现代制造业信息化技术 第五章

,哈尔滨工业大学,CAD/CAM,研究所 第,69,页 共,236,页,现 代 制 造 业 信 息 化 技 术,5.,制造业信息化的生产过程管理集成,*,5,、制造业信息化的生产过程管理集成,5.1,项目管理的计划与控制,5.2,技术准备与过程管理系统,(TPS),5.3,生产计划与调度管理系统,(PPS),5.,项目管理的计划与控制,(174-204),5.1,项目管理的计划与控制,5.1.1,项目管理的基本概念,(1),项目管理的定义,项目管理是以项目为对象的系统管理方法，通过一个柔性组织，对项目进行高效率的计划、组织、指导和控制，以实现项目全过程的动态管理和项目目标的综合协调与优化。,项目目标的综合协调与优化是指项目管理应综合协调好时间、费用及功能等约束性目标，在相对较短的时间内，成功地达到一个特定的成果性目标。项目管理的日常活动通常是围绕项目计划、项目组织、质量管理、费用控制、进度控制等五项基本任务来展开的。,5.,制造业信息化的生产过程管理集成,(2),研发项目过程管理,1,）研发过程管理的主要目标之一就在于缩短研发周期，因此研发过程本身必然成为控制和优化的对象。,2,）研发过程管理以研发活动为基础进行成本管理，尽可能节省研发费用，降低研发整体成本，提高研发项目的经济效益。,3,）研发过程管理以过程为基础进行质量控制，把质量控制从事后检测转变为事前预防，能够尽量减少大的研发项目失败的可能性。,4,）研发过程管理是以资源（包括人力资源、财务资源等）合理高效分配为基础的全方位的管理。,5,）研发过程管理是考虑包括研发战略、研发风险在内的全方位的管理。,(3),项目计划,项目计划就是围绕项目目标确定项目的任务，进行任务的分解、安排任务的进度、编制完成任务所需的资源预算等，从而保证项目能够在合理的工期内，用尽可能低的成本和尽可能高的质量完成项目的各项任务。,项目计划按计划制定的过程可分为概念性计划、详细计划、滚动计划三种形式。 概念性计划通常称为自上而下的计划。概念性计划的任务是确定初步的工作分解结构图,(WBS,图,),汇总出最高层的项目计划。,详细计划通常称为由下而上的计划。详细计划的任务是制定详细的工作分解结构图，该图需要详细到为实现项目目标必须做的每一项具体任务。然后由下而上再汇总估计，成为详细项目计划。,滚动计划意味着用滚动的方法对推进的详细计划分阶段地评估其计划的进度和预算。,项目计划的内容 包括：项目范围计划 ；项目进度计划；项目生产准备计划 ；项目外协计划 ；项目采购计划；项目质量计划 ；项目费用计划,(4),项目进度计划,项目进度计划是表达项目中各项工作的开展顺序、开始及完成时间及相互衔接关系的计划。,1,）制订项目进度计划的方法,常用的制定进度计划的方法主要有甘特图、里程碑计划和网络计划。,甘特图,横坐标代表项目进度，纵坐标代表项目任务编号与名称,里程碑计划,里程碑计划是以项目中各项任务的开始和完成时间作为基准而形成的生产计划，常用计划表来表示。,甘特图的例子,网络计划,网络计划技术是用网络计划图对任务的工作进度进行安排和控制，以保证实现预定目标的科学的计划管理方法。网络计划是在网络图上加注工作的时间参数等而编制成的进度计划。因此，网络计划由两部分组成，即网络图和网络参数。,2,）项目进度计划的编制过程,项目描述,项目描述是用表格的形式列出项目目标、项目的范围、项目如何执行，项目完成计划等内容。,项目描述表格的主要内容有：项目名称、项目代码、项目目标、交付产品、工作描述、工作规范、所需资源描述、关键节点、关键任务等。,项目分解,(WBS),项目分解就是把复杂的项目逐步分解成一层一层的要素,(,工作,),，直到具体明确为止。项目分解的工具是工作分解结构,WBS,，它是一个分级的树型结构，是一个对项目工作由粗到细的分解过程。,工作描述,工作描述的依据是项目描述和项目工作分解结构，可用工作描述表或项目工作列表来表示。,工作责任分配的确定,明确各单位或个人的责任。便于项目管理部门在项目实施过程中的管理协调。,工作时间估计,常用时间估计法，估计工作执行的三个时间，乐观时间,a,、悲观时间,b,、正常时间,m,。,期望时间,t=(a+4m+b)/6,绘制网络图,通过网络图的形式可以将项目工作关系表达出来。主要有两种形式的网络图：单代号网络图和双代号网络图。,进度安排,进度安排的工具和技术主要有数学分析方法，包括关键线路法,(CPM),和计划评审技术,(PERT),等。,5.1.2,项目进度计划的关键技术,(1),工作分解结构,(WBS),图,工作分解结构图是将项目按照其内在结构或实施过程的顺序进行逐层分解而形成的结构示意图。,WBS,是按照项目发展的规律，或项目产品的功能结构，依据一定的原则和规定进行系统化的、相互关联的层次分解。,1,）,WBS,图的分解,在用,WBS,对项目进行分解有两种类型：, 按交付成果划分。一般是按项目任务分解或项目产品结构划分的。,牵引机器人研发的,WBS,图, 按工作过程划分。这种分解方式上层为工作过程分解，下层为工作内容划分。,2,）,WBS,图的编码,为了简化,WBS,的信息交流过程，常利用编码技术对,WBS,进行信息转换。,WBS,工作编码的规则：由高层向下层用多位码编排，要求每项工作有唯一的编码。分解框图中，上半框为名称与编码，下半框为预算和负责人。,(,见下页图,),(2).,网络计划技术,网络计划是在网络图上加注工作的时间参数等而编制成的进度计划。因此，网络计划由两部分组成，即网络图和网络参数。,包含预算和责任者的新设备安装,WBS,图,网络计划的基本形式是关键线路法,CPM (Critical Path Method),和计划评审技术,PERT (Program Evaluation and Review Technique),。,PERT,与,CPM,的区别在于，关键线路法,CPM,是可以确定出项目各工作最早、最迟的开始和结束时间，通过最早最迟时间的差额可以分析每一工作相对时间紧程度。最早和最迟时间的差额称为机动时间，机动时间最小的工作通常称为关键工作。,PERT,的形式与,CPM,网络计划基本相同，只是在工作延续时间方面,CPM,仅需要一个确定的工作时间，而,PERT,需要工作的三个时间估计，包括最短时间,a,、最可能时间,m,及最长时间,b,，然后按照,分布计算工作的期望时间,t,。,关键路线法,(CPM),的设计过程,1,）双代号网络图的绘制规则：,方向、时序与编号,方向：网络图是有方向的，按工艺流程的顺序，工作从左到右排列。,时序：时序反映工作之间的衔接关系及时间顺序。,编号：按照时序，对事件编号，号码不能重复，且箭尾结点编号,i,必须小于箭头结点编号,j,。,惟一：两个结点之间只能有一条箭线，代表一道工作。,箭线必须从一个节点开始，到另一个节点结束，不能从一条箭线中间引出其他箭线。,紧前工作与紧后工作,若有工作,b,和,c,，都需要在工作,a,完工后才能开工，如图,5-6(a),所示，那么工作,a,的紧后工作是,b,、,c,；工作,b,、,c,的紧前工作是,a,。,若工作,c,需要在工作,a,与,b,完工后才能开工，如图,5-6 (b),所示，那么表示工作,a,、,b,的紧后工作是,c,；工作,c,的紧前工作是,a,和,b,。,若工作,c,与,d,需要在工作,a,与,b,完工后才能开工，如图,5-6 (c),所示，那么表示工作,a,、,b,的紧后工作是,c,、,d,；工作,c,、,d,的紧前工作是,a,、,b,。,紧前工作与紧后工作,缺口和回路,网络图不可有缺口 ，网络图中不能构成回路,。,虚工作。虚工作是实际上并不存在的工作，它并不消耗时间，也不消耗和占用人力、物力、财力，只是用来说明工作之间的逻辑关系。虚工作用虚线表示。需工作有以下几种情况。,平行作业 ：,交叉作业 ：对需要较长时间完成的相邻几道 工作，只要条件允许，可不必等待紧前工作全部完工后再转入后一道 工作，而是分批分期地将紧前工作完成的部分工作转入下一道 工作，这种方式称为交叉作业。,平行作业后等待 ：工作,a,、,b,平行作业，当工作,a,完工后，工作,c,开始；而当工作,b,、,c,完工后，工作,d,开始。,(2).,时间参数计算及关键线路的确定,网络中工作的时间参数有六个：工作最早开始时间,(ES),；工作最早结束时间,(EF),；工作最迟开始时间,(LS),；工作最迟结束时间,(LF),；工作总时差,(TF),；工作自由时差,(FF),。,1),工作最早开始时间,(ES),和工作最早结束时间,(EF),计算公式 为：,ES = max,紧前工作的,EF,EF = ES+,工作延续时间,t,计算了,ES,、,EF,的双代号网络图,2),工作最迟开始时间,(LS),和工作最迟结束时间,(LF),令网络中最后一项工作,n,的最迟结束时间,LF,等于它的最早结束时间,EF,，即,LF(n,)=,EF(n,),计算公式为：,LF=min,紧后工作的,LS,LS=LF-,工作延续时间,t,计算了,LS,、,LF,的双代号网络图,总时差,TF,总时差是指在不影响整个项目最早完成时间的前提下，一项工作的完工期可以推延的时间。计算公式为：,TF=LF-EF,或,TF=LS-ES,自由时差,FF,自由时差是指在不影响紧后工作的最早开始时间的前提下，一项工作的完工期可以推延的时间。计算公式为：,FF=,minES,(,紧后工作,)-EF,双代号网络时间参数计算,上图中各时间参数的对应关系是：, 关键线路的确定,总时差最小的工作为关键工作，由关键工作构成的线路为关键线路。 故为关键工作，线路,A-B-C-D-F-I-K-L-M,为关键路线。,5.2,技术准备与过程管理系统（,TPS,）,(205-218),5.2,技术准备与过程管理系统（,TPS,）,5.2.1,技术准备过程管理系统的总体结构,技术准备过程是产品研发的一个重要环节，也是提升快速响应能力的、缩短研发周期的关键。,系统接受生产任务计划信息和产品设计信息，对生产准备任务进行分解跟踪、调度与控制。技术准备管理基于,Web,技术。,(1).,功能体系结构,基本功能包括产品工艺设计与管理，工艺设计与管理，装配工艺规划与管理，自动编程与加工过程仿真，以及外协管理、外购管理 等。,通过,PDM,技术实现了生产准备过程数据信息的共享和传递。,(1),技术,准备,系统,总体,结构,与功,能组,成,(2),技术准备系统软件体系结构,(3),技术准备系统的任务流程,(4),技术准备系统的主界面,(5),技术准备系统的任务属性,(6),技术准备系统的任务进度监测,5.2.2,工艺准备过程系统建模,(1),系统模型的组成,基于工作流的工艺准备过程系统建模包括过程模型、相关数据模型、组织模型、任务模型和运行控制模型五个分模型。,过程模型作为系统的核心定义了系统的执行过程、活动及操作步骤；相关数据模型是系统的支撑部分，定义了系统运行过程中所需要的支撑数据及应用数据；组织模型是系统的操作部分，定义了系统用户角色的组成结构关系；任务模型是系统的驱动部分，定义了系统处理任务的结构形式及详细要求。运行控制模型是系统的总体控制部分，根据任务模型和过程模型调动组织模型和相关数据模型，实现了系统的运行。,系统总体模型,(2),过程建模,过程建模方法目前有基于活动的活动网络,(A-Net),建模方法，基于功能的,IDEF0,系统建模和基于状态的,Petri,网建模方法等。图,5-19,给出了基于活动网络的工艺准备过程模型。圆形节点代表过程的开始和结束点；圆矩形节点代表子过程活动 。菱形节点代表的活动是检查节点。箭头代表过程中活动的流向。,工艺准备的过程模型,工艺准备过程中的相关数据包括工艺方案、工艺过程卡等设计结果数据和工艺评审数据。从数据格式角度看，工艺准备中的数据包括用数据库形式描述的格式化数据和用文件形式描述的图形文档数据。,(3),相关数据建模,(4),任务建模,任务模型是从工艺设计流程和人员角色两个角度进行描述的。,(5),组织模型,常用的组织模型有工作组制组织模式和矩阵组织模式。组织模式既要体现专业分工的特点，又要体现项目管理的特点。专业分工保证了技术工种的协调，项目管理体现了产品研制过程的控制。,(6),运行控制模型,过程模型的运行控制的主要研究内容包括：活动之间的流向控制，活动的状态转换控制，任务动态分配的控制，数据流向的自动控制等。,整个过程控制主要分为五个部分。第一部分是根据返回值确定需要调用的函数。第二部分是处理过程结束的问题。,第三部分是过程控制系统确定活动的,“,分支类型,”,，第四部分是过程控制系统，检查将要执行的活动的,“,合并类型,”,，第五部分主要是判断活动是否为子过程活动。,过程的运行控制,5.3.1,生产计划与调度管理系统,（,PPS,）,(219-235),5.3,生产计划与调度管理系统,（,PPS,）,5.3.1,生产计划与生产调度的概念,生产计划的主要任务是根据企业年度生产计划大纲，工艺技术准备的工艺文件、工时定额和设备资源等 。依据专家经验或能力平衡算法， 进行各项目产品的生产计划分解，制订出各项目产品的月生产进度计划。同时对各项目产品计划按生产车间进行综合协调，最后生成各车间的月生产进度计划和外协生产计划。,生产调度的概念是在给定的时间里合理分配企业内的有限资源，使之在给定的时间内，按照给定的要求与目标，完成预定任务。,生产调度是生产运作的核心，其主要功能包括：,（,1,）寻求满足系统资源和生产时间的合理、可行的调度策略。,（,2,）通过对资源的有效管理和协调，解决关键生产设备的瓶颈问题。,（,3,）降低生产的随意性、有效地控制系统的库存、降低产品的生产周期和生产成本。,（,4,）对生产系统的运行状况进行预见性的分析，为制订长期的设备和物料需求计划及日常管理、采购、人力资源、维护、工具需求等计划提供参考。,5.3.2,生产计划调度系统总体设计,(1),系统的主要功能,1,）产品结构树,产品结构树能够显示产品零部件的基础信息，能够提供产品研制进度相关的实时信息，（如通过颜色或图标显示状态），并在产品结构树上提供产品齐套清单报以表功能；,2,）生产计划,实现型号生产计划的逐层分解制定，实现计划的完成情况在各层面的实时监控。,3,）生产调度,依据型号月,/,周生产计划的执行情况对生产过程进行协调和控制。,调度可通过该系统手动或手动反馈零件工序完成情况，检验员可通过该系统自动或手动反馈零件的工序检验情况，物资处可通过该系统自动或手动反馈零件的备料情况；,型号主管调度可通过,Gantt,图、,Pert,图、报表等直观形式及时了解生产状态。,4,）工时定额,根据生产工艺规程，定制零部件的工序工时，该工时是制定型号生产计划的时间依据。,实现对工时定额工作过程的信息化管理，包括工时定制、统计、查询、打印等基本功能；,可提供在相应工序栏后进行工时定制、工时反馈的功能。,5,）生产统计与查询,提供与生产相关的生产数据统计与查询功能。,6,）库房与齐套管理,对库房工作过程进行信息化管理，实现对成品、半成品的管理，如出,/,入库、统计、查询等功能。,(1),生产,计划,与调,度的,业务,流程,(2),PPS,系统,生产,计划,与调,度框,架,(3) PPS,系统总界面图,（,4,） 卫星厂,PPS,系统界面,（,5,） 卫星厂,PPS,系统项目管理界面,（,6,）,PPS,系统,WBS,分解,（,7,）,PPS,系统计划流程,（,8,）,PPS,系统看板式项目生产进度监控,5.3.3,PPS,系统建模,(1),基于工作流的生产计划与调度控制模型,基于工作流的生产计划与调度模型，包括过程模型、资源与组织模型、任务与结果模型和运行控制模型。过程模型作为系统的核心定义了系统的执行过程、活动及操作步骤；资源与组织模型是系统的支撑部分，定义了系统运行过程中所需要的组织机构及应用程序；任务与结果模型是系统的驱动部分，定义了系统处理任务与结果的结构形式与过程状态要求；运行控制模型是系统的总体控制部分，根据过程模型调动组织与资源模型和相关应用的程序，实现了系统的运行。,基于工作流的生产计划与调度控制模型,(2),基于排队论与能力平衡的生产计划与调度的协同模型,基于协同制造与管理的理念，建立了生产计划与调度的协同模型，采用预发布、任务排队和能力平衡等手段将型号计划流程、型号进度、车间能力等信息关联起来，实现型号调度与车间各部门之间的有效协同。,图中协同目标与约束模型提供了协同目标要求和初始条件，如：型号计划流程、产品结构信息等；,生产计划与调度的协同模型,运行控制模型是整个协同模型的核心部分，由计划预发布库、正式计划库、任务分配器、任务排除与确认模块、能力平衡模块、生产状态管理器构成。,型号调度通过任务分配器发布预计划，通过任务排队与确认和能力平衡模块与任务承担者进行协同，将预计划转为正式计划，同时状态管理器监控任务执行状态，从而实现了计划与调度的协同运行控制；用户协同参与模型包括任务列表、任务即时提示和信息反馈模块组成，实现生产任务的接受、执行与反馈。,具体的功能包括：,1,）项目合同管理 ；,2,）型号产品结构管理与生产进度跟踪,3,）型号技术流程 ；,4,）型号计划流程,5,）年度生产计划大纲 ；,6,）综合查询统计,7,）看板式综合进度监控 ；,8,）技术准备计划与调度,9,）工艺反馈 ；,10,）备料反馈,11,）工时制定与反馈 ；,12,）型号月生产计划与调度,13,）月综合生产计划与调度；,14,）外协计划管理,15,）车间生产准备 ；,16,）车间作业计划与调度,17,）入库管理与齐套 ；,18,）资源、编码与权限管理,19,）接口管理,(3),系统的功能模型,系统功能模型,(4),系统的信息接口框架,