1绪论
本章通过对模具企业的行业发展趋势及生产管理特点分析，阐述了模具制造的行业特点及在发展中存在的问题及瓶颈。然后在此基础上，提出了信息化技术是解决这些问题及瓶颈的有效手段之一，并论述了模具企业的信息化现状及需求，对国内外模具企业制造执行系统的研究状况进行了综述，并指出现有研究所存在的一些不足，最后阐明了本课题的研究目的及意义、确定了课题的主要研究内容。
1.1模具企业的管理特点及行业发展趋势
模具行业的地位及其作用模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60犷80%的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定产品质量的高低，因此模具被称为”百业之母”。模具又是”效益放大器”，据相关资料统计，模具带动其相关产业的比例大约是1:100。按此比例计算，2008年中国模具工业总产值达到950亿元，带动的相关产业产值高达9万亿元以上，如此大的带动能力赋予了模具行业现代工业基石的地位。模具工业技术水平的高低，较大程度上决定着批量生产的产品的质量及新产品研发能力，已经成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。自1997年至2005之间，为扶持模具行业的发展，国家针对部分重点模具公司推行了返还70%增值税的优惠政策。在2009年启动的国家重大科技专项“高档数控机床及基础制造装备”的专项(04专项)中，部分高档模具的研发，主要包括高档轿车覆盖件、内饰件模具、大型复杂的压铸模、冷温锻模具、精冲模具和精密级进模等5类模具，得到国家首批支持，充分体现了国家对模具行业的支持。
1.1.2模具行业管理特点
模具企业是典型的单件生产型企业，其订单下发的不确定性以及由于单件生产导致的模具设计、制造过程对模具从业人员经验的依赖性，使得模具企业虽然规模不大，但生产管理却较为复杂。除了备份模、复制模等特殊情况外，模具的制造都可视为一种新产品的开发，带有一定的试验性，一般需在订单确定过程中与客户进行交流以确认产品要求，进而确定模具主要结构、做出报价、进行模具设计、工艺设计、物料采购、生产准备、模具零件加工、装配、试模及反复修改调试模具等过程，直到最后试模结果能够满足最终产品的要求。模具发给客户后，在使用过程中可能出现零件磨损或损坏，此时则还需对模具进行维修。总而言之，模具的制造是一个比较复杂且可控度较差的过程，大部分的企业过于依赖设计、生产人员的经验。模具企业的制造过程一般如图1.1所示。
客户向模具企业发出订单需求，一般包括产品图、技术要求、交货期等。当模具企业市场部门接收到客户需求后，需首先根据客户产品的要求进行模具的初步结构设计，设计出模具的整体结构如模架、机构组成等，并进行模具材料费用及加工费用估算，同时对客户提出的交付时间要求做出评估，并在此基础上与客户商定模具的成交价及交付的关键节点计划并签署合作协议。合同签订后，一般由企业的营销部门项目经理组织设计、加工、装配、采购各部门相关人员召开项目启动会议，在会议中根据客户要求的交付期限，制订各个环节的节点计划，一般称之为主计划或大日程计划，包括每个部门或节点的负责人、计划开始时间及计划结束时间等，同时会消化模具的技术要求。主计划是各部「1工作的目标和计划指导，因同时在生产的模具较多，各部门还需根据每个项目的计划要求，进一步制订内部分解计划并分配到员工或班组，在执行过程中再以日会、周会或现场查看等方式了解收集当前执行情况。如果现场执行和计划差异较大时:，则可能需要调整计划并确定解决措施。最终完成概念设计、三维设计、二维工程图设计、物料采购、零部件加工、模具装配、试模及包装发货等工作。同时，企业还需收集各个环节的生产数据，进行统计分析为企业管理人员提供决策支持数据。在模具企业，设计、制造、采购等环节常常是并行进行，以缩短整个模具的生产周期。
2模具制造执行系统关键技术的理论与方法
制造执行系统是对整个车间制造过程的优化，而不仅仅解决某个生产问题，需融入先进的生产管理模式;同时做为计划层与控制层的中间层，设计时必须考虑与两者的集成并符合国际通行的标准。因此本章将现有理论及标准与模具行业特点相结合，将从流程改善、需求建模、功能建模、实现等层面分析并提出符合模具制造执行系统要求的关键技术的理论和方法。
2.1结合CE及BH思想的模具制造流程改善方法
自二十世纪八十年代中期以来，消费市场产生了革命性的变化，顾客对商品的质量、品种及成本要求越来越高，商品的生命周期大幅度缩短，对企业的管理水平提出越来越高的要求。在这样的背景下，各类提升管理的思想层出不穷。二十世纪八十年代兴起的并行工程(CE)和二十世纪九十年代提出的业务流程改进(BPI)是两种对模具企业流程改善及管理改进较为有效的管理理论。模具制造的本身实际上就是设计、加工、采购等各环节并行的一个过程。并行工程思想的目标是为了提升质量、降低成本、缩短产品研发周期，与模具企业的管理目标是完全相同的。为达成上述目标，并行工程主要采用以下方法:改进设计质量，减少一半以上的生产过程中的设计变更数量;并行运作产品设计及其相关过程，缩短40%-60%的产品开发周期;一体化开展产品设计过程及其制造过程，降低30%一40%的制造成本。
3 模具制造执行系统需求建模........................ 34-54
3.1 模具企业的制造管理模式..................... 34-38
3.2 模具制造管理模式优化分析..................... 38-48
3.3 需求建模 .....................48-53
3.4 本章小结..................... 53-54
4 模具制造执行系统功能建模..................... 54-78
4.1 功能层次模型 .....................54-56
4.2 物理层次模型..................... 56-57
4.3 生产作业管理活动模型..................... 57-77
4.4 本章小结..................... 77-78
5 模具企业动态车间作业计划 .....................78-90
5.1 基于多级优先规则的模具企业.....................78-82
5.2 考虑组合加工的模具企业动态..................... 82-88
5.3 本章小结..................... 88-90
结论
本文从模具行业生产特点出发，基于近百家模具企业的调研结果，细致分析了模具企业制造过程的关键要求，对模具制造执行系统进行了深入的研究，提出了一些相关理论、关键技术和方法。在此基础上，开发了相应的模具制造执行系统，并在众多模具企业获得成功应用。本文主要研究成果包括以下几个方面:
(l)通过对模具制造执行系统关键技术的分析研究，基于现有理论与模具行业特点，分析并提出了适用于模具企业的基于并行工程(CE)及业务流程改进(BPI)的模具制造流程改善方法、基于UML的需求建模方法、基于ISA一95标准的功能建模方法以及模具企业车间作业计划的模型及算法思想。
(2)运用基于CE及BPI的模具制造流程改善方法，提出了经改善的模具企业制造管理流程;并在此基础上，采用UML的需求建模方法提出了模具制造执行系统的需求模型。
(3)建立了基于工SA一95标准的模具制造执行系统功能模型。ISA一95标准是综合了流程生产、连续生产及单件生产的一些共性特点的通用标准，不能直接应用于模具行业，鉴于此本文将模具企业需求分析的结果，采用工SA一95标准的通用模型，建立了基于工SA-95标准的模具制造执行系统功能模型。
(4)根据模具制造单件生产的、面向订单的、离散型的制造特性，提出并实现了一种基于多级优先规则的动态车间作业计划调度算法。
(5)通过引入“非弹性组合相关性”、“虚拟工序”的概念，把模具加工中存在的组合加工的非传统调度问题转化为传统的调度问题，从而便于问题的求解，同时考虑实际job-shop车间生产环境中存在的对资源、零件、工序关系等各方面的约束，实现了适用于大规模实际调度的基于调度规则选择引擎的启发式算法。
(6)以零件陆续到达车间的动态JobShop调度问题为研究对象，对其仿真调度中的车间稳定状态进行了研究，为这类问题求解的技术关键点上提供了依据。
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