PDM的工艺数据管理与集成

【导读】
工艺数据的管理与集成涉及计算机辅助工艺过程设计(CAPP,Computer Aided Process Planning)系统的集成应用。从国内飞机制造业目前CAPP系统应用状况来看,目前存在的主要问题有两个方面。
  工艺数据的管理与集成涉及计算机辅助工艺过程设计(CAPP,Computer Aided Process Planning)系统的集成应用。从国内飞机制造业目前CAPP系统应用状况来看,目前存在的主要问题有两个方面。

 
  一是CAPP系统应用的广度有限,虽然多数企业实施了CAPP系统,但是,要么往往仅限于个别较为通用的专业如机加、钣金和装配等,而对特加工如复合材料、热处理、表面处理等的应用不足。要么仅限于工艺规程或AO/FO的编制,并不涵盖所有的工艺技术文件编制,因此应用水平较为有限。

  二是由于没有PDM系统的成功实施和应用,大多数企业信息技术的应用尚处于单元应用:状态,“信息、孤岛”现象也是其CAPP系统应用的主要特征。因此,研究实现在PDM系统集成框架之下实现CAPP系统的集成应用,不仅是建立新型产品技术管理体系的关键,出已成为各企业信息化建设进程中的急切需要解决的重要课题。




 
4.1工艺数据分析
  从过程视图来看,工艺准备阶段的各种业务过程准确而有效的连接了企业产品的研发过程和实际的产品制造过程,并把企业的采购和企业之间的协作过程也有序地连接起来:从数据视图来看,工艺信息成为产品制造不同阶段产生的不同信息的核心,它详细的定义了产品、工艺过程、制造资源等其他信息的关联关系,并且工艺规程的工序步骤信息在企业制造执行过程中有着的非常重要的意义。
 
4.1.1工艺过程的关联作用
  工艺工程阶段涉及工艺规程的编制、工艺审批会签、EBOM接收、工艺流水分配、MBOM发放等。下面对工艺工程阶段的主要过程从内容以及关联性进行分析。

  1)工艺审批会签:需要制造商与设计部门共同组成工艺会签小组对设计部门设计的产品、零组件进行可装配性、可加工性分析,确保能够制造出满足设计需求;如果需要对发计结果进行更改,需要提出更改申请,并分析更改的影响面;双方协调执行工程更改。工艺会签过程与产品设计并行进行,需要PDM系统的支持。

  2)EBOM接收:各制造商从改计部门的PDM系统中接收产品的EBOM,并根据制造商的制造任务分工,获取不同零组件的全部设计资料。

  3)工艺流水分配:制造商根据接收的EBOM和设计资料,根据企业自身制造能力和零组件特征、技术要求对零组件进行分类,确认具体零组件是否自制、外包、外协或者采购,并对自制件在企业内部的加工流水进行大体分配。企业根据这些信息,确定采购计划和外包汁划。这一过程确定了制造商与供应商以及合作伙伴的业务关系。

  4)工艺舰程编制:制造商工艺工程部门根据零组件的特征和技术要求定义其装配工艺流程、零件加工工艺规程等等,并确定了毛料、辅料等物料需求,同时确认零组件加工所在车间、工位,以及所用的机器没备、工艺装备等.必要时提出特殊的自制工装需求。对于外包工艺需要定义好工艺技术要求,对于外协工艺可能需要定义详细的工艺规程。对于涉及到协调部位的组件的装配工艺,或许要配合的零件加工工艺,需要多个制造商或供应商进行友好协调。
 
  从上述的分析可见’,工艺工程阶段的工艺过程从三个方面起着重要的关联作用:
  1)从产品的制造过程来看,工艺过程有效连接了产品设计和生产制造过程,并结合利用了并行工程的思想:从产品设计阶段的工艺审查、工艺流水与规程的定义、生产阶段的工艺规程的执行以及维护工艺的执行,贯穿于整个产品制造过程,确保产品的正确和可靠的实现。

  2)从信息化集成来看,工艺过程完成接收PDM的EBOM,并实现EBOM到MBOM的转换,最终传递给制造资源管理系统,在这过程中,定义了产品制造过程所需的物料需求、资源需求以及工艺路线信息。

  3)从扩展企业协同来看,通过工艺过程的进行,可以完成了制造商与设计部门、其他制造商、供应商以及合作伙伴之间必要的信息、技术与业务过程的协调工作,实现产品的协同制造。
 
4.1.2工艺流水信息分析
  由于企业的外围环境和企业复杂程度的不同,工艺流流水分配方式也会有所区别,导致工艺流水信息具体内容在不同的企业而又不同。工艺流水分配是企业根据自身制造能力和零组件特征、技术要求对EBOM中零组件进行分类,确认具体零组件是否自制、外包、外协或者采购,并对自制件在企业内部的加工流水进行大体分配:目的是企业根据这些信息,确定企业内部的各个部门的分工,同时制定采购计划和外包计划。总体而言,工艺流水信息主要包含零组件来源类型和零组件在企业内部的加工路线(对于大型企业,可能只确定零组件的车间扭转路线,对于较小的企业可以确定零组件的每个具体装配或加工路线)。
 
图4.1工艺流水的核心作用
 
  对于扩展企业,工艺流水分配的过程可以通过两次分配完成制造商之间生产任务的分配和制造商内部部门之间任务分配两个过程:首先项目规划可以在产品总体的EBOM的基础上进行工艺流水切次分配时,确定除了事先约定的大型外购成品件外的所有零组件在制造商之间的任务分配;然后制造商根据初次分配的结果,对属于本企业制造的零组件进行再次工艺流水分配,确认每个零组件的外购、外协、外包以及自制类型,进而确定本企业与供应商的采购业务,与合作伙伴的外协、外包业务和外协、外包工艺计划,以及自制件的路线信息,并根据路线信息开始定义工艺规程。
 
  通过工艺流水分配,确定了制造商与其他制造商、设计部门、供应商以及合作伙伴的关系,同时也确定了不同零组件与工艺规程以及外曲、、外包工艺计划之间的关系。如图4.1所示。从这个概念上来说,工艺流水分配实际上是比较高层次的工艺过程的定义过程:与之相比,创建工艺规程的过程是具体实现层面上的工艺过程的定义过程。
 
4.1.3工艺规程信息分析
  不同企业对工艺规程有不同的分类方法:有的企业例如飞机制造企业习惯把零组件工艺规程分为制造指令(Fabricate Order:FO)和装配指令(Assembly Order:AO);有的企业根据工种把工艺规程分为更细的类型,诸如:机加工艺、装配工艺、热处理工艺、表面处理工艺以及焊接工艺等。本文将把工艺规程主要分为零件工艺和装配工艺;由于企业对产品制造质量的重视,本文把质量控制计划作为质量工艺单独出来。
 
图4.2零件工艺的核心作用

  零件工艺指对零件的加工工艺(包括热加工和冷加工工艺),为了更加体现数控技术在企业的应用,在零件工艺中把数控工艺重点突出柬。如图4.2所示。通用的零件工艺基本出三种工序按一定的顺序关系组成:一般工序、数控工序和下料工序,其中数控工序和下料工序是一般工序的特例,它们除了包含一般工序的信息外还有自己的特殊信息。
 
  零件工艺的基本信息中指定该工艺为某一代号和版本的零件而制定,其中的每道工序可以借用零件的二维图形或三维模型绘制工序图或建立三维工序模型:一般工序信息除了包含工序图、工序内容外,还要指定该工序在哪个工厂或车间进行,使用何种设备,需要哪些步骤,每步需要何种工艺装备,单个零件该工序需要多少工时等;对于下料工序,还需要确定制造该零件的毛坯材料、尺寸、重量等下料信息;对于数控工序,利用建立的工序3D模型进行数控编程,产生相应的刀位文件、刀具清单,还可以进行后处理产生PTP机代码文件,当然也需指定用到的相应数控设备和刀具。

  工序通过这些信息把产品制造过程中所用到的企业工厂车间、制造资源联系起来,同时下料信息、工时定额构成了企业直接生产成本的一都分,而且工时定额对企业资源计划(ERP,Enterprise Resource Planning)的计划排产有一定的参考作用。对于在工艺上与其他零组件相关联或配合的零件工艺,在编制的过程中必须与其他制造商、供应商或者合作伙伴协同制定工艺方案。

  因此零件工艺各种信息内容,不仅解决了产品如何制造的问题,还通过以工序的形式有效把产品零组件、企业的工厂车间、制造资源有效的关联起来,并且还为企业的成本核算提供了一定的数据基础。装配工艺指对组件的装配、测试等工艺,同样也类似零件工艺,通过各个工序把组件和使用的制造资源连接起来。而且在装配工艺中,零件参装明细表能够体现工艺角度零组件的装配层次关系,实现EBOM到MBOM的初步转换。如图4.3所示。
 
图4.3装配工艺的核心作用
 
  质量工艺是为保证零组件加工或装配质量而制定的质量控制计划。有些企业可能没有形成类似工艺舰程的格式的文档,而有些企业有非常正式的和工艺规程文件一起发布的质量工艺文件,对于飞机制造,会编制检验特性表,首检检验计划,并为FO、AO设置:符合性检验项目。这些质量控制计划有些是针对具体工序的质量控制、有些是针对最终零件的特性检验。
 
  在车间执行的过程中,工人根据工艺规程来进行操作,参照质量工艺来检验加工的质量,如图4.4所示。工艺规程中的每个工序与车脚的工人加工过程是一一对应的,并且工艺规程通过具体工步信息、操作说明或者作业指导书等形式来指导工人如何进行操作。质量工艺中对于某些工序的符合性检查,来控制工人每个加工过程的质量是符合要求的,或者通过首件检验计划或零件特性检验要求来控制最终生产出的零件是合格的。
 
图4.4工艺规程、质量工艺对车间执行的指导和控制
 
  通过对工艺流水和工艺规程信息的剖析,可见工艺信息即制造工艺过程信息把产品零组件、企业车间工厂、制造资源、企业成本以及包含制造商、设计部门、供应商、合作伙伴在内的企业外部环境有效的联系起来,实现了通过产品制造中的“HOW”连接“WHAT”和“WHEN”,并有效指导和控制车间的制造执行过程,真正成为了产品制造过程和企业内部信息管理的核心。




 
4.2基于PDM的CAPP集成框架及工作流程
  当前,影响CAPP应用水平不商造成“信息孤岛”的关键因素并不是CAPP本身的问题,而在于缺乏集成的平台。因为CAPP系统本身是作为工艺设计的单元系统而提出的,着重于工艺文件的编制管理,其数据及流程管理的功能相对较弱。而目前许多企业由于没有产品数据管理系统的支持,大多将CAPP系统不仅作为工艺文件的编制工具,而且将其作为工艺数据的管理平台柬定位,把文档管理、用户管理、流程管理、产品结构配置管理等本属于产品数据管理系统的职能统统交给CAPP系统来完成。

  很显然,在这方面CAPP系统是“先天不足”。这是造成企业虽有较好的文件编制管理工具应用,却无法管理好工艺数据信息继而制约CAPP系统应用潜力发挥和应用水平提高的根本原因所在。特别地,随着产品个性化需求的发展及按架次控制的产品工程技术状态、构型管理需求的日益复杂,此问题将表现得越来越突出。从长远看,走以CAPP应用为基础以PDM为集成和管理平台的工艺蹬计与管理信息化应用之路将是必然的要求和发展趋势。
 
  本文提出的集成方案立足于将CAPP系统作为工程文件信息结构化的工具,并作为PDM系统的一个模块集成到PDM系统之中。换言之,在这样一种紧密的集成关系中,CAPP不再是一个单独的应用管理系统,而成为PDM系统不可缺少的一部分,其集成框架如图4.5所示。
 
图4.5基于PDM系统为管理平台的CAPP系统集成框架
 
  从这一集成框架还可以进一步看出,事实上,这里的CAPP系统已不再单纯是用于工艺设计的工具,而扩展为将文档信息进行网络结构化存储的工具。对产品研发管理过程中任何需要结构化信息存储的表格式工程文件都是适用的,如工程更改贯彻单、质量单据等。其工程意义将比单纯的CAPP系统要重要的多。这一集成框架的工作流程如图4.6所示。
 
图4.6基于PDM集成的CAPP系统工作流程



 
4.3基于PDM的CAPP系统主要功能设计
4.3.1工艺设计及工程文件的编制

  1)支持机加、钣金、复合材料、装配和特种工艺等所有涉及的专业类型AO/FO的编制及其内部信息的入库管理。

  2)具有AO/FO的分页操作权限控制功能,适应PDM实施中所要求的协同工艺设计模式。在满足一个圈号一份AO或FO的前提下,实现AO/FO的多页统一管理、分页控制和多人共同编制的功能要求。CAPP系统将能通过PDM传递的用户及其所属工作组信息对AO/FO各分页的操作权限和格式进行控制:保证创建分页的用户及其所属工作组有修改权限,其他用户提供浏览权限。

  3)满足各类表格式工程文件如交接状态表、TO、设计更改贯彻单等的编制及其内部信恩入库管理要求,提供相适应的文件编制工具。

  4)在提供便捷的工艺简图绘图工具用于工艺设计的同时,支持DXF/IGES/DwG图形文件格式的导入和编辑以及图像文件的导入功能。

  5)满足文件编制时各类工艺及特殊符号的输入要求。

  6)在单一数据源的前提下,通过PDM与CAPP的集成,实现文档及其内部信息入库的统一管理。

  7)能够实现复制创建文档的功能,以满足在原有文档的基础上创建新文档的要求。实现文档编制的技术积累目的。

  8)提供能满足各类文件格式要求的定制工具,并可以对文档内部信息是否需要入库按实际的工程需求进行定制和分类管理。

  9)编制时可在相应资源库、知识库的支持下对文档的输入信息进行控制,保证文档编制的准确性和规范性。

  10)提供系统信息查询的接口,使系统可按照工程实际的需求以文档及其版本为依据实现信息的动态综合查询。
 
4.3.2数据管理与信息汇总
  1)以PDM审签控制为基础,提供文档审批控制的接口,包括文档的创建、检入、检出、删除及换版等,有效实现与PDM系统流程管理的集成:

  2)提供工艺文档浏览器,实现网络化工艺文档浏览;浏览器中的文本信息可复制到剪贴板上供利用;提供审批批注圈红功能,并记录审签人员姓名和时间。

  3)实现工艺信息与工程更改的关联机制;

  4)实现CAPP中各类版本的历史文件的管理;

  5)实现按架次控制的以工程技术状态管理为核心的信息汇总、查询及报表生成功能:按照工程需求,实现各类工艺信息报表的动态生成和输出,例如材料定额报表、工艺路线报表及文件级信息汇总(如工装):

  6)提供不同文件状态下工艺文档打印功能。发放时,打印编制、审签人员信息,并根据PDM系统中文件审批状态,在文档上用水印打印状态标志。改变目前采用的手工盖章确认控制方式。
 
4.3.3工艺资源管理
  1)具有工艺资源管理功能及方便的维护接口和程序,建立材料库、工装工具库、设备库,并提供与工艺设汁集成接口;

  2)提供典型工艺管理工具,建立典型工艺数据库,提供与工艺设计集成接口:

  3)提供常用术语、特殊符号的管理功能及其与文件编制的集成接口;
 
4.3.4系统管理与配置
  由于CAPP系统的用户权限、流程控制等必须交由PDM系统统一进行管理,因此,除系统管理以外,客户端采用PDM统一的用户入口。只有先行进入PDM系统才可启动CAPP,从而保证CAPP系统处于PDM的管理控制之下。
 

  • 2019-06-24 10:40
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