（机械制造及其自动化专业论文）协同工艺设计与管理技术研究与实现.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘要 摘要 工艺设计是一个需要多用户协同工作的过程， 但目 前研究开发的c a p p 系统 大多数没有考虑工艺设计中的协同因素， 缺乏对协同工作的组织、 控制和协调。 协同工作通常采用手工方式开展， 存在诸多不足。为此，本文研究了计算机支 持的协同工艺设计与管理模式以 及实现协同的关键技术。 ( 1 ) 分析企业工艺设计的过程和其中 存在的协同工作， 从建立协同工艺设 计环境的角度出发，划分了 协同信息流通的层次和协同数据的种类。 ( 2 ) 在分析信息系统结构的基础上， 结合协同设计、 管理和系统整体需求， 提出了基于中间件的多层分布式协同工艺设计与管理系统体系结构。 ( 3 ) 讨论了面向协同的工艺过程控制、 人员组织、 制造资源管理以及冲突 消解技术，提出了基于协同原则的工艺过程建模方法、动态的人员组织方式及 混合式冲突消解模型。 ( 4 ) 结合p d m技术建立了协同工作平台，论述了 基于p d m实现协同工 艺设计过程管理、人员管理和工艺数据管理的具体方式。 在某企业的实际项目中，利用本文提出的协同工艺设计与管理方法， 对企 业人员管理和设计流程进行改造，有效地实现了 工艺设计过程协同并行开展， 提高了工艺设计效率，满足了该企业对产品快速研制的需求。 关键词:协同工艺设计与管理，多层分布式系统，过程管理，动态人员管理， p dm 西北t业大学硕十学位论文 ab s t r a c t p r o c e s s p l a n n i n g d e m a n d s m u l t i - u s e r t o w o r k i n c o o r d i n a t i o n . h o w e v e r , m o s t c a p p s y s t e m s p r e s e n t l y a p p l i e d i n c o m p a n y i s w i t h l i tt l e v i e w t o c o o p e r a t i o n a n d l a c k o f o r g a n i z i n g , h a r m o n i z i n g a n d c o n t r o l l i n g t h e a c t i v i t y o f p r o c e s s p l a n n i n g , s o t h e c o l l a b o r a t iv e w o r k i s c o m p l e t e d n o t i n c o m p u t e r b u t b y h a n d s , t h a t b r i n g s f o r w a r d m a n y d e f i c i e n c i e s . t o m a k e c o l l a b o r a t i v e w o r k b e s u s t a in e d i n c a p p s y s t e m b y c o m p u t e r , t h e p a p e r re s e a r c h e d t h e c o l l a b o r a t i v e p r o c e s s p l a n n in g a n d k e y r e a l i z a t i o n t e c h n i q u e s . f i r s t , t o b u i l d u p a c o l l a b o r a t i v e w o r k e n v i r o n m e n t , a n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i c a n d c o l l a b o r a t i v e w o r k i n p r o c e s s p l a n n i n g . s e c o n d , ma n a g e me n t c o l l a b o r a t i v e s t u d i e d t h e r e q u i r e m e n to f a n d a c t u a l i t y o f i n f o r m a t i o n c o o p e r a t i v e s y s t e m, p r o c e s s p l a n n i n g s y s t e m fr a m e w o r k p r o c e s s p l a n n in g a n d a d i s t r i b u t e d mu l t i - t i e r b ase d o n mi d d l e - wa r e t e c h n o l o g i e s w as p r e s e n t e d t h i r d , d i s c u s s e d i n t h e fr a m e w o r k t h e p r o c e d u r e c o n t r o l l i n g , d y n a m i c p e r s o n n e l o r g a n i z a t i o n 、m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e m a n a g e m e n t 、c o n fl i c t s re s o l u t i o n a n d p r e s e n t e d s e p a r a t e l y t h e r e a l iz a t i o n m e t h o d . f o u r t h , w i t h p d m e s t a b l i s h e d a c o o p e r a t i v e w o r k p l a t f o r m f o r p r o c e s s p l a n n in g , p r o p o s e d t h e r e a l i z a t i o n o f m a n a g e m e n t o f t h e c o u r s e o f p r o c e s s p l a n n i n g , p e r s o n n e l , p r o c e s s d a t a . c o l l a b o r a t i v e w o r k t e c h n o l o g y i s u s e d i n t h e p r o j e c t t o i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o f p r o c e s s p l a n n i n g a n d m a n a g e m e n t , i t i s i n d i c a t e d b y p r a c t i c e t h a t it c a r r i e s t h e c o l l a b o r a t i v e w o r k i n t o e f f e c t a n d f u l f i l l s t h e r e q u i r e m e n t s o f f a s t p r o d u c t d e v e l o p m e n t . k e y w o r d s : c o l l a b o r a t i v e p r o c e s s p l a n n i n g a n d m a n a g e m e n t d i s t r i b u t e d m u l t i - t i e r s y s t e m c o u r s e c o n t r o l l i n g d y n a m ic p e r s o n n e l o r g a n i z i n g , p r o d u c t d a t a ma n a g e m e n t 西北丁业大学硕十 学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 c a p p 技术发展概况与趋势 目前国内外对c a p p 的深入研究已经进行了3 0 多年，许多大学、科研机构 以及企业推出了多种实现其研究成果的c a p p软件， 国外的有日 本日 立制作所的 h t m t c s 工艺设计系统、 美国的m 印l a n 系统、 国际机械制造研究会c i r p 的c a p p 系统等， 国内的有西北工业大学c a p p 研究所c a p p f r a m e w o r k 、 华中理工开目c a p p 等。 我国c a p p 系统的发展， 经历如下两个阶段 . 21 第一阶段是从二十世纪八十年代初到九十年代初，目 标以 解决自 动工艺设 计问 题的c a p p 系统。 工艺过程设计是一个典型的复杂的逻辑加经验的推理过程。 因此在相当长时间内，人工智能和专家系统技术应用于工艺设计的自 动化成为 c a p p 的主流方向， 开发t一些派生式( v a r i a n t ) 、 创成式( g e n e r a t i v e ) 以 及综合 式( h y b r i d ) 的c a p p 系统。 此时的 研究工作着重强调工艺决策的自 动化， 目 标是 能够使系统自 动或半自 动编制工艺规程。 虽然在此阶段产生了许多令人瞩目 的 研究成果， 但是很难形成能够自 动进行工艺设计的实用化、通用化系统。 第二阶段是从二十世纪九十年代初到现在， 一方面从服务客户的角度出发， 帮助他们解决了工艺设计过程中事务性的、 繁琐的实际工作， 例如资源的查找， 数据的计算和汇总等， 这在c a p p 的商品化和实用化上迈出了 一大步; 另一方面， 随着网络化、协同、并行工程等先进制造技术的涌现，c a p p 不仅仅局限在一些 低层次的管理性功能中， 它在更高 层次上实现设计与管理的智能化， 不少专家 和学者提出了 新型的c a p p 系统， 如敏捷企业智能工艺信息系统ij 、 面向p l m 的 网 络协同 工艺设 计a l 、 工艺工 作流控制与 管理等 等。 在此基础上实 现或部分实 现 了与c a d , e r p , m i s 等的 集成。 c a p p 不再仅仅是工艺设计， 而是涉及到规划、 分工、设计、 管理、 集成等全方位的面向 整个产品全生命周期的工艺活动过程 的现代工艺信息管理。 具体来说，随着现代制造技术发展和对高端市场的延伸， 对现代工艺信息 系统的功能、体系结构乃至实现技术等方面都提出了 新的需 求，一些新的技术 难点巫待解决。目 前，国内 外在c a p p 技术研究方面主要有以下几种趋势: ( 1 ) c a p p 的集成化 集成包括c a d / c a p p / c a m 的集成以 及c 工 m s 环境下c a p p 系统与其它分系统如 e r p 系统的集成。 集成技术虽然研究了多年， 但一直没有达到实用化程度。 目泌， 西北丁业大学硕十 学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 c a p p 技术发展概况与趋势 目前国内外对c a p p 的深入研究已经进行了3 0 多年，许多大学、科研机构 以及企业推出了多种实现其研究成果的c a p p软件， 国外的有日 本日 立制作所的 h t m t c s 工艺设计系统、 美国的m 印l a n 系统、 国际机械制造研究会c i r p 的c a p p 系统等， 国内的有西北工业大学c a p p 研究所c a p p f r a m e w o r k 、 华中理工开目c a p p 等。 我国c a p p 系统的发展， 经历如下两个阶段 . 21 第一阶段是从二十世纪八十年代初到九十年代初，目 标以 解决自 动工艺设 计问 题的c a p p 系统。 工艺过程设计是一个典型的复杂的逻辑加经验的推理过程。 因此在相当长时间内，人工智能和专家系统技术应用于工艺设计的自 动化成为 c a p p 的主流方向， 开发t一些派生式( v a r i a n t ) 、 创成式( g e n e r a t i v e ) 以 及综合 式( h y b r i d ) 的c a p p 系统。 此时的 研究工作着重强调工艺决策的自 动化， 目 标是 能够使系统自 动或半自 动编制工艺规程。 虽然在此阶段产生了许多令人瞩目 的 研究成果， 但是很难形成能够自 动进行工艺设计的实用化、通用化系统。 第二阶段是从二十世纪九十年代初到现在， 一方面从服务客户的角度出发， 帮助他们解决了工艺设计过程中事务性的、 繁琐的实际工作， 例如资源的查找， 数据的计算和汇总等， 这在c a p p 的商品化和实用化上迈出了 一大步; 另一方面， 随着网络化、协同、并行工程等先进制造技术的涌现，c a p p 不仅仅局限在一些 低层次的管理性功能中， 它在更高 层次上实现设计与管理的智能化， 不少专家 和学者提出了 新型的c a p p 系统， 如敏捷企业智能工艺信息系统ij 、 面向p l m 的 网 络协同 工艺设 计a l 、 工艺工 作流控制与 管理等 等。 在此基础上实 现或部分实 现 了与c a d , e r p , m i s 等的 集成。 c a p p 不再仅仅是工艺设计， 而是涉及到规划、 分工、设计、 管理、 集成等全方位的面向 整个产品全生命周期的工艺活动过程 的现代工艺信息管理。 具体来说，随着现代制造技术发展和对高端市场的延伸， 对现代工艺信息 系统的功能、体系结构乃至实现技术等方面都提出了 新的需 求，一些新的技术 难点巫待解决。目 前，国内 外在c a p p 技术研究方面主要有以下几种趋势: ( 1 ) c a p p 的集成化 集成包括c a d / c a p p / c a m 的集成以 及c 工 m s 环境下c a p p 系统与其它分系统如 e r p 系统的集成。 集成技术虽然研究了多年， 但一直没有达到实用化程度。 目泌， 西北丁业大学硕 卜 学位论义 第一章 绪论 该研究方向主要集中于c a d / c a p p / c a m 集成和基于p d m 的c a p p . ( 2 ) c a p p 的协同化 目 前的主要研究内容是基于p d m 系统的并行c a p p 、基于计算机支持的协同 z作 ( c o m p u t e r s u p p o r t e d c o o p e r a t i v e w o r k , c s c w )环境的协同c a p p . c s c w 即为在计算机技术支持的环境下，特别是在计算机网络环境下，一个群体协同 工作完成某项共同的工艺任务。研究的重点主要集中在对协同工艺编制支持方 面， 缺少对协同工艺设计与管理的全方位支持。 ( 3 ) c a p p 的网络化 随着分布式计算技术、i n t e r n e t 和w e b 技术的发展， c a p p 的网络化成为一 个重要研究方向。在网络化制造环境下的工艺信息系统必须面向复杂多变的应 用环境，因此它必须是一个具有基于知识的分布式网络化协同工艺设计与管理 系统。通过各种先进的软件技术，如 x m l , j 2 e e等，能够在网络上建立企业工 艺信息应用模型，从而实现工艺信息系统的快速构建与实施。研究方向主要集 中 在，基于网络的工艺信息集成， b / s 模式的c a p p 口 ( 4 ) c a p p 的分布化 分布式c a p p 又可分为纵向分布式和横向分布式。纵向分布式是指c a p p 系 统按工艺设计工作的层次性运行于工厂的不同部门。横向分布式是指一个综合 式系统，即多工种综合式c a p p 系统， 分别在相应部门应用相应的c a p p 系统进 行不同种类的工艺设计。 ( 5 ) c a p p 的可重构化 可重构技术是近年来c a p p 技术研究的新方向之一。可重构c a p p 技术的实 现依赖于模块化和组件化技术的实践， 在功能模块划分上有动静态化划分法、 面向流程划分法、 面向 对象划分法等许多方法， 必须指出的是划分方法对于c a p p 可重构性有着至关重要的作用。 1 . 2 工艺设计特点及企业在协同工作方面存在的问题 工艺是连接设计与制造的桥梁，产品工艺设计工作由新产品开发阶段的调 研设计工艺开始，贯穿于产品制造的全过程，具有以 下特点。 ( i )工艺设计的协同性.一个产品的工艺设计往往不是个人能够完成的， 需要各专业工艺设计人员进行协同设计。此外，为了使设计出的工艺文件符合 实际的加工条件，工艺人员需要与设计、生产、设备管理、计划调度、物资等 部门交流。 ( 2 ) 工艺设计的经验性。 工艺设计中所用到的一些经验知识主要依据工艺 西北丁业大学硕 卜 学位论义 第一章 绪论 该研究方向主要集中于c a d / c a p p / c a m 集成和基于p d m 的c a p p . ( 2 ) c a p p 的协同化 目 前的主要研究内容是基于p d m 系统的并行c a p p 、基于计算机支持的协同 z作 ( c o m p u t e r s u p p o r t e d c o o p e r a t i v e w o r k , c s c w )环境的协同c a p p . c s c w 即为在计算机技术支持的环境下，特别是在计算机网络环境下，一个群体协同 工作完成某项共同的工艺任务。研究的重点主要集中在对协同工艺编制支持方 面， 缺少对协同工艺设计与管理的全方位支持。 ( 3 ) c a p p 的网络化 随着分布式计算技术、i n t e r n e t 和w e b 技术的发展， c a p p 的网络化成为一 个重要研究方向。在网络化制造环境下的工艺信息系统必须面向复杂多变的应 用环境，因此它必须是一个具有基于知识的分布式网络化协同工艺设计与管理 系统。通过各种先进的软件技术，如 x m l , j 2 e e等，能够在网络上建立企业工 艺信息应用模型，从而实现工艺信息系统的快速构建与实施。研究方向主要集 中 在，基于网络的工艺信息集成， b / s 模式的c a p p 口 ( 4 ) c a p p 的分布化 分布式c a p p 又可分为纵向分布式和横向分布式。纵向分布式是指c a p p 系 统按工艺设计工作的层次性运行于工厂的不同部门。横向分布式是指一个综合 式系统，即多工种综合式c a p p 系统， 分别在相应部门应用相应的c a p p 系统进 行不同种类的工艺设计。 ( 5 ) c a p p 的可重构化 可重构技术是近年来c a p p 技术研究的新方向之一。可重构c a p p 技术的实 现依赖于模块化和组件化技术的实践， 在功能模块划分上有动静态化划分法、 面向流程划分法、 面向 对象划分法等许多方法， 必须指出的是划分方法对于c a p p 可重构性有着至关重要的作用。 1 . 2 工艺设计特点及企业在协同工作方面存在的问题 工艺是连接设计与制造的桥梁，产品工艺设计工作由新产品开发阶段的调 研设计工艺开始，贯穿于产品制造的全过程，具有以 下特点。 ( i )工艺设计的协同性.一个产品的工艺设计往往不是个人能够完成的， 需要各专业工艺设计人员进行协同设计。此外，为了使设计出的工艺文件符合 实际的加工条件，工艺人员需要与设计、生产、设备管理、计划调度、物资等 部门交流。 ( 2 ) 工艺设计的经验性。 工艺设计中所用到的一些经验知识主要依据工艺 西北_ 业大学硕 l 学位论文 第一章 绪论 员在生产实践中不断摸索获得的。有些经验知识可以通过图表、公式等形势表 达出来，供设计人员参考，但大部分经验知识无法用数学模型表达，而是保存 在设计人员头脑中。 ( 3 )工艺设计的多解性。工艺设计是 “ 单输入、多输出”问题，而且设计 任务具有多层次、多目标性。不同的生产条件下，不同的工艺设计人员对同一 零件可设计出多种方案。 ( 4 ) 工艺设计的复杂性。 工艺设计是一个复杂的过程， 要综合考虑原材料、 设备、工装、人员、物流、生产条件等各方面信息，不同的条件下产生的工艺 方案存在很大差异。 工艺设计是一个复杂、多解的问 题，并对经验有很强的依赖。在工艺设计 过程中协同工作是广泛存在的，协同在工艺设计中占有重要地位。要很好的完 成工艺设计， 就需要工艺设计人员与产品的设计人员、 相关工艺员，以及生产、 设备管理、计划调度、物资等部门进行协同工作，需要与他们进行协同交流。 然而，目 前研究开发的c a r p 系统大多数没有考虑工艺设计中的协同因素， 缺乏对协同工作的组织、控制和协调。导致企业中缺乏计算机支持的协同工作 环境，相应协同工作的开展基本都是采用传统的方式。例如，当工艺设计人员 发现产品设计不符合工艺性审查而需要修改时，往往采用电话联系或当面交流 的形式。利用传统方式开展协同工作存在诸多不足。 ( 1 ) 在传统方式下， 不论是通过电话还是当面交流都是人和人间的直接交 互，在时间和空间上都会受到限制，可能造成协同交流过程不通畅。在实际工 艺设计中， 正是因为这个原因工艺人员对于诸如加工设备、 工装夹具等的选择， 往往根据经验进行选取，这就很难保证工艺文件的实时性。 ( 2 ) 工艺设计人员缺乏协同的思想。 协同工作的开展是被动的。由于缺乏 有效的协同途径或工具， 工艺设计人员并不主动的与相关部门或人员进行协同， 只有协同工作无法避免时才被动进行。 ( 3 ) 缺乏协同的工艺管理。 为了有效的开展协同工作， 工艺设计过程控制、 人员的组织管理以及工艺文件版本管理等都要充分考虑协同的需求，但现在这 些方面的管理工作并没有考虑协同的因素。 1 . 3协同工艺设计与管理技术研究现状 目 前，网络及数据库技术也都已经发展的比较成熟，此外计算机支持的协 同工作被广泛研究， 并取得了一些实用化的成果， 在协同设计领域有广泛应用。 以上技术为协同工艺设计的具体实现提供了技术基础。在企业需求变化和相关 西北_ 业大学硕 l 学位论文 第一章 绪论 员在生产实践中不断摸索获得的。有些经验知识可以通过图表、公式等形势表 达出来，供设计人员参考，但大部分经验知识无法用数学模型表达，而是保存 在设计人员头脑中。 ( 3 )工艺设计的多解性。工艺设计是 “ 单输入、多输出”问题，而且设计 任务具有多层次、多目标性。不同的生产条件下，不同的工艺设计人员对同一 零件可设计出多种方案。 ( 4 ) 工艺设计的复杂性。 工艺设计是一个复杂的过程， 要综合考虑原材料、 设备、工装、人员、物流、生产条件等各方面信息，不同的条件下产生的工艺 方案存在很大差异。 工艺设计是一个复杂、多解的问 题，并对经验有很强的依赖。在工艺设计 过程中协同工作是广泛存在的，协同在工艺设计中占有重要地位。要很好的完 成工艺设计， 就需要工艺设计人员与产品的设计人员、 相关工艺员，以及生产、 设备管理、计划调度、物资等部门进行协同工作，需要与他们进行协同交流。 然而，目 前研究开发的c a r p 系统大多数没有考虑工艺设计中的协同因素， 缺乏对协同工作的组织、控制和协调。导致企业中缺乏计算机支持的协同工作 环境，相应协同工作的开展基本都是采用传统的方式。例如，当工艺设计人员 发现产品设计不符合工艺性审查而需要修改时，往往采用电话联系或当面交流 的形式。利用传统方式开展协同工作存在诸多不足。 ( 1 ) 在传统方式下， 不论是通过电话还是当面交流都是人和人间的直接交 互，在时间和空间上都会受到限制，可能造成协同交流过程不通畅。在实际工 艺设计中， 正是因为这个原因工艺人员对于诸如加工设备、 工装夹具等的选择， 往往根据经验进行选取，这就很难保证工艺文件的实时性。 ( 2 ) 工艺设计人员缺乏协同的思想。 协同工作的开展是被动的。由于缺乏 有效的协同途径或工具， 工艺设计人员并不主动的与相关部门或人员进行协同， 只有协同工作无法避免时才被动进行。 ( 3 ) 缺乏协同的工艺管理。 为了有效的开展协同工作， 工艺设计过程控制、 人员的组织管理以及工艺文件版本管理等都要充分考虑协同的需求，但现在这 些方面的管理工作并没有考虑协同的因素。 1 . 3协同工艺设计与管理技术研究现状 目 前，网络及数据库技术也都已经发展的比较成熟，此外计算机支持的协 同工作被广泛研究， 并取得了一些实用化的成果， 在协同设计领域有广泛应用。 以上技术为协同工艺设计的具体实现提供了技术基础。在企业需求变化和相关 西北工业大学硕士学位论文 第一散 绪论 技术成熟的共同促进下，近几年来己经有学者对协同工艺设计进行研究，研究 内容存在以下特点: ( 1 )就应用范围来讲，目前研究的协同c a p p系统大多是针对网络化制造 以 及敏捷制造的应用背景。 研究的重点在于联盟企业间的各工艺系统间的协同， 以 及制造资 源的动 态组织， 例如朱 松青川 对敏 捷制 造环境下的工艺 模型的 统一、 制造资源的动态重组和优化配置、远程工艺设计、以即的重构等方面进行了研 究。 而对面向企业工艺设计过程的协同c a p p 系统的研究较少， 为了实现企业的 设计、 工艺、 生产、 物资、 设备管理、 计划调度部门间的交流与沟通， 张为民 6 设计了一个基于协作的动态c a p p 系统原型， 用工作流系统将工艺设计活动进行 集成，实现相关事务的触发等。 ( 2 ) 现有研究建立的协同工艺系统体系结构，基本可分为三种:基于b / s 的协同c a p p 系统三层结构 ( 即客户端、中间 件、 服务器模式) 、分布式的协同 工艺设计系统结构和基于工作流的集成框架结构。 应用于敏捷制造、 企业联盟、 虚拟制造等环境下的c a p p 系统， 一般采用前者， 后两者一般用于并行工程下的 产品开发和制造全过程间的技术交流。这些结构对协同的支持主要通过三方面 实现，即通过网络通信技术实现对网络数据库的访问， 通过分布式系统实现互 连性和互操作性，通过工作流系统控制协同工作流程。以上几种结构都对协同 工作的整体方面缺乏控制，对实时群体交互缺乏支持，对多媒体等复杂信息的 交流缺乏支持。 而c s c w 研究的重点正是以上几个方面， 但是基于c s c w 平台的 协同工艺设计系统结构研究，目 前还没有听到报道。 如何利用c s c w 的思想， 构 建基于协同平台的工艺设计系统，是协同工艺设计研究的一个重要方向。 ( 3 ) 协同技术方面， 主要包括:协同工艺设计的过程控制、协同 工艺编制 的同步控制、产品工艺设计的信息和知识的交换和共享，制造资源的管理以及 制造资源的优化配置以及工艺的协同 规划等。提出了 基于工作流的工艺设计过 程管理、 基于消息的复制式规程同步和数据库多粒度加锁的并发控制、 基于w e b s e r v i c e 技术的信息和知识的交换和共享以 及基于操作的工艺设计导 航14 - 3 等方 法实现相关的协同工艺设计技术。 1 . 4研究内容及意义 在工业生产中， 工艺设计是连接设计与制造的纽带， 起到承上启下的作用。 在进行工艺设计过程中，工艺人员要充分考虑产品设计的工艺合理性、 车间生 产的人力情况、设备工装等制造资源的合理选择以及如何利用己 有的工艺知识 西北工业大学硕士学位论文 第一散 绪论 技术成熟的共同促进下，近几年来己经有学者对协同工艺设计进行研究，研究 内容存在以下特点: ( 1 )就应用范围来讲，目前研究的协同c a p p系统大多是针对网络化制造 以 及敏捷制造的应用背景。 研究的重点在于联盟企业间的各工艺系统间的协同， 以 及制造资 源的动 态组织， 例如朱 松青川 对敏 捷制 造环境下的工艺 模型的 统一、 制造资源的动态重组和优化配置、远程工艺设计、以即的重构等方面进行了研 究。 而对面向企业工艺设计过程的协同c a p p 系统的研究较少， 为了实现企业的 设计、 工艺、 生产、 物资、 设备管理、 计划调度部门间的交流与沟通， 张为民 6 设计了一个基于协作的动态c a p p 系统原型， 用工作流系统将工艺设计活动进行 集成，实现相关事务的触发等。 ( 2 ) 现有研究建立的协同工艺系统体系结构，基本可分为三种:基于b / s 的协同c a p p 系统三层结构 ( 即客户端、中间 件、 服务器模式) 、分布式的协同 工艺设计系统结构和基于工作流的集成框架结构。 应用于敏捷制造、 企业联盟、 虚拟制造等环境下的c a p p 系统， 一般采用前者， 后两者一般用于并行工程下的 产品开发和制造全过程间的技术交流。这些结构对协同的支持主要通过三方面 实现，即通过网络通信技术实现对网络数据库的访问， 通过分布式系统实现互 连性和互操作性，通过工作流系统控制协同工作流程。以上几种结构都对协同 工作的整体方面缺乏控制，对实时群体交互缺乏支持，对多媒体等复杂信息的 交流缺乏支持。 而c s c w 研究的重点正是以上几个方面， 但是基于c s c w 平台的 协同工艺设计系统结构研究，目 前还没有听到报道。 如何利用c s c w 的思想， 构 建基于协同平台的工艺设计系统，是协同工艺设计研究的一个重要方向。 ( 3 ) 协同技术方面， 主要包括:协同工艺设计的过程控制、协同 工艺编制 的同步控制、产品工艺设计的信息和知识的交换和共享，制造资源的管理以及 制造资源的优化配置以及工艺的协同 规划等。提出了 基于工作流的工艺设计过 程管理、 基于消息的复制式规程同步和数据库多粒度加锁的并发控制、 基于w e b s e r v i c e 技术的信息和知识的交换和共享以 及基于操作的工艺设计导 航14 - 3 等方 法实现相关的协同工艺设计技术。 1 . 4研究内容及意义 在工业生产中， 工艺设计是连接设计与制造的纽带， 起到承上启下的作用。 在进行工艺设计过程中，工艺人员要充分考虑产品设计的工艺合理性、 车间生 产的人力情况、设备工装等制造资源的合理选择以及如何利用己 有的工艺知识 巫坚望主赳吐望些生一一一一. _第 一 章绪 论 等，这需要工艺人员之间、工艺人员与设计、生产、物资等部门间进行充分的 交流与协调。通过对协同工艺设计与管理的研究，有效的实现工艺设计中的协 同工作，可以提高工艺设计过程的合理性，实现工艺设计过程的优化，有利于 制造资源的合理利用，合理调度车间生产，对整个产品的生产和制造过程的周 期和质量具有决定性的影响。 本文将研究协同工艺设计与管理中以下几方面内容: 1 .协同工艺设计与管理工作分析 在工艺设计过程中，协同工作涉及多个部门，与各个部门协同的目 的不尽 相同，协同交流的内容也存在差异。因此， 对协同工艺设计与管理工作进行分 析，总结其中的规律，是建立工艺设计与管理的协同工作环境的基础。本文将 分析工艺设计过程中的协同工作、 协同信息流， 明确协同工艺设计与管理对c a p p 系统的需求。 2 .协同工艺设计与管理中关键技术 为了有效实现工艺设计与管理中的协同工作，需要相关技术的支持。主要 包括工艺设计过程控制、人员组织、制造资源管理和冲突消解。在传统的工艺 设计中，对这些技术有了很成熟的研究，但是所有的研究都没有考虑协同的因 素， 本文以支持协同工作为目 的，研究了这些技术的实现方法。 3 .基于p d m 的协同工艺设计与管理 p d m 是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。 它 提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一 个并行化的协作环境。 本文将研究如何利用p d m系统现有的电 子仓库和文档管 理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、电子协作、集 成工具等功能实现对协同工艺设计与管理工作的支持。 1 . 5研究背景 自2 0 0 3 年起，作者在导师指导下开始参加c a p p 相关技术的研究工作以及 制造业工艺信息化的实践工作， 参与了 某企业c a p p 集成系统项目 的开发实施工 作，负责系统的工艺信息建模，资源库、典型工艺建立方案提供，系统实施培 训， 深层需求调研，并负责部分功能编码实现和系统测试。 在实际项目的开发与实施过程中，作者了 解到在企业工艺设计过程中存在 着大量的协同工作，同时也认识到现有工艺信息系统不能提供对这方面工作的 巫坚望主赳吐望些生一一一一. _第 一 章绪 论 等，这需要工艺人员之间、工艺人员与设计、生产、物资等部门间进行充分的 交流与协调。通过对协同工艺设计与管理的研究，有效的实现工艺设计中的协 同工作，可以提高工艺设计过程的合理性，实现工艺设计过程的优化，有利于 制造资源的合理利用，合理调度车间生产，对整个产品的生产和制造过程的周 期和质量具有决定性的影响。 本文将研究协同工艺设计与管理中以下几方面内容: 1 .协同工艺设计与管理工作分析 在工艺设计过程中，协同工作涉及多个部门，与各个部门协同的目 的不尽 相同，协同交流的内容也存在差异。因此， 对协同工艺设计与管理工作进行分 析，总结其中的规律，是建立工艺设计与管理的协同工作环境的基础。本文将 分析工艺设计过程中的协同工作、 协同信息流， 明确协同工艺设计与管理对c a p p 系统的需求。 2 .协同工艺设计与管理中关键技术 为了有效实现工艺设计与管理中的协同工作，需要相关技术的支持。主要 包括工艺设计过程控制、人员组织、制造资源管理和冲突消解。在传统的工艺 设计中，对这些技术有了很成熟的研究，但是所有的研究都没有考虑协同的因 素， 本文以支持协同工作为目 的，研究了这些技术的实现方法。 3 .基于p d m 的协同工艺设计与管理 p d m 是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。 它 提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一 个并行化的协作环境。 本文将研究如何利用p d m系统现有的电 子仓库和文档管 理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、电子协作、集 成工具等功能实现对协同工艺设计与管理工作的支持。 1 . 5研究背景 自2 0 0 3 年起，作者在导师指导下开始参加c a p p 相关技术的研究工作以及 制造业工艺信息化的实践工作， 参与了 某企业c a p p 集成系统项目 的开发实施工 作，负责系统的工艺信息建模，资源库、典型工艺建立方案提供，系统实施培 训， 深层需求调研，并负责部分功能编码实现和系统测试。 在实际项目的开发与实施过程中，作者了 解到在企业工艺设计过程中存在 着大量的协同工作，同时也认识到现有工艺信息系统不能提供对这方面工作的 西北工业大学硕 七 学位论文 第一章 绪论 支持。因此作者以实用化为目的，对协同工艺设计与管理的相关技术进行了全 面的研究。 1 . 6论文章节安排 论文分为六章，各章节安排如下: 第一章:绪论。 介绍c a p p 的发展情况， 介绍企业工艺设计与管理现状以及 协同工艺设计与管理技术的研究现状，在此基础上提出了本文的研究目 的及主 要研究内容。 第二章: 协同工艺设计系统体系结构。 分析协同工艺设计的需求， 简介构 建协同工艺设计系统的相关技术基础，在综述信息系统体系结构的基础上提出 协同工艺设计系统体系结构， 通过系统的层次结构和功能结构两方面视图进行 详细阐述。 第三章:协同工艺设计与管理关键技术研究。 着重研究协同工艺设计与管 理中关键技术的实现方法，包括:协同工艺设计的过程控制、制造资源组织管 理与优化配置和协同工艺设计冲突消解等。 第四章: p d m 技术对协同工艺设计与管理的支持。 研究如何利用p d m 中的功 能实现对协同工艺设计与管理的支持， 包括: 基于p d m 的协同工作环境的建立、 基于p d m的协同人员管理模型、基于p d m的协同工艺设计过程管理和基于p d m 的工艺数据管理。 第五章:协同工艺设计与管理在企业中的应用实例。结合作者参与的某企 业的c a p p 集成系统项目， 介绍了本文提出的协同工艺设计与管理中的一些技术 的具体应用。 第六章:结论与展望。本章总结了全文的主要研究内容和结论，并指出了 后续的研究方向。 西北工业大学硕 七 学位论文 第一章 绪论 支持。因此作者以实用化为目的，对协同工艺设计与管理的相关技术进行了全 面的研究。 1 . 6论文章节安排 论文分为六章，各章节安排如下: 第一章:绪论。 介绍c a p p 的发展情况， 介绍企业工艺设计与管理现状以及 协同工艺设计与管理技术的研究现状，在此基础上提出了本文的研究目 的及主 要研究内容。 第二章: 协同工艺设计系统体系结构。 分析协同工艺设计的需求， 简介构 建协同工艺设计系统的相关技术基础，在综述信息系统体系结构的基础上提出 协同工艺设计系统体系结构， 通过系统的层次结构和功能结构两方面视图进行 详细阐述。 第三章:协同工艺设计与管理关键技术研究。 着重研究协同工艺设计与管 理中关键技术的实现方法，包括:协同工艺设计的过程控制、制造资源组织管 理与优化配置和协同工艺设计冲突消解等。 第四章: p d m 技术对协同工艺设计与管理的支持。 研究如何利用p d m 中的功 能实现对协同工艺设计与管理的支持， 包括: 基于p d m 的协同工作环境的建立、 基于p d m的协同人员管理模型、基于p d m的协同工艺设计过程管理和基于p d m 的工艺数据管理。 第五章:协同工艺设计与管理在企业中的应用实例。结合作者参与的某企 业的c a p p 集成系统项目， 介绍了本文提出的协同工艺设计与管理中的一些技术 的具体应用。 第六章:结论与展望。本章总结了全文的主要研究内容和结论，并指出了 后续的研究方向。 西北工业人学硕士学位论文 第_章 协同工艺设计与管理系统休系结构研究 第二章 协同工艺设计与管理系统体系结构研究 2 . 1工艺设计中协同工作和协同信息分析 工艺设计中的协同工作涉及到设计、生产、物资、计划调度等不同部 ，协同的内容和目的也存在着差异，相应的协作也可以采取不同方式。 为了有效的实现计算机对协同工作的支持， 首先要明确工艺设计中具体存 在哪些协同工作。 协同工作在实际中是以信息交流和数据传输的方式实现 的， 在明确工艺设计中存在的协同工作基础上，对其中的协同信息进行研 究是确定协同工艺设计与管理需求的前提。 2 . 1 . 1工艺设计中的协同工作 工艺是连接设计与制造的桥梁，设计部门完成产品设计后，将设计结 果发送到工艺部门进行工艺设计。 工艺部门在接受工艺设计任务后， 要先 确定产品的加工属性，即确定哪些零部件是外协加工的，哪些是自己生产 的。 外协零部件要向生产准备部门提交外协零件表，对于自己生产的零部 件首先要进行工艺性审查，如果不符合工艺性要求就要返回设计部门修 改， 合格就由主管工艺员将产品分解成各个零部件， 制定分单位目录和工 艺分工路线。 根据分单位目录和工艺分工路线将工艺设计任务下发到各车 间工艺室进行具体工艺规程编制， 车间工艺室负责人制定工艺规程编制计 划，将工艺设计任务下发到具体的工艺员设计。 工艺规程设计分为工艺方案规划和详细工艺设计。 工艺方案规划主要 包括毛坯设计 ( 装配组织形式与装配单元划分)与工艺路线拟定，通过分 析比较不同的工艺方案，选择最适合现有工艺条件，并确保产品高质量、 高效率和低成本的工艺方案，由方案设计人员完成。 工艺方案确定后，下发到各专业工艺设计人员进行详细工艺设计， 详 细工艺设计的内容包括确定加工 ( 装配)方法和顺序、组合工序内容、选 择所用设备与工装类型、确定加工余量 ( 修配余量等) 、计算工序尺寸及 其极限偏差、 计算时间定额和切削用量、 确定主要工序的技术要求及其检 验方法等，最后完成工艺卡片填写。 从对工艺设计过程的描述，可以发现，工艺设计中的协同工作分为工 西北工业人学硕士学位论文 第_章 协同工艺设计与管理系统休系结构研究 第二章 协同工艺设计与管理系统体系结构研究 2 . 1工艺设计中协同工作和协同信息分析 工艺设计中的协同工作涉及到设计、生产、物资、计划调度等不同部 ，协同的内容和目的也存在着差异，相应的协作也可以采取不同方式。 为了有效的实现计算机对协同工作的支持， 首先要明确工艺设计中具体存 在哪些协同工作。 协同工作在实际中是以信息交流和数据传输的方式实现 的， 在明确工艺设计中存在的协同工作基础上，对其中的协同信息进行研 究是确定协同工艺设计与管理需求的前提。 2 . 1 . 1工艺设计中的协同工作 工艺是连接设计与制造的桥梁，设计部门完成产品设计后，将设计结 果发送到工艺部门进行工艺设计。 工艺部门在接受工艺设计任务后， 要先 确定产品的加工属性，即确定哪些零部件是外协加工的，哪些是自己生产 的。 外协零部件要向生产准备部门提交外协零件表，对于自己生产的零部 件首先要进行工艺性审查，如果不符合工艺性要求就要返回设计部门修 改， 合格就由主管工艺员将产品分解成各个零部件， 制定分单位目录和工 艺分工路线。 根据分单位目录和工艺分工路线将工艺设计任务下发到各车 间工艺室进行具体工艺规程编制， 车间工艺室负责人制定工艺规程编制计 划，将工艺设计任务下发到具体的工艺员设计。 工艺规程设计分为工艺方案规划和详细工艺设计。 工艺方案规划主要 包括毛坯设计 ( 装配组织形式与装配单元划分)与工艺路线拟定，通过分 析比较不同的工艺方案，选择最适合现有工艺条件，并确保产品高质量、 高效率和低成本的工艺方案，由方案设计人员完成。 工艺方案确定后，下发到各专业工艺设计人员进行详细工艺设计， 详 细工艺设计的内容包括确定加工 ( 装配)方法和顺序、组合工序内容、选 择所用设备与工装类型、确定加工余量 ( 修配余量等) 、计算工序尺寸及 其极限偏差、 计算时间定额和切削用量、 确定主要工序的技术要求及其检 验方法等，最后完成工艺卡片填写。 从对工艺设计过程的描述，可以发现，工艺设计中的协同工作分为工 巫鱼塑达兰 1道lt 兰一一一一一-一. m 三 pi协 同 t 艺 设ii 与 管 理 系 统 体 系 结 构 研 究 艺系统内部协同和外部协同两部分。 工艺系