分析了其在当前化工企业生产经营管理、调度平衡、统计平衡、信息化管理方面产生的积极影响，阐述了 MES 系统在精细化管理和统计工作中的应用效果 13。 胡国金等人（ 2010）提到随着制造企业之间 竞争的 “ 白热化 ” 及企业 “ 微利 ” 时代的到来，迫使企业纷纷采用精细化管理手段来加快企业物流、提高劳动生产率、降低企业生产成本，而 MES 无疑是实现企业精细化管理非常有力的工具 14。陈冉升(2009)根据工作流管理系统的发展现状以及传统 MES 存在的问题，把工作流管理技术引入到 M
27、ES 中，分析了面向 MES 的工作流管理系统的特点，给出了一种以工作流技术为核心来驱动 MES 业务流程运行的系统设计思路，并详细阐述了系统的体系结构 15。张昊等人（ 2008）在基于实时信息的生产设备运行维护管理系统研究一文中根据制造企业生产设备实时化运行维护所应具备的主 要功能要求 ， 提出了一个基于设备工况信息实时采集技术和改进型 OEE 计算的设备实时监控系统设计方案和结构框架 ， 并且提出采用功能区块图的方法对设备实效模式进行分类和对故障原因进行判断。使其可以应用于生产制造执行系统(MES)中设备管理子系统的设计 ， 并且使大型复杂设备维护系统的设计条理化和模块化 ， 使企业的设
28、备维护流程和管理运作达到最佳效率 16。 生产任务管理作为企业生产管理的核心，为企业提供生产任务调度和任务执行信息，是企业实行协调控制、可集成进化的信息依据和基础。程杰（ 2006）在分析了企业资源计划任务管理模 块后，指出 其 中的同类项合并和无限能力的任务管理思想对小批量客户化定制的局限性 17。王景华（ 2007）指出了中小企业生产计划与控制存在物料提前期不确定、计划与能力计算分离及计划与调度分离等问题。生产任务的合理调度和控制是制造领域研究的热点 18。韩峰等人（ 2008）将 Holon Agent 引入任务管理中，构建了基于 Holon Agent 的任务管理模式，研究了 Holon Agent 单元结构和以合同网协议为基础的信息交流方式，为企业任务管理提供分布式的调度决策能力，降低意外扰动的影响，合理利用企业资源 19。乔东平等人（ 2006）提出基于多代理构建具有混合控制结构的分布式生产任务管理系统，给出系统中的代理划分。系统采用分派、协商和请制3 种方式对任务进行安排，以资源管理代理为例给出了基于 JADE 平台构建系统
