面向小微型模具制造企业的信息化管理系统研究_陈逸维.pdf

设 计 与 研 究57面向小微型模具制造企业的信息化管理系统研究陈逸维刘华秋李芳玲黄磊*（季华实验室新型增材制造研究院，佛山 528000）摘要：传统小微型模具制造企业存在信息化管理水平欠缺、人员信息化意识相对薄弱等问题。以管理颗粒度适中、操作便捷和应用成本低为目标，开发了一项模具生产信息化管理系统。分析小微型模具企业的业务流和数据流，构建系统框架，并细分了各功能模块及其子功能。分析系统的拓展应用需求，构建了生产计划排产工具和企业知识库检索模型。基于 IDEA 软件的二次开发，完成了系统的构建和部署，并验证了模具生产信息化管理系统的可行性和有效性。关键词：小微型；模具制造企业；信息化管理系统Research on Information Management System for Minitype Mold Manufacturing EnterprisesCHEN Yiwei,LIU Huaqiu,LI Fangling,HUANG Lei*(Advanced Additive Manufacturing of Jihua Laboratory,Foshan 528000)Abstract:Traditional small and micro mold manufacturing enterprises have problems such as lack of information management level,personnel awareness of information is relatively weak,this paper aims at moderate management granularity,convenient operation and low application cost,developed a mold production information management system.The business flow and data flow of small and micro mold enterprises are analyzed,the system framework is constructed,and the functional modules and their sub-functions are subdivided.Based on the analysis of the application requirements of the system,the production planning tool and enterprise knowledge base retrieval model are constructed.Based on the secondary development of IDEA software,the construction and deployment of the system were completed,and the feasibility and effectiveness of the mold production information management system was verified.Keywords:small and miniature;mold manufacturing enterprises;information management system模具是工业生产发展中的重要工具，被广泛应用于注塑、吹塑、挤出和冲压等作业，形成具有竞争力的工业产品1。模具生产管理的目标是通过工程管理和信息化手段实现对不同模具加工资源的高效整合，以应对各生产环境中的实际问题2。小微型传统模具企业的生产管理主要依靠人工纸质化管理，其效率和质量受限于生产管理人员的水平。近年来，开发具有自动化管理、数据采集以及智能分析等功能的面向小微型企业的信息化管理系统，已成为生产管理的研究热点。YANG 基于物联网技术、数据采集技术和传感器，设计了用于车间制造生产线的生产管理系统，提出了中小型企业生产信息化解决方案3。WANG 等人结合射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）与制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）的优势，提出了一种生产现场信息化的改造方案，提高了非重复性制造产品生产现场的可见性和可控性4。目前，针对小微型模具企业信息化的研究仍然比较少。针对小微型模具企业面临的市场通用管理软件适配度低、企业人员信息化意识理念不同和资金有限等问题，本文设计了具有文件集成、计划排产、案例检索、可视化展示等功能的模具生产信息化管理系统，为模具生产全流程的信息化管理提供了依据。1面向小微型模具制造企业的信息化管理系统相较于几百人的大型企业，小微型模具企业在生产经营方面的核心优势在于简易企业架构带来的灵活性和响应速度，以及低廉的管理成本带来的竞争力。1.1模具生产的业务流及数据流J 公司是一家专业的面向高精尖航空叶片及零部件的小微型模具科技公司，公司员工 30 余人，其中现场工人20余人，其余业务部门约10人。实施信息化改造前，各业务部门以纸质化办公为主，生产作业由车间主管指导安排，具有传统小微型制造企业人员结构精简、企业信息化程度低和作业模式灵活等典型特点。模具属于订单驱动、单件生产、工艺复杂以及区分度大的产品，在生产流程方面与传统的大批量生产产品区别很大。在小微型模具企业中，必然存在个别部门人数极少、部分员工兼多岗多职的情况，因此构建信息化系统时，有必要重新设计系统用户的角色和权限，剔除非必要的签审流程。基金项目：季华实验室项目“航空发动机叶片精密模具及大型客机复合材料制备精密模具设计、研发及生产线建设”（X200041TM200）。*通信作者：黄磊。DOI:10.16107/ki.mmte.2023.0142现代制造技术与装备582023 年第 3 期总第 316 期对于小微型模具企业，构建信息化系统的首要目标是向无纸化作业模式转型，强调业务过程和责任的可追溯性。对生产现场进行实时记录，强化车间现场的可还原度。以订单或模具为单位，记录模具生产的数据流和文件流，提高数据、文件的规划化存档水平和检索效率，从而提升整体生产管理水平，加快面临问题时的响应和处理速度。另外，小微型企业具有订单响应快速、作业灵活的优势，在构建信息化系统时，对于业务流及数据流管理的颗粒度应适当放大。在信息化升级初期应着重关注主体业务流程，适当放大管理颗粒度有利于管理人员将更多精力放在大局把控方面。企业人员在未经过系统的信息化及软件培训时，落实小颗粒度管理模式将耗费额外的资源使管理成本剧增。1.2模具生产信息化管理系统总体功能框架小微型模具企业中加工人员占比为 65%75%，其余业务部门人员占比不足 30%。如果在信息化建设初期参考大规模制造企业的方案，同时架设企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、MES、供应链管理（Supply Chain Management，SCM）以及仓库管理系统（Warehouse Management System，WMS）等信息化系统，势必导致成本的剧增和系统结构的复杂化。因此，需要基于上述业务流、数据流和系统设计要点，把握主体业务及逻辑，构建管理颗粒度适中、功能全面的管理系统。浏览器/服务器（Brower/Server，B/S）模式具有共享性强、操作简单、开发成本低和维护方便等诸多优点5，因此可基于 B/S 模式构建模具生产信息化管理系统。系统总体功能框架依据模具生产流程可分为经营管理、设计管理、工艺管理、制造管理、仓库管理、采购管理以及质检管理 7 大业务功能模块和其他功能模块。模具生产管理系统总体功能模块，如图 1 所示。图 1模具生产管理系统总体功能模块1.3模具生产信息化管理系统的功能扩展系统功能模块的应用价值在于将人们从烦琐的纸质记录工作中解放出来，建立统一的数据和文件存档机制，显著提高管理质量和纠错效率。但要在灵活作业模式的基础上提升生产制造效率，则需分析利用现有的数据和文件并形成智能决策，为企业生产决策者提供可靠的决策依据。在信息化建设初期，应加快生产计划排产工具和企业知识库的建立。借助编程工具和合适的理论算法，依据企业生产现况和排产规则，开发生产计划排产外挂，有助于生产主管编制理论性更强的排产计划用以指导实际生产。企业知识库的核心思想是将以往纸质记录的设计、工艺、加工等信息统一录入系统数据库内的指定数据表中，建立可以依据关键词或关键特征快速调用企业历史案例的知识库。此外，随着企业规模的扩大和信息化、智能化改造的升级，管理系统也应向专精化和集成化方向优化。因此，在系统设计时必须考虑系统的可扩展性和集成能力，以便于后续系统的更新迭代和数据备份6。2核心模块功能的实现2.1系统技术选型SSH 框架是一种 Web 应用程序框架，集成了Struts、Spring 和 Hibernate 这 3 大框架。它将应用程序分为表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层7。数据库技术主要用于存储系统运行过程中产生和收集的各类数据，选用关系型数据库与非关系型数据库相结合的方式，能够实现对各类结构化数据和非结构化数据的高效管理。云储存技术是一种新型网络存储技术，服务供应商通过将存储资源虚拟化，向用户提供远程在线的存储服务，有利于小微型企业削减机房、物理服务器设置和专用网络部署的成本8。2.2生产计划排产工具的编制生产计划排产工具是模具生产信息化管理系统智能化的重要体现。模具制造具有多种类、单件生产、加工路线复杂等特点。模具生产计划编制属于柔性作设 计 与 研 究59业车间的调度问题，相比传统的流水线作业调度具有更高的复杂度。基于排产理论和双种群遗传算法，以加工作业总完成时间最早为目标编制了生产计划排产工具。将待加工任务的工艺信息、额定工时以及车间现场的设备信息作为输入，以工件加工顺序、加工过程连续性、设备产能和设备状态等作为约束条件，通过排产工具设置的算法运算，输出理论上最佳的生产排产计划，以便车间主管作出排产决策。2.3企业知识库的建立企业知识库是历史数据和案例共享有序化的重要体现。将企业以往业务中留存的纸质资料作为企业知识录入系统数据库，对订单信息、模具设计图纸资料、工艺规程以及质检反馈进行归类和存储，是建立企业知识库的基础。基于层次分析法和专家法，确定了模具关键特征分类和特征属性的相似度，以及案例相似度的计算方案。基于 K-Means 聚类算法、1R 离散法及动态阈值方案建立知识库检索模型，可以实现对历史设计案例的快速检索和工艺知识调度，从而提高设计和工艺的重用度。在新接订单后，利用知识库检索模型可以快速计算新订单与历史设计模具的相似度，筛选出整体相似度最高的历史设计模具并导出，辅助设计人员更好地进行技术决策。3运行实例基于 IDEA 平台和 Java 语言，采用 SSH 框架和模型-视 图-控 制 器（Model View Controller，MVC）架构模式开发模具生产信息化管理系统。系统选用MySQL+Redis分别作为关系型数据库和非关系型数据库，并架设于腾讯云服务器（Elastic Compute Service，ECS）。以 J 公司的模具生产过程为例。模具生产信息化管理系统运行时，将自动读取云存储的企业订单、模具、零件、工艺、物料和库存等信息数据，并载入系统各功能模块形成可视化表单，用户登录系统即可选择不同的功能模块完成业务作业。系统运行实例图，如图 2 所示。图 2系统运行实例图4结论针对小微型模具企业存在的人员信息化意识欠缺、资金有限等问题，设计并开发了一项功能强大、覆盖面广、管理颗粒度适中以及流程化简洁的模具生产信息化管理系统，主要结论如下。（1）通过分析小微型模具企业生产的业务流和数据流，构建了模具生产信息化管理系统的框架，并划分了系统功能及其子