产品物料管理系统关键技术研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 6.4MB 86 页 15积分
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I
摘 要
市场的激烈竞争和信息技术的飞速发展，使得企业不断寻找改善之路。从而
引发企业对生产流程的改造，信息技术是企业改革的有力工具。面对信息化带来
的机遇与挑战，以信息化带动工业化、以工业化促进信息化道路是企业在经济全
球化下改革和发展的指导方针。
为了解决企业的信息化生产，我们将从 BOM 设计到制造生产和仓库管理，
实现信息流程一体化和高度集成化。加强企业各部门之间的交流，增加产品数据
的控制，以系统的方法和设计思路来解决生产中物料信息流通缓慢的问题。同时
解决企业管理水平落后和协作能力较差。
在论文中，首先从 BOM 出发，介绍工作令管理系统的设计和功能，工作令
管理系统在整个 ERP 系统的重要地位，以及制造执行系统的三大关键技术：BOM
集成技术、工艺状态建模技术、车间生产调度技术。然后以 BOM 的结构和编码
技术为基础，详细的阐述了 BOM 各视图之间的映射关系。仓库管理的流程和功
能分析、各种物料领料方式和关键技术，以及条形码技术在出入库中的应用，再
从数据挖掘的角度，对工废料废进行关联规则的挖掘。在库存管理中，结合常用
的八种存储模型，设计出一种包含期初库存和安全库存，满足企业预投和非预投
生产的最优存储模型。整个系统采用 SQL Server 和J2EE 技术，运用 MVC 模式，
实现系统之间的集成和数据共享。在产品数据和制造数据维护上起了相当重要的
作用，规范了制造数据的管理，确保了物料在生产制造过程中的实时性。
最后对本课题进行总结和展望，一方面总结了物料管理中各项关键技术；另
一方面提出了系统设计中存在的问题和不足有待进一步完善和发展。
关键词：物料管理 产品数据管理 仓库管理 J2EE
II
ABSTRACT
Driven by increasingly competitive market and rapid development of information
technology, All enterprises continuously seek the way to improve themseleves. Then
enterprises make a transformation of production process, and information technology
is a powerful tool for enterprise reform. Face of information technology opportunities
and challenges, the road of information technology to stimulate industrialization and
industrialization to promote information technology is the reform and development
guidelines in economic globalization.
In order to solve the production of information, we will make the imformation
flow integration and a high degree of integration from BOM design to manufacturing
and warehouse management. Strengthen communication between various departments,
increase product data management, using a systematic method and design ideas to
solve the slow flow of material information. And solve poor enterprise management
and collaboration.
In the paper, first it introduces the design and function of order management
system and the important position of order management system in ERP system from
BOM, and three key technology in MES: BOM integration technology, process state
modeling technology, workshop scheduling technology. Then describe the relationship
between all kinds of BOM view in the base of BOM structure and encoding technology.
And it introduces warehouse management process and functional analysis, a variety of
picking methods and key technology, and the application of barcode technology in the
storage. And mines industrial waste material using association rules. In inventory
management, combined with the eight common storage model, design a optimal
storage model, the model contains beginning stock and safety stock, meet two kinds of
production. The entire system uses SQL Server and J2EE technology, use MVC patten
to make system integration and data sharing.
Finally, this paper make a summary of the issues and outlook, on the one hand, it
make a summary of the key technologies in material management; on the other hand,
there are some shortcoming and insufficiency in the system, and these different kinds
of pronlems need to be further improvement and development.
Key Words: Material Management, PDM, Warehouse Management,
J2EE
III
目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪论 ...................................................................................................................1
§1.1 研究背景 ............................................................................................................1
§1.2 国内外研究现状 ................................................................................................2
§1.3 研究的目的与意义 ............................................................................................3
§1.4 论文研究的内容 ................................................................................................5
第二章 工作令管理系统的研究 ...................................................................................6
§2.1 系统的设计与功能 ............................................................................................6
§2.1.1BOM 和零件明细表之间的关系 ............................................................ 7
§2.1.2 系统的设计 ..............................................................................................8
§2.1.3 系统的主要功能 ....................................................................................14
§2.2MES 的关键技术 ............................................................................................. 16
§2.2.1MES 的介绍 ........................................................................................... 16
§2.2.2MES 的功能结构 ................................................................................... 18
§2.2.3MES 的关键技术 ................................................................................... 19
第三章 生产过程中物料使用规律 .............................................................................22
§3.1 产品 BOM 介绍 .............................................................................................. 22
§3.1.1BOM 的结构 .......................................................................................... 22
§3.1.2 物料的编码技术 ....................................................................................24
§3.2BOM 之间的映射规律 .................................................................................... 26
§3.2.1BOM 视图之间的联系和区别 .............................................................. 26
§3.2.2BOM 之间的映射 .................................................................................. 27
第四章 领料管理系统关键技术的研究 .....................................................................31
§4.1 仓库管理系统分析 ..........................................................................................31
§4.1.1 仓库管理系统需求分析 ........................................................................31
§4.1.2 仓库管理系统流程和功能分析 ............................................................32
§4.2 领料管理系统的功能 ......................................................................................34
§4.2.1BOM 领料 .............................................................................................. 34
§4.2.2 重新打印 ................................................................................................35
§4.2.3 工废、料废领料 ....................................................................................36
IV
§4.2.4 退料 ........................................................................................................37
§4.3 条形码技术的应用 ..........................................................................................38
§4.3.1 条形码技术的介绍 ................................................................................38
§4.3.2 条形码技术的应用 ................................................................................39
第五章 数据挖掘技术在领料系统中应用 .................................................................41
§5.1 数据挖掘技术的介绍 ......................................................................................42
§5.1.1 数据挖掘的提出与发展 ........................................................................42
§5.1.2 数据挖掘的结构和步骤 ........................................................................43
§5.1.3 数据挖掘的常用方法 ............................................................................45
§5.2 关联规则的应用 ..............................................................................................47
§5.2.1 关联规则的介绍 ....................................................................................47
§5.2.2 关联规则在退料中的应用 ....................................................................48
第六章 仓储库存模型 .................................................................................................49
§6.1 库存管理的介绍 ..............................................................................................50
§6.1.1 库存管理的内容 ....................................................................................50
§6.1.2 库存管理的策略 ....................................................................................51
§6.2 仓储库存模型的应用 ......................................................................................52
§6.2.1 常用存储模型介绍 ................................................................................52
§6.2.2 存储模型的改进 ....................................................................................53
第七章 系统的实现 .....................................................................................................56
§7.1 技术环境 ..........................................................................................................56
§7.1.1Java 语言 ................................................................................................ 57
§7.1.2 数据库技术 ............................................................................................58
§7.1.3 系统的模式和框架 ................................................................................59
§7.1.4XML 和Jason 技术 ................................................................................61
§7.2 系统实现 ..........................................................................................................62
§7.2.1 新建、修改和撤销工作令 ....................................................................62
§7.2.2 添加和更新制造数据 ............................................................................63
§7.2.3 零部件和工艺信息管理 ........................................................................64
§7.2.4 工作令报缴 ............................................................................................68
§7.2.5 领料打印 ................................................................................................70
§7.2.6 工作令查询和统计 ................................................................................75
第八章 总结与展望 .....................................................................................................78
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究背景
本课题来源于企业信息化建设项目。
物料管理是企业生产中一项最基本的不可缺少的活动，是科学的、系统地计
划、协调和控制企业各部门的活动，也是最经济、最有效地在合适时机向企业各
部门提供合适数量和质量的物料。物料管理概念起源于第二次世界大战中航空
工业出现的难题。它是从整个公司的角度来解决物料问题，使物料之间的设
计和性能符合实际需求，并且给公司之间和公司各部门之间提供一个良好的
交流平台，公司可以控制物料在车间的流向。在现代计算机技术突飞猛进的
形势下，物料管理在理论研究和实际应用中都起了不可替代的作用，是企业
在经济全球化下的必然趋势。
ERP 是以物料需求计划(Material Requirements Planning,MRP)为核心的企业生
产计划管理系统。物料需求计划是目前世界上普遍采用的一种离散型制造企业的
生产管理模式，它的基本原理是根据主生产计划来确定未来时区的物料供应量，
确定物料需求的准确时间和数量。它是根据产品结构特征，将主生产计划分解成
零部件生产作业计划和原材料、外购件的采购计划，确定自制件的投产日期与完
工日期以及原材料、外购件的订货采购和入库时间[1]。ERP 的核心目的就是实现
对整个供应链的有效管理，主要体现在以下三个方面：
(1)体现对整个供应链资源进行管理的思想；
(2)体现精益生产同步工程和敏捷制造的思想；
(3)体现事先计划与事中控制的思想。
在科学技术迅猛发展，特别是计算机软件系统高速发展的今天。企业级项目
管理(EPM，
Enterprise Project Management)应用系统已经被美国、欧洲等先进国家
以及以中国为首的一些发展较快的发展中国家的企业普遍采用。基于项目管理发
展趋势分析，用户的需求对于未来的企业级项目管理软件所采用技术也提出
了更高的要求，如大数据量存储、大用户量并发访问、企业多分支机构的支
持、大用户量的系统维护、系统的可扩展性/可集成性/可定制性等等。
本文研究的物料管理是对物料从设计到车间生产，再到最终成品完工、
报缴的闭环物料管理，针对物料管理中的车间物流、领料、库存等关键技术
产品物料管理系统关键技术研究
2
进行分析研究。
§1.2 国内外研究现状
产品物料管理信息系统可以看作是 PDM 系统的一部分。PDM 系统中分解、
控制、规划、跟踪项目任务都是物理管理技术的关键。在 20 世纪 60、70 年代，
企业在其设计和生产过程中开始使用 CAD、CAM 等技术，随着计算机应用的飞
速发展，随之而来的数据冗余、数据检索困难、安全性和数据共享能力差。
国外技术比较发达，企业间竞争热点从产品的成本、质量和上市时间转向能
够快速相应市场变化的产品创新。企业的商务活动将越来越多的在互联网和企业
内部网络平台上进行。
PDM 不再是简单的产品数据模型应用，而是技术和管理的
结合。它的作用是给企业提供合适的解决方案，给企业信息化提供良好的基础数
据管理。在采购、生产、销售整个物料供应链中提供共享数据接口，将产品数据
有机的组织起来，能够使企业的员工和一些客户随时访问这些共享数据，实现数
据的高度重用性，并且还能不断随顾客的需求变化做出相应的个性化变更。很多
企业从时间和产品质量上加以考虑，将满足客户个性化需求作为自己的目标，并
做出相当大的人力、物力和财力投入[2]。而 PDM 进一步演化成产品生命周期管理
（PLM，Product Lifecycle Management）技术，相应的代表产品主要有：PTC 公
司的 Windchill、
EDS 的PLM Solutions、
MatrixOne 公司的 eMatrix 和SAP 公司的
mySAP PLM 等。
在我国，80 年代末，以信息集成为核心的计算机集成制造系统在我国开始得
到实施；90 年代初，以过程集成为核心的并行过程技术作为国家 863/CIMS 开始
研究并提高了制造水平。国产 PDM 在企业中的应用主要包括：(1)企业产品数据
归档；(2)企业使用统一筹码；(3)企业产品结构管理；(4)技术部门的过程管理；
(5)企业产品数据处理；(6)工程和生产领域集成；(7)企业工程信息的提取。我国
开始逐渐重视产品物料管理。许多软件厂商如华中理工大学的华中软件公司、大
恒软件公司、南京的同创软件公司、东北大学的阿尔派公司、开目公司等纷纷开
发出自己的 PDM/PLM 产品。产品物料管理系统的开发和使用不仅可以适应当代
先进的信息技术，如数据库技术、JSP 技术、网络技术以及各种语言、框架技术。
更重要的是可以提高企业的生产效率。我国这些产品基础架构主要在分布式结构
或C/S 结构上，不便于数据的处理、管理和维护，特别是不方便查询和数据挖掘。
尽管也开始致力于 B/S 结构，但是与国外的水平还是有一段距离。本系统主要采
用 B/S 结构，可以对数据更好的控制、查询和管理。
随着我国经济的持续快速发展，我国信息化行业呈现出高速增长的势头，而
第一章 绪论
3
信息化的投入力度也相应提高，建设步伐持续加快。但是信息技术的水平和国外
相比还有很大的差距。例如，条码技术、RFID、GPS/GIS 和EDI 技术在物料流
通管理中应用不够。同时，仓储管理、财务管理、运输管理和订单管理在信息化
系统中得比例仅占 23.33%。我国制造行业面临的主要问题有几个方面：
(1)资源紧张问题
中国拥有的自然资源虽然种类多、数量大，有许多自然资源从总量上来说，
在世界上居于前列，但由于中国人口数量多，人均资源数量明显低于世界平均水
平，人均占有量仅为世界平均水平的 58%，居世界第 53 位。
(2)劳动力素质问题
我国劳动力素质与发达国家相比明显偏低，造成高智力、高素质、替代弹性
小的高级劳动力稀缺，而一般的体力劳动者严重过剩。缺少大量训练有素、技术
精湛的能工巧匠，精密性、精细性、精确性不足成了“中国制造”的“硬伤”。
(3)技术开发能力不足
我国的计算机发展水平整体落后，大多数的机械技术和电子设备都来自国外，
产品开发和系统开发都有很大的发展空间。
(4)管理水平落后
管理仍停留在过去粗放经营的方式上，没有形成一种完整的、精准的管理模
式。如何压缩库存、提高资金的运转率等，企业缺乏依靠信息化带动型管理手段。
(5)企业信息化程度低，协作能力较差
企业的信息化是一个企业做强做大的关键。特别是全球经济一体化时代。尽
管有些企业也采用信息化和自动化，但是还存在数据不统一、信息不能共享等诸
多现象。出现“信息化孤岛”。
§1.3 研究的目的与意义
本课题是根据某国内外合资制造企业的信息化项目的设计与实施的基
础上提出来的。企业是生产大型破碎机、制砂机。企业的产品遍布全球。与本
行业的其他企业有着密切的合作，并为该行业做出了突出的贡献。随着信息全球
化，某企业也逐渐建立起来了自己的信息化管理系统，控制管理生产的各个阶段。
经过十多年的努力，到现在已经形成了一套完整的 ERP 系统。采用先进的计算机
技术和管理方法，拉近了企业与前沿科学的距离。使其能在行业中占据强大的优
势。在企业领导的大力支持下，信息化项目得到井条有序的飞速发展。我们在和
相关的信息部门、设计部门、生产部门、销售部门和仓库进行充分调研后，在主
产品物料管理系统关键技术研究
4
流的 ERP 系统上结合企业本身的特点，开发出一系列的子系统，才构建成整个信
息化系统。
某企业的各个子系统并不是孤立存在的，它们之间存在着密不可分的关
系。BOM 系统是机械企业的基础数据系统，它将产品数据导入基础数据库
中，并可以进行修改、添加和删除等维护工作。MBOM 系统是制造数据管
理系统，它的基础数据大部分都来自 BOM 系统，是管理企业的实际生产过
程，并且产生相应的领料系统、工艺系统、不合格单系统和仓库管理系统。
同时 MBOM 系统下达的工作令来自销售系统的工作令，这样将各独立的子
系统在数据上实现了高内聚低耦合。产品物料管理的研究有着许多重要的意
义，主要有以下几个方面：
(1)产品物料管理可以加强企业各部门间的交流。在现代企业车间的生产
组织与管理中起着不可或缺的作用。它是基于 PDM 系统，但在企业的各个
部门都能涉及。随着企业的的不断发展，各部门独立后，部门之间的交流就
会减少，部门之间的合作就会产生许多矛盾。如果能减少由于沟通和合作而
产生的问题，把相互之间有密切联系的职能部门重新加以整合，企业就可以
极大程度地受益。例如，将与物料管理有密切联系的设计部门和生产部门，
通过某种方式有机的联系起来，就可以减少这两部门之间摩擦和矛盾。这种
促使部门之间加强协作的整合就是物料管理理论的基础。
(2)产品物料管理可以实时的控制生产。能够帮助企业建立一个规范准确
和及时的生产数据库，同时实现轻松、规范、细致的生产业务和库存业务一
体化管理工作。用户可以及时的访问制造中的数据，掌握生产动态，以便控
制整个车间的生产流程。实时性生产主要表现在物料的库存和物料在车间的
加工动态，这些都适用于所有从事产品制造及有库存管理的企业。通过应用
系统的生产管理模块，管理者能够随时了解企业的车间生产流程，以及是否
有缺货情况，还可以自动生成生产配料单，跟踪物料的生产流程。企业在控
制库存过程中就需要制定订货计划，需要建立合适的存储模型，还需要应用
一些先进的技术，如无线条形码技术等。总之，实时性生产能够降低生产成
本，加速资金的流转，提高经济效益。
(3)产品物料管理可以制定生产计划。一个制造企业的生产过程就是物料
流动的过程，生产计划就是物料流动计划。机械企业的生产一般有两种情况，
一种是基于订单的非预投生产，一种是基于库存的预投生产。针对不同物料
的特点，结合实际订单和采购情况，制定出有效的生产计划，综合应用不同
的订货批量方法，制定出不同原材料在采购时的订货批量；采购回的原材料
第一章 绪论
5
在企业内部投料生产时，为了使物料在整个加工过程中的生产成本更小，根
据未来时区内设备能力负荷，确定出不同物料的投料批量；设计出一套实用
而简单的物料管理系统，并能确定出主生产计划。
(4)产品物料管理可以使各系统得到高效的集成性。过程制造、制造执行
系统(MES)、PDM 和ERP 系统之间的集成对现代企业的商业运作来说是至
关重要的。各个业务部门的信息流是连贯的、关联的，每一个环节的信息都会与
其他时段、工序之间的产生关联，信息流的错综复杂，相互交叉形成一个复杂、
连续的信息网络，每一处信息数据的变化都会影响到上下环节的生产，因此系统
之间的集成是现代信息化的主流思想。而物料管理更是各系统不可缺少的重要环
节。
(5)产品物料管理可以降低生产成本。物料管理的实时性和有效的生产计
划的制定就决定库存的减少，从而导致生产成本的降低。制造企业生产过程
中的废料管理，也可以加快物料的流通的和多次使用。从而降低废料的库存
成本。
§1.4 论文研究的内容
本论文研究了机械企业生产过程中物料的使用规律。在对企业进行充分
调研的基础上，根据实际的生产过程，设计并开发了工作令管理系统、领料
系统和仓库系统。
第一章 绪论。本章主要介绍了本课题的研究背景、国内外的研究现状
和意义以及论文的研究内容。
第二章 工作令系统的研究。本章首先介绍了 BOM 与MBOM 之间的关系，
以及 BOM 与产品零件明细表的区别；然后从系统数据流程、用户和数据库
分析系统的设计以及介绍工作令管理系统的主要功能；最后介绍制造执行系
统的功能结构和关键技术。
第三章 生产过程中物料使用规律。首先介绍了 BOM 结构和物料编码技术；
再详细阐述 BOM 视图之间的联系、区别和映射规律。特别是在生产过程中关键
部件、外协部件、虚拟部件和中间部件的映射方式，EBOM 到MBOM 的映射、
PBOM 到MBOM 的映射、MBOM 到EBOM 和PBOM 的反映射规律。
第四章 领料管理系统关键技术的研究。企业在生产中需要对库存中物料进行
领料，而且要确保生产过程中物料不能多领也不能少领。还要对工废和料废导致
的重新领料进行有效的限制。预投工作令的轮番生产进行领料限制，以及料单作
摘要：

I摘要市场的激烈竞争和信息技术的飞速发展，使得企业不断寻找改善之路。从而引发企业对生产流程的改造，信息技术是企业改革的有力工具。面对信息化带来的机遇与挑战，以信息化带动工业化、以工业化促进信息化道路是企业在经济全球化下改革和发展的指导方针。为了解决企业的信息化生产，我们将从BOM设计到制造生产和仓库管理，实现信息流程一体化和高度集成化。加强企业各部门之间的交流，增加产品数据的控制，以系统的方法和设计思路来解决生产中物料信息流通缓慢的问题。同时解决企业管理水平落后和协作能力较差。在论文中，首先从BOM出发，介绍工作令管理系统的设计和功能，工作令管理系统在整个ERP系统的重要地位，以及制造执行系统...

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