（机械电子工程专业论文）基于pdm的结构件capp系统.pdf

基于p d m 的结构件c a p p 系统 摘要 结构件作为中小型机械制造企业最主要自制件部分，其工艺信息管理要求 越来越高的自动化水平。以p d m 为平台，构建结构件c a p p 系统，是中小型机 械制造企业进行信息化建设的关键之一。 文中对c a p p 系统的发展、产品数据管理技术的发展以及基于p d m 的 c a p p 技术等内容进行了概括性介绍，对结构件的工艺特点进行了分析、总结， 提出了g y c a p p 系统的体系结构，讨论了系统各功能模块，重点讨论了 g y c a p p 系统的数据集成技术，包括产品结构树技术、产品结构管理、c a p p 系统从p d m 中获取数据以及工艺文档、工艺数据在p d m 中的存储。另外，详 细分析了工艺设计模块的实现，探讨了系统实现的方法。 关键词：结构件p d b lc a p p 数据集成 t h es t r u c t u r a l c o m p o n e n t s c a p p s y s t e m b a s e do np d m a b s t r a c t i nm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n go fm e d i u mo rs m a l ls c a l e s t r u c t u r a lc o m p o n e n t s a r ec o n s i d e r e da st h em o s td o m i n a t i n gp a r t so fs e l f - m a d ec o m p o n e n t s ，a n dt h e i r p r o c e s si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t c a l l sf o rh i g h e ra n dh i g h e rl e v e lo fa u t o m a t i z a t i o n c o n s t r u c t i n gs t r u c t u r a lc o m p o n e n t sc a p ps y s t e m w h i c hi sb a s e do np d m i so n eo f t h e k e y s o fi m p l e m e n t i n gi n f o r m a t i o n l i z a t i o ni nm e c h a n i c a l m a n u f a c t u r i n go f m e d i u mo rs m a l ls c a l e i nt h i sp a p e r , t h ed e v e l o p m e n to ft h ec a p p s y s t e m t h et e c h n o l o g yo fp r o d u c t d a t am a n a g e m e n ta n dt h et e c h n o l o g yo fc a p pb a s e do np d ma r eb d e f l yi n t r o d u c e d ， a n dt h e a n a l y s i s a n ds u m m a r i z a t i o no f p r o c e s s c h a r a c t e r i s t i co fs t r u c t u r a l c o m p o n e n t s a r em a d e b e s i d e s t h ef r a r n e w o r ko fg y c a p ps y s t e mi s b r o u g h t f o r w a r d ，a n de a c h f u n c t i o nm o d u l eo ft h e s y s t e m i s d i s c u s s e d ，e s p e c i a l l y t h e t e c h n o l o g yo fd a t ai n t e g r a t i o no ft h es y s t e mi s d i s c u s s e di n d e t a i l ，i n c l u d i n gt h e t e c h n o l o g yo fp r o d u c ts t r u c t a r a lt r e e ，p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ，o b t a i n i n gd a t a f r o mp d m ，a n dt h es t o r a g eo fp r o c e s sd o c u m e n t sa n dp r o c e s sd a t ai np d m i n a d d i t i o n ，t h er e a l i z a t i o no fp r o c e s sd e s i g nm o d u l e si sa n a l y z e di nd e t a i l ，a n df i n a l l y t h em e t h o do fr e a l i z a t i o no f t h i ss y s t e mi sd i s c u s s e d k e y w o r d s ：s t r u c t u r a lc o m p o n e n t s ，p d m ，c a p p , d a t a i n t e g r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得盒胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名 学位论文版权使用授权书 。肿年，月j 7 日 本学位论文作者完全了解盒8 b 王些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金 蟹王、业盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 签字日期：瑚午年岁月) 7 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期加4 年r 月垆 电话： 邮编： 致谢 本人在三年的硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中，自始至终得 到了我的导师刘志峰教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到收 集资料、论文成稿，都倾注了刘志峰老师的心血，由衷感谢刘志峰老师在学业 指导及各方面所给予我的关心以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操， 老师广博的学识、严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚，必 将使我终身受益，并激励我勇往直前。 同时，真诚感谢机械与汽车工程学院的全体老师，他们的教诲为本文的研 究提供了理论基础，并创造了许多必要条件和学习机会；感谢人事处的领导和 同仁们，在我课程学习和论文撰写期间，给予我的大力支持。 感谢所有的同学给予的帮助。 感谢班主任章昌时老师在这几年中给予我学习和生活上无微不至的关怀! 最后，我谨向将要在论文答辩中给予我帮助的老师表示深深的谢意! 憾象鹃 2 0 0 4 年5 月1 8 目 第一章绪论 c a d 、c a m 、c a e 等单元计算机应用技术的发展，已经给我们的时代打 上了深深的烙印。在过去几十年间，这些应用技术给制造业的所有应用领域带 来了巨大的变革。但计算机辅助技术的发展，同时也引发了“自动化孤岛”现 象的出现，即各种单项计算机应用如c a d 、c a m 等发展比较完善，在信息集 成方面却离真正意义上的集成制造系统有一段差距。c a p p 作为联结c a d 和 c a m 的桥梁，是现代集成制造系统( c i m s ) 的重要环节，c a p p 系统能否与 其他系统集成，从而做到信息共享，是c i m s 实施的关键所在。传统的c a p p 系统，将功能局限在工艺规程设计和工艺文件输出，缺乏统计等管理功能，集 成性不强。应用p d m 技术，可以为c a p p 提供具有强大管理控制功能的集成 化平台。开发基于p d m 的c a p p 系统作为企业实施信息化建设与管理的基础 之一，必将得到越来越快速地发展和广泛地应用。 1 1c a p p 概述 1 1 1c a p p 的研究背景及发展 传统工艺设计是由工艺师手工设计的，因此工艺文件的内容、质量以及编 制时间主要取决于工艺师的经验和熟练程度。这种状况不可避免会导致工艺文 件的多样性、设计时间长和质量不易得到保证等问题。手工编制工艺一般要经 过以下步骤：由工艺师按零件设计工艺过程，然后填写工艺卡、画工序图：校 核：誊写和描图；晒图装订成册等。这种逐件工艺设计工作不仅反复、繁琐， 而且抑制人的创造能力。随着计算机技术的快速发展，人们开始利用计算机作 为辅助工具进行工艺设计。 c a p p 即计算机辅助工艺设计，其研究开始于2 0 世纪6 0 年代。在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是美国国际计算机辅助制造公司c a m i 于1 9 7 6 年 推出的c a m i sa u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g 系统。c a p p 研究到了8 0 年 代开始受到工业界的重视，研究工作进展较快。 最初开发的c a p p 系统主要是检索式，即首先检索出适合一组相似零件的 标准工艺，然后通过编辑修改生成具体零件的工艺。随着计算机技术的发展， 成组技术和逻辑决策技术引入到c a p p ，开发出了许多以成组技术为基础的派 生式系统和混合式( 半生成) 系统。这类系统针对性强，只适用于特定的工厂， 有很大的局限性，系统的柔性也差。为了克服派生式c a p p 系统的缺点，创成 式c a p p 系统的研究受到了关注，即采用一定的逻辑算法，对输入的几何要素 等信息进行处理和确定加工因素，从而自动生成工艺规程。近年来，为了增加 c a p p 系统的智能化程度，人工智能技术在c a p p 系统中的应用日渐广泛，但 由于工艺领域的特殊性，专家系统目前尚不成熟。 1 1 2c a p p 基本原理及现状分析 c a p p 基本原理是将经过标准化或优化的工艺、或编制工艺的逻辑思想( 长 期以来工艺师们积累的知识和经验) ，通过c a p p 系统存入计算机。在计算机生 成工艺时，c a p p 软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族 的复合工艺和有关工序，经过删减和编辑( 派生方式) ，或按工艺决策逻辑进行 推理( 创成方式) 自动生成具体零件的工艺。 2 0 世纪9 0 年代以来，c a p p 的实用化问题引起了广泛的重视，以实现工艺 设计的计算机化为目标或强调c a p p 应用中计算机辅助作用的实用化c a p p 系 统成为新的主题。这些实用c a p p 系统大致可以分为以下两大类： 1 、基于w o r d e x c e l a u t o c a d 及其它图形系统的工艺卡片填写系统。这类 c a p p 系统以文档为核心，所生成的工艺文件以文本文件的形式存在，无法生成 工艺数据，更谈不上工艺数据的管理，因此，产品数据的准确性、一致性和工 艺信息集成等问题无法解决。 2 、基于结构化数据的c a p p 系统。从信息系统开发角度，分析产品工艺文 件中所涉及到的数据信息，建立结构化的数据模型，并以模型驱动进行工艺设 计。一些企业开发的专用c a p p 系统基本属于这类系统，这种系统大都采用通用 数据库管理系统进行开发，以面向对象分析与信息建模为基础，采用0 d b c 技术 来适应各类关系型数据库系统，并实现了模型驱动下的“所见即所得”工艺界 面。这类系统大多仍以文档为核心组织数据，因此数据结构化程度低，只能称 为基于半结构化数据的c a p p 系统。 可以看出，从企业应用的实际出发，c a p p 的发展正在逐步体现现代先进制 造思想，向工艺设计与工艺管理一体化的制造工艺信息系统发展。 通过对国内部分设计院、企业所做的调研，目前我国大部分企业对c a p p 系统的应用情况并不令人乐观。企业应用c a p p 系统的情况有如下几种： l 、大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，c a p p 的应用仍是空 白。 2 、部分企业在计算机技术和c a d 的应用较为普及以后，工艺设计成为企业 的薄弱环节。有些企业自己在w o r d 、e x c e l 或a u t o c a d 上绘制出工艺卡片的空 白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。这种设计方式所生成的工艺规程是 以文本文件范式的形式存在的，企业无法对工艺数据进行有效地管理。 3 、少部分企业已经充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的 c a p p 系统，但由于商品化c a p p 系统的局限性，因此c a p p 的应用也还不尽如人 意。 1 2 产品数据管理 1 2 1 产品数据管理的概念与发展过程 1 9 9 5 年2 月，c i m d a t a 总裁e dm i l l e r 对p d m 的定义为：p d m 是用来管 理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术。p d m 以产品为管理核 心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。p d m 继承并发展了c i m s 等 技术的核心思想，在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数 据和设计过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可 跟踪性。p d m 的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源共享。 p d m 的发展经历了几个阶段。最初，为了解决c a d 、c a m 等单元技术发 展而产生的“自动化孤岛”问题，2 0 世纪8 0 年代初，一些已经开展计算机工 程应用领域的公司开始自己着手寻找解决方案，由此产生了最初的p d m 系统。 八十年代后期，一些软件公司在发现用户对p d m 系统的需求后，推出了第一 代p d m 系统。其管理的对象大多是针对产品生命周期的“下游”过程，即从 产品设计发布开始，经过制造过程，一直到产品废弃为止。其主要过程管理能 力分为“发布管理”和“变更管理”两大类，功能局限于工程图纸的管理，解 决了大量工程图纸、技术文档以及c a d 文件的计算机管理问题。 自2 0 世纪9 0 年代以来，系统考虑产品生命周期成为研究的重点。对于整 个产品生命周期来说，多数的工程任务是在最初的产品设计概念发布，到产品 制造之间的阶段完成的。如何改进这一阶段工程任务的质量，加快设计进度， 对提高企业的市场竞争能力至关重要。结合并行工程的概念，一些公司开发了 第二代p d m 系统。第二代p d m 系统支持整个产品生命周期，从最初的产品设 计概念一直到产品废弃为止。同时，软件的开放性、集成能力大大提高。p d m 开始成为企业设计、工艺数据管理和流程管理的中心，是企业设计和工艺部门 的基础数据平台，各种c a x 技术，如c a d 、c a p p 、c a e 等通过p d m 进行集 成。第二代p d m 产品目前已得到广泛使用。 第三代p d m 是完全建立在i n t e m e t 平台、c o r b a 和j a v a 技术基础上的、 基于分布式结构，做到了与计算机软硬件平台无关和用户界面的统一，支持以 “标准企业职能”和“动态企业”思想为中心的新的企业信息分析方法。第三 代p d m 适应了信息时代广义企业异地协同开发、制造和管理产品的要求，是 目前p d m 技术研究的热点。 1 2 2 产品数据管理的应用现状 目前的p d m 系统功能有强有弱，各有其侧重点和适用面。但总体上看， p d m 必须提供五大功能，即数据和文档管理、过程和工作流管理、产品结构与 配置管理、零部件分类库管理和计划项目管理、支持并行工程。 1 、国外典型p d m 产品 ( 1 ) 美国u g 公司的i m a n 。i n f o r m a t i o nm a n a g e r ( i m a n ) 是u g 公司专 门为整个企业提供产品数据管理的p d m 产品。该系统由数据仓库与文档管理、 工作流程管理、产品结构管理、扫描图像管理和系统管理等部分组成，主要用 于管理产品整个生命周期内的全部信息，包括整个企业范围内所涉及的有关产 品信息的全部内容。它支持分布式的p d m 系统，数据采用主动发布的形式， 区分非共享型数据与共享数据。 ( 2 ) 美国s d r c 公司的m e t a p h a s e 。m e t a p h a s e 是一个企业级的p d m 系统。提供了基于w e b 的信息体系结构，支持多平台、多操作系统的异构网 络环境，是集成化、模块化的p d m 系统。 ( 3 ) 美国p t c 公司的w i n d c h i l l 。w i n d c h i l l 是一套集成应用软件， 用来管理产品和工序的整个生命周期。它充分利用i n t e m e t 和相关的信息技术， 为系统提供一种应用软件基础，从而保证能快速、高效地部署产品信息应用软 件。w i n d c h i l l 建立了一个跨企业的合作环境，用于重要产品和过程信息的 共享和可视化。 2 、国内p d m 的研究及应用现状 近几年来，国内p d m 的研究和开发发展迅速，国家8 6 3 计划c i m s 主题 已将p d m 作为软件产业的目标产品进行研究和开发，并相继在一些c i m s 试 点企业中推广和应用。 目前国内比较成熟的商品化p d m 系统主要包括：清华同方p d m 、开目 p d m 、南京同创公司的同创p d m 、中科院凯思公司的凯思p d m 等。 国内p d m 产品在企业的应用主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 产品数据与文档管理。采用数据库技术由用户根据需求提供工程信 息，将产品相关数据及文档按一定格式放入产品数据库，并进行管理。 ( 2 ) 零部件编码、分类管理。 ( 3 ) 产品结构管理。产品结构管理是p d m 系统实现产品结构化配置管理的 框架，是实现和管理与计算机辅助设计及生产管理系统的接口，同时为p d m 系统的产品配置和过程管理提供结构数据及相关支持文档。 ( 4 ) 过程管理。以电子流程管理手段替代原有的基于纸介质的工作驱动方 式。目前国内大部分p d m 产品都提供了简单的基于串行工作流程的管理方式 及工作流摆管理模块。 1 3 基于p d m 的c a p p 技术 p d m 技术发展至今，一般成熟的商用p d m 系统都具有数据仓库、文档管 理、工作流过程管理、产品结构与配置、应用程序封装与集成等主要功能。p d m 系统的强大功能为开发适应并行工程的c a p p 系统提供了有力的支持，主要体 4 现在以下几个方面： 1 、p d m 系统具有开放性。c a p p 系统可以利用p d m 开发工具透明地访问 各异构环境下的数据，既满足了c i m s 中复杂环境对开放性的要求，又减轻了 开发难度，缩短了开发周期。 2 、p d m 系统具有集成性。作为c i m s 信息集成平台，p d m 系统能够方便 地实现对各种应用程序的封装或集成，在不同层次上支持各种应用系统之间或 者应用系统与p d m 系统之间的信息交流，不仅能实现信息集成，还能实现功 能集成和过程集成。 3 、p d m 系统对企业用户组织和工作流程具有支持功能。利用p d m 的用 户组织功能可以组建和管理工艺设计人员小组，结合工作流程功能可以分配工 艺设计任务、协调工作进度，实现简单的项目管理，还可以支持组内工艺设计 结果的在线审批，从而严格工艺设计程序，及时反馈解决设计制造中的问题， 加快设计节奏，提高设计质量。 4 、p d m 系统对并行工程的支持。p d m 构建了一个满足并行工程各单元信 息交流需求的协作环境，通过并行化工作流程可以实现工艺人员之间、工艺人 员和其他部门人员之间的并行工作，唯一的共享数据仓库提供了信息预发布的 基础，从而能够对产品设计做出决策和工艺评价以及实现与其他系统之间的快 速信息交流。 由于p d m 系统所具有的上述功能特点，很多企业与研究机构将p d m 系统 作为企业实施c i m s 集成的框架平台。基于p d m 的c a p p 研究也已成为c a p p 研究领域的主流热点。 p d m 与c a p p 的集成主要有以下几种方式： 1 、应用封装( a e - - a p p l i c a t i o ne n c a p s u l a t i o n ) 应用封装式c a p p 系统仅作为封装在p d m 中的一个应用系统，工艺设计 信息以数据包的形式交给p d m 统一管理。p d m 可以对这些数据进行安全控制、 访问、审批和发布等。p d m 中管理的设计信息不能直接传递到c a p p 系统中。 这种集成方式是p d m 和c a p p 集成的初级方式。 2 、接口工具式 这种方式是在应用封装的基础上，将p d m 管理的设计信息，包括产品结 构信息、零部件属性等以接口的形式( 例如中性文件、a p i 接口函数等) 传递 给c a p p 系统。它达到了c a p p 从p d m 获取设计信息的目的，具备了数据集 成功能，一般用于已经成功开发运用c a p p 系统的企业。 3 、完全集成式 在这种方式下，c a p p 和c a d p d m 共享统一的产品信息模型，设计信息 和工艺信息集成在一起，能够实现互动修改。 1 , 4 本论文研究的主要内容 结构件作为产品或部件功能实现的结构框架和基础，一般由各类型钢加工 或组装焊接而成，工艺规程具有多样性，工序决策较为复杂。以往的c a p p 系 统一般多以回转体、箱体零件或某种结构类似的零部件作为研究对象，以普遍 结构件作为研究对象的c a p p 系统则较少。另外，结构件作为中小型机械制造 企业最主要自制件部分，其工艺信息管理也要求越来越高的自动化水平。因此， 以p d m 为平台，构建结构件c a p p 系统，是中小型机械制造企业进行信息化 建设的关键之一。 本文根据安徽叉车集团公司合肥运输机械厂产品工艺技术文件编制流程， 面向类似的中小型企业的实际应用需求，研究以p d m 软件系统基本框架为基 础，构建结构件c a p p 系统框架g y c a p p 系统，并探讨其实现方法，为中 小型企业实现信息化建设提供产品数据管理基础。 引入p d m 系统作为c a d c a p p c a m 的集成平台已经成为企业成功实施 信息化建设的关键所在。基于p d m 的c a p p 系统不但为产品工艺设计提供工 艺设计过程管理、并行工作环境、工艺信息管理，同时也能够为m r p i i 提供产 品信息数据源，成为企业成功实施c i m s 战略的不可或缺的重要环节。 本论文主要内容包括： l 、结构件工艺特点分析。根据结构件工艺特点，结合合肥运输机械厂工艺 设计流程，确定g y c a p p 系统的框架结构及系统功能模块组成。 2 、产品结构树技术。即用树状结构的根节点表示产品，用树枝节点和子节 点表示各种零部件，用连接线表示零部件的隶属关系，建立产品树状结构模型， 并以此实现产品结构管理及配置管理。 3 、基于p d m 的c a p p 系统数据交换与工艺文件存储。c a p p 系统从p d m 获取产品设计信息、产品结构信息、图形信息，同时，其生成的工艺文档数据 保存在p d m 中，并能够向m r pi i 、e r p 等下游管理软件输出数据。 4 、g y c a p p 系统工艺设计模块的实现。把结构件工艺归纳为三类，即零 件的备料成形工艺、焊接件组装工艺、焊接件焊接工艺，并根据各自工艺特点 分别采用派生、模板、创成三种方式实现工艺设计。 5 、基于p d m 的结构件c a p p 系统构成与开发。 6 第二章结构件工艺特点分析 本章针对安徽叉车集团公司合肥运输机械厂的企业现状，重点分析了结构 件的工艺特点及在结构件工艺设计中存在的一些问题，并结合该厂工艺设计流 程，提出以开发基于p d m 的结构件c a p p 系统( g y c a p p 系统) 来解决当前问题。 2 1 企业现状分析 合肥运输机械厂作为安徽叉车集团公司的核心企业，其叉车整机产量目前 己达1 0 0 0 余台，在未来3 年内将成为年产3 0 0 0 台叉车的集团公司主要叉车整 机生产基地之一，产品品种规格也将不断增加。另外，该厂还为集团公司提供 叉车挡货架、护顶架、叉车电控仪表总成等叉车配套部件，同时还有电动、手 动托盘叉车等辅助产品。随着市场竞争的愈加激烈，产品改进快，配置多的特 点越发突出。生产方式表现为明显的多品种、中小批量特点。这种特点决定了 生产的产品经常处于变化状态，因而也就要求为变化的产品制订出相应的工艺 规程，准备工艺装备。 图2 ，1 合肥运输机械厂工艺设计流程图 合肥运输机械厂工艺科是该厂的核心部门之一，主要从事产品材料明细表 编制，工艺规程设计、工装设计等，工作任务十分繁重。目前主要工作方式是 以纸介质产品设计图纸为依据，通过人工方式将产品所有零部件明细输入到 e x c e l 文件，进行产品材料明细表编制，同时制订各零部件加工的流转车间； 工艺设计人员根据产品材料明细表对零部件的流转车间编制各工种的零部件工 艺文件，工艺规程以w o r d 定制工艺卡片方式编制：任务分配及反馈意见等以 7 口头告知方式进行，其过程如图2 1 所示。现行设计方式的缺点十分明显：设 计效率低：同一零件的跨工种加工工序协调性差；工序图生成难度大；工艺信 息汇总工作量大。 鉴于以上制约企业进一步发展的不利因素及企业本身的特点，为了增强产 品的市场竞争力，提高生产效益和管理水平，尤其是工艺信息管理水平，开发 针对本企业的基于p d m 的实用型c a p p 系统来改善目前状况，已经成为该厂 的迫切需要。基于p d m 的c a p p 系统由于p d m 系统所具有的数据仓库、文档 管理、工作流过程管理、产品结构与配置、应用程序封装与集成等强大功能， 通过c a p p 与p d m 的功能集成、数据集成，能够很好的解决上述问题。同时， 通过与c a d 的集成，使产品设计图纸及设计资料得到组织与管理，并且能为 下一步实施m r p h 提供产品制造工艺信息。 2 2 结构件分类及工艺特点 2 2 1 结构件分类 根据企业中常用的产品分类方法，产品对象分为三大类：产品、部件、零 件。同时根据产品的制作属性，又可将其中的零部件分为外购件、外协件、自 制件、标准件。外购件是指由外单位成批生产的零部件，如齿轮、减速器等。 外协件是指由企业提供技术资料由外单位加工的零部件。自制件是指本单位加 工的零件。标准件是指国家标准中的零部件，如螺栓、轴承等。在企业中，工 艺规程设计的对象主要是自制件。目前大多数c a p p 系统主要是针对机加工零 件。而一般企业中，其自制件中结构件占有很大比重。为此，本文主要讨论的 是结构件的计算机辅助工艺设计。 结构件可以被定义为由钢板、角钢等各种型钢加工而成的具有联接、支撑、 固定等作用的零件或由若干零件组成的焊接件，它是产品或部件功能实现的结 构框架和基础。 结构件制造工艺按其工艺特点及组成可以概括分为三类： l 、零件的备料成形加工工艺，主要是对各类型钢如钢板、角钢、钢管等 进行下料、成形及孔、面的加工。根据型钢类别、下料方法等可以对其采用成 组原理进行分类成组，并以此为基础进行工艺设计工作。 2 、焊接件组装工艺，主要为通过使用( 或不使用) 特定的工艺装备 组装模把组成焊接件的各零件按照图纸尺寸摆放，并通过定位焊固定。不同的 焊接件的组成迥异，其工艺也不相同。但系列产品中相同功能部位的焊接件其 组成相似，工艺基本相同，只是尺寸略有不同而已。一般多采用柔性工装，组 装系列产品的焊接件。 3 、焊接件焊接工艺。对于一般企业的结构件焊接，由于结构件组成零件 绝大多数为低碳钢或低合金结构钢，其焊接方法相同，只是根据焊缝尺寸，其 焊接工艺参数有所不同，特殊情况一般多为中碳钢焊接、中碳钢与低碳钢焊接 等。工艺设计时，焊接方法判断明确，工艺参数选择有规律性。 2 2 2 结构件的工艺特点分析 对于单个零件而言，大多数情况下是作为焊接件的组成，与其它零件经过 焊接连成整体，从而在产品中起到联接、支撑、固定等作用，但有时也作为产 品中的独立零件同样起着联接、支撑、固定作用。由于企业车间划分方式的限 制，以及零件孔、面等特征加工精度的要求，往往单个零件需要在不同的车间 流转，造成加工工序跨车间，一个零件具有两张或多张工艺卡片的情况。 - 一 例 暑翟嚣 9 由于铆焊工艺卡片和金工工艺卡片分别装订，因此，要浏览该零件的完整 加工工艺必须同时调阅铆焊和金工两种工艺卡片。产品材料明细表虽然全面地 反映了零件的流转车间情况，但是却不能反映该零件的详细加工过程及工艺内 容。至于零件的加工工时汇总，则须对下料工时和钻孔工时分别统计后汇总得 到，这一点给企业进行生产管理与产品成本管理增加了很大的难度。 对于结构件中的焊接件，不但具有上述零件的问题，而且还涉及到零件上 的孔、面加工特征是先加工还是组装焊接后加工的问题，如图2 4 所示，油泵 支架正面相对于底面的垂直度要求以及中6 0 孑l 距底面的尺寸公差均要求应该 在组焊后整体加工予以保证，如果对单个零件如件1 ( 竖板) ，根据其零件图先 加工然后再焊则不能保证设计尺寸公差及形位公差的要求。其工艺路线为单个 零件下料、校正后转车架车间组装焊接，然后转金工车间加工。 幽24油泵支架( 4 c c 4 1 - 3 1 ) 图 这样各工种单独进行工艺编制时，就有可能产生工序冲突的现象。以油泵 支架为例，如果金工工艺员编制的工艺是件i 竖板首先加工好，铆焊工艺员则 按整体加工对各零件编制工艺，在交流、沟通时又有遗漏，则下发的工艺规程 就有了矛盾。由于现行的工艺编制方式是铆焊、金工工艺卡片分别编制，一个 零件的铆焊、金工工艺分别在两种卡片上，在校对、审核时也难以发现，这种 工艺规程冲突发生的可能性就变得较大。在以前的零件工艺编制中，己发生了 多次这种情况。相对于工艺方案决策的复杂性，该焊接件的加工工序却很简单， 即组装、焊接、校正、刨底平面、镗床加工垂直面及中6 0 孔。 由此可见，结构件一般加工工序不长，但工艺决策很复杂，必须根据图纸 1 0 设计要求具体问题具体分析，针对单个零件图纸进行工艺决策是不可行的。另 外同时还要考虑企业制造资源状况，同样的零部件在不同的制造资源状况下其 工艺方法也可能不同。 根据上述结构件工艺特点分析，可以看出，g y c a p p 系统在对焊接件中具 有孔、面加工特征的零件进行工艺设计时，不但要对工序顺序进行决策，还要 对孔、面特征是否加工进行决策。同时，一个焊接件制造的完整工艺，包括零 件备料工艺、焊接件组装工艺、焊接工艺以及焊接件的金加工工艺。因此， g y c a p p 系统应能够协调所有这些工艺设计过程，具有并行设计功能，满足铆 焊、金工工艺的并行设计要求。 对于企业来讲，工艺设计员对企业生产情况、制造资源往往比较了解，因 此，本文所提出的g y c a p p 系统，不过分强调工艺设计的自动生成功能，而是 以信息集成、工艺信息管理为主，争取建立一个集成的、管理型的工艺信息化 系统，以解决本章所提到的结构件工艺手工设计的一些不足。 第三章g y c a p p 系统框架结构 本章根据合肥运输机械厂的工艺文件设计流程，结合结构件的工艺特点， 提出了基于p d m 的结构件c a p p 系统( g y c a p p 系统) 的构架，并介绍了 g y c a p p 系统的特点、系统框架结构、软件功能模块的组成等。 3 1 系统设计要求 作为基于p d m 的结构件c a p p 系统，应满足以下要求： ( 1 ) 支持多种工艺设计方法。针对结构件工艺设计的不同特点，工艺设 计的要求和方法也有所区别，而不同工艺设计方法的适用对象又不同，因此本 系统提供了模板式、派生式、创成式三种工艺设计方法，由用户根据工艺设计 对象决定使用哪种方法。 ( 2 ) 模块化的软件结构。系统采用面向对象的设计方法，把各个功能相 对独立的实体设计成功能模块，通过功能模块的拼接和组装，实现c a p p 系统 的开发，这样可以缩短c a p p 系统的开发周期。 ( 3 ) 动态的工艺设计过程控制。通过对工艺设计过程建模，提供对工艺 设计过程的灵活控制。系统的控制方式采用任务驱动，设计任务的输入决定该 系统是否可以被激活，并允许同时有多个事件处于激活状态，因此，该c a p p 系统可以支持工艺设计过程的并发处理。 ( 4 ) 基于p d m 集成框架的统一信息模型的开发模式。该c a p p 系统中 的信息模型包括产品信息模型、工艺决策模型、制造资源模型、工艺设计过程 模型和组织信息模型。系统以p d m 作为集成框架，使得与工艺设计过程相关的 各种数据都建立和存储在p d m 的数据库中，使这些数据得到安全、有效管理。 ( 5 ) 适应企业动态制造资源的工艺设计。目前大部分c a p p 系统处理的 都是预先假定的静态的企业资源信息，而工艺设计过程应是一个基于动态的企 业制造资源的规划过程，因此制造资源建模是工艺设计的前提条件。 3 2 g y c a p p 系统的体系结构 p d m 系统中包含了产品结构信息、c a d 图档信息等产品设计信息，这些 信息都与c a p p 系统密切相关，特别是p d m 的编码系统为产品设计到工艺提 供了统一的编码标准，基于这种编码，可以使由设计图纸到工艺卡片的数据流 通更加顺畅。因此，基于p d m 的c a p p 系统能够适应企业规划的要求，工艺 人员可以实时地获得工艺设计所需要的设计信息，从而保证了数据的完整、统 一及流畅。 基于p d m 的c a p p 系统的体系结构如图3 1 所示。在该系统中将封装与 1 2 p d m 管理机制相似的项目管理和流程管理。在工艺任务进行二级分配之后，工 艺文件在编制、校对、会签、审核4 个工艺节点之间逐级递交，并可以双向流 动( 递交+ 返回) ，直至工艺文件入库。以p d m 为基础的c a p p 系统不再是一个 孤立的工艺设计模块系统，而是产品开发总环境下的一个有机组成。c a p p 与 其上游系统( c a d ) 和下游系统( c a m ) 有机地集成在一起，同时c a p p 的任务分 配以及流程管理也能够更好地控制工艺的编制过程和进度。基于p d m 的c a p p 系统允许应用c a p p 进行工艺设计时可以实时、便捷地查询这些总控信息，工 艺设计人员可以随时了解整个开发项目中自己及相关人员的进展情况，调整自 己的工作进度，促进了项目开发的协同性。 图3 1 基于p d m 的结构件c a p p 体系结构 根据系统体系结构，基于p d m 的结构件c a p p 系统应采用模块化程序结 构，通过下拉菜单的调用实现各种操作，各模块相对独立，自成体系，便于修 改和扩充。该系统主要由产品结构树管理模块、工艺资源管理模块、工艺设计 模块、工艺设计流程模块、工艺信息管理模块、b o m 生成模块、打印管理模 块等七大模块组成。系统功能结构图如图3 2 所示。 这些功能体现了合肥运输机械厂对于产品管理、工艺设计管理、工艺信息 管理的具体需求，满足了企业提升管理水平的愿望，并具有极大的实用性。 3 _ 3 系统主要模块介绍 一、产品结构树管理功能 通过新建功能建立产品项目，并通过添加、编辑、删除功能对产品或部件 中的零件按装配隶属关系组成产品结构树，以产品结构树为核心进行设计图档 的添加与管理、工艺文件的添加与管理，并能通过产品结构树对各零部件的设 计资料、工艺文件进行浏览、查询和修改。点击添加工艺规程命令则自动启动 工艺设计模块进行工艺设计；工艺查询、修改则不须启动工艺设计模块。可以 看出，这种设计方式和以往传统的c a p p 设计方式的不同：以面向产品的工艺 设计取代了传统的面向零件的工艺设计。 g y c a 斗 p p 系 统 l ，- - - - - _ j 图3 2g y c a p p 系统功能结构图 二、工艺资源管理功能 包括工艺设计规则、材料规则、机床设备等资源等，用于在工艺设计时向 工艺人员提供资源查询和辅助智能工艺决策等。由于采用了模块化设计，可以 方便的随着企业生产制造资源的变化而修改、扩充，提高了系统的适应性、灵 活性。 三、工艺设计功能 根据结构件的工艺特点，工艺设计模块提供三种工艺设计方式：零件的各 料成形加工由于多以型钢为主，工艺特征明显，易于编制复合工艺，主要采用 派生式工艺设计；焊接件的组装工艺设计采用模板式工艺设计方式，根据系列 产品同类型的焊接件或其它产品结构相似的焊接件工艺来编制新产品的工艺规 程。焊接件的焊接工艺则采用创成式工艺设计来完成，包括焊接方式的选择， 工艺参数的制订等。由于零件或焊接件经常涉及到金加工工序，零件工艺规程 的完整性又是本系统力求解决的问题，因此金加工工艺设计也必须考虑。根据 第二章的叙述，采用派生式或模板式设计均可完成结构件的金加工工艺设计。 四、工艺设计流程管理功能 包括工艺设计任务分配、工艺设计流程管理等功能。首先对产品结构树中 的零部件确定其流转车间，并由工艺主管制定其简明工艺过程，将这两项信息 挂在产品结构树上作为零部件信息保存在p d m 电子仓库中，零件流转车问信 息作为工艺设计任务依据。各工种工艺人员通过信息浏览确定自己所需编制的 详细工艺规程，同一零件各工种工艺规程合并后保存在p d m 中，加工所需的 工装模具则提交给工装模具组进行设计。审核、会签等工艺过程管理通过封装 的p d m 过程管理功能完成。 产品结构树 零件流转车间确定 图3 3g y c a p p 系统工艺设计流程图 g y c a p p 系统的工艺设计过程见图3 3 所示。由于零部件工艺规程以产品 结构树为组织核一t l , ，是各工种工艺规程的完整显示，和原来的工艺设计过程相 比，各工种工艺设计有了简明工艺规程作指导，且在统一的设计平台下并行设 计，信息共享，从而在工艺审核中容易发现工序冲突，解决了企业原工艺设计 方式所存在的问题。例如，对图2 4 的油泵支架进行工艺设计时，其流转车间 确定为车架一金工一装配，随后由工艺主管制定简明工艺规程：组装一定位焊 一焊接一校正一刨底平面一镗孔。流转车间相当于对铆焊、金工工艺员下达了 设计任务，简明工艺规程则为工艺设计提供了设计指导，铆焊、金工工艺员分 别按简明工艺规程在g y c a p p 工艺设计平台上同时对油泵支架进行工艺设计， 双方都可以看到对方的设计结果，因此可以很大程度上避免工序冲突问题。 五、工艺信息管理功能 用于对产品工时、工装模具等进行汇总统计与管理。工时汇总应具有分类 汇总功能，包括按车间汇总、按零件汇总、按设备汇总等。这神根据不同要求 进行不同种类的工时汇总在生产管理中是十分重要且必需的。例如，按设备汇 总工时可以直观地反映该设备的生产负荷状况，结合各产品的数量分析，可以 明确生产中的瓶颈问题。工装模具汇总则为工装模具管理提供依据，并通过与 工装模具库的比较，为新工装模具的设计进行任务分配与设计过程管理。 对于结构件而言，主要是工时汇总的问题。单个零件的工时汇总比较容易， 焊接件的工时汇总则比较复杂。以图2 4 油泵支架为例，该焊接件包括各组成 零件的备料工时、焊接件组装焊接工时以及焊接件金加工工时三部分，见表3 1 和3 2 。 表3 1 油泵支架零件备料工时表 零件名称工序l工时( 分钟)工序2工时( 分钟) 件l 竖板气割下料 1 0 去毛刺4 件2 底板气割下料 8去毛刺4 件3 筋板剪切下料 4 去毛刺 2 表3 ，2 油泵支架组焊、金加工工时表( 工时单位：分钟) 工序组装定位焊焊接去飞溅、校正刨底平面镗7 l l 工时8 81 262 02 4 原先的工艺设计方法在工时统计时，只有分别对各零件的备料工时、焊接 件的组焊、金加工工时进行人工统计、汇总。基于p d m 的c a p p 系统则可以 自动进行统计，由于有了产品结构树确定零部件隶属关系，通过程序可以对焊 接件子项遍历搜索，统计其子项工时，然后与焊接件组焊、加工工时进行汇总。 六、b o m 生成功能 在企业生产中，这是一个很重要且必须的功能。包括产品设计e b o m ( e n g i n e e r b i l l so f m a t e r i a l s ) 的生成，以完整、明白地显示整个产品结构，以及 根据视图映射生成的生产制造所需的m b o m ( m a n u f a c t u r eb i l l so f m a t e r i a l s ) ， 用于向生产管理提供数据信息。 实际上，企业所需的m b o m 分类还要细，各个车间都需要在该车间生产 制造的产品零部件清单，且要求各不相同，例如备料车间的备料清单，要求列 出自制件中的零件或焊接件组成零件的清单以及下道工序的送转车间，并按此 备料、送转；车架、结构车间需要所有焊接件清单，包括焊接件的组成零件情 况；装配车间则需要标准件清单、外购件清单、自制件清单，并按各清单领料、 验料，组织实施产品装配。 由于在第五章第四节所叙述的合肥运输机械厂材料明细表中对制造属性 ( 自制、外购) 、零件类别( 部件、零件、标准件、焊接件) 以及流转车间都进 行了详细的规定，而这些信息全部保存在p d m 中，通过对制造属性、零件类 别、流转车间进行筛选，可以很方便地得到不同类型、不同需求的m b o m ，从 而满足企业的管理需求。 七、打印管理功能 用于把工艺规程以工艺卡片的形式通过打印机或绘图仪打印出来，形成纸 上工艺文件，供生产现场使用。另外，也可以把工艺信息管理模块的工时、工