基于工艺流程图的车间生产管理系统设计与开发*

李 丽，吉武俊，武照云，吴立辉

(1.河南职业技术学院 汽车工程系，郑州 450046; 2.河南工业大学 机电工程学院，郑州 450007)

基于工艺流程图的车间生产管理系统设计与开发*

李 丽1，吉武俊1，武照云2，吴立辉2

(1.河南职业技术学院 汽车工程系，郑州 450046; 2.河南工业大学 机电工程学院，郑州 450007)

为了提高车间的信息化管理水平，以机械制造车间为对象，对车间总体业务与工艺流程的特点进行了分析，划分了车间生产管理系统的功能模块，给出了系统的体系架构组成。详细论述了工艺流程图建模与设计、基于工艺流程图的流程控制和生产进度监控、生产质量检验流程与方法等关键技术。在此基础上，以C#.NET为开发平台，设计并开发了基于工艺流程图的车间生产管理系统。通过实际应用，该系统较好的实现了以工艺流程图为核心的各项信息化管理功能。

工艺流程图；流程控制；车间生产管理系统；生产进度监控

0 引言

车间生产信息化管理是制造业信息化的重要组成部分，提高车间的信息化管理水平，有助于提升企业的整体竞争力。国内外许多学者在车间生产信息化管理方面进行了大量探索与实践，在车间作业计划、生产过程监控、系统建模与优化、信息管理系统等领域取得了大量成果，有效提高了车间信息化水平[1-6]。但是，目前大多数车间管理系统对车间作业的工艺流程普遍缺乏有效支持，进而造成车间工艺流程的可视化程度不高，工序之间信息衔接不畅，成为信息化系统进一步发展的瓶颈。

本文以机械制造车间为对象，研究符合车间作业特点的工艺流程图描述方法，基于C#.NET技术，设计开发基于工艺流程图的车间生产管理系统。采用图形与工艺数据集成的方式解决了工艺流程图的建模问题，实现了图形化的工艺流程绘制与存储；通过工序执行状态判断方法，实现了基于工艺流程图的车间员工生产流程控制；引入工序执行状态显示机制，实现了对订单生产进度的图形化监控；设计了车间质量检验流程，实现了对车间工序生产的质量控制。

1 车间业务分析

在车间各部门以及生产制造的各个工序之间，存在大量的业务流程，对这些错综复杂的业务流程进行分析是系统设计的首先任务。车间各部门之间的总体业务流程如图1所示，具体包括：①车间主任接收订单任务；②工艺员编制生产工艺流程；③车间主任将生产任务下发到各班组长和质检主管；④班组长给员工分配生产任务；⑤质检主管给质检员分配质检任务；⑥车间员工按照生产工艺流程执行生产任务；⑦质检员对车间员工的工作质量进行检验；⑧生产完成，产品入库。其中，在⑥车间员工执行生产任务环节，存在比较复杂的工艺流程，如图2所示。各加工工序之间可能是串行关系或并行关系，而且在前一道工序尚未完成时，后面的工序无法开展，具有严格的约束关系。

图1 车间总体业务流程

图2 车间员工的工艺流程

2 系统结构设计

车间生产管理系统共包括6个功能模块，分别为车间主任模块、工艺员模块、班组长模块、车间员工模块、质检主管模块和质检员模块。各模块均采用“用户-角色-权限”的控制策略[7]，并通过数据状态更新机制来实现业务流程的自动流转[8]。系统采用三层体系架构进行设计，包括数据层、应用层和用户层，如图3所示。

图3 系统体系架构

数据层是系统信息的实际载体，包括系统数据库、工艺流程图模型库等，该层具有完备的数据备份机制，以防数据意外破坏。应用层是实现系统功能的关键层，主要包括数据处理和业务逻辑处理两部分。用户层是系统终端界面的展现层，负责完成用户的信息输入与系统的响应输出[9]。

3 系统关键技术

3.1 工艺流程图建模与设计

工艺流程决定了生产任务的执行顺序，是机械制造车间信息管理的核心内容[10]。为了更加形象直观的表达工艺流程，本文采用流程图的方式进行建模与设计。

一个机械产品的生产工艺流程中，通常包括多个工序，而每个工序中又包括多个工步。不同的工序之间存在一定的顺序关系，可能是串行，也可能是并行。在工序中还涉及到大量的工艺信息，如工序的基本信息、包括的工步列表、具体的操作说明、相关的工序检验标准等。因此，机械产品生产工艺流程图的构成非常复杂，既包含了工序节点及其相互关系，又包含了相关的工艺数据，是一个异构复杂数据的集合体。针对该特点，本文建立了机械产品的生产工艺流程图模型，如图4所示。

图4 工艺流程图模型

该模型主要由图形与工艺数据两部分构成，其中图形主要包括工序节点和连接关系，具体的元素属性为：工序节点={工序号；工序名称；坐标位置；背景图像；字体设置}，连接关系={前一道工序；后一道工序；箭头指向；样式；线宽；直/折线类型}。工艺数据主要包括工序信息、工步信息、工步说明以及检验标准等。具体的元素属性为：工序信息={工序号；工序名称；产品ID；零件名称；加工设备；加工材料；分配班组；下游工序号；备注}，工步信息={工步ID；工步号；工步名称；具体内容；计件单价；参考时间}，工步说明={ID；工序ID；资源类型；资源文件；文字说明内容}，检验标准={ID；工序ID；检验序号；检验标准；检验模式；输入类型；检验频率设置}。

对于工艺流程图模型中图形部分的存储问题，解决方法如下：根据C#.NET的面向对象设计方法，定义一个接口IFlowItem，然后以Process类(工序类)与Line类(连线类)实现该接口，这样，由工序和连线构成的工艺流程图从本质上来说就是一个IFlowItem接口的泛型集合。于是，工艺流程图就可以通过序列化方法存储为二进制文件形式。

工艺流程图设计界面如图5所示，具有读取文件、绘制流程图、选择/移动/删除对象、复制工序、保存文件等功能。操作简单方便，绘制的流程图清晰且直观。

在车间生产管理系统中实现了图形化的工艺流程图之后，便可以在流程图上完成各类信息的录入与管理，具体包括：工艺员为工序录入加工工艺卡信息、车间主任为工序设定完成时间期限、班组长为工序分配操作员工等。

3.2 基于工艺流程图的流程控制

在车间生产过程中，操作员工必须按照制定好的工艺流程去有序的执行生产，这样的流程控制功能可以借助工艺流程图来实现。

图5 工艺流程图设计界面

在工艺流程图中，每个工序节点都有三个属性：①ProcessNo属性：自身的工序号；②DownProcessNo属性：下一道工序的工序号；③ProcessStatus属性：工序状态。对于工序Pi而言，当Pi没有上一道工序或所有上一道工序全部完成时，工序Pi才可以开始执行；否则工序Pi不能执行。令工序Pi的工序号记为No.I,则判断工序Pi是否可以执行的流程图如图6所示。

图6 工序执行状态判断流程图

3.3 基于工艺流程图的生产进度监控

工艺流程图除了用于表达工艺流程的逻辑关系之外，还可以用于显示工序的执行状态，进而实现对订单生产进度的有效监控。

工序的执行状态共有三种：未开始，正在执行和已完成。在流程图中，根据工序状态的不同，为每个工序节点设置不同的显示效果，即可达到直观形象、一目了然的监控目的。设定工序节点显示效果的规则如表1所示。

表1 工序节点显示效果

该功能的实现步骤为：

①遍历流程图中的全部对象；

②对于工序节点Pi，若其执行状态=‘正在执行’，则将节点Pi加入正在执行节点集合PList；若Pi执行状态=‘已完成’，则将Pi的背景图片设置为灰色；若Pi执行状态=‘未开始’，则不改变其属性；

③遍历结束后，启动Timer，设置间隔时间为1s，在触发事件中，交替改变集合PList中节点的背景图片，以达到闪烁的效果。

订单生产进度的监控界面如图7所示。

图7 订单生产进度监控界面

3.4 生产质量检验流程与方法

机械产品的最终质量主要取决于车间操作员工的工序完成质量，因此建立了一套针对车间工序生产的质量检验流程。具体流程如图8所示：①操作员工接到生产任务后，首先阅读详尽的工步说明和相关历史不良记录，包括视频、图片和文字等形式；②按照技术要求加工样件，并进行自检；③质检员接到首检任务后，进行首检；④质检员首检合格后，员工开始正式生产；⑤在车间员工生产期间，质检员将会进行多次巡检；⑥员工完成生产任务后，质检员进行末检；⑦质检员末检合格后，员工加工的工件方可入库。

图8 生产质量检验流程

为了提高质检工作效率，在车间员工模块的操作工艺卡上自动生成条形码，当质检员进行质检时，只需用手持移动终端扫描该条形码即可快速进入检验结果录入界面，加快了数据录入速度。

对于各工序的质检数据，系统采用统计工序控制(SPC)方法，以控制图理论与数理统计方法为核心，通过质量波动分析，对生产过程中的工件质量信息进行及时的反馈与优化，使工序过程保持最佳的工作状态，进而实现对车间工序生产的质量控制。

4 系统实现

基于上述关键技术的研究与分析，以C#为程序开发语言，VS 2015为开发环境，SQL Server 2012作为数据库，设计并开发了机械制造车间生产管理系统。系统以C/S架构模式进行应用，在服务器端，除了SQL Server数据库之外，还有SocketServer负责文件传输。在客户端，由于质检员需要在车间不同地点进行巡检，所以需要在智能手持终端上使用该系统来完成信息的查询与录入，而其余用户均在普通PC端使用。

该系统以工艺流程图为核心主线，贯穿了各个功能模块，操作简单易用，界面直观形象。目前，已经在郑州市某机械制造公司实际应用，效果良好。

5 结论

本文提出了一种面向机械制造车间生产管理的工艺流程图建模方法，并进行了车间生产管理系统的设计与开发，实现了以工艺流程图为核心的信息集成管理与应用模式。本系统在机械制造公司取得良好的应用效果，有效提高了车间的作业效率及信息化管理水平，对于同类的机械制造车间生产管理系统具有较好的参考意义与价值。

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[3] Ilhami M. Orak, Beyza Yaman, Giovanna Guerrini. Designing workshop management system supporting decision making with OODB [J].Procedia Technology, 2012, 1: 19-23.

[4] 张杰，陈进，崔峻华，等. 基于供应链的制造执行系统[J]. 计算机系统应用, 2014, 23(3): 40-43, 111.

[5] 周光源，王强. 生产车间可视化实时监控平台设计与开发[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2015(11):145-148.

[6] 李亚杰，何卫平，董蓉，等. 基于制造执行系统数据采集的工时预测与进化[J]. 计算机集成制造系统, 2013, 19(11): 2810-2818.

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[8] 武照云，李丽，吴立辉，等. 面向中小企业的橡胶磨具CAD/CAM集成系统研究[J]. 机床与液压, 2013, 41(19): 56-58.

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[10] 刘继超，李颖，史迎春，等. 基于制造业工艺定制的车间生产管理系统[J]. 制造业自动化, 2011,33(8): 16-18,36.

(编辑 李秀敏)

Design and Development of Workshop Production Management System Based on Process Flow Diagram

LI Li1, JI Wu-jun1, WU Zhao-yun2, WU Li-hui2

(1.Automobile Engineering Department, Henan Polytechnic, Zhengzhou 450046, China; 2.School of Mechanical & Electrical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)

In order to improve the management level of workshop information, taking mechanical manufacturing workshop as research object, the characteristics of overall business and process flow were analyzed, the function modules of workshop production management system were clarified, and then the architecture of the system was given. The key technologies of the modeling and design of process flow diagram, process control and production progress monitoring based on the process flow diagram, and check flow and methods of production quality were described in detail. With C#.NET as development platform, the workshop production management system based on process flow diagram was developed. Through practical application, the system has realized the information management functions with the core of process flow diagram.

process flow diagram; process control; workshop production management system; production progress monitoring

1001-2265(2017)01-0148-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.01.041

2016-03-05；

2016-04-18

国家自然科学基金资助项目(51405133)；国家自然科学基金资助项目(71201048);浙江省自然科学基金资助项目(LQ14F010002)；宁波市自然科学基金资助项目(2014A610076)

李丽(1982—)，女，安徽无为人，河南职业技术学院讲师，硕士，研究方向为企业信息化、数字化设计；通讯作者：武照云(1981—)，男，辽宁铁岭人，河南工业大学副教授，博士，研究方向为数字化设计，(E-mail)wzhaoyun@163.com。

TH122；TG506

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