面向企业级的工艺信息系统平台

作者：孔宪光 张振明 许建新 王润孝

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：经过20多年的发展与应用，传统的CAPP系统正向工艺设计与管理一体化的制造工艺信息集成系统发展。作者根据对大中型企业工艺的需求分析，提出了面向企业级的工艺信息系统平台体系结构，工作流程和基本功能，并详细介绍了工艺信息系统的关键技术。 关键词：工艺信息系统平台 CAPP 工艺信息模型 引言 计算机辅助工艺设计（Computer Aided Process Planning，CAPP）是先进制造技术的核心技术之一，是实现计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）、并行工程（Concurrent Engineering，CE）乃至敏捷制造(Agile Manufacturing，AM)的重要基础性技术。 近年来，在先进制造技术发展的带动下，对CAPP的理解已经完全突破了其字面含义，CAPP不仅仅是工艺规程编制的概念（当然更不是计算机辅助填工艺卡片的概念），CAPP系统正在向工艺信息系统（Process Information System，PIS）的方向发展，工艺信息系统是xPPM的集合，其中PPM是工艺规划和管理（Process Planning and Management）的缩写，x是集成（Integrated）、并行（Concurrent）、敏捷（Agile）、非线性（Non-liner）、动态（Dynamic）、分布式（Distributed）等的英文首字母的总和，代表工艺规划和管理的多种不同应用模式。 1 CAPP与工艺信息系统 迄今为止，国内外已经开发了出为数众多的CAPP系统，它们基本上都可以完成基于CAD信息、利用资源和知识库，完成交互式工艺设计。从一定程度上解决了工艺人员的重复劳动问题，但由于制造过程的复杂性，在产品设计、生产准备、制造过程中、加工完成后乃至售后服务的全过程都包含对工艺信息及其文件的管理工作和工作流程管理工作。由于传统CAPP难以满足企业的需求，造成工艺设计和工艺管理不能集成，很难保证工艺信息和文件的准确性、一致性。为了适应企业等新的生产方式，CAPP应该是既包含方便的工艺规程编制功能，又包含对工艺信息及工艺工作流程进行快速有效的管理功能的集成环境下的工艺信息系统，它应涉及企业产品制造过程的信息模型和一系列的技术和生产活动，我们可以称之为工艺信息系统，它应该在运用ＢPＲ技术对工艺管理工作进行业务重组的基础上研究开发。系统应是以产品工艺数据为中心的集工艺设计与信息管理为一体的交互式计算机应用框架系统，并逐步综合成熟的或新出现的检索、修订、创成等混合决策技术及多智能体技术，实现人机混合智能和人、技术与管理的集成，逐步和部分实现工工艺设计与管理的自动化，逐步满足产品制造全球化、网络化和虚拟企业分布式协同工作的需求。 从以上分析可以得出如下结论：对于企业求其是大中型企业，工艺部门使用的软件不是传统的CAPP系统，而应是面向企业级的工艺信息系统，是企业信息化过程中工艺信息数字化下一步发展方向。 2 企业级的工艺需求分析 在大中型企业中工艺管理比较复杂，大多采用二级或三级的管理方式，企业的工艺信息分为企业级工艺信息与车间工艺信息两层，这就决定了大型企业的工艺需求和一般小企业的工艺需求差别很大。主要表现在以下几个方面： 1、 面向整个产品：在现代大型制造企业中，强调设计开发的虚拟产品模型、工艺部门的工艺信息模型、生产部门的制造模型，在这几个模型的数据交换和传递过程中，经历了从设计BOM(EBOM)->工艺BOM(PBOM)->制造BOM(MBOM)的演变过程，BOM起到了至关重要作用，因此要求工艺信息系统必须是面向产品的工艺信息系统，包括工艺设计、工艺管理等。 2、 面向整个工艺领域： a) 从工艺类型来说，必须涵盖冷工艺和热工艺包括机加、装配、钣金、锻造、铸造、热表处理、检验等产品各种工艺类型。 b) 不同层次的应用：企业级的工艺部门主要是负责BOM的建立、工艺分工、技术文件的管理和对车间工艺进度、材料定额、工时定额、工艺规程的查询与统计汇总等，而车间级工艺部门包括车间基础数据管理、工艺规程的编制、流程管理、工艺资源和知识的管理。 c) 工艺设计与管理一体化 d) 符合ISO9001质量体系的要求，在企业标准化部门应用，促进工艺标准化和规范化 3、 面向工艺生命周期：必须适合产品试制、单件、小批及定型生产全阶段的工艺设计与管理，工艺优化、工艺更改及经验积累，每一阶段采用的工艺设计规范、管理组织方式、评定标准、信息传递的渠道都有可能不同，要求工艺系统有良好的开放型和柔性，适应不同工艺阶段的需要。 4、 基于PDM思想的工艺信息管理：一般的CAPP系统将主要精力放在了如何有效快速进行工艺设计上，而忽略了工艺信息的管理，如技术状态的管理、文件的查询和管理等，这恰恰是对于大型企业最能提高效率的地方。 5、 强调面向集成的工艺信息共享：工艺信息包括产品信息、零组件信息、工艺信息、资源信息、定额信息，工艺部门与其他部门之间信息传递频繁、数据量大，并对实时性要求很高，对大型企业的信息要从横向和纵向细分和充分利用，可以在其他部门如计划、生产、采购、劳资等部门使用。要求工艺信息系统采用分布式网络和工程数据库、面向对象的工艺信息建模、使用结构化和模型化的工艺数据，使工艺信息在企业级层面上得到集成共享。 3 工艺信息系统平台的体系结构和功能 根据对企业级工艺需求分析，建立的工艺信息系统平台在企业局域网运行，采用C/S和B/S混合的体系结构，利用ODBC/JDBC技术访问分布式网络数据库如ORACLE、SQLSERVER等。面向工艺领域的不同人员在系统中定义一定角色和组织机构，将使用平台提供的不同模块完成自己的工作，即采用分级管理的方式。 ■ 企业级工艺部门从设计开发部门接收PDM系统的EBOM或获取二维CAD系统设计图的标题栏和明细表信息，由BOM管理模块接受并处理形成工艺系统的框架和核心；在此基础上由工艺分工模块完成实现多级工艺分工和任务分发，跟踪车间工艺工作状态和进行协调，指导车间的任务分工；材料定额在企业中分为粗材料定额和细材料定额，粗材料定额就是在工艺编制完成之前，根据以往经验编制出来，相对应细材料定额在工艺编制完成后根据工艺卡片中的材料信息统计出来。在大中型企业往往因产品结构复杂，工艺准备周期长，为了满足客户的交货期，需要根据BOM和经验，编制粗材料定额，使物料准备和工艺准备并行进行，缩短制造时间，另外全部工艺定版归档后，根据工艺信息校正材料定额。因此平台中提供了材料定额模块完成定额编制（计算、查表、统计汇总、查询等）、定额汇总表和明细表的生成、和工艺卡片中材料信息的数据交换。其中工时定额模块根据定额控制级别不同，根据需要BOM编制产品定额、零组件定额等。 工艺信息系统平台在企业级层次上也提供了基于PDM思想的工艺管理和技术文件管理，将过去以文件为中心的管理模式向以BOM为中心转变。 ■ 车间级工艺部门接受企业级工艺部门传来的工艺任务和技术文件，通过工艺任务分工模块将任务进一步细分到具体人员，指定编制、校对、校核、批准等角色和人员，对工艺任务/执行计划的监控，状态跟踪，更改控制；工艺人员在工艺设计模块中进行工艺编制，根据工艺任务的工作流模型进行各个阶段工艺文件的审批，包括工艺规程、工艺文件、工装申请、工艺更改等技术指令文件的审批和圈红，在版本管理的支持下，定版和归档；工艺信息顺查：根据产品、零件查询工艺文件、使用的工艺资源，并且进行各种条件的统计汇总；工艺信息反查：根据工艺文件、使用的工艺资源信息查找产品、零件；各种工艺报表格式定义及报表生成、文档提交、打印输出，包括：各种工艺规程文档、各种信息统计汇总报表、用户自定义报表，如可以实现按产品、零件、车间、工种、型号、类别等输出刀具、夹具、量具、设备等的统计汇总报表。 ■ 各生产车间接受车间级工艺部门下传的纸质工艺文件，同时利用工艺查询和统计功能，辅助工艺人员了解工艺文件的详细信息和状态，支持无纸化的工艺设计模式。 ■ 系统的支持模块包括信息模型管理、用户信息管理、工艺资源管理、工作流模型管理、常用术语特殊字符、典型工艺管理、卡片模板定制器、系统配置管理；灵活控制系统的工艺信息模型，使工艺数据结构化，通过信息发放模块与ERP系统、MIS系统等方便集成；企业的组织结构、角色、人员、权限和用户的管理；对企业和各车间的资源进行分级和分类管理，实时动态掌握制造资源，提高工艺设计质量，与外部工程数据库紧密集成，使企业的资源数据唯一有效；控制企业的工艺工作流的审批节点、通过方式、关联的文件、系统决策等；储备和利用工艺知识包括典型工艺、常用术语等；工艺卡片的规范和标准，建立规程模版和卡片模版。 4 工艺信息系统平台的关键技术 4.1 面向对象的工艺信息模型 在对企业进行工艺分析基础上，兼顾管理和集成的需要，建立企业工艺信息模型，是CAPP系统进行工艺设计与工艺管理的基础。企业工艺信息模型的建立对CAPP系统的开发具有决定性意义。建立统一的企业工艺信息模型应遵守以下几个基本原则： 1) 全面性原则 工艺信息模型应能反映工艺设计与管理工作的各个方面。 2) 集成性原则 工艺信息模型应满足PDM、ERP、MIS等系统对工艺信息的集成需求。 3) 可扩充性原则 工艺信息模型应能适应企业发展和扩充的需要。 4.2 面向产品的工艺设计与管理 从企业管理来看，工装设备、材料、工艺关键件、外协外制件、工时定额、辅助用料、关键工序等各类统计汇总功能，各种产品各个阶段不同版本的工艺文件和工装、工具文件的更改与归档管理等产品工艺管理工作占有十分重要的地位；有的企业工艺数据的汇总、计算、抄写等重复性劳动占全部工作量的50-60%，工艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统计、重复填写等工作上，不仅效率低，而且很难保证工艺文件的准确性、一致性。因此，面向产品的工艺信息管理是工艺设计工作中的重要组成部分。 4.3 支持企业全过程集成与共享 针对产品工艺设计的需求，系统可对产品结构数据进行管理并可实现与CAD、PDM的全面集成，实现产品数据的高度共享。目前，CAPP集成化的研究与开发，基本集中在CAD/CAPP/CAM系统的研究与开发上，更有人将它看作CAPP集成化的全部，缺乏从整个产品角度研究CAPP的集成问题。因此，CAPP的集成仅是局部的集成，从而难以真正实现与PDM、MIS等相关系统对产品工艺信息的全面集成和与产品设计、工艺设计、生产计划调度的全过程集成。 根据CAPP集成技术的发展和企业对CAPP的集成应用需求，信息系统平台实现了： 1) CAPP的集成与应用从以零组件为主体对象的局部集成走向以整个产品为对象的全面集成； 2) CAPP的集成化是一个多层次、分阶段应用与集成的渐进发展过程； 实现了工艺部门内部及与设计、计划调度等部门间的工艺信息共享及工艺设计与管理的一体化，实现与PDM、MIS等相关系统对产品工艺信息的全面集成和与产品设计、工艺设计、生产计划调度的全过程集成。 4.4 支持渐进式实施与开发 企业的CAPP应用涉及到企业的不同工艺部门(如综合、机加、装配、钣金冲压、焊接等所有工艺部门)及多层次（如管理层、车间层、单元层）、不同生产阶段（如试制阶段、批生产阶段）对计算机辅助工艺设计的需要，建立可快速形成CAPP应用并可在广泛应用基础上不断进行扩充完善的快速、渐进CAPP应用实施服务体系，是满足企业对CAPP的广泛应用和对产品工艺信息共享需求的重要保证。 此外，CAPP应用不仅仅是实现企业产品工艺设计和管理的计算机化和信息化，它的成功实施必将促进企业工艺的标准化与工艺管理的科学化、规范化，从而提高产品的质量，缩短新产品开发周期，降低产品成本。因此，需要企业从总工程师、总工艺师到各级工艺部门主管，充分重视CAPP的应用管理。再次，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识等都可能发生变化。CAPP系统应能很好的适应应用环境的变化，具体来讲，就是在最大限度保护用户已有的应用资源的基础上，方便、快速满足新的应用需求，这是CAPP能够不断应用的基本条件。例如，当企业的工艺卡片格式规范改变后，能否将工艺人员原先设计好的产品工艺方便地转换过来。此外，能否允许用户进行功能的自定义、提供方便的数据集成交换接口等，也是CAPP能够不断应用的重要条件。 5 结束语 本文紧密结合企业级的工艺需求分析，从多层次、多方面研究CAPP系统，采用面向产品、面向工艺领域、面向工艺整个生命周期等思想为指导，设计并开发了面向企业级的工艺信息系统平台，提供了包括不同角度的设计、管理、集成工具和模块，可以作为大中型企业工艺信息数字化的全面解决方案，在更高层次上解决工艺上台阶、上水平的问题。 参考文献 1　刘长安 .集成化工艺设计与工艺管理系统 .计算机辅助设计与制造，1 998, 1 0 :49～ 52 . 2　张振明，黄乃康，桓永兴，等 .CAPP应用若干问题探讨 .计算机辅助设计与制造,1 998, 8:1 7-1 9. 3 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，. 2 2 5-4. 2 2 9 4 张卫华、赵武、李治军，等. 面向生产管理的集成化CAPP系统. 四川大学学报（工程科学版），2001（2）：85-88(end)

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