钢丝绳CAPP集成系统的研究与开发

作者：宋文学 张振明

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 摘要：本文以国家863/CIMS应用示范工程“咸阳石油钢管钢绳厂CIMS应用示范工程(XG-CIMS)”的子课题“钢丝绳CAPP集成系统（XGCAPP）”的开发为背景，根据咸阳石油钢管钢绳厂的生产经营模式和钢丝绳制造工艺的特点，以信息集成为出发点，重点研究了钢丝绳CAPP系统与CAD等单元技术之间的信息集成方法, 实现了CAPP与XG-CIMS各子系统的信息集成。采用以交互设计为基础的半自动工艺决策方法，解决了先进性与实用性的矛盾。 关键词：CIMS，ERP,CAD，CAPP,信息集成 【引言】 现代企业所面临的日益激烈的竞争，要求企业能快速响应市场变化，提供高质量、低成本、优质服务的产品。企业要想生存，就要不断提高生产经营管理水平，不断优化生产经营结构。CIMS正是适应这一情况，在计算机技术、自动化技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂的生产经营活动所需的各种分散的自动化系统有机集成起来，适合多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。CIMS的集成包括信息集成、物理集成和功能集成，CIMS的核心思想是通过信息集成、信息共享、信息协调获得高效益、高效率、高自动化。CAPP在CIMS中占有非常重要的地位，其地位和作用主要体现在产品的设计制造生产过程中，CAPP是连接产品设计和产品制造的桥梁，是企业生产信息的汇集处、发生处和处理处，也是实现产品设计制造和生产经营管理集成的关键环节。由CAPP产生的工艺数据也是产品数据的重要组成部分。因而，在CIMS的信息集成、过程集成和企业集成中，CAPP都起着不可替代的作用。 国家863/CIMS应用示范工程“咸阳石油钢管钢绳厂CIMS应用示范工程(XG-CIMS)”的子课题“钢丝绳CAPP集成系统（XGCAPP）”是咸钢CIMS工程建设与全厂计算机信息化管理的一个重要组成部分。该项目已于2000年10月18日由中国石油天然气集团公司CIMS行业专家组验收通过，专家组认为XG-CIMS 的实施“改变了企业原有的经营模式；实现了以客户需求为先导，以营销管理为龙头，有效利用企业资源的经营模式；同时该项目充分考虑了钢丝绳混合式流程生产的特点，以生产优化、降低成本为目标，总体设计合理，系统技术先进。钢丝绳设计与工艺设计分系统利用参数化智能设计方法代替了传统手工设计，提高了设计效率和产品质量。” XGCAPP总的目标是实现CAPP与CAD、MIS、CAQ、MAS等分系统的集成，建立钢丝绳产品工程数据库，支持工艺设计。以钢丝绳产品为对象，通过对产品制造工艺的计算机辅助处理，建立与CAD及CIMS其他分系统相互集成的CAPP子系统，缩短钢丝绳产品的开发周期、提高开发能力和产品质量，以适应用户对于产品多样化、批量定制、交货迅速的要求。 CAPP子系统在设计工艺时，采用以交互式为基础、智能化的思路，充分利用设计人员的经验和智慧，并利用计算机的快速检索，选择设计参数及设备、工装等，提高设计效率，并可以在工艺知识库的支持下实现部分工艺设计的自动化。同时利用典型工艺检索功能可以快速检索成熟的典型工艺并完成参数化自动修订，设计钢丝绳工艺。 目前系统在企业运行稳定，大大提高了效率，增强了企业的竞争力。 1 钢丝绳工艺设计的流程及特点 钢丝绳是用多根制绳钢丝（光面或镀锌的）经过一定规则捻制而成。图1表示了钢丝绳的生产工艺流程，其工艺与一般产品相比，有工艺技术较为复杂、机械性能要求较高、生产管理要求严格、工艺设计比较复杂等特点。其工艺具有混合式流程生产的特点。 2 XGCAPP体系结构 XGCAPP系统采用客户-服务器体系结构，数据库运行于服务器，应用程序运行于客户端，通过网络及分布式数据库实现与其他子系统的信息集成。 1)操作系统层 根据系统的要求，选用IBM RS/6000 F50小型机作为数据库服务器、群体服务器和企业内部的INTRANET服务器，运行OS/400操作系统。另外选配两台IBM Netfinity5000分别作为防火墙服务器、外部WWW服务器和其它应用服务器，操作系统选用Windows NT，防火墙选用IBM Firewall for NT选件。客户端采用windows 95/98操作系统。 2）分布式数据库/网络层 数据库采用IBM DB2关系型数据库，应用程序通过ODBC或BDE（borland database engine）访问数据库；主干网络选用交换式快速Ethernet，按其功能和安全性的指标分别划分为内网和外网。 3)开发工具层 采用面向对象技术设计，建立面向对象的数据模型。其模型建立采用Rational Rose98，数据库设计采用ERWIN3.0，软件开发工具采用可视化开发工具Delphi5.0。 4)功能层 XGCAPP集成系统主要完成从半成品到钢丝绳的工艺过程计算机辅助设计及从盘条到半成品工艺过程计算机辅助设计，生成指导钢丝绳制造及半成品制造的工艺文件。它包括有CAD/CAPP接口模块、工艺设计、工艺查询、工艺管理、工艺卡片管理、CAPP/ERP接口模块、应用工具子模块等。CAPP通过CAD/CAPP接口数据库直接读取CAD的设计结果，在工艺知识库、设备、工装、设计标准、规范的支持下进行工艺设计，并将设计结果保存到工艺规程库，同时，自动生成BOM表及XG-CIMS其他分系统所要使用的工艺信息。 3 XGCAPP集成化设计 XG-CIMS由经营管理(MIS)、产品设计(CAD)、工艺设计（CAPP）、钢丝绳分厂制造自动化(MAS)、产品质量管理(CAQ)、成本核算（ABCM）六个分系统和网络、数据库两个支撑分系统组成。综合分析XG-CIMS各分系统之间的信息传递， CAPP与XG-CIMS各分系统之间都有信息集成需求。本文将MIS、CAQ、MAS等系统也统称为ERP。 3.1 CAD/CAPP的信息集成 根据XG-CIMS整个系统对CAD/CAPP的集成要求，考虑到钢丝绳工艺的特点，CAD/CAPP的集成采用专用数据库接口的方式，即CAD设计的产品信息，按照CAPP的要求存入接口数据库，CAPP直接读取设计信息，进行工艺规程设计，实现CAD/CAPP无缝集成。 3.2 CAPP/ERP的集成 CAPP/ERP的集成极其重要，CAPP要从MIS读取设计任务，进行工艺设计，自动汇总生成BOM表。CAPP向MIS分系统提供产品、工艺等信息用于销售、查询等；MIS根据BOM表制订物料需求计划；CAPP向MAS分系统提供产品、工艺等信息用于制定生产计划、作业计划和进行能力需求分析调整等；CAPP向CAQ分系统提供产品、工艺等信息用于制定质量计划、进行产品质量跟踪和分析等。其中最关键的技术是BOM表的自动生成和ERP所需工艺信息的生成。 4 XGCAPP智能化设计 4.1 拉丝工艺设计的自动决策 制绳钢丝的质量对于钢丝绳的质量而言至关重要，一旦出现钢丝绳中的断丝现象，整个钢丝绳将报废，因此，制定拉丝工艺是钢丝绳工艺设计中的一项重要工作，其主要任务是根据制绳丝的强度、韧性要求及直径，经强度计算确定线坯的材料、规格；制定钢丝拉拔过程（确定压缩比、拉拔道次、各道次直径等），实践证明，采取合适的总压缩比，并采用多道次的拉拔方式（钢丝连续拉拔方式）是提高生产率、提高质量的有效措施。而制定钢丝连续拉拔工艺又是制定拉丝工艺的重点和难点，能否保证最终钢丝绳的破断拉力和拆股钢丝的最小抗拉强度，关键是钢丝连续拉拔工艺设计的是否合理。XGCAPP中设计开发了拉丝工序自动设计模块及钢丝连续拉拔自动设计模块，具有大水箱、小水箱、第一道压缩比最大、第二道压缩比最大等拉拔模式供用户选择。 4.2 CAD/CAPP集成接口的自动化处理 工艺设计中，新建工艺、新增拉丝、捻股、合绳工序时，系统自动从CAD/CAPP接口数据库读取相应的产品设计信息，从而实现CAD/CAPP的无缝集成。 4.3 运用工艺知识库,提高设计效率 将一些常用的工艺设计参数存入工艺知识数据库，设计时通过查询知识库提高设计效率，提高系统的自动化程度。工艺知识库有：拉丝工艺规程；拉丝工艺压缩率推荐表；热处理半成品丝强度对照表；物料编码对照表；API强度对照表；热处理参数表等。 4.4 自动生成物料编码 物料编码是XG-CIMS各个子系统联系的关键信息，每个物料（包括从原材料到成品的各个不同阶段），都有一个唯一的物料编码，由于产品种类繁多，将每种将要用到的物料的编码都事先编好存入数据库，不现实也不必要，可以在需要时由系统自动生成。 4.5 自动生成BOM表 BOM表是CAPP和MIS、ABCM、MAS、CAQ等子系统的重要接口，MIS根据BOM表分解出物料需求计划， ABCM子系统根据BOM表进行成本核算，从而在计划、调度、排产的过程中逐步实现优化。BOM表的管理是CAPP子系统的一个难点，要求在设计工艺的同时能够自动汇总物料需求情况，自动生成BOM表，并使BOM表与工艺设计相一致。 5 充分利用钢丝绳典型工艺，采用参数化自动修订方法设计工艺 对于相同结构的钢丝绳，长度或数量不同时，其配丝、工艺设计方法均相同，BOM表也相同，只是相关的一些数值不同（如重量、单根绳长、股长、丝长、工装数量等），XGCAPP系统建立了典型工艺库，对于常规结构的钢丝绳，将经过实践检验的成熟的工艺存入典型工艺库，当设计工艺时，在典型工艺库中自动查找相似结构钢丝绳的工艺，并自动修改部分参数，即可完成钢丝绳工艺设计，大大提高了工艺设计的效率，使工艺设计更加规范化。 参考文献 [1] 严新民.计算机集成制造系统.西北工业大学出版社,1999.3 [2] 孙文焕，张铁昌，黄乃康, 等.机械CAD/CAM技术概论.西安：西安电子科技大学出版社，1996 [3] 张振明. “面向产品的CAPP集成化、智能化、工程化技术基础”.西北工业大学博士论文， 1999.6 [4] 陈禹六等，计算机集成制造（CIM）系统设计和实施方法论.清华大学出版社，1996.4 [5] 张振明、桓永兴、孙志勇等.“面向产品的CAPP研究与实现”， CIMS-China ’98论文集，4.225-4.229 [6] Intelligents Computing Metheds for Manufacturing System,Annals of the CIRP Vol.46/2/1997 [7] Information Management In Process Planing,Annals of CIRP Vol.48/1/1999,385. [8] 邱煌明.钢丝绳生产工艺.成人高校试用教材.湘潭钢铁公司职工大学 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/11/2004)