王懷明,王太勇,郭曉軍
WANG Huai-ming1, WANG Tai-yong1, GUO Xiao-jun2
(1. 天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津 300072;2. 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),天津 300222)
工程機(jī)械制造企業(yè)集成化工藝系統(tǒng)的研究與開發(fā)
Research and development of integrated process system for engineering machine manufacturing enterprises
王懷明1,王太勇1,郭曉軍2
WANG Huai-ming1, WANG Tai-yong1, GUO Xiao-jun2
(1. 天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,天津 300072;2. 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),天津 300222)
以工程機(jī)械制造企業(yè)集成化工藝系統(tǒng)的研究開發(fā)為背景,針對(duì)制造企業(yè)信息化中最為復(fù)雜和最具多變性的工藝系統(tǒng)集成環(huán)節(jié),介紹了與之相關(guān)的各種工藝系統(tǒng)模型的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系以及工藝過程設(shè)計(jì)的方法;并分析了以模型為基礎(chǔ)的工藝路線文件、工藝規(guī)程文件的編制策略。在此基礎(chǔ)上,介紹了以模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)方法及制造企業(yè)工藝集成系統(tǒng)功能。
工程機(jī)械;工藝系統(tǒng);集成化;制造企業(yè)
對(duì)于現(xiàn)代制造企業(yè)來說,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工藝管理的系統(tǒng)化、集成化和實(shí)用化,建立有效的現(xiàn)代工藝管理體系、工藝保證體系、工藝監(jiān)督體系、工藝管理制度,對(duì)工藝過程進(jìn)行技術(shù)、項(xiàng)目、工作流等方面的管理和控制,從而保證工藝系統(tǒng)的工藝活動(dòng)在工藝管理系統(tǒng)的控制之下,提高企業(yè)的核心競爭力和經(jīng)濟(jì)效益。
長期以來,由于工藝管理和工藝的復(fù)雜行和多變性,制造企業(yè)忽視了工藝管理基礎(chǔ)性建設(shè),企業(yè)在工藝管理基礎(chǔ)薄弱的狀態(tài)下忙于應(yīng)付市場需求,而使得工藝管理混亂和工藝紀(jì)律松弛的狀況一直沒有得到根本解決。
現(xiàn)代工藝管理在現(xiàn)代制造環(huán)境的影響下,工藝工作的全過程突破了傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備與產(chǎn)品制造過程的范疇,面向產(chǎn)品全生命周期(PLM),涵蓋產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、原型設(shè)計(jì)、制造、銷售、使用、拆裝維修,直至報(bào)廢、回收、再制造等生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié),與現(xiàn)代設(shè)計(jì)和現(xiàn)代管理相結(jié)合,逐步實(shí)現(xiàn)自身的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、信息化、數(shù)字化、敏捷化。因此,研究和開發(fā)適用于制造企業(yè)實(shí)際的集成化的工藝系統(tǒng),直接指導(dǎo)、服務(wù)于數(shù)字制造過程的現(xiàn)代工藝管理,將現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的各相關(guān)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào),完成整個(gè)現(xiàn)代制造過程的集成化與優(yōu)化,對(duì)增強(qiáng)企業(yè)的市場適應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成有著重要的作用。
工藝部門在制造企業(yè)中起著連接設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)部門的橋梁作用,是制造企業(yè)的重要的技術(shù)部門,工藝部門的業(yè)務(wù)處理決定了制造企業(yè)的生產(chǎn)組織方式,反映了制造企業(yè)的車間布局、分配、設(shè)備和加工能力等各個(gè)方面的信息。因此,在進(jìn)行工藝集成化系統(tǒng)開發(fā)的過程中,要建立各種與之相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)模型、結(jié)構(gòu),并分析確定它們之間的相互關(guān)系。
按照工藝信息所起的功能作用可以將工藝信息模型劃分為工藝支持模型和工藝文件模型。工藝文件是工藝活動(dòng)產(chǎn)生結(jié)果,工藝支持內(nèi)容是工藝活動(dòng)的必要支持基礎(chǔ)。
工藝模型的組成框圖如圖1所示。
1.2.1 設(shè)計(jì)導(dǎo)入庫模型
圖1 工藝模型組成框圖
在工藝模型庫中建立描述零部件設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)庫,稱之為產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)導(dǎo)入庫,表示產(chǎn)品零部件的設(shè)計(jì)模型的最新信息。設(shè)計(jì)導(dǎo)入庫的零部件反映了設(shè)計(jì)零部件的最新信息。
通常情況下設(shè)計(jì)導(dǎo)入庫的是按照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖號(hào)進(jìn)行導(dǎo)入后形成的。設(shè)計(jì)導(dǎo)入庫記錄以下內(nèi)容:產(chǎn)品代號(hào),產(chǎn)品名稱,批號(hào)、時(shí)間,導(dǎo)入次數(shù),導(dǎo)入的excel文件的位置和文件名字,內(nèi)容明細(xì)等。可以采用主從表格式來進(jìn)行信息描述。
1.2.2 工藝庫中的設(shè)計(jì)模型
在工藝庫中,建立零部件圖號(hào)模型庫和部件結(jié)構(gòu)模型庫。
在零部件圖號(hào)庫中,主要的屬性是:零部件圖號(hào)、零部件名稱、零部件規(guī)格,零部件的結(jié)構(gòu)特征代碼和工藝特征代碼等。部件結(jié)構(gòu)模型,是描述部件結(jié)構(gòu)組成。部件結(jié)構(gòu)庫的主要屬性有:部件圖號(hào)、子件圖號(hào)、子件出現(xiàn)的序號(hào)、子件數(shù)量、裝配說明等。部件結(jié)構(gòu)模型與零部件圖號(hào)緊密聯(lián)系在一起的。產(chǎn)品可以看作是一個(gè)復(fù)雜的部件,由設(shè)計(jì)部門按照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)配置而成,形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)庫。
1.2.3 工藝路線模型
工藝路線是描述零部件加工、裝配操作順序的技術(shù)文件,由多個(gè)操作順序的序列組成。主要說明加工過程中的工序順序和生產(chǎn)資源等計(jì)劃信息,是工藝文件中的計(jì)劃文件,控制零部件的作業(yè)順序。按照零部件的制造屬性,可分為自制工藝路線、外協(xié)工藝路線和采購工藝路線。按照零部件的流動(dòng)的狀況與具體的加工過程,可以分為流轉(zhuǎn)工藝路線與工序工藝路線。零部件按照先工藝流轉(zhuǎn)路線后工序路線的模式進(jìn)行工藝路線的劃分。零部件工藝流轉(zhuǎn)路線,確定零件表的專業(yè)工藝,工序路線放在專業(yè)工藝卡片中管理。每個(gè)車間都有工序代碼,如果要給ERP傳遞數(shù)據(jù),可以先按照流轉(zhuǎn)工藝路線來提取對(duì)應(yīng)的工藝卡片中的具體路線,也可以按照其它邏輯來提取集成。
1.2.4 工藝結(jié)構(gòu)模型
工藝路線按照零部件的組織層次進(jìn)行劃分,可以分為零件工藝路線模型和部件工藝路線模型。如圖2所示。
零件的工藝路線模型要求是:要制定出零件的從原材料開始到成品零件的加工工藝過程。部件的工藝路線模型要求是:制定出部件的裝配過程。部件的工藝路線模型,實(shí)質(zhì)上就是組建部件的工藝BOM。零部件工藝路線模型,可統(tǒng)稱為部件工藝結(jié)構(gòu)模型或工藝BOM,它是由工藝設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)BOM基礎(chǔ)上,對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分解后,建立部件裝配工藝和部件構(gòu)成子件的制造(裝配或加工)工藝,并確定制造過程中使用的設(shè)備、工裝、量具等后生成的。
工藝BOM是根據(jù)工廠的加工水平和能力對(duì)設(shè)計(jì)BOM進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)后形成的,使用它可以明確地了解零部件之間的制造關(guān)系,跟蹤零件在何處制造、由誰制造、用什么制造等信息。
1.2.5 制造工藝項(xiàng)目模型
制造工藝項(xiàng)目模型是零部件制造策略中的制造路線的標(biāo)識(shí),將零部件和它所經(jīng)過的車間聯(lián)系起來,一起作為標(biāo)識(shí),表示零部件在車間的生產(chǎn)制造,形成一系列的制造工藝項(xiàng)目。根據(jù)零部件的制購屬性的不同,制造工藝項(xiàng)目可以分為:自制工藝項(xiàng)目、外協(xié)工藝項(xiàng)目、采購項(xiàng)目。制造工藝項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)在一起,按照工藝序列,構(gòu)成了供需關(guān)系。項(xiàng)目關(guān)聯(lián)采用兩種方式:在同一個(gè)零部件內(nèi)部,制造項(xiàng)目是針對(duì)同一個(gè)零件的項(xiàng)目,項(xiàng)目之間通過工藝路線的序列形成關(guān)聯(lián),前一項(xiàng)目是后一項(xiàng)目的完成的材料,這樣就可以導(dǎo)出項(xiàng)目之間的材料表。在部件和它的構(gòu)成子件之間,項(xiàng)目作為構(gòu)成子件的最后一個(gè)項(xiàng)目,要裝配到它的構(gòu)成部件上去。項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系是通過零部件的構(gòu)成關(guān)系,加上工藝路線的序列形成的,一般形成的是零部件的裝配或焊接工藝。
圖2 零部件工藝路線模型組成
1.2.6 工藝規(guī)程模型
零部件的工藝規(guī)程模型,亦稱零部件工藝規(guī)程文件,是零部件工序的業(yè)務(wù)操作的專業(yè)技術(shù)描述。對(duì)制造企業(yè)來講,這是重要的知識(shí)庫。工藝規(guī)程模型對(duì)應(yīng)車間的工作中心或班組。工藝規(guī)程模型是對(duì)制造項(xiàng)目模型的細(xì)化,零部件的工藝路線是由多個(gè)制造項(xiàng)目組成的,而每個(gè)制造項(xiàng)目是由多道工序組成的,因此工藝規(guī)程模型是對(duì)每個(gè)零部件的制造策略的細(xì)化。工藝規(guī)程模型是將零部件和他所經(jīng)過的車間及具體制造項(xiàng)目的工序聯(lián)系起來,零件號(hào)和專業(yè)工藝流程類型一起作為標(biāo)識(shí),表示零部件在車間詳細(xì)的生產(chǎn)制造過程,這樣形成一系列的流程號(hào),將這些流程稱為工藝規(guī)程或工序。工藝規(guī)程模型是工藝模型中的重要內(nèi)容,可以根據(jù)專業(yè)工藝規(guī)程類型的不同,分為:備料、機(jī)加、焊接、裝配、調(diào)試等類型,不同的流程將會(huì)對(duì)應(yīng)不同的車間。工藝規(guī)程文件模型是工藝文件中最重要、最復(fù)雜的模型,模型的描述采用多級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
制造企業(yè)的工藝規(guī)程表示的是企業(yè)工藝部門所進(jìn)行的各項(xiàng)業(yè)務(wù)操作。對(duì)于集成化的工藝部門的主要的業(yè)務(wù)流程有:工藝數(shù)據(jù)的導(dǎo)入,工藝數(shù)據(jù)的工藝路線的編制,工藝數(shù)據(jù)的工藝流程的編制,工藝數(shù)據(jù)下發(fā)等。
2.1.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入
工藝數(shù)據(jù)的導(dǎo)入,是將工藝設(shè)計(jì)所需要的設(shè)計(jì)庫數(shù)據(jù)遷移進(jìn)入工藝數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工藝庫中,會(huì)形成工藝庫的原始數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的導(dǎo)入,標(biāo)志這工藝數(shù)據(jù)庫的形成。導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以是.txt,office 數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式的一些文本文件。數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí),先建立導(dǎo)入模版。數(shù)據(jù)導(dǎo)入到來源可以用圖3表示。
圖3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入來源與導(dǎo)入步驟
2.1.2 數(shù)據(jù)遷移原則與過程
導(dǎo)入數(shù)據(jù)要進(jìn)入到系統(tǒng)中,必須產(chǎn)生系統(tǒng)的合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。工藝系統(tǒng)的合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的鏡像,這種鏡像文件即為設(shè)計(jì)圖號(hào)庫、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)庫。當(dāng)這些數(shù)據(jù)鏡像文件形成的時(shí)候,還必須產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的工藝數(shù)據(jù),這些工藝數(shù)據(jù)形成了零部件工藝路線庫和零部件工藝結(jié)構(gòu)庫,當(dāng)工藝路線庫產(chǎn)生的時(shí)候,還可以產(chǎn)生路線項(xiàng)目表。
工藝路線的遷移,是一個(gè)復(fù)雜的過程,這個(gè)過程包含了對(duì)工藝數(shù)據(jù)的集中的系列化處理。可以按照數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)之間的依從關(guān)系,先遷移零件圖號(hào)表,零件路線表,路線項(xiàng)目表,再遷移零件工藝路線結(jié)構(gòu)表,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)表。數(shù)據(jù)的遷移形成的表可以表示為如圖4所示。
圖4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)遷移表
2.2.1 工藝路線文件編制策略
工藝路線編制是工藝數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)。通過工藝路線編制,形成工藝路線文件,產(chǎn)生零部件的制造方案。零部件的工藝路線為工藝與制造管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),工藝路線編制是工藝業(yè)務(wù)活動(dòng)的最基本的操作。
工藝路線編制,需要制造項(xiàng)目編碼庫的支持,制造項(xiàng)目編碼是工藝路線的組成序列。制造項(xiàng)目預(yù)先定義在制造項(xiàng)目編碼庫中,在形成工藝路線序列時(shí),在制造項(xiàng)目編碼上添加工序序號(hào)。零部件的工藝路線建立在零部件圖號(hào)信息的基礎(chǔ)上,并且支持工藝路線分組與多工藝路線。工藝路線策略如下:
1)按照零部件的工藝類型進(jìn)行工藝路線編制,對(duì)于零件一般順序?yàn)閭淞?、機(jī)加、焊接等。對(duì)于部件一般順序?yàn)楹附?、裝配、涂裝等。遵從這樣的順序進(jìn)行工藝路線編制。
2)按照零部件的制購屬性,進(jìn)行工藝路線編制,零部件的制購屬性有自制、外協(xié)和外購。自制型的工藝路線用于企業(yè)車間的生產(chǎn),外協(xié)型的工藝路線用于企業(yè)零部件的外協(xié),外購型的工藝路線用于零部件的外購。
3)進(jìn)行零部件工藝路線的智能編制??砂凑樟悴考膶?duì)應(yīng)的工藝類型及零部件的制購屬性和特定零部件的特征,進(jìn)行零部件工藝路線的自動(dòng)編制。
2.2.2 零件工藝路線文件編制
零件工藝路線按照制購屬性分為自制、采購、外協(xié)三種。
1)對(duì)于自制的零件來講,零件的工藝路線用來確定零件從毛坯加工開始,到零件最終的裝配去向。
2)外協(xié)的零件確定零件外協(xié)的程序及零件最終的去向;
3)外購的零件確定零件外購的程序及零件最終的去向。
零件的工藝路線組成中要包括零件的最終去向,最終去向代表了零件的裝配去向,體現(xiàn)在工藝流轉(zhuǎn)路線和工序路線的最后一項(xiàng)的序列上,主要有焊接和裝配。
2.2.3 部件工藝路線文件編制
部件工藝路線按照制購屬性也分為自制、采購、外協(xié)三種。
1)對(duì)于外購和外協(xié)的部件,其工藝路線可看作是零件,按照零件的工藝路線進(jìn)行處理。
2)對(duì)于自制的部件,部件的工藝路線編制必須建立在子件上。部件工藝路線編制,實(shí)際上就是確定部件的子件的裝配過程,因此部件的工藝路線主要集中在焊接和裝配上。
3)部件工藝路線也標(biāo)明最終去向,即部件工藝流轉(zhuǎn)路線和工序路線的最后一項(xiàng)的序列上,主要有焊接和裝配,表示部件將要作為一個(gè)子件按照在上一級(jí)部件之上。對(duì)于產(chǎn)品的工藝路線的最后序列,就是入庫到成品倉庫,表明產(chǎn)品制造完成。
工藝規(guī)程文件編制是要確定零部件的詳細(xì)制造工序。工藝規(guī)程編制是一個(gè)復(fù)雜的過程,主要是按工藝路線序列的工藝類型來劃分。
2.3.1 特定零部件的工藝規(guī)程編制
特定零部件的工藝規(guī)程指的是編制典型零部件的工藝規(guī)程。按照工藝路線的類型,進(jìn)行備料、機(jī)加、焊接工藝規(guī)程編制。對(duì)于部件,按照工藝類型進(jìn)行焊接、裝配、涂裝工藝規(guī)程編制。
典型零部件的工藝規(guī)程編輯時(shí)操作策略如下:
1)按照工藝類型進(jìn)行編制,形成特定工藝類型的工藝規(guī)程;
2)按照零部件進(jìn)行工藝規(guī)程進(jìn)行分組,形成零部件工藝規(guī)程的標(biāo)識(shí)符為:零部件圖號(hào)+區(qū)分符+工藝類型符號(hào)+區(qū)分符+工藝規(guī)程組號(hào);
3)按照工序操作順序,依次確定工序操作序列,工序操作說明要求,確定工序操作序列的設(shè)備資源,圖文檔資源,工序定額;
4)如果有工步、工位操作詳細(xì)要求的,依次確定工步(工位)操作序列,工步操作的說明要求,確定工步操作序列的設(shè)備資源,圖文檔資源,工步定額;
5)如果有4)的操作,則3)步的設(shè)備資源、工序定額確定就可以省略, 3)步的設(shè)備資源、工序定額可以從4)步匯總出來。
特定零部件的工藝規(guī)程是零部件工藝規(guī)程操作的基礎(chǔ)。其它零部件工藝規(guī)程的編制,以此為模板,然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。
2.3.2 工藝規(guī)程的圖文檔編制
工藝規(guī)程的圖文檔編制是確定零部件制造規(guī)程的圖解表示。
根據(jù)零部件制造的圖解表示的范圍,可以分為工藝附圖、工序附圖和工步附圖三種。工藝規(guī)程圖中的圖形文檔可以采用如下幾種格式:CAD文件格式,用CAD圖形編輯打開;支持web形式的CAD文件,需要用專業(yè)圖形編輯工具中生成,例如,autocad的DWF格式文件,solidworks的e-drawing 格式,瀏覽器必須安裝相應(yīng)圖形格式的插件;圖片文件格式。
3.1.1 模型驅(qū)動(dòng)軟件平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)組成
基于模型驅(qū)動(dòng)軟件平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng),由兩部分組成:應(yīng)用系統(tǒng)本身與軟件平臺(tái)。其中軟件平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),又可以分為業(yè)務(wù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)平臺(tái)開發(fā)工具兩部分?;谀P万?qū)動(dòng)軟件平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)的組成框圖如圖5所示。
圖5 基于模型驅(qū)動(dòng)軟件平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)的組成
3.1.2 基于模型的快速業(yè)務(wù)原型設(shè)計(jì)
通過建模工具進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的快速原型設(shè)計(jì),使得所有業(yè)務(wù)應(yīng)用,一經(jīng)建模即完成應(yīng)用系統(tǒng)編制,并可立即投入系統(tǒng)運(yùn)行。這樣可以快速呈現(xiàn)用戶預(yù)期結(jié)果,讓用戶參與到管理軟件構(gòu)建過程。用戶參與系統(tǒng)構(gòu)建,使得用戶提出個(gè)性化需求,為后續(xù)開發(fā)提供必要的指導(dǎo)原則,最大限度降低需求變化導(dǎo)致的系統(tǒng)變更的風(fēng)險(xiǎn)。此外,快速原型設(shè)計(jì)的結(jié)果,在后期完善過程中不斷繼承、發(fā)掘和完善,減少系統(tǒng)開發(fā)工作量,提高了項(xiàng)目實(shí)施工作效率。
集成化工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的工藝管理業(yè)務(wù)功能模塊如圖6所示。主要包括工藝編碼庫、工藝資源庫、工藝文件庫、工藝文件編制、工藝文件下發(fā)、工藝流程智能錄入等功能。
圖7所示為集成化工藝管理系統(tǒng)的工作界面。
圖6 工藝管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能
圖7 集成化工藝管理系統(tǒng)
通過對(duì)工程機(jī)械制造企業(yè)的工藝管理業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的分析,提出了工藝系統(tǒng)中模型的建立方法、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容,提出了相關(guān)工藝編制的方法和策略,確定了系統(tǒng)的組成和功能內(nèi)容。并采用模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)手段開發(fā)了某工程機(jī)械制造企業(yè)的集成化工藝管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用,大大提高了企業(yè)制造過程管理各個(gè)環(huán)節(jié)與工藝管理環(huán)節(jié)的融合和集成,提高了企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益,取得了良好的效果。
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TP391
A
1009-0134(2010)10(上)-0057-06
10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).18
2010-03-17
王懷明(1962 -),男,河北廊坊人,主要從事CAD/CAM技術(shù)、制造業(yè)信息化技術(shù)等教學(xué)、科研工作。