劉曉紅 何成善 張燕強(qiáng)

酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 嘉峪關(guān) 735100

0 引言

隨著研發(fā)、質(zhì)量、成本控制的不斷更新和發(fā)展，機(jī)械裝備制造企業(yè)間的競爭越來越激烈，企業(yè)想要生存和發(fā)展，必須不斷提高技術(shù)競爭優(yōu)勢，以實(shí)現(xiàn)更短的研發(fā)時間、更優(yōu)的產(chǎn)品性能、更高的產(chǎn)品質(zhì)量、更低的產(chǎn)品成本[1]。

裝備制造企業(yè)最核心的技術(shù)競爭優(yōu)勢是產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本，要求企業(yè)有一種或幾種具有市場核心競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，并能夠不斷推陳出新。裝備制造企業(yè)必須具備一定的產(chǎn)品研發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制能力，然而要做到這一點(diǎn)，需要先進(jìn)的研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)手段?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)及生產(chǎn)已嚴(yán)重依賴平臺軟件，保障機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本最優(yōu)，就必須借助平臺軟件，機(jī)械裝備制造企業(yè)離不開設(shè)計(jì)研發(fā)、工藝制定、生產(chǎn)管理涉及的各類軟件及其集合、管理平臺[2]。

因此，機(jī)械裝備制造企業(yè)建設(shè)集產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、工藝規(guī)劃及數(shù)字化生產(chǎn)于一體的協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺，最終實(shí)現(xiàn)具有市場核心競爭力產(chǎn)品的高效研發(fā)及高質(zhì)量、低成本生產(chǎn)是必要的。

1 協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺總體構(gòu)架

以工藝規(guī)劃為核心的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺為中高端機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代化高效研發(fā)、生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，其平臺構(gòu)架包含了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和協(xié)同制造（DNC與MES），協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺總體框架如圖1所示。

圖1 協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺總體框架

數(shù)字化協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺由3個大的模塊組成，集成產(chǎn)品研發(fā)軟件及圖紙管理的PDM模塊，生產(chǎn)的工藝規(guī)劃CAPP模塊，協(xié)同制造DNC和MES模塊。

其中，PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)模塊完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)及數(shù)據(jù)管理，在建立時強(qiáng)調(diào)集成AutoCAD二維工程軟件、Solidworks或Cero等三維設(shè)計(jì)軟件、Ansys等力學(xué)分析軟件以及其他模擬仿真軟件的功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的快速、高精度、高可靠性設(shè)計(jì)，開發(fā)和模擬，仿真分析[3]。

CAPP工藝數(shù)據(jù)模塊完成PDM產(chǎn)品各類工藝的編制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工、熱處理、裝配、鉚焊等工藝的最優(yōu)化和高效率。

DNC和MES制造過程管理系統(tǒng)高效完成產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，這一部分需要對老舊設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，固定資產(chǎn)投入較大。

2 工藝規(guī)劃與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的協(xié)同

CAPP工藝規(guī)劃是面向制造業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)全生命周期管理的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)和服務(wù)系統(tǒng)，將成熟的工藝數(shù)字化技術(shù)整合在統(tǒng)一的協(xié)同管理系統(tǒng)中，覆蓋了工藝流程的各個環(huán)節(jié)，重點(diǎn)解決企業(yè)在工藝業(yè)務(wù)深化信息化管理應(yīng)用后面臨的部門之間協(xié)作以及企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)全局共享的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，并支持企業(yè)跨部門的數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)協(xié)作，其工藝管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、產(chǎn)品生產(chǎn)全域共享框架如圖2所示。

圖2 全域數(shù)據(jù)、信息共享框架

CAPP工藝規(guī)劃實(shí)現(xiàn)工藝編制、工藝管理、工藝打印等多種功能。CAPP提供結(jié)構(gòu)化的工藝數(shù)據(jù)管理方式，工藝BOM呈現(xiàn)更直觀的同時，使工藝數(shù)據(jù)更加有效地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，為ERPMES等下游系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

借助流程過程管理，幫助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)流程的規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)審簽、更改工作流程的規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)產(chǎn)品時的并發(fā)控制、版本控制、協(xié)作控制，在流程任務(wù)透明高效的分發(fā)、流轉(zhuǎn)的同時，將所有的修改、變更過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，使得過程痕跡得以保留，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝數(shù)據(jù)和生產(chǎn)的高效協(xié)同管理，如圖3所示。

圖3 CAPP工藝規(guī)劃與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的協(xié)同

3 CAPP工藝規(guī)劃核心方案

本文依據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)施的CAPP工藝規(guī)劃典型案例為基礎(chǔ)，通過功能描述，展示先進(jìn)的CAPP工藝規(guī)劃方案。文中的CAPP系統(tǒng)應(yīng)用流程如圖4所示。

圖4 工藝規(guī)劃應(yīng)用流程圖

3.1 工藝BOM管理及轉(zhuǎn)換

工藝PBOM以PDM系統(tǒng)中的EBOM為基礎(chǔ)，如圖5所示，針對的對象為整個制造過程中的大量零件部件，與ERP主數(shù)據(jù)保持協(xié)同一致。工藝規(guī)劃師針對集成的EBOM完成一二級工藝路線添加。工藝工程師通過BOM編輯、維護(hù)功能完成更加細(xì)化的焊接、機(jī)加、裝配工藝BOM，這個過程中對零部件完成工藝拆分、焊合等一系列調(diào)整，最終向ERP提供MBOM需要的工藝信息。

3.2 工藝路線規(guī)劃

CAPP系統(tǒng)在工藝BOM上對所選的零部件編制工藝路線，編制工藝路線時可以將所選零部件數(shù)據(jù)帶入到工藝路線中，支持在工藝路線編制過程中選擇路線點(diǎn)，編制好的工藝路線入庫后可以在相應(yīng)的零部件節(jié)點(diǎn)下掛接工藝路線數(shù)據(jù)，生成各種匯總統(tǒng)計(jì)報(bào)表，如圖5所示。

圖5 工藝路線規(guī)劃示例

3.3 工藝設(shè)計(jì)及管理

CAPP系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)由生產(chǎn)任務(wù)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的工藝卡片的編制功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的形位公差符號庫；提供工藝卡片、材料定額，工藝說明、工藝簡圖、匯總表等工藝文件模板，提供原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、工序、工藝設(shè)備、工藝裝備等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。執(zhí)行工藝設(shè)計(jì)部門與毛坯制造、機(jī)械加工、焊接、噴漆、線路裝配、機(jī)械裝配、檢驗(yàn)等工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，擴(kuò)充工藝設(shè)計(jì)BOM內(nèi)容。機(jī)械零部件工藝設(shè)計(jì)示例如圖6所示。

圖6 機(jī)械零件工藝設(shè)計(jì)示例

3.4 標(biāo)準(zhǔn)的歸集管理

如圖7所示，制造標(biāo)準(zhǔn)、資證、評定報(bào)告、工藝標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。通過工藝知識庫對工藝術(shù)語、典型工序、設(shè)備、工裝等工藝知識和資源進(jìn)行有效管理，在工藝設(shè)計(jì)時可以直接使用這些工藝知識和資源；可以根據(jù)自己的企業(yè)需要進(jìn)行自由擴(kuò)充，定制符合自身要求的工藝知識庫，如工序名稱、工序內(nèi)容、材料、設(shè)備等各類工藝知識庫，方便工藝設(shè)計(jì)時直接選用及新人快速學(xué)習(xí)。充分遵循知識重用與再用思想，工藝工程師利用共享的工藝知識庫，查找歷史使用的典型工藝知識，快速的通過點(diǎn)選的方式，重用全部或部分工藝內(nèi)容。直接通過復(fù)制與借用操作，就可以實(shí)現(xiàn)典型工藝的重用，復(fù)制后，可繼續(xù)進(jìn)行編輯處理。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)的歸集管理

3.5 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的流程卡片輸出管理

CAPP系統(tǒng)通過單張打印、排版打印及批量打印功能，對填寫的工藝卡片進(jìn)行方便快捷的繪圖輸出，使用戶更加方便的批量打印多套工藝文件。

3.6 工藝卡片的管理

CAPP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各工序（如鉚焊、鍛造、機(jī)加工、修復(fù)、裝配、涂裝和包裝）工藝卡片和工藝語言的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化模板如圖8所示。同時可以實(shí)現(xiàn)典型產(chǎn)品工藝卡片、非標(biāo)產(chǎn)品工藝卡片的智能化填寫和工藝圖（工裝、卡具、刀具、胎具以及仿真模擬結(jié)果）的插入控制。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)化工藝卡片示例

3.7 工藝材料定額計(jì)算

CAPP系統(tǒng)的工藝材料定額以工藝BOM為基礎(chǔ)，支持在BOM上對所選的零部件進(jìn)行材料定額設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)材料庫中的計(jì)算公式進(jìn)行自動計(jì)算，生成的材料定額數(shù)據(jù)可以進(jìn)行分類匯總并生成相應(yīng)的報(bào)表。

3.8 數(shù)據(jù)集成

通過數(shù)據(jù)集成，把CAPP系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的BOM導(dǎo)入到ERP存貨檔案和物料清單中，并能根據(jù)物料狀態(tài)自動建立新的物料，數(shù)據(jù)集成內(nèi)容包括：

1）設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時在CAD環(huán)境中選擇物料，生成針對每個零部件的物料編碼；

2）圖紙中自動提取物料編碼，也可以在CAPP界面中維護(hù)物料編碼；

3）以產(chǎn)品為單位，生成XLS或XML報(bào)表，或?qū)氲街虚g數(shù)據(jù)庫；

4）使用快速導(dǎo)入工具，把CAPP產(chǎn)生的報(bào)表整理后導(dǎo)入ERP系統(tǒng)中。

圖9為CAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的邏輯框架圖。

圖9 數(shù)據(jù)集成的邏輯框架圖

3.9 工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理

工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化豐富了工藝卡片類型，包含了過程卡、工序卡、檢驗(yàn)卡、刀具清單、多表區(qū)卡片等；同時支持多種工藝業(yè)務(wù)類型，包含了加工工藝、裝配工藝、焊接工藝、鑄造工藝、熱處理工藝等；時效性方面，系統(tǒng)在工藝信息入庫的同時完成工藝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化。

3.10 統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理

實(shí)現(xiàn)對各類匯總清單可進(jìn)行分類、支持多種排序方法、匯總方法和序號填寫方式。通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，可選擇對某產(chǎn)品、整件、部件進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，或通過指定產(chǎn)品的總裝配圖、圖紙存放的目錄和工藝文件存放的目錄，就能生成相應(yīng)的匯總清單，對匯總的內(nèi)容進(jìn)行增加、刪除和修改等編輯工作，并可按指定的格式打印報(bào)表。

3.11 工藝數(shù)據(jù)線上審核

利用流程模板管理驅(qū)動的評審過程，其圖紙、工藝文件都可以通過工作流進(jìn)行電子化審批，審核過程中進(jìn)行批注，審批完成后自動簽名并將圖紙和工藝文件發(fā)布，如圖10所示，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流程的協(xié)同優(yōu)化。

圖10 數(shù)據(jù)線上審核示例

3.12 權(quán)限、變更和版本管理

圖紙變更是邏輯較為復(fù)雜的一類流程，需要結(jié)合工作流管理模塊以及數(shù)據(jù)關(guān)系管理功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)關(guān)系管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變更的一致性性；通過版本管理，實(shí)現(xiàn)變更的可追溯性；可以制定出技術(shù)更改流程模板，實(shí)現(xiàn)對技術(shù)更改流程的控制。CAPP系統(tǒng)的權(quán)限、變更和版本管理示例如圖11所示。

圖11 權(quán)限、變更和版本管理示例

在更改前系統(tǒng)能對零部件的被使用情況進(jìn)行查詢，便于確定更改影響范圍；工程變更發(fā)起前，文檔版本的狀態(tài)處于發(fā)布狀態(tài)，工程變更命令開始后，文檔重新發(fā)布，圖檔管理系統(tǒng)把文件的版本升級為一個新版本，在此新版本上進(jìn)行更改，而原來的歷史版本需要在圖文檔系統(tǒng)中保存下來，可以查看到更改前、后數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文構(gòu)建了一個基于信息化、網(wǎng)絡(luò)化的集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、數(shù)字化生產(chǎn)于一體的產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺，其總體構(gòu)架包括了CAD、PDM、CAPP、ERP、DNC和MES模塊?？梢詾槠髽I(yè)內(nèi)部和業(yè)務(wù)相關(guān)方提供生產(chǎn)過程全方位的數(shù)字化管理環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)過程管理全業(yè)務(wù)流程的在線處理、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，為制造企業(yè)全面提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量控制能力和成本管理手段奠定基礎(chǔ)[4]。

工藝規(guī)劃為核心的產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)生產(chǎn)平臺突出的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下方面：

1）產(chǎn)品相關(guān)信息（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品的模型、圖紙、工藝等，以及與產(chǎn)品相關(guān)的各環(huán)節(jié)流程、各部分之間的關(guān)系等）通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品從研發(fā)到銷售的全流程數(shù)字化。

2）提高了產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及生產(chǎn)的高效性、繼承性和合理性，可以為企業(yè)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本奠定基礎(chǔ)。

3）把機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)關(guān)聯(lián)的各類軟件進(jìn)行集合管理，發(fā)揮并發(fā)設(shè)計(jì)模式的優(yōu)勢[5]。

4）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中各工序之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)、信息的共享，最大程度避免人為因素造成的失誤，保證上、下工序之間的緊密結(jié)合。

5）設(shè)計(jì)、開發(fā)人員擺脫繁瑣復(fù)雜的重復(fù)性勞動，可以將更多的時間和精力放在新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)方面的開發(fā)與研究。