1、第五章 先进生产管理技术2DOC 第五章 现代生产管理技术【本章学习目标】 1、了解现代企业生产管理技术的基本概念和基本问题，发展历史及其趋势；理解现代企业生产管理的基本任务、主要内容、方法和意义； 2、掌握工程数据库管理(EDBM)与产品数据管理（PDM）的含义及其在企业中的地位； 3、掌握物料需求计划(MRP) 的基本概念及功能； 4、掌握企业资源计划(ERP)的含义及基本内容； 5、掌握最优生产技术（OPT）基本概念、原理和基于OPT的生产计划编制方法； 6、了解计算机辅助生产作业管理和生产调度的任务和要求；7、了解管理信息系统开发特点及功能。【本章教学要点】知识要点能力要求相关知识现代
2、企业生产管理技术的基本概念和基本问题，发展历史及其趋势掌握信息时代的工业化及市场竞争的新特点；现代生产管理在企业中的地位和作用及特点现代生产管理系统的基本概念，现代生产管理系统的组成和作用工程数据库管理(EDBM)与产品数据管理（PDM）的含义、结构体系PDM在企业中的地位与运用数据库管理系统平台上的面向对象的应用系统相关内容物料需求计划(MRP) 的基本概念及功能、物料清单（BOM）、库存管理(IM)，MRP的输入输出及计算项目、制造资源计划(MRP)概念及作用物料需求计划(MRP)及制造资源计划(MRP)的组成、特点及应用集成化管理信息系统、库存项目信息管理第一节 现代管理技术概述一、传统
3、生产管理系统存在的问题现代市场竞争激烈，瞬息万变，企业要在如此复杂的环境下求得生存，立于不败之地，必须持续不断地得到正确可靠的信息，比对手更快地做出响应和正确决策。但是，机械制造业是典型的离散型生产方式，其生产管理和控制活动是十分复杂的，依靠传统的以人工管理为主的生产经营和决策方式，根本无法适应现代市场的变化。传统的生产管理方式是一种无章可循的应急式生产，具体表现在如下几个方面。1、产品开发问题企业不能适应市场开发出具有独占性技术的新产品，企业开发新产品周期长、成本高；引进国外产品的部分企业，如缺乏消化、吸收和创新，企业将再度陷入困境。2、企业结构不合理建筑在封闭的经济基础上，小而全，大而全企
4、业产品开发和市场开拓能力弱，加工制造庞大，形成两头小、中间大的“橄榄型”， 开发设计-加工制造-市场开拓。3、企业管理问题部分企业依旧停留在计划经济粗放作业的传统模式上，缺乏按订单组织均衡生产、压缩在制品和库存、加快资金周转率的手段，经营决策和售后服务管理方式落后。 4、不精确的决策依据企业管理系统是制造系统的决策层，只有通过周密的准确的决策和规划，企业的生产才有可靠的目标和依据，才能取得最大的经济效益。这就需要企业领导者广泛而正确地掌握市场动态，在充分研究市场信息和对历史资料进行科学分析的基础上作出预测。然后，在用户订货和预测的基础上，全面考虑企业的人力、物力和财力资源，在充分利用现有设备能
5、力、技术能力和考虑经济效益的前提下，作出发展产品品种、增加或减少各类产品的产量，以及如何提高产品产量和质量的决策，以保证企业具有稳定的投入和产出。二、信息时代的工业化及市场竞争的新特点 信息时代的工业化及市场竞争的新特点：1、知识技术产品的更新周期越来越短；2、产品的技术含量越来越高；3、产品个性化的要求越来越普遍；4、除了产品竞争的T（交货期）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）以外，独占性的知识产权的竞争越来越激烈；5、信息技术已经渗透到了产品的设计、制造、管理、销售的全过程；6、现代管理在竞争中的作用越来越重要。三、现代生产管理在企业中的地位和作用及特点生产企业若要在这激烈的市场竞争中求
6、得生存和发展，就必须积极地响应这种变化。因此，企业除了来用现代化的生产手段，一流的制造设备和先进的工艺方法，还必须采用现代化的生产管理技术来加速企业的改造。生产管理就是指产品生产过程中的计划和管理，在机械制造企业中它是一个重要的职能领域，通常包含如下几方面任务：生产计划的合理制订；成本的有效控制；设备的充分利用；作业的均衡安排；库存的合理管理；财物状况的及时分析等等。现代企业管理是系统工程，它应该是指利用敏捷制造的原理对企业进行重组，利用信息化带动工业化，实现企业的跨越式发展，利用敏捷制造的原理对企业进行重组，改变企业的结构，将企业由“橄榄型” 改变为“哑铃型” ，使企业拥有庞大的产品开发能力
7、及强大的市场开拓能力，将企业建筑在社会化分工、合作大生产的基础上，达到对市场的敏捷响应，不具备独立设计开发最终产品的企业，应建立具有特色的、高效的专业化生产企业，企业重组是世界范围的一种趋势，信息化带动工业化,实现企业的跨越式发展，应用信息技术和手段（CAD/CAE/CAPP/CAM）加强新产品设计开发能力，实现产品的数字化设计制造运用先进的管理思想、理念和信息技术（ERP、CRM、SCM等）实现企业的现代化管理，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流、物流有机地集成并优化运行实现企业整体优化企业基础信息化
8、，从单项应用到信息集成CAD/CAE以改善设计效率和质量财务管理、办公自动化，改善企业管理，积极采用CAPP、CAM及NC技术以提高零件加工效率和质量快速原型制造RPM；采用工业机器人和自动化物流系统等。采用集成信息化（从信息集成到过程集成）工程和异构信息CAD/CAPP/CAM集成及与 QIS、SFC等的集成。积极采用MRP-、ERP、BPR、SCM、CRM等的管理，带动企业管理制度的变革。四、现代生产管理系统的组成自20世纪60年代以来，随着科学技术的发展出现了许多促进企业生产管理现代化的若干因素。其中最突出的因素是计算机的发展，计算机是生产管理中处理大量数据和事务的有力工具，能使决策、管
9、理、控制等工作做得更科学、更准确、更合理。除此之外，运筹学、线性规划、排队论、系统论等一系列的理论和方法逐步成熟，并在生产计划和生产控制中得到有效的应用。目前，机械制造企业正在逐步放弃传统的生产管理模式，转而采用由计算机支持的先进的现代生产管理系统。这种管理系统将原生产管理体系中的若干功能活动用计算机软件来实现，并用集成技术将各功能模块联接起来，建成一个计算机集成生产管理系统(MIS)。MIS能够快速响应市场的变化和生产中的特殊要求，受到企业界广泛的重视和关注，发展较为迅速，目前较有影响的MIS有“物料需求计划(MRP)”“制造资源计划(MRP)”以及进一步演变而成的“企业资源计划(ERP)”
10、。从管理系统的角度看，企业资源计划（ERP）系统包括下列五个部分：支持企业整体发展战略的战略经营系统；实现全球化销售的营销与市场集成系统；完善企业成本管理机制而建立的财务管理系统；应用新的技术开发和工程设计管理模式的集成系统；反应敏捷的准时生产制造支持系统。图5.1为计算机集成生产管理系统的框架模型，其中许多功能模块与传统系统中的名称虽然相同，但功能实现的手段却发生了根本的变化，如设计与工艺部门已被CADCAM集成系统所取代，而物料供应，作业计划和生产调度功能却由MRP模块来实现。图5.1 计算机集成生产管理系统第二节 工程数据库管理(EDBM)与产品数据管理(PDEVI)一、工程数据库管理(
11、EDBM)MRP的工程数据库是整个分系统得以正常运行的基础，典型的工程数据的主要信息源有：零件主信息、库存信息、物料清单信息、工艺路线信息、工作中心信息和工具信息等。 1、零件主信息零件主信息包括MRP系统中每一计划物料项的详细数据。每个物料项零件主信息一般可用如下各项来描述：零件号零件描述度量单位批量政策批量安全库存收缩因子提前期安全提前期制造或购买码供货商码储存位置MPS码低级码标准成本物料成本劳力间接费间接成本以上物料项中的数据由于其单个数据值不会频繁地改变，因而被称为静态数据。此外，这些数据值通常由用户改变，这与MRP展开方法中由计算来改变不同。提前期被预先确定并且用来补偿采购和制造订
12、单。收缩因子允许系统考虑可能发生的储存损耗、废品或者废弃。MPS码表示是否是主生产计划零件。低级码表示零件处于物料清单中的最低级标志。2、库存信息该数据源是动态的，因为在数据域中存储的数值改变非常频繁，并且其中许多能被作为MRP计算的结果生成。以下所列物料项库存信息描述了零件的全部库存状态。包括需求、分配、在制订单和计划订单：当前库存（按位置）已分配量计划期每周期区间的在制定单计划期每周期区间的总需求计划期每周期区间的净需求计划期每周期区间的计划定单发放3、物料清单信息物料清单(BOM: Bill of Materials)定义了产品结构，它是物料需求计划子系统的主要输入之一。在MRP的展开过
13、程中，BOM只是起着引路的作用，以便确定每个父项所需属子项的标识、需求数量。一个BOM -旦生成，就以数据文件的形式相对固定下来，MRP系统可以利用它生成物料需求计划。典型的物料清单信息如下： (1)父零件号 (2)对于每一构成件一构成件零件号一需要量一有效起止日期4、工艺路线信息工艺路线信息定义为在制造一个组件时所必须实现的制造和（或）装配工序。在零件制造工艺路线方面的典型数据如下： (1)零件号 (2)对于每一工序 一工序号 一工序描述 一工作中心 一替代工序 一工序的制造文件 一工序所需要的工具 一准备时间 一操作时间 一操作者时间 一运送时间 一工序提前期 一下道工序 5、工作中心信息
14、工作中心信息主要用作能力需求计划的输入，它包括生产设施中的每一工作中心方面的数据。因此，它可以指功能一致的一组机器和（或）操作者，一个典型工作中心描述如下： 工作中心号 工作中心描述 可获能力 替换工作中心 排队时间 工作中心成本 一单位时间劳力成本 一单位时间机器成本 一单位时间管理费 6、工具信息 工具信息提供什么样的工具可以获得，且相应于特定的工序和工作中心方面的详细数据。一个典型的工具信息所包含的内容如下： 工具号 工具名 工具图号 工具在仓库中位置 工具状态 工具寿命 替代工具 工具累计工作寿命工具寿命计算二、 产品数据管理(PDM)1、PDM的定义按照专门从事PDM和CIM相关技术
15、咨询业务的国际公司-CIMdata公司总裁Edmiller在“PDM today”一文中给出的PDM的定义是：PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术；与产品相关的所有信息，即描述产品的各种信息，包括零部件信息、结构配置、文件、CAD档案、审批信息等；与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义和管理，包括信息的审批和发放。这一定义意味着PDM在工业上的应用范围非常广阔。1995年9月Gartner Group公司的D.Burdick在所作的“CIM策略分析报告”一文申定义为：“PDM是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境（由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场，客户构成）的关键使能技术
16、。一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人，在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据。”这里要特别强调几个含义： (1)异构数据由于产品设计所涉及的知识构成越来越复杂，各领域专家借助不同的硬件、不同的操作系统和不同的应用软件工具参与设计，所以产品信息往往要由不同的软件供应商提供的多种应用软件系统生成或使用。例如采用不同的操作系统，如Windows/JT和UNIX等；采用不同的CAD软件，如Auto CAD和UG等；采用不同的数据库管理系统，如Oracle、Foxpro等；硬件方面可能采用PC机或工作站，这样就产生了类型各异的设计结果数据。又由于参与设计的
17、人员可能分属不同的部门甚至是不同地域，设计活动的分散性，使信息存放在不同的部门或异地：总之，由各种不同的应用软件产生，又分散地存放在不同部门或不同地点、不同类型的硬件设备上的产品数据称为异构数据。 (2)与产品相关的过程。这些过程指产品的发放过程、产品变更过程和其他的工作流程。 (3)电子资料室(Data Vault)。传统的技术文档是由企业的技术资料室人工管理，管理的是纸介质的图样和技术说明书等文件，这些文件由人工通过纸介质传送。而电子文档是存放在企业不同部门或不同地点的计算机上的异构电子数据，这些数据要由电子资料室管理，并通过计算机网络信息高速公路有组织地以电子邮件方式进行传送。PDM是一
18、个面向对象的电子资料室，能集成产品生产周期内的全部信息（图、文、数等多媒体信息）；它是一种管理软件，能提供数据、文件、文档的更改管理、版本管理、产品结构管理和工作流程管理；它是在数据库基础上的一种软件技术，是介于数据库和应用软件间的一个软件开发平台，在这个平台上可以集成CAD、CAM、CAE等多种开发环境和工具；它能与制造资源管理MRP和人、财、物管理系统MIS集成，实现产品生产过程的管理。目前，PDM是相当热门且快速成长的技术。得到美、欧、日等工业发达国家企业界的高度重视。PDM在我国的应用刚刚起步，就得到我国企业界的广泛关注，并得到共识。采用PDM，对改变我国国有企业当前处境和促进其走出困
19、境，参与国内和国际市场竞争是一条可行之路。2、PDM的功能 PDM系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息的机制，覆盖了产品生命周期内的全都信息。与产品相关的信息包括任何属于产品的信息，如CAD/CAM文件、材料清单(BOM)、产品配置、事务文件、产品定单、电子表格和供应商清单等。与产品有关的过程包括加工工序、加工指南、相关标准、工作流程和机构关系等处理程序。一般情况下， PDM系统主要包括以下功能：电子资料室(Data Vault)和文档管理(Document Management)、产品配置管理(Product Configuration Management)或称产品结构管理
20、、工作流程管理(Workflow or Process Management)、分类与查询管理和项目管理等。基于这种技术，PDM系统能够实现分布式环境中产品数据共享，为异构计算机环境提供一种集成的应用平台，从而较好地实现新一代的计算机集成应用系统。 (1)电子资料室及文档管理(Data Vault and Document Management)。电子资料室(Data Vault)是PDM的核心，它一般是建立在关系型数据库(如Oracle)基础上，主要保证数据的安全性和完整性，并支持各种查询与检索功能。通过建立在数据库之上的相关联的文本型记录，用户可以利用电子资料室来管理存储于异构介质上的产品
21、电子数据文档，如建立复杂数据模型、修改与访问文档、建立不同类型的或异构的工程数据（包括图形、数据序列和字处理程序所产生的文档等）之间的联系，实现文档的层次与联系控制、封装管理应用系统（如CAD，CAPP、字处理软件、图像管理与编辑等），方便地实现以产品数据为核心的信息共享。电子资料室通过权限控制来保证产品数据的完整性，面向对象的数据组织方式能够提供快速有效的信息访问，实现信息透明、过程透明。电子资料室通过封装应用软件，使得用户可以快速准确地访问数据，而无需了解应用软件的运行路径、安装版本以及文档的物理位置等信息。它为PDM控制环境和外部世界（用户和应用系统之间的传递数据）提供一种安全的手段，一
22、个完全分布式的电子资料室能够允许用户迅速无缝地访问企业的产品信息，而不用考虑用户和数据的物理位置。 (2)产品配置管理(Product Configuration Management)。产品配置管理以电子资料室为底层支持，以材料清单（Bill of Material，简称BOM）为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装配联系，而且包括其他的相关数据，如制造数据、成本数据、维护数据等。产品配置管理能够建立完善的BOM表，并实现产品版本控制，高效、灵活地检索与查询最新的产品
23、数据，实现产品数据的安全性和完整性控制。产品配置管理能够使企业的各个部门在产品整个生命周期内共享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视图，如设计视图、装配视图、工艺采购视图和生产视图等。 (3)工作流程管理(Workflow or Process Management)。主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。包括工程数据的提交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。这一模块为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支持企业产品开发过程的
24、重组以获得最大的经济效益。 (4)分类及检索功能。任何一个设计都是设计人员智慧的结晶，日益积累的设计结果是企业极大的智力财富，企业发展的一个重要方面是对现有设计进行革新，创造出更好的产品。PDM的检索和零件库功能就是最大程度地支持现有设计的重新利用，以便创建出新的产品，它包括零件数据库的接口、基于内容的而不是基于分类的检索和构造电子资料室属性编码过滤器的功能。 (5)项目管理功能。一个功能很强的项目管理器能够为管理者提供到每分钟项目和活动的状态信息，通过PDM与流行的项目管理软件包接口，还可以获得资源的规划和重要路径报告。到目前为止，项目管理在PDM系统中考虑得还较少，许多PDM系统只能提供工
25、作流程的活动状态信息。综上所述，PDM系统的文档管理是基础，产品管理的重要环节是产品配置管理，工作流程管理面对的是各种简单的或复杂的工作流程，项目管理和零件分类管理的重要作用是有助于PDM与MIS、MRP进行信息交换。 以上介绍了PDM系统应具备的功能。到目前为止，没有哪一个商用的PDM软件拥有上述全部功能，而且各种PDM软件正在不断完善和发展各项功能；但是，PDM系统都包括文档管理、产品配置管理及工作流程管理等最基本的功能，来对产品的整个生命周期进行完整的描述和控制，因此PDM在企业中的作用已经普遍为大家所认同。 实现以上功能需要一些工具和用户界面的支持。外部的应用系统要封装到PDM系统之中
26、，并可在PDM环境下运行，以便于使得不同的应用系统之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统一的管理。封装涉及到与各应用相关的规则辩识以及对产生的数据类型的辩识，同时也规定了应用系统运行时的条件及应用系统产生的数据在PDM中的自动存储方式。 有人认为查看和圈阅功能、扫描和成像功能及电子协作功能也应纳入到PDM的管理功能中。这些功能有： PDM为计算机化审批检查过程提供支持。用户可以利用它查看电子资料室中存储的数据内容，特别是图像或图形数据，如果需要的话，用户还可利用图形覆盖技术对文件进行圈点和注释。它支持多种标准格式文件的查看，支持目前流行的CAD系统，如AutoCAD、Pro/Engi
27、neer等，对本系统类型文件的查看，用红线圈点或图形覆盖，并支持第三方软件的查看。 扫描和成像功能可以把图形或缩微胶片通过扫描转换成数字化图像；并把它置于PDM系统的控制管理之下。在PDM发展的早期，以图形重构为中心的扫描和成像系统是大多数据管理系统的基础，但在目前的PDM系统中，这部分功能仅是PDM中很小的辅助性子集，而且随着计算机在企业中的推广应用，它将变得越来越不重要。在不久的将来，几乎所有的文档都将以数字化的形式存在。 电子协作主要实现人与PDM之间高速、实时地交互数据的功能，包括设计审查时的在线操作、电子会议等。较为理想的电子协作技术能够无缝地与PDM系统一起工作，允许交互访问PDM
28、对象，采用消息的发布和签署机制把PDM对象紧密结合起来。 特别是在国际互联网( Internet)和企业局域网(Intranet)广泛使用的今天，网络浏览技术(Web)也被引入PDM系统。通过Internet/lntranet网络，人们可以在世界各地对分布式的PDM系统进行有效的操作。3、PDM的体系结构 PDM系统是建立在关系型数据库管理系统平台上的面向对象的应用系统。PDM的体系结构如图5.2所示，共有四层组成，第四层包括用户工具层和界面层。图5.2 PDM的体系结构 第一层是支持层。目前流行的通用商业化的关系型数据库是PDM系统的支持平台。关系型数据库提供了数据管理的最基本的功能，如存、
29、取、删、改、查等操作。 第二层是面向对象层。由于商用关系型数据侧重管理事务性数据，不能满足产品数据动态变化的管理要求。因此在PDM系统中，采用若干个二维关系表格来描述产品数据的动态变化。PDM系统将其管理动态变化数据的功能转换咸几个，甚至上万个二维关系型表格，实现面向产品对象管理的要求。如可以用一个二维表记录产品的全部图形目录，但不能记录每一个图形的变化历程，再用一个二维表专门记录设计图形的版本变化过程。两张表就可以描述产品设计图形的更改流程。 第三层是功能层。面向对象层提供了描述产品数据动态变化的数学模型。在此基础上，根据PDM系统的管理目标，可以建立相应的功能模块。在PDM系统中有两大类功
30、能模块。一类是基本功能模块，包括文档管理，产品配置管理，工作流程管理，零件分类和检索及项目管理等；另一类是系统管理模块，包括系统管理和工作环境。系统管理主要是针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全与正常运行的功能模块。工作环境是使各类不同的用户能够正常地、安全地、可靠地使用PDM系统，既要方便、快捷，又要安全、可靠。 第四层是用户层，包括用户工具层和界面层。不同的用户在不同的计算机上操作，PDM系统都要提供友好的人机交互界面。根据各自的经营目标，不同企业对人机界面亦会有不同的要求。因此，在PDM系统中，除了提供标准的，不同硬件平台上的人机界面外，还要提供开发用户化的人机界面的工具，以满足各类
31、用户的特殊要求。 整个PDM系统和相应的关系型数据库（如Oracle）都建立在计算机的操作系统和网络系统的平台上。同时，还有各式各样的应用软件，如CAD、CAPP、CAM、CAE、CAT文字处理、表格生成、图像显示和音像转换等等。在计算机硬件平台上，构成了一个大型的信息管理系统，PDM将有效地对各类信息进行合理的、正确的和安全的管理。4、PDM在企业中的地位 (1) PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平台，企业在产品设计中，一般都要用到一种或多种CAD系统，例如用AutoCAD进行二维工程设计，用UG或Pro/E等进行三维建模，因此，产品的设计信息，往往需要多种CAD系统来进行描述。但是由于STEP技术尚未全面推广，还不能完全解决不同CAD系统之间的数据交换：在工艺设计规划中，由于不同的企业有不同的规范，即使在同一企业中，不同的工艺人员也有不同的经验，他们设计的工艺规划也存在很大的差异性。为了保证生产的正常进行，企业中往往采用成熟的传统的工艺规划。工艺规划本身就很复杂，而CAPP系统又几乎无法从CAD系统中直接获取它所需要的设计信息。在CAPP中，不仅需要产品的设计信息，还需要相关的工艺信息，由于CAPP无法和CAD紧密集成，即使在许多CAD/CAM一体化的软件中，有关的工艺信息仍需要用手
