面向敏捷制造的可視化資源計劃系統

摘要：從以下兩方面體現了敏捷制造資源計劃的可視化含義：通過對敏捷制造資源計劃系統的內涵分析，構建了資源計劃實體關聯模型，使制造網絡資源達到組織有序；通過引入無線射頻識別技術獲取生產實時信息，提升實體關聯模型的可應用性，解決計劃與執行的脫節問題。

關鍵詞：敏捷制造；資源計劃；關聯模型；無線射頻識別技術

中圖分類號：TP391文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)01－0197－03

網絡時代使資本與技術擴散速度加速，客戶需求日趨個性化、多樣化。產品生產周期越來越短，對市場反饋的時間越來越緊迫。制造企業為了能準確快速地響應顧客訂單的需求，并充分利用有限資源，需要一套運行于敏捷制造環境下、切實可用的資源計劃系統。自1991年美國里海大學亞柯卡研究所提出敏捷制造概念[1]以來，已有許多學者對敏捷制造進行了研究，但是在理論和實踐中依然存在許多問題值得探討、研究。其中如何構建敏捷制造資源計劃系統就是一個突出的問題。李淑霞等人[2]從敏捷制造的資源重構方面進行了研究。劉明忠等人[3]對敏捷制造中的柔性資源計劃進行了研究；高亮等人[4]提出了一種采用XML實現資源集成的敏捷制造方法；石為人等人[5]研究了資源調度系統與ERP的集成設計。綜合分析這些研究發現，對敏捷制造資源計劃系統的內涵及系統可執行性研究較為缺乏，本文將從這一方面進行研究。

1現行資源計劃系統的缺陷

從20世紀60年代開始，制造企業逐步地廣泛采用制造資源計劃軟件進行庫存、采購和財務的管理；編制和控制生產進度計劃等繁重工作均依賴于MRP、MRPⅡ、ERP的集成和精確的處理能力。然而許多企業在實施ERP系統之后并沒有取得理想的效果。一方面，雖然ERP可以增強客戶與供應商之間的業務交互能力，但無論在計劃技術基礎或功能方面都缺乏協調多個企業間資源的觀念和能力。許多企業實施ERP系統僅是基于MRPⅡ功能模塊的增加，如訂單執行跟蹤、質量管理、材料定額管理等。由于企業基礎信息不完善、集成性差，使得ERP系統仍舊是面向企業內部的事務處理系統。另一方面，ERP計劃模型落后，仍是基于MRPⅡ的計劃管理模型，其編制計劃的方法仍然采用MRP和MPS計算物料的需求、發布補充訂單等。但是MRP方法通常假定提前期是已知的固定值，根據交付周期或日期來安排生產的優先次序。這導致計劃與執行的差異很大[5]。

鑒于ERP自身及實施過程中的缺陷，一些企業考慮采用APS來加強生產周期管理，以弱化MRPⅡ計劃上的缺陷；還有企業采用MES來增強上層計劃與底層執行的銜接。但是一些企業在實施這些系統后收效還是不大。原因在于資源計劃系統的可視性差，其主要表現在兩個方面：各系統的設計理念不一致，導致系統集成性差，存在沖突；系統對于實時數據的收集缺乏手段，使得計劃的制訂與執行脫節。為解決這兩個問題，首先要分析敏捷制造資源計劃系統的內涵，以統一的思想銜接網絡計劃、企業計劃，乃至車間計劃；其次需要引入先進的實時管理技術，做到計劃有的放矢，提高敏捷制造網絡企業的競爭力。

2敏捷制造資源計劃系統內涵分析

敏捷制造資源計劃系統是一個復雜系統，涵蓋企業內外多個層面。因此在認識、分析時應該使用合理的方法，既要涵蓋系統的各個層面，又要使系統統一。艾興海等人[6]提出了基于制造執行系統的統一調度模型，具有一定的參考和應用價值。Kostas等人[7]基于約束理論對生產調度系統進行了深入研究，但是沒有擴展到敏捷制造網絡。本文采用面向對象的系統分析方法構建了如圖1所示的敏捷制造資源計劃系統。從總體上看，該敏捷制造系統是由核心廠商、協作廠商和供應商構成的一種網絡系統，整個系統實現的是一個面向對象的需求滿足過程。

在核心廠商內部是由五個對象組成的系統。這五個對象分別是訂單、產品、內部作業、內部資源和約束。系統運作的出發點即是滿足訂單（或訂單＋預測）需求，約束貫串在整個系統中。在由核心廠商、協作廠商、供應商組成的敏捷制造網絡系統中，核心廠商與協作廠商、供應商的關鍵鏈接點就是資源的互補。核心廠商向其他廠商發出的物料需求就形成了這些廠商的訂單；此外，核心廠商還可以與協作廠商、供應商進行人員、設備等資源的共享。

3敏捷制造資源計劃實體關聯模型

通過前面的分析獲得了敏捷制造資源計劃系統中各主要對象的運作關系，但是要做到計劃系統的可視化，還需要對主要對象的內部包含元素進行細分，進一步明確元素間的關系。對圖1進行細分可以得到如圖2所示的敏捷制造資源計劃實體關聯模型。實體的關聯是通過實體的屬性來實現的，通過這種關聯既可以顯現實體間的層級關系，又可以使整個制造網絡的資源歸為一體。 

該模型分為兩部分。模型的上部（虛線框）為敏捷制造網絡層關聯模塊，下部（實線框）為敏捷制造企業層關聯模塊。在敏捷制造網絡層關聯模塊中包含四個實體，分別是訂單、產品、物料和廠商。訂單是最原始的驅動因素，通過訂單可以獲取所需的最終產品信息，如通過產品編碼可以索引到產品的數量、交貨期、優先度等信息；通過產品分解可以獲取所需的物料信息。這里的物料包含兩部分：直接向供應商獲取的物料；協作廠商的最終產品。因此，通過物料的分解可以關聯到提供物料的各個廠商。在敏捷制造企業層關聯模塊中包含六個實體，分別是物料、工藝路線、作業、工作單元、設備、人員。通過網絡層的物料分配后，各廠商即可將分配到的物料視為訂單，以此組織生產。

通過構建實體關聯模型可以使企業將自身擁有的資源有序地組織起來，消除資源管理混亂、組織無序的現象。在企業自身資源組織有序的基礎上可以組建資源有序的敏捷制造網絡。

盡管通過敏捷制造資源計劃實體關聯模型可以使敏捷制造網絡的資源組織達到有序，但是還不能回答如下一些問題：供應商、協作商的生產現狀如何；生產過程中能否實時掌握在制品的產量與品質狀況；能否實時掌握設備運行狀況和在線物料？這些問題都密切關系到敏捷制造資源計劃的制訂、實施和調整。因此，敏捷制造資源計劃的執行需要有實時生產信息的支持。在實時顯現可用資源的基礎上，實現關系型數據（圖2）與實時數據之間的信息交互，從而實現敏捷制造網絡內的資源有效調度。

4RFID技術的引入

4．1RFID技術介紹

無線射頻識別技術或稱射頻識別技術，是從20世紀90年代興起的一項非接觸式自動識別技術。它是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到自動識別目標對象并獲取相關數據，具有精度高、適應環境能力強、抗干擾強、操作快捷等許多優點[8]。最基本的RFID系統由三部分組成：a）標簽(tag)。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標志目標對象。b）閱讀器(reader)。讀寫標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。c）天線(antenna)。在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。 

RFID系統工作原理如圖3所示[9]。在實際應用中，射頻識別標簽附著在待識別物體的表面，并且標簽中一般保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理。

RFID技術有著廣泛的應用前景，如物流和供應管理、生產制造和裝配、文檔管理、自動收費、門禁控制等領域。RFID技術的最大特點是實現實時、可視化的信息傳遞，可將其引入到資源計劃系統，解決敏捷制造資源計劃的實時性瓶頸。

4．2RFID技術在敏捷制造資源計劃中的應用

在生產過程中，物料具有移動性（如加工、搬運）。物料在移動過程中發生了一些屬性的改變，通過對屬性信息的提取就可以掌握生產基層的運作狀態。因而可將物料作為信息載體，通過RFID技術的引入，實現資源信息的動態集成。圖4即是對該思路的一種反映。

如圖4所示，針對物料的移動過程設置了相應的RFID讀寫單元。通過這些讀寫單元可以獲取如圖2所示的實體屬性信息，為資源計劃決策提供依據。RFID讀寫單元1負責原材料的出/入庫信息讀寫。當原材料入庫時，讀寫單元讀取RFID標簽上的信息，并按照關聯模型中的物料編碼規則進行編碼，更新原材料的狀態屬性；當原材料出庫時，讀寫單元在物料標簽上寫入物料移動信息，如該物料需要經過的工藝路線、物料出庫時間、預計加工完成時間等，同時通過與讀寫單元連接的微機更改原材料信息庫、在制品信息庫的信息。如此，通過RFID技術實時更新各信息庫，將各信息庫的信息進行匯總，可提取每個廠商的資源信息。將各廠商的資源信息進行匯集，按照資源調度規則進行資源調度，最終即可實現實時、動態的敏捷制造資源計劃，體現可視化資源計劃的內涵。需要說明的是，資源調度規則需要依據敏捷制造資源計劃實體關聯模型及其他一些生產規則來制定，以實現網絡資源的有序調度。

5結束語

本文通過分析資源計劃實施面臨的問題，認為敏捷制造資源計劃的有效實施需要實時生產信息的支持。為此，結合實體關聯模型，在敏捷制造資源計劃系統中引入RFID技術，并對RFID技術在系統中的具體應用進行了闡述。本研究期望為敏捷制造資源計劃系統的設計與應用提供一套較為有效的方法。

參考文獻：

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[3]劉明忠，薛恒新，韋東方，等. 面向敏捷供應鏈的柔性企業資源計劃研究[J].計算機集成制造系統，2004，10（12）：1530 1536.

[4]高亮，張潔，李培根.基于XML的敏捷制造資源集成方法的研究[J]. 中國機械工程，2002，13（1）：57－60.

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[8]蔣皓石，張成，林嘉宇.無線射頻識別技術及其應用和發展趨勢[J].電子技術應用，2005（5）：1－4.

[9]王曉華，周曉光.射頻識別技術及其應用[J].現代電子技術， 2005（11）：30－33.

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