周 旭,何卫平,李亚杰
(西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室,陕西 西安 710072)
复杂作业模式下在制品追踪溯源技术研究
周 旭,何卫平,李亚杰
(西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室,陕西 西安 710072)
通过分析复杂作业模式车间生产管理的特点,提出了利用条码技术实现车间在制品信息采集并以条码作为在制品追踪溯源信息的载体,采用树结构思想解决了在制品追踪和追溯过程中出现的盲点,从而使在制品的信息满足下行可跟踪性和上行可追溯性的要求。
机械制造;在制品;追踪;溯源;车间管理;条码
随着科技的不断进步,市场需求日趋多样化,大批量生产已经不能适应市场要求,多品种小批量混合生产模式逐渐成为制造的主流[1]。在这种复杂生产模式下,在制品的追踪溯源技术是车间生产过程管理的关键技术之一。
在制品跟踪最基本的两个追踪对象是在制品和活动,在制品和活动被称作跟踪的核心实体,实体是指可以单独描述和存在的对象。在制品(WIP:Work in Progress)是指从原材料投入生产的第一道工序起,直到最后形成产品之前这一生产过程中的所有生产物料,是尚未形成生产制造的产品或零部件[2];活动是指在制品在车间的一系列加工流程。在制品存在于生产的各个环节,通常会占用企业大量的资金,为了保证生产的连贯性和减少企业的成本,必须加强对在制品的管理,而在制品处于流动状态,其所处加工位置和工艺状态是时刻变化的,因此在制品管理要能对在制品的信息进行实时的采集和跟踪。通过对在制品的跟踪管理者能实时了解车间在制品所处的加工位置、加工数量、操作人员、加工进度和质量数据等信息,通过这些信息管理人员能对车间的生产进行宏观调控,实现车间利益的最大化。然而在实际生产中经常出现紧急插单、订单追加、任务终止,频繁出现分批、转批、合批等情况,批次的频繁变化和转移结点繁多导致在制品的追踪信息不连续、不准确、混乱等情况,从而使在制品的跟踪过程出现盲点和断层[3][6]。
针对以上问题,本文对复杂作业模式下在制品追踪溯源技术进行研究,采用条码技术对在制品进行标识从而对跟踪的信息进行采集,采用树状结构思想对批次变化的在制品进行跟踪与追溯,解决了批次变化后在制品跟踪过程中出现的盲点,使跟踪信息连续准确。
根据在制品跟踪的方向,在制品跟踪被分为两类:追踪(forward traceability)和溯源(backward traceability)。追踪是对在制品之间消耗(whereused)关系的展开,其中消耗关系描述了消耗某些物料(这些物料有相同的属性集)的所有在制品。溯源是对在制品之间组成关系(where-from)的展开,其中组成关系描述了某在制品所消耗的所有物料及加工过程的重现。因此跟踪在制品所获得的信息应满足两个方面的基本需求,即下行可跟踪性(Downward Traceability)与上行可追溯性(Upward Traceability)[4]。
(1)在制品可跟踪性:对具有个体编号或者批号的在制品需进行严格的管理,跟踪其每个环节状态和数量的变化。获知其具体的去向,即根据个体编号或批次编号应能够获知其整个生产周期的转移,并明确与各转移环节相关联的加工设备、作业人员等生产工艺和生产要素的信息。该项需求在一般的生产管理系统中通过各种方式得以不同程度地满足,具体表现形式有形成产品质量档案、跟踪订单的生产进度等信息。
(2)在制品可追溯性:对具有个体编号或者批号的产成品,应能够追溯其生产制造过程。根据产成品的编号或批次号应能够获知其完整详细的生产过程信息,包括在各工序上用料的种类、数量、编号或批号等信息,和各生产作业的人员、时间等信息,以及各环节的检验详细数据。产品的可追溯性对质量控制、成本核算、产品生命周期管理等功能具有现实意义。
在制品的跟踪和溯源并不是两个独立的环节而是紧密相连的,在制品跟踪过程数据生成和存储不仅满足跟踪信息的需要而且为在制品溯源提供了数据支持,跟踪和溯源两方面的信息相辅相成,共同组成了在制品的跟踪系统。
由于在制品是不断流动的,它所承载的信息也是不断变化的,这就从客观上要求我们要以动态的思想去跟踪与管理在制品的活动,对制造过程中的在制品进行标识,对生产数据进行实时采集。具体表现为对在制品的加工工位、状态信息、实物数量、质量数据以及生产过程相关的人、设备等信息的标识与实时采集,由下而上(Bottom Up)实时掌握制造现场动态生产状况、任务进度,以及物料转移处理和质量事件控制。其目的在于通过有效的在制品标识,实现对在制品的跟踪与管理,降低在制品储备量,加速资金周转,以最低的在制品库存保证生产过程连续、均衡,最终降低企业生产成本[2][3]。为了实现这个目的就必须保证数据采集和在制品标识的实时性和准确性。
本文利用条码技术对在制品跟踪信息进行采集,将采集到的信息存储到数据库中,并以条码编号作为唯一标识,将条码作为在制品追踪溯源过程中信息的载体[7][8],使在制品的下行跟踪和上行追溯有据可依,并达到方便、简捷和实用的效果。图1所示是在制品跟踪信息采集的过程。
为有效执行既定的生产计划,必须在生产过程中对在制品进行跟踪控制。在制品的跟踪控制即实现在制品可追溯性(Traceability)的过程,是生产过程管理的核心功能之一。在制品跟踪的根本目的是为了记录在制品在生产过程中状态和数量的变化以及生产进度等信息,或追溯产成品在各生产环节的用料、工艺、检验等具体加工信息等,保存原始数据,提高在制品的可追溯性,并为高级的管理功能提供决策支持。然而在实际生产中特别是混合生产作业模式下经常出现分批和合批的现象,即一种批次的在制品与多批次的在制品相对应或多批次与多批次的在制品相对应,这就给在制品的跟踪与追溯带来了困难,在分批和合批的环节出现盲点,使在制品的跟踪与追溯在分批和合批环节出现中断[4]。为了解决这个问题,本文采用基于树状结构的在制品追踪技术来进行在制品的跟踪与追溯。
生产过程中在制品各转换环节前后的相应系列可以使用集合来表示,树结构中每个结点可以看作一个集合。本文中将所有的在制品标识统称为批次,使用“l”表示,批次的集合使用“L”表示,将工序顺序号为i的工序称为工序i,该工序所使用的在制品集合用其工序顺序号i作为下标进行标识:Li,相应的批次则使用工序顺序号i和批次顺序号j两个下标表示:lij,即:
在制品集合Li,经过工序作业转换后,产生新的在制品集合,记为Li+1。将Li称作该工序作业的输入在制品集合或输入Li(父结点),将Li+1称为其输出集合或输出Li+1(子结点)。在实际生产中在制品的转换过程如图2所示。
在制品的跟踪就是L0→LI中各个结点自顶向下的树的前序遍历的过程,在制品的追溯就是LI→L0中各个结点自底向上的树的后序遍历的过程,每个节点都有双向性即对上的父关系和对下的子关系。结点双向性在产品跟踪上有着很重要的作用,它们分别表示了产品跟踪和追溯两个不同的方向。但在实际生产中经常出现多对一、一对多或者多对多的问题,也就是我们所说的分批合批情况,这就导致树结构中某些结点的父子关系不明确,从而使在制品的跟踪和追溯出现盲点,不能准确表达在制品的信息。为了解决这个问题就要对结点进行编码,标识结点的父子关系,如图3所示。其中表示此结点的父结点是l00结点和l01结点,一般化形式表示此结点的父结点是 l(i-1)x和 l(i-1)y,其中 x=0,1,…,I;y=0,1,…,M;下图中的结点表示此结点的子结点分为l22和l23结点,一般化形式表示此结点的子结点分为 l(i+1)x和 l(i+1)y,其中 x=0,1,…,I;y=0,1,…,M。采用这种方式在制品在跟踪和追溯的过程中就能准确找到其子结点和父结点,避免了追踪过程中的盲点。
本文采用条码技术对在制品的生产信息进行采集并以条码作为跟踪溯源信息的载体,使信息采集更加实时、准确、高效,为车间生产构建了一个敏捷化处理环境,很大程度上改变了当前车间生产作业的方式;采用树结构思想的在制品追踪技术对在制品进行跟踪追溯,避免了分批和合批时的追踪盲点,真正实现了在制品的对下跟踪和对上追溯,从而使在制品的跟踪管理能够满足不同层面的管理需求,实现了在制品的精细化管理。
[1]严隽薇.现代集成制造系统概论——理念、方法、技术、设计与实施.北京:清华大学出版社,2004.
[2] 付忠璋.抓好在制品动态管理 提高现场综合管理.价值工程,2003,(2):74-77.
[3] N.C.Tsourveloudis,S.Ioannidis.Work-in-process scheduling by evolutionary tuned fuzzy controllers.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,34:748-761.
[4] 李忠凯.混合流程企业生产过程管理系统研究[D].大连理工大学,2010.
[5] 孟凡斌.制造企业在制品管理系统开发及车间调度研究[D].大连理工大学,2008.
[6] 刘文煌,贵冬梅.小型企业生产管理与控制系统的分析及其实现.计算机集成制造系统 CIMS,1998,(2).
[7] 彭 昱.条码在在制品生产管理中的应用研究[D].南京:南京航空航天大学,2005.
[8] 阮李英.条形码发展及应用前景.广西质量监督导报,2009,(5):57-59.
Study on work-in-process tracking and tracing to source technology for complex production patterns
ZHOU Xu,HE Weiping,LI Yajie
(The Key Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology,Northwestern Polytechnic University,Xi'an 710072,Shanxi China)
By analyzing the features of plant production management under complex production patterns,bar code technology has been used to collect the workshop information of WIP which is also as the carrier of WIP tracking and tracing to source information.The tree structure has been applied to solve the blind spot of WIP tracking and tracing to source process,so that the WIP information can satisfy the Downward Traceability and Upward Traceability requirement.
Work-in-process;Tracking;Tracing to source;Work shop management;Bar code
TP274
B
1672-0121(2012)03-0099-03
2011-12-26
周 旭(1986-),男,硕士在读,主攻计算机集成制造、制造资源管理等