装配型企业CAPP与工艺管理系统的实现

作者：史明华 肖放 温淑鸿 牛雪娟

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 1 引言 新经济时代的制造业正向着专业化协作生产模式发展，装配型企业应运而生，这类企业多数零部件通过采购和外协来解决，他们将主要精力放在产品的快速开发设计和市场销售上，生产工作以产品装配环节为中心。随着企业优化经营和改组趋势，这种生产类型已越来越多，这类企业的工艺工作以装配过程的规划为主线，编制的工艺文件主要为装配工艺，他们对CAPP有强烈的需求。国内外已相继开发不少CAPP 系统，但大都是针对加工制造型企业开发的，许多功能对装配型企业并不适用和齐全。 当前，许多装配型企业工艺工作制度和工作流程尚不规范和明确，现有的工艺文件基础差，缺少积累工时定额(生产节拍)等基础数据;工艺文件不齐全、不完整，从编制到管理尚无可遵循的规范和标准;工艺人员的重复性劳动多、效率低、生产准备周期长，无法达到快速响应市场的目的;加上这类新组建企业人员变更快，很不利于工艺知识的积累和企业的稳步发展。为此迫切需要一个集工艺设计、工艺知识积累与工艺管理为一体的平台，以帮助装配型企业快速进入先进工艺工作模式，并为今后企业全面信息化工作打下基础。 我们开发以产品结构BOM为主线，以产品工艺数据为中心的集工艺过程设计、工艺管理为一体的交互式计算机应用框架系统。为快速构建适用于装配型企业、不同产品类型CAPP系统开发提供支持工具，探索装配CAPP系统开发策略、寻找更高效率、更高质量开发CAPP系统的新模式。目前，我们开发了适用装配型企业的CAPP与工艺管理系统(以下简称TGCAPP-II系统)，已在天津某公司成功运行，取得了用户好评。 2 系统的总体结构 TGCAPP-II系统共分工艺设计、工艺管理和系统管理三大部分。主要包括：产品信息输入与管理模块、零部件工艺路线生成模块、PBOM(装配BOM) 生成与编辑模块、装配序列规划模块、工艺文件生成与编辑模块、工艺文件管理和打印模块、工艺知识维护模块、工艺资源管理模块和系统管理模块等(参见图1) 。数据库主要由工艺文件库、工艺知识库、工艺资源库、产品信息库等组成。系统基于CAPP/ PDM信息集成的设计思想，既可以独立运行，人工输入产品结构等信息，也可以与PDM 联调运行，通过接口技术，自动获取产品信息，从而为企业信息集成奠定良好的基础。系统在网络环境下运行，采用客户/ 服务器(Client/ Server) 体系结构。选用Windows 2000 作为操作系统，Power Builder 8. 0 为开发工具，SQL Server 7.0为后台服务器数据管理软件，AutoCAD2000、VBA组件和PhotoShop 6. 0 作为图形处理软件。 3 应用实例 以生产摩托车的天津某公司为应用背景，简述系统主要模块的功能和特点： 3. 1 产品信息输入与管理模块 该模块主要提供手工构建或从接口自动提取产品结构信息(EBOM)， 完成产品和零部件特征信息的录入、编辑与管理等。图2为信息输入模块的主界面。该界面的左侧为产品的EBOM树，右侧是对应树节点的产品/ 零部件信息，包括可以预览产品/零部件图片或图纸。产品结构树的构建是通过树的右键菜单来完成的，同时还包括对节点的移动、复制等编辑操作。该模块的功能特点： (1) 以BOM 为主线组织信息流，构建集产品技术信息管理与工艺设计为一体的工艺工作环境，适应装配型企业不同应用部门信息共享和集成的需求。 (2) 提供基于关键字搜索的下拉菜单和特殊符号的快捷辅助输入等方法， 能重用数据库中已经录入的零部件相似信息，大大提高信息输入速度，减轻了用户输入工作的劳动量。 (3) 提供“邮件”的接收功能：鉴于操作此系统人员涉及设计、工艺等多部门，用户在地理分布上相距很远，系统在相关的模块设置了邮件的发送与接收功能，可用来传递必要的信息，以协调系统工作。 3. 2 零部件工艺路线生成模块 系统提供人机交互和选择典型工艺路线两种方法，详见图3。这一过程可完成工艺设计任务的分配，随后自动进入不同部门进行工艺文件的编制。例如，如果工艺路线编码中包含涂装部/涂装工艺，则在涂装部需要完成相应涂装工艺卡片的编制。 3. 3 装配PBOM生成与编辑模块 由于产品设计结构不能完全反映装配过程的层次结构，工艺部门需要根据装配工艺要求，调整产品结构的表达方式，如添加虚拟件、对结构上的某零部件节点进行拆分等，以便指导实际装配生产。为此，本模块先导入EBOM结构，通过对BOM树节点进行拆分、合并、添加虚拟件、移动等操作，完成PBOM的生成。本系统设计的PBOM 数据模型，不仅能清晰表示装配节点之间层次关系，而且能表示装配顺序上的位置关系，便于装配序列生成。所以，本模块特点是能为构建PBOM 产品树结构提供一种可视化的调整功能，迅速完成产品虚拟装配，从而充分满足装配工艺应用的实际需要。 3. 4 装配序列规划模块 产品装配序列是根据产品装配模型所提供的零件之间的关系信息、零件的几何信息以及装配技术要求等，经过推理生成可行的装配序列。本模块基于装配序列分层、分步规划的原则(参见图4)，提供典型序列派生法、基于实例的派生法和人机交互三种装配序列生成方法，并能生成各种装配工艺文件所需要的信息(如组装、预装、总装各工序装配工艺卡中装配零部件相关信息等) 。典型序列派生是指对工艺知识库中的典型装配序列的检索和派生。首先确定选取典型的范围(如可以是产品类、系列或车型号)，系统自动查找，对查找到的结果可以预览， 通过编辑可生成新的装配序列。基于实例的派生检索的是已经生成的某产品装配序列并作为典型车存储的信息。人机交互序列生成过程中提供经过规范化的常用装配术语导航，避免了大量的人工重复输入。 3. 5 工艺文件生成与编辑模块 提供人机交互式和基于实例推理的工艺生成方式，完成各类工艺文件的编制。本模块功能特点是： (1) 构建产品工艺文件树，实现计算机辅助工艺规划与管理的有机结合： 结合装配企业工艺工作的特点，建立以产品工艺文件结构树为核心的工艺文件管理模式。我们通过对树上各节点的操作实现对某一工艺文件的操作，如打开某一文件，人机交互生成文件和基于相似工艺生成文件等。在这棵工艺文件树上，可以将产品所有的文件(包括工艺规程类文件和工艺管理类文件，多达30多种) 。分类挂在所属产品节点和文件类型节点的下面(如图5)，这种集工艺文件设计与管理为一体的表达形式，具有简单明了、易于管理和便于查询等特点。图6 为某工序装配工艺卡生成与编辑界面。 (2) 利用产品工艺文件树，控制产品工艺设计流程：例如，如果一个产品的工艺流程图没有完成，在部装工序卡片、预装工序卡片和总装工序卡片节点的下面就没有悬挂装配工艺文件节点。又例如，如果某个工序卡还没有完成，就不能设置该工序为质量检测点，在质量制作业指导书这一文件类型的节点下也不会出现该工序对应的质量控制作业指导书。而一旦在该工序的工艺卡片设计过程中设置了该工序为质量检测点，才会自动在工艺文件树节点下挂上相应的质量控制作业指导书。用户可以直接点击该节点，开始对这个文件的编制工作。所以利用产品工艺文件树，能随时全面掌握产品全部工艺文件的制订情况。 (3) 运用基于操作的工艺设计导航技术和灵活的工艺编缉技术：在工艺设计过程中，采用所见即所得的界面，充分利用工艺设计规则、经验和资源，逐步引导工艺人员完成各类工艺文件编制工作。设计导航的关键在于在编制过程中，针对设计项目内容，能快速定位、快速获取相应工艺资源，如各工序、工步工艺操作术语丶质量检测术语、设备和工艺装备的名称、原辅材料名称、规格等。因此，其前提是工艺设计数据和工艺资源的集成化管理。我们以“操作”作为设计活动的基本单元，以“数据”作为设计活动的对象和结果。通过建立数据与数据、数据与操作以及操作与操作之间的关联关系，达到各种工艺文件数据的快速生成和合理重组，即完成对工艺设计的动态导航。同时在工艺编制过程中，提供灵活的工艺编缉工具，如进行工步的插入丶删除、上调、下调等操作，从而提高工艺设计的效率和标准化水平。 (4) 提供了融图形、表格、文字于一体的可视化工艺设计环境：我们采用OL E 技术，实现在Autocad、Photoshop 等图形环境中生成和编缉工序图和工艺简图，可以进行工艺图形导入、绘制、放大、缩小和保存等操作，实现工艺文件图文并茂的显示和打印。此功能极大地提高了编制装配工艺文件的效率和质量。 (5) 实现了基于权限控制的工艺文件签审过程管理：点击提交按钮，弹出相应菜单， 设置：编缉、校对、审核、会签和批准五项内容，不同权限工艺人员可操作的菜单项是不一样的，从而跟踪并控制了工艺工作流程。 3. 6 工艺文件管理与打印模块 利用产品工艺文件树，实现了工艺文件统一管理模式。能满足用户对各类工艺文件的快速检索、汇总统计和打印。提供了可按工艺文件树节点、相关条件和成批提取三种检索方式。可以自动完成对各应用层次的工装设备、辅助材料等分类进行汇总统计，并打印出工艺装备明细表、设备明细表和重点工序明细表等统计报表。实现了对产品各类工艺文件统一打印的解决方案，具有打印设置、打印预览、翻页操作和成批打印等功能。可以快捷打印出装配工艺流程卡、装配工艺卡、产品零部件分工路线表、质量控制点作业指导书、外购工具明细表等各种工艺文件。 3. 7 工艺知识维护模块 提供增添、编辑和维护装配工艺知识的功能，为用户提供按产品的类、系列和产品的型号来集中管理和积累典型装配序列知识和典型工艺实例等。 3. 8 工艺资源管理模块 用资源树的形式，将企业工艺资源信息分类、分层组织起来，实现统一、有效管理，其内容包括设备、工装、原辅材料等和各类工艺术语， 用户可以对树型结构各节点进行增加、修改、删除、查询等操作，工艺资源数据库将根据用户的操作随时进行更新，通过数据关联也能为工艺文件的生成提供数据和导航。本模块允许用户按照自己的习惯定义并分层描述各种工艺资源，具有通用性、开放性，清晰明了和操作简单方便等特点。 3. 9 系统管理模块 包括用户权限、用户密码设置、系统注册信息的管理等功能。不同的客户端用户对应不同分布式节点，分别提供相应的可视化用户操作界面。用户按角色和权限，进入不同的操作级别，执行不同的功能。 4 结束语 总之，整个TGCAPP - II 系统设计思想先进、体系结构合理，具有实用性、开放性、层次性、多功能和多用途等特点，为用户提供一个功能丰富、界面友好、面向产品的工艺设计与工艺管理相集成的平台。该系统比传统的CAPP系统更能满足装配型企业各应用层次对CAPP 的需求，将更有效地提高工艺工作的效率和工艺工作的质量，缩短产品开发准备周期。本系统的开发成功，不仅有助于促进装配型企业信息化建设，而且对推进我国CAPP 技术的发展也具有指导意义。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/16/2006)