CAPP在汽车制造设备企业应用实践研究

作者：东南大学 许超

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 引言 由于现今科技的飞速发展，需求的多样化，使得市场竞争日趋激烈，为了更快地响应市场变化，现代生产模式转变为面向客户订货的多品种、小批量乃至个性化生产。在整个产品设计制造周期中，占有相当大比例的工艺设计，对于企业快速响应市场、更好地满足客户需求越来越显得重要；如今在大多数汽车制造设备企业中，产品的工艺设计已经成为制约企业快速发展的一个瓶颈。就目前而言，企业的手工编制工艺模式已经难以适应日益多变的市场竞争和越来越高技术要求的产品，交货期也越来越短，所有这一切对企业的技术能力、工艺能力是个严峻的挑战。 1 工艺设计所面临的问题 对于汽车制造行业中从事设备制造和汽车零部件生产的配套企业，主要以非标准专用机床、齿轮和泵这三大类产品为主，企业在工艺设计过程中所面临的问题主要可归纳为： a) “工艺设计”过程繁琐、耗时费力、效率低下：由于非标准设计，工艺人员需要对每个零件编制工艺，选择各工序的加工余量、参数、刀具、工艺装备，绘制必要的工序简图，编制工艺卡片，计算工时定额和材料定额等多项工作，而对一个产品来说(如机床产品) ，工艺人员还需要制定其工艺方案，根据其中各零件的工艺卡片编制一系列工艺文件，还要进行大量的汇总工作，如：工装汇总、设备汇总等。这些都造成了工艺人员的工作量极大，重复劳动很多，需要花费很长时间，并且还难以保证工艺数据的准确性； b) 工艺设计与已有的CAD 设计无法集成：企业的产品设计已经实现了CAD 化，但设计产生的图形及数据信息仍以图纸和报表形式进入工艺设计阶段，工艺设计人员无法直接利用这些图样和数据，还必须绘制和补充大量图形和数据信息，CAD设计中争取到的有限时间资源，在手工工艺设计和管理中消耗殆尽； c) 工艺信息的有效检索和管理十分困难：由于企业的产品种类和规格繁多，造成各种数据很多，查询纸介质卡片很难，人工查询要花费很多时间，还有许多相关的设计资料，如零部件装配工艺、热处理工艺、工装、工时定额、工艺更改通知单和用户信息等，管理起来也比较困难； d) 无法充分利用零件工艺相似性特点大幅提高工艺设计效率：企业的机床产品一般是根据客户订单进行设计与制造的，周期比较长，其加工工艺最为复杂，不仅包含的部件、零件种类繁多，例如有中间底座、滑台、立柱、侧床身、镗头、铣头和主轴箱等，而且大部分都是非标准件。但是产品的工艺具有很大的继承性，不同产品中的相同或相似零部件都具有相似的工艺，系列化产品之间还存在大量的借用件，而企业目前对每一种零部件采取孤立的原则，分别制定其工艺，造成了零件工艺上的多样化和重复性，这将导致企业生产和管理的复杂化，生产资源被白白地浪费掉； e) 无法准确、及时地汇总和输出各种工艺数据报表：由于企业是手工汇总与工艺加工信息相关的各种报表，所以出报表缓慢而且不准确，特别是材料定额和工时定额的汇总。目前汇总一般的报表要花费2 天时间，在统计材料定额计算表和工时汇总表时，需要将近1 周时间才能得到结果，而且汇总出来的报表不可避免地存在一些错误信息，无法向企业的其他部门提供有效的数据。 2 当前商品化CAPP系统应用分析 CAPP作为企业信息化工程中的一个重要模块，由于其最初研究方向上的一些偏差，CAPP系统的发展走了一些弯路。在20 世纪90 年代中后期，一些专家重新衡量了CAPP软件在企业内应发挥的作用，逐步抛弃了传统的CAPP的研究方法，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转变为提供工艺设计人员工具软件。自此，CAPP产品的研发开始活跃，CAPP软件技术得到了迅速的发展，各种商品化的实用型CAPP软件开始走向市场，并且逐步完善和发展其功能。但就目前商品化CAPP软件的发展状况而言，还存在一些不足之处。 a) 绝大多数CAPP系统都没有提供完善的CAPP二次开发接口和开发工具：因为CAPP系统必须根据企业的不同需求来定制实施，这种定制实施可以由软件供应商来完成，更重要的是让企业自己来完成这种定制。企业的工艺技术条件和企业工艺资源数据不断变化，工艺标准也可能变化，轻松的定制是现代CAPP系统的重要特征，只有经过企业本地化的CAPP系统才能真正适合企业的实际应用； b) Client/ Server 模式的CAPP系统存在的不足：目前基于网络化的CAPP系统几乎都被定位成一种标准的C/ S 结构的网络应用系统，即提供一个共享的中央网络数据库，所有的客户端程序都对网络数据库获得一个可靠的联接。虽然标准的C/S 应用结构提供了数据共享，减少了数据的复制和维护工作量，简化了完整数据汇总，但还是具有一些内在的缺点： 1) 完整而坚固的客户端程序升级维护比较困难，一旦程序升级或系统设置改变，所有的客户端程序必须同时改变。如果客户端程序存在版本的不一致问题，则可能造成网络数据库中的数据通过多个不同的数据逻辑操作，可能会破坏数据的完整性； 客户端数量受到网络数据库允许的数据库连接的限制，系统的伸缩性比较差； 当客户端和服务器端之间的通讯次数和通讯数据量都比较大时，网络性能大大降低； CAPP系统跨操作平台的能力比较差，必须针对不同平台开发相应的客户端程序。 c)无法真正地实现“甩手册”： 一般商品化CAPP系统中的工艺参考数据都是以文本形式存在的“电子手册”，缺乏高效、方便的查询模式，并且此模块嵌入在系统中，使得CAPP系统的结构更加复杂化，尤其是在工艺数据手册十分繁多时，查询的效率急剧下降； d) CAPP系统后台关系型数据库的缺憾：CAPP系统后台的数据库一般采用关系型数据库，如果存储一些结构比较松散、关系复杂、元组比较灵活多变的工艺卡片数据则会十分困难，即使得以解决也将大大增加工艺数据库的复杂程度；更重要的是，如果工艺卡片模板的结构改动少许，则整个关系型数据库的结构也需改变，CAPP系统的程序结构也将随之大幅度变化；此外关系型数据库中的数据表若不通过数据库管理系统是无法访问的。 3 面向汽车制造设备企业的CAPP及其集成方案 由于机床产品中存在大量非标准件的工艺设计，而且这些非标件在结构、材料、工艺上十分相似，所以采用零件编码系统，利用GT 成组技术，按照结构和工艺的相似性将机床产品中的零件分成零件类，并为每个零件类制定一个典型的工艺规程。在进行新零件工艺设计时，先输入拟设计工艺的零件的编码信息，自动查找其所属类别，调出查询到的零件类的典型工艺，生成一个新工艺规程，再经过人机对话修改，最后完成此新零件的工艺设计，零件的工艺设计过程如图1所示。 如果在本企业查询不到所属的零件类别，可通过消费同类其他企业发布到Internet 上的“典型零件库工艺查询网络服务”(web services) ，在其他企业的工艺数据库中查找，然后进行工艺派生。已有的CAPP系统过分强调成组技术，与企业现有的工艺设计流程不相符合，所以在原有零件编码基础上提出“混合编码”的概念，零件的混合编码如图2 所示，即将“零件工艺编码”与“文档信息编码”有机地结合，实现零件信息的“混合查询”。 这样，CAPP系统还能提供符合企业现有工艺设计流程的“文档式查询方式”，根据“工作令号”、“生产时间”、“所属部件名称”等多个约束条件进行模糊查询，在查询到的已有零件工艺上进行工艺派生； 最后一种就是通过“向导”进行人工辅助零件工艺输入。 a) 采用Browser/ Server 应用结构，基于Inter2net/ Int ranet 分布式协同工艺设计和管理模式的CAPP系统，继承了标准的C/ S 应用结构优点的同时，克服了它的许多缺点，并且借助最新的ASP.NET 开发技术、Web 服务机制和强大的. Net 程序开发工具，实现了异地的同步与异步协同工艺设计与管理，成为下一代的“CAPP. Net”新系统； b) 充分利用XML 语言的“易于表示复杂关系、可读性好、易于修改、系统程序易于实现OOP”等众多优点，将CAPP系统后台的关系型数据库转换为“XML 数据库”，工艺数据文件改用XML 文档表示。在XML 数据库中，“XML 元素”比起“关系”具有更多的固有的灵活性，一个XML元素可以包含任意数量的特性(作为子元素或属性) ，并且每个子元素可能包含不止一个数据项，这就是XML 的分层结构。这种特性对于工艺卡片信息的描述尤其重要，以下就是一个经过简化后的存储工艺卡片信息的XML 文档： < Do cument Template =“小轴加工工序卡片”Part ID =“HG- 28-0012”User =“Guest” Time =“2004 年8 月20 日14∶25∶51”> < 工序名称> 粗车< / 工序名称> < 产品名称> 普通机床HG228 < / 产品名称> < Template > < Name > 某汽车制造设备厂机加工工序卡片< / Name > < type > 工序卡片< / type > < Groups > < Groups > 工步号：工步内容：工艺装备：主轴转速：切 削速度：进给量：切削深度：进给次数< / Groups > < / Groups > < / Template > < 工步号1 > 1 < / 工步号1 > < 工步内容1 > 夹住毛坯外圆，车端面，保证总长，车外圆至D 39 ，钻中心孔D 290 < / 工步内容1 > < 工步装备1 > 三爪卡盘< / 工艺装备1 > < 工步号2 > 2 < / 工步号2 > < 工步内容2 > 夹住外圆，另一端用顶尖顶住，车D 39 外圆至 D 26 ×130 < / 工步内容2 > < 工艺装备2 > 三爪卡盘< / 工艺装备2 > < / Document > 如果按照传统的关系型数据库存储则需要好几张数据表，并且没有以上XML 文档表达的结构清晰；要是工艺卡片模板的结构改动一点点，则整个关系型数据库的结构也需改变，而XML 格式的存储方式则很灵活，可以动态地随程序改变结构；XML 数据库的另一大优势是它存储数据的形式是可读的，即人可以直接阅读和编辑XML 文档；对于系统编程方面， XML 具有一些类似于OOP语言中的“对象”特性，如元素类型、命名属性和表示层次结构的能力，这个特性使XML 能成为数据表示的基础，易于程序的实现；最后，工艺数据层以XML 文档形式存储，不仅可以通过SOAP 协议轻松穿过防火墙与其他不同平台上的系统进行通信，而且还能与ERP 和PDM 系统做到在整个企业级上工艺数据的无缝集成。目前大多数基于Internet/ Int ranet 网络应用的分布式商业系统都采用XML 进行信息传输和通信，还有许多强大的程序开发工具(如微软的“Visual Studio. NET”) 都专门支持XML 。 CAPP系统给企业应用提供功能完善的CAPP二次开发接口和开发工具，只要在其开发工具中编写一小段简单的脚本程序(如VB 代码) ，即可轻松实现复杂的统计、汇总、运算功能(如工时定额、材料定额) ，以及定制适合企业需要的工艺卡片、BOM 自动生成模块和专业工艺自动化生成模块等。 最后，CAPP系统还将工艺数据查询模块分离出去，利用B/ S 网络应用结构提供完备的电子在线工艺手册(包括机械加工、装配、冲压、表面处理、焊接等完整标准手册、符合最新国家标准的工装和设备手册等) ；同时提供强大的搜索引擎、统一的查询界面，分类搜索，使用多媒体数据库技术，使工艺设计人员高效地查询相关信息，同时倍感轻松。 4 结束语 CAPP系统是实现产品工艺过程信息化的前提，也是成功实施企业信息化工程的关键环节之一。现通过对汽车设备制造企业的工艺设计过程中所面临到的种种问题，以及目前商品化CAPP软件中所存在的一些不足进行分析，提出了一些相应的解决方法和改进方案，这些将大大推动汽车设备制造企业的信息化进程，全面提升其核心竞争力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/2/2006)