基于UML的鋼鐵企業(yè)APS訂單計劃系統(tǒng)建模

[摘 要] 在基于APS的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計劃體系中，訂單計劃將客戶訂單轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)訂單，其內(nèi)容包括對訂單在工序上的分解及交貨期的初步確定等。本文從某鋼鐵企業(yè)對訂單計劃管理的實(shí)際需求出發(fā)，采用UML建模語言對鋼鐵企業(yè)APS中的訂單計劃系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，構(gòu)造了系統(tǒng)的用例圖和分析類圖，并對訂單拆分、庫存匹配和產(chǎn)能匹配等典型用例進(jìn)行了動態(tài)建模。本文研究的訂單計劃系統(tǒng)以客戶訂單為輸入，可以實(shí)現(xiàn)訂單的拆分、庫存匹配和產(chǎn)能匹配，確定訂單的交貨期，進(jìn)而合理安排中長期訂單計劃，達(dá)到幫助企業(yè)編制高效的生產(chǎn)批量計劃和生產(chǎn)調(diào)度方案的目的。

[關(guān)鍵詞] 鋼鐵企業(yè);訂單計劃;APS;系統(tǒng)建模;UML

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 21 . 017

[中圖分類號]F270.7;TP391.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)21- 0029- 04

0 引 言

基于APS理論的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計劃編制和執(zhí)行過程包括訂單計劃、批量計劃以及生產(chǎn)調(diào)度計劃等主要階段。訂單計劃的主要任務(wù)是根據(jù)現(xiàn)有庫存產(chǎn)品的信息，并在同時考慮各個工序的生產(chǎn)能力的前提下，對客戶訂單做出交貨期承諾，制訂在總體能力上可行的訂單排產(chǎn)計劃。訂單計劃以客戶訂單為主要管理對象，訂單計劃的輸入是客戶銷售訂單，輸出是拆分到各個工序的生產(chǎn)工單。生產(chǎn)工單是進(jìn)行批量計劃編制的前提條件，批量計劃階段的結(jié)果又是生產(chǎn)調(diào)度的基礎(chǔ)。由此可見，訂單計劃作為整個鋼鐵企業(yè)計劃的源頭有著十分重要的意義。

鋼鐵企業(yè)APS中的訂單計劃系統(tǒng)是一個功能復(fù)雜的系統(tǒng)，研究重點(diǎn)是對“訂單”的處理時序問題，包括不同工序路徑上的訂單拆分、考慮多種因素的交貨期承諾等。如果采用傳統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)化建模思想，在描述動態(tài)性、可擴(kuò)展性方面會出現(xiàn)模型與實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)上有很大的局限性。UML是一種面向?qū)ο蟮慕７椒ǎc具體的過程無關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是簡單并且可擴(kuò)展，具有擴(kuò)展和專有化機(jī)制，擴(kuò)展時無須對核心概念進(jìn)行修改，適于描述功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜的需求分析。本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，采用面向?qū)ο蟮腢ML建模方法對訂單計劃系統(tǒng)進(jìn)行建模。

1 訂單計劃系統(tǒng)目標(biāo)和任務(wù)

對于鋼鐵企業(yè)而言，其生產(chǎn)只能按照自身的節(jié)奏較為穩(wěn)定地進(jìn)行，而市場需求卻是動態(tài)多變的。在這種情況下，只有按照訂單全生命周期對訂單產(chǎn)生、訂單分析、訂單執(zhí)行、訂單交付等一系列過程進(jìn)行管理，才能更好地滿足客戶需求，提高競爭能力。

在基于APS的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計劃體系中，訂單計劃是生產(chǎn)作業(yè)計劃的前提和基礎(chǔ)，主要是對企業(yè)接收到的客戶銷售訂單進(jìn)行預(yù)處理，將銷售訂單轉(zhuǎn)化為按照工序劃分的生產(chǎn)工單，并初步給出交貨期承諾，為作業(yè)計劃的編制提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)工單需求[1]。訂單計劃問題的主要任務(wù)是根據(jù)現(xiàn)有庫存產(chǎn)品的信息，并在同時考慮各個工序的生產(chǎn)能力的前提下，對客戶訂單做出交貨期承諾[2]，制訂符合產(chǎn)能要求的訂單排產(chǎn)計劃。

訂單計劃系統(tǒng)的入口為客戶銷售訂單，一個客戶銷售訂單可能包含了多個鋼種產(chǎn)品的訂貨要求。訂單計劃系統(tǒng)主要解決板坯設(shè)計、庫存匹配、產(chǎn)能匹配3個方面的業(yè)務(wù)，其處理流程如下:

(1)將一個銷售訂單按照鋼種、鋼卷單重等拆分為一個或多個生產(chǎn)訂單以便于根據(jù)庫存情況對生產(chǎn)訂單進(jìn)行庫存匹配，判斷能否按時、按量實(shí)現(xiàn)銷售訂單交貨。

(2)對于不能由成品或半成品來滿足的生產(chǎn)訂單，按照工藝過程進(jìn)行工序拆分以及板坯設(shè)計，對拆分形成的生產(chǎn)工單要進(jìn)行坯料替代和產(chǎn)能匹配[3]。產(chǎn)能匹配是在不改變設(shè)備已定負(fù)荷的前提下，通過計算各關(guān)鍵設(shè)備的空閑生產(chǎn)能力后，將關(guān)鍵設(shè)備的空閑生產(chǎn)能力與訂單數(shù)量進(jìn)行產(chǎn)能需求匹配，決策能否完成訂單的需求，對于產(chǎn)能匹配后仍無法足額保證銷售訂單需求的情況，若要接受該訂單，就必須改變原有生產(chǎn)計劃安排，重新制訂出新的生產(chǎn)計劃[4]。

2 UML系統(tǒng)建模

2.1 靜態(tài)模型

2.1.1 分析用例

在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ?，用例描述了用戶對系統(tǒng)功能的需求，所有的用例合在一起構(gòu)成用例模型，它描述了系統(tǒng)的功能，回答了“系統(tǒng)應(yīng)該為每個用戶做什么”的問題。根據(jù)訂單計劃系統(tǒng)的功能需求可分析得出的系統(tǒng)用例角色主要有5種:銷售訂單管理員、生產(chǎn)訂單管理員、成品庫存管理員、板坯庫存管理員、產(chǎn)能管理員。

系統(tǒng)用例圖如圖1所示，其中:銷售訂單管理員主要負(fù)責(zé)銷售訂單的增加、修改、刪除以及訂單的分解，銷售訂單分解的結(jié)果是生產(chǎn)訂單;生產(chǎn)訂單管理員需要對生產(chǎn)訂單按工序進(jìn)行拆分，得到各個工序上的生產(chǎn)工單(根據(jù)企業(yè)實(shí)際，本文所指生產(chǎn)工單包括板坯工單和鋼卷工單兩種);成品庫存管理員對鋼卷工單進(jìn)行鋼卷匹配;板坯庫存管理員對板坯工單進(jìn)行坯料替代;產(chǎn)能管理員對各個工序上的訂單進(jìn)行該工序的產(chǎn)能匹配，判斷是否有足夠的能力進(jìn)行生產(chǎn)，并得到工序交貨期。

2.3 動態(tài)模型

用例圖和類圖只是從靜態(tài)角度描述系統(tǒng)，靜態(tài)模型得到的信息并不完整，一個完整的模型必須描述系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)兩個方面。系統(tǒng)的動態(tài)特征和行為可以通過用例實(shí)現(xiàn)來描述。用例實(shí)現(xiàn)可以通過順序圖和活動圖等來完成。限于篇幅，本文僅對工藝設(shè)計、庫存匹配和產(chǎn)能匹配3個主要活動進(jìn)行介紹。

2.3.1工藝設(shè)計

工藝設(shè)計是指將銷售訂單分解得到的生產(chǎn)訂單基于全線工序拆分為各工序生產(chǎn)工單的過程。本文主要考慮煉鋼-連鑄和軋制兩個工序，煉鋼-連鑄工序的產(chǎn)品是板坯，軋制工序的產(chǎn)品是鋼卷，因此將生產(chǎn)訂單拆分為鋼卷工單和板坯工單。工藝設(shè)計順序圖如圖3所示。

2.3.2庫存匹配

鋼鐵企業(yè)大量余材的存在，占用了大面積庫存，無形中造成資源浪費(fèi)，如何處理好非訂單庫存是鋼鐵企業(yè)面臨的重要問題[5]。為了有效利用這些庫存余材，提高客戶滿意度、降低成本和庫存成本，需要將其與訂單進(jìn)行合理的匹配。

庫存匹配是對工藝設(shè)計產(chǎn)生的生產(chǎn)工單進(jìn)行的操作，包括成品匹配和坯料替代。庫存匹配包括對板坯工單進(jìn)行的坯料替代和對鋼卷工單進(jìn)行的成品匹配。不管是坯料替代還是成品匹配都是通過生產(chǎn)工單中的產(chǎn)品規(guī)格信息與產(chǎn)品庫存中滿足規(guī)格、質(zhì)量的產(chǎn)品進(jìn)行匹配，在程序系統(tǒng)中的匹配操作分為自動匹配和手動匹配。自動匹配是在程序中預(yù)定匹配參數(shù)和匹配方法，對工單產(chǎn)品和庫存產(chǎn)品進(jìn)行一一對比，符合程序設(shè)定要求的就可以匹配;手動匹配是指在手動輸入?yún)?shù)的情況下進(jìn)行庫存匹配。

在企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中，訂單與產(chǎn)品之間的匹配關(guān)系可能有以下3種情況:①同鋼級、同規(guī)格的庫存匹配;②同規(guī)格的庫存匹配，但是鋼級不同，高鋼級可以替代低鋼級;③同鋼級、不同規(guī)格的庫存匹配，這個時候需要考慮后續(xù)加工的問題。通過系統(tǒng)設(shè)置可以滿足同鋼級、同規(guī)格的庫存匹配，但是對于另外兩種情況，鋼級和規(guī)格參數(shù)存在變化，通過手動匹配人工輸入匹配參數(shù)會更符合實(shí)際的需要，手動匹配的活動圖如圖4所示。

手動匹配與自動匹配的主要區(qū)別在于:手動匹配在選中待匹配工單后需要在手動匹配界面輸入匹配參數(shù)，包括鋼種、寬度上下限、厚度上下限、表面質(zhì)量要求、匹配人、匹配時間等，然后再執(zhí)行匹配計算;而自動匹配在選中待匹配工單后可以根據(jù)默認(rèn)設(shè)置直接執(zhí)行匹配計算。

2.3.3 產(chǎn)能匹配

針對未能匹配的生產(chǎn)工單，需要進(jìn)行產(chǎn)能匹配以便能及時向客戶給出交貨期承諾[6]。關(guān)于產(chǎn)能匹配的類有:生產(chǎn)工單、工序、產(chǎn)品目錄、設(shè)備、設(shè)備_產(chǎn)品加工時長等。產(chǎn)能匹配涉及整個工廠的工序路徑、工序、工序上的設(shè)備各種信息，同時相同的設(shè)備對不同的產(chǎn)品加工時長可能是不相同的，因此需要在產(chǎn)品目錄中得到產(chǎn)品規(guī)格的信息，最終結(jié)合設(shè)備的剩余產(chǎn)能進(jìn)行產(chǎn)能匹配。產(chǎn)能匹配的順序圖如圖5所示。

產(chǎn)能匹配的結(jié)果體現(xiàn)為工單在設(shè)備上的加工時長問題，這就需要用到設(shè)備名稱以及工序產(chǎn)品的規(guī)格信息。因此在產(chǎn)能匹配中首先要根據(jù)生產(chǎn)工單中的“所在工序”和“產(chǎn)品編碼”的屬性得到工序和產(chǎn)品規(guī)格信息，然后根據(jù)工序表找到該工序?qū)?yīng)的設(shè)備名稱，最后通過設(shè)備和產(chǎn)品規(guī)格信息在“設(shè)備_產(chǎn)品加工時長”表中找到相應(yīng)的產(chǎn)品加工時長。

3結(jié)束語

隨著鋼鐵企業(yè)由面向庫存生產(chǎn)向面向訂單和面向客戶化定制的生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變，如何通過對訂單計劃的有效管理來提高生產(chǎn)效率并滿足客戶的需求成為鋼鐵企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。本文采用面向?qū)ο蟮姆椒ɡ肬ML靜態(tài)和動態(tài)模型對鋼鐵企業(yè)APS中的訂單計劃系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析。首先構(gòu)建了系統(tǒng)用例圖和分析類圖，然后以工藝設(shè)計、庫存匹配、產(chǎn)能匹配3個用例實(shí)現(xiàn)為例，通過順序圖和活動圖構(gòu)造了系統(tǒng)的動態(tài)模型。系統(tǒng)主要特點(diǎn)是在編制中長期訂單計劃時，通過將訂單拆分到工序進(jìn)行庫存和產(chǎn)能匹配來實(shí)現(xiàn)物流和產(chǎn)能的平衡。

主要參考文獻(xiàn)

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