（机械制造及其自动化专业论文）基于mbom的飞机制造过程管理技术研究.pdf

西北工业大学硕士学位论文摘要 摘要 针对飞机制造过程管理存在的串行工作方式、信息交换不通畅等问题，飞机 制造企业应从制造过程层面上实现业务统一、信息共享和交换。飞机制造过程管 理系统的顺利实现需要一套完整的技术及管理思想。本文从飞机制造企业的实际 需求出发，结合制造过程管理的思想，对制造过程管理系统技术体系进行了研究。 主要研究内容包括： 1 ) 在构建制造过程管理平台的思想下，针对面向制造过程的制造模式，结 合制造过程管理的需求，搭建了制造过程管理系统的体系结构，使得制造过程作 为个整体进行管理。 2 ) 研究了作为制造过程管理的信息基础m b o m 的管理技术，包括m b o m 生成、有效性控制、更改管理以及向其他b o m 的转化，这就为其他集成应用系 统获取m b o m 信息提供了方便。 3 ) 在全面质量管理的思想下，分析了飞机制造过程不同阶段的质量管理， 描述了质量b o m 的结构、特点以及管理方法。 4 ) 研究了集成应用系统，包括制造资源优化配置平台、面向过程的工艺设 计系统、面向过程的质量管理系统和面向过程的制造执行系统等，在统一管理平 台下的体系结构和功能，并给出了集成应用系统信息集成的方法。 通过以上研究，形成了实现制造过程管理的一整套技术体系，为实现制造过 程管理系统奠定了基础。 关键词：飞机制造，制造过程管理，质量管理，m b o m ，信息集成 西北e 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m so fa i r c r a f tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t ，s u c h a ss e r i a lw o r k i n gm o d e ，u n s m o o t h e di n f o r m a t i o ne x c h a n g i n ga n ds oo n ，o p e r a t i o n s u n i f i c a t i o na n di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s si sr e q u i r e di n a i r c r a f tm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s 1 1 1 ew e l l o f fi m p l e m e n t a t i o no fm a n u f a c t u r i n g p r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e mn e e d sa s e to fm c h n o l o g ys y s t e ma st e c h n o l o g yb a s e b a s e d0 nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s r e q u i r e m e n t sa n di d e ao fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s m a n a g e m e n tp l a t f o r m ，t h et e c h n o l o g ys y s t e mo f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e mi sr e s e a r c h e di nt h i st h e s i s t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i sp a p e ra sf o l l o w s ： f i r s t l y , b a s e do ni d e ao fb u i l d i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n tp l a t f o r m a n di na l l u s i o nt om a n u f a c t u r i n gm o d eo r i e n t e dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dt a k i n g r e q u i r e m e n t s o f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t ，t h e a r c h i t e c t u r eo f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n ti sb u i l t ，a n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s si sm a n a g e d a sa w h o l e ， s e c o n d l y ，t h em a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fm a n u f a c t u r i n gb i l l o fm a t e r i a l ( m b o m ) i sr e s e a r c h e d ，w h i c hi st h ei n f o r m a t i o nb a s eo fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s m a n a g e m e n t ，a n di ti n c l u d e sg e n e r a t i o no fm b o m ，c o n t r o l l i n go fm b o mv a l i d i t y , c h a n g i n gm a n a g e m e n to fm b o ma n dt h et r a n s f o r m i n gt oo t h e rb o m ( b i l lo f m a t e r i a l ) f r o mm b o m a sar e s u l t ，o t h e ra p p l i c a t i o ns y s t e m sc o u l db ec o n v e n i e n t l y t og e tm b o mi n f o r m a t i o n t h i r d l y , b a s e do nw i t ht h ei d e ao ft o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n t ，t h eq u a l i t y m a n a g e m e n to fa i r c r a f tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa td i f f e r e n tp h a s ei sd i s c u s s e d n e s t r u c t u r e ，c h a r a c t e r i s t i c a n dt h em a n a g e m e n tm e t h o d so fq u a l i t yb o ma r e d e s c r i b e d l a s t l y ，t h ea r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o no fa p p l i c a t i o na n di n t e g r a t i o ns y s t e mi n w h o l em a n a g e m e n tp l a t f o r mi sr e s e a r c h e d ，a n dt h ei n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n t e c h n o l o g yi sp r o p o s e d b a s e do nr e s e a r c h e sa b o v e ，t h i st h e s i sf o r m sas e to ft e c h n o l o g ys y s t e mf o r m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t ，w h i c hc a l lb eu s e dt oi m p l e m e n tm a n u f a c t u r i n g p r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m i i k e yw o r d s ：a i r c r a f tm a n u f a c t u r i n g ，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t ，q u a l i t y m a n a g e m e n t ，m b o m ，i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n l l i 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 现代飞机具有外形气动要求严格、设计更改频繁、产品构型众多、零件材 料和形状各异、内部结构复杂、空间十分紧凑、各类系统布置密集以及零组件 数量巨大等特点。因此，飞机制造技术是难度大、工程艰巨、协作面广、管理 困难，并需投入巨额资金的综合性高技术产业。所以，长期以来飞机制造业尤 其是数字化技术及其应用的迅速发展，使传统的飞机制造技术发生了根本性变 革m 】。 当前生产飞机产品已具备以下特点： 飞机产品的生产机型向多品种小批量的生产模式转化。 顾客对飞机的要求变化多端，甚至对同一种型号的飞机，每一架次都 有可能不同。 飞机交互周期缩短。 飞机质量和安全性提高。 通过对现代飞机制造技术的深入研究，使得现代飞机制造技术中除了包括 很多具体的先进制造工艺技术之外，在宏观上已经被赋予了新的内容和涵义， 主要表现在： 现代飞机的制造过程实质上使一个产品数字建模、数据传递、拓延和 加工处理的过程，最终形成的飞机产品可以看作使数据的物质表现。 飞机产品的设计与制造、技术与管理以及生产过程与质量控制之间不 可分割。 在注意单项技术有一定深度的同时，强调总体的全局观念。通过企业 中运行的各应用系统进行紧密集成，来完成对飞机制造过程的全控制。 1 1 飞机制造过程管理存在的问题 目前我国飞机制造企业都己经完成或正在进行企业信息化管理系统的实施 和改造工程，如产品数据管理( p r o d u c td e f i n i t i o nm a n a g e m e n t ，简称p d m ) p ，4 j 、 计算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 口】、企业资源 计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 【6 ”等管理系统，并已在企业信息化 过程中积累了大量的经验，因此飞机制造行业的共同的特点是信息化程度较高。 但由于种种原因，企业所实施的这些系统大多是一种独立的系统，虽然做了不 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 同系统之间集成的许多工作，能够完成部分信息共享和交换、部分业务的统一， 但是缺乏从制造过程层面上统一业务、信息共享和交换队及管理 1 0 j 。企业各个 部门之间的工作关系是按照功能进行分割的，各个部门仅仅完成各自的任务， 缺乏从整体上进行协调。因此迫切需要对制造过程进行分析，找出存在的瓶颈 及问题，分析制造过程的所涉及的活动，分解制造过程并进行进一步的定义， 优化，建立一种更能体现制造过程管理思想的系统管理平台i8 1 ，促使各个集成 应用系统在此平台下平稳、协调的运行。目前飞机过程存在的问题主要体现在 以下几个方面吲： ( 1 1 飞机制造过程总体上依然是种串行工作方式。 飞机的制造过程中有许多分厂或者车间和部门参与，如热处理在热处理车 间中进行，喷漆分析是在表面处理车间进行，飞机总装是在装配车间进行，试 飞是在试飞站进行，质量检验是由检验部门进行。车闻或者分厂和各部门参与 的制造活动是一种串行的工作模型，之间缺乏有效的交流。 ( 2 ) 各部门之间的任务划分以功能为核心。 飞机制造企业的各车间或分厂、部门的任务划分以功能为核心，无法体现 功能与功能之间的关联。面向功能的任务划分方式很容易导致每一个制造环节 仅仅关心当前环节的功能实现，不去考虑整个制造过程结束后的产品制造成本 是不是很低、制造周期会不会很长，以及制造出的产品是不是客户需要的产品。 尤其对于飞机制造这样的单件小批量生产企业，制造过程的优化将对制造结果 产生极其明显的影响。 ( 3 ) 各个部门的信息交流不通畅。 由于飞机制造过程涉及的车间、部门多，这种多参与性使得对信息的交流 与共享要求很高，但由于企业一般按照职能部门划分，同时按照功能进行制造 任务的分工，因此企业内部的职能部门之间的信息交流很少，只有当下一个环 节发生错误时会返回到上一个环节进行更改，信息交流不畅，制造过程未能有 效地集成。 ( 4 1 部门之间的信息交换效率低。 当前的企业在飞机制造过程中，车间或分厂以及部门之间通常采用打包的 方式进行图纸和信息的交换，这种信息的交换方式是一种单向的信息流动方式， 当其他车间或者分厂以及部门对每次收到的信息发现问题时，同样需要将信息 反馈。每一次信息传递是单向的，不能直接就信息进行交互，因此信息交换的 效率低。 ( 5 ) 单项技术研究较多，系统化技术应用不够。 飞机制造过程中已经进行了许多单项技术或管理系统的运用，如计算机辅 2 西北工业大学硕士学位论文第一苹绪论 助技术c a x ( c a p p 、c a m 等) 、资源优化管理技术1 9 1 、制造过程的项目管理 技术f 8 】、制造执行系统以及质量管理系统等，但大多数是针对飞机制造过程中 的某一个环节，未能形成整个制造过程管理的系统化。由此可见，建立面对飞 机制造过程的管理平台，能够解决飞机制造过程中存在的问题，优化飞机制造 过程管理，实现过程、信息、资源的有效集成，从而对提高产品质量、缩短制 造周期起到至关重要的作用。 1 2 飞机制造过程中的质量管理 质薰管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量策划、 质量控制、质量保证和质量改进来使其实现所有管理活动【1 1 。质量管理的发展， 大约经历了质量检验、统计质量管理和全面质量管理三个阶段。从对产品的事 后检验，到质量的预防性控制与事后检验相结合的积极的检验方式，再到现在 的全面质量检验管理方式，使质量管理进入了以预防、事先控制为主的新时期。 全面质量管理主张企业内的全体人员、所有职能部门参加对产品形成过程 的广义质量实行管理，将质量管理的范围扩展到产品设计、制造、装配和使用 等全过程，把现代科学管理、科学技术和统计方法密切结合起来，建立一套完 善的工作体系和方法，以保证能够生产满足用户需求，突出管理中人的因素， 并且强调计算机支持的质量信息管理【“l 。 将全面质量管理的思想运用到飞机制造过程管理中，就要在制造的整个过 程中时时处处体现出质量第一的思想。如在工艺设计阶段，工艺质量关系到对 产品的质量影响巨大，通过提高工艺设计水平、对加工工艺进行仿真、建立工 艺设计的决策模型，从而提高工艺质量；在生产阶段，通过对加工人员技术、 加工设备质量、工装设备质量、材料质量、生产环境的控制，来提高加工质量。 因此，在飞机制造过程运用质量管理的思想会提高产品质量，制造出符合 客户需要的产品。 1 3 国内外研究现状 目前国内外大学、科研机构和企业等对制造过程管理进行了深入研究，并 取得了很多成果。如b r i a nj h e n z 等人提出运用各种学科的计算机辅助工具来 建立制造过程模型2 4 】；h e n r i kj o h a n s s o n 等人提出了通过信息共享和交换来对 制造全过程进行仿真的系统 蠲；m a n u e lg e y e r 等人提出从广义企业概念上为产 品设计提供一个集成工作环境和为产品优化设计提供个平台【2 6 】；北京航空航 西北工业大学硕士学位论文 第一军鳍论 天大学的专家对基于制造资源优化配置的制造过程管理系统进行了深入研究， 提出了集成系统的组织形式和体系结构，并重点解决了系统的信息集成问题1 4 0 j 等。而其他大都是基于某一系统，如c a p p 、m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ) 等，在该系统上实现制造过程管理的功能。如西北工业大学的制造信息 化研究所的黄乃康、张振明等人提出c a p p 的集成应该对产品工艺信息的全面 集成和与产品设计、工艺设计和包括生产计划调度的制造过程信息的集成1 2 7 】； 西南工学院的张卫华和四川大学的赵武和李治均提出了一种面向生产管理的生 产信息管理系统等【3 ij 。 这些研究对制造过程的发展和应用奠定了很好的基础，但是将制造过程管 理当作是一个体系、系统来讲，以下方面还需要进一步的研究。 1 1 制造过程管理包括了工艺设计、制造执行、资源管理以及质量管理等一 系列内容，并融合了并行工程、工作流管理、知识管理等先进设计制造管理理 念，但是如何将制造过程管理系统化、平台化是研究的重点。 2 ) 对制造过程的研究往往侧重于某一部分，如对计算机辅助工艺设计、制 造执行系统、质量管理系统等单独性系统已经进行了广泛的研究，但是如何将 这些系统进行功能整合优化，实现业务统一和信息的共享和交换仍需要进一步 的探讨。 3 ) 许多专家已经对质量管理进行了大量探讨，如建立质量评价体系，强调 质量控制在企业中的应用等。但是在制造过程整个活动中，怎样将质量管理的 思想融入到制造过程管理的每一个环节之中仍需做进一步的工作。 1 4 研究内容及背景 1 4 1 研究内容 本文主要进行了四方面的研究工作：制造过程管理系统研究、飞机m b o m ( m a n u f a c t u r i n gb i l lo f m a t e r i a l ) 生成以及管理、飞机制造过程质量管理和系统 的集成应用研究。制造过程管理的目标、系统框架及关键技术都在制造过程管 理系统研究中进行了描述：m b o m 是制造过程信息集成的基础，其管理技术为 其他集成应用系统获取m b o m 信息提供了方便；制造过程的质量管理全面阐 述了质量管理管理的分类以及基于质量b o m ( q u a l i t yb i l lo fm a t e r i a l s ，简称 q b o m ) 的管理思想；系统的集成应用研究探讨了集成应用系统在制造过程管 理系统下的体系结构和功能以及异构系统之间的信息集成。 西北工业大学硕士学位论文 第章绪论 1 4 2 研究背景 自2 0 0 4 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，先后参与了多项项目、课题的研究与开发，主 要包括： i ) 基于三维c a d 的集成化c a p p 系统开发及应用( 8 6 3 计划1 主要负责面向行业的c a p p 应用解决方案与开发技术，包括面向行业的 c a p p 应用参考模型建立及c a p p 工艺解决方案、c a p p 快速开发应用技术及工 具和c a p p 标准化技术研究。 2 ) 哈尔滨航空集团c a p p 信息化一、二期项目的需求分析、设计、开发和 部分实施工作，主要做了质量管理、材料定额管理、工装管理、工艺文件管理、 和c a p p 与e r p 系统的集成等开发工作。 3 ) 远东1 1 3 厂c a p p 信息化二期项目基于工作流思想的过程管理的需 求分析、设计和开发工作，实现动态工作流管理、工艺文件版本管理和动态加 工设备、工艺装备选择选择等功能。 在这些项目的研究与应用过程中，作者认识到制造企业信息化工作虽然取 得了很大成绩，但是仍然面临着许多问题。许多企业运行着许多单独的系统， 各个系统之间存在信息共享与交换、统一业务的困难，缺乏对整个制造过程进 行管理的平台。因此作者在制造过程管理方面进行了全面的研究。 1 5 论文章节安排 论文共分为六章和一个附录，章节安排如图1 1 所示。 研究背景 i 第一章绪论i ll量 系统架构 i 关键技术 i 第四章飞机制造过程管ll 第二章飞机制造过i第三章飞机m b o m 生l 捍秉统研究l成及管弹桔柬 i 确- lll 第五章飞机制造过程管理系统的集成应用研究ll 图1 - 1 论文研究内容顺序结构 5 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论：总结了飞机制造过程管理的现状以及存在的问题，简介制造 过程管理系统以及论文的研究背景与内容。 第二章飞机制造过程管理系统研究：详细分析制造过程的需求，结合制造 过程管理平台的思想，提出了制造过程管理的体系结构，并介绍了制造过程管 理系统的关键技术。 第三章飞机m b o m 生成及其管理技术：研究了飞机m b o m 的结构，生 成方式以及m b o m 的有效性控制、更改管理和向其他b o m 的转化。 第四章飞机制造过程质量管理：研究了飞机制造企业的质量管理特点，并 对质量管理类型进行分类，对提出了质量管理影响因素的判定方法，并提出了 基于质量b o m 的质量管理方法。 第五章飞机制造过程管理系统的集成应用研究：研究了各集成系统在制造 过程管理平台下的整合功能和体系结构，并给出了异构系统的信息集成方案。 第六章结束语：本章总结了全文的主要研究内容和结论，并指出了后续的 研究工作。 西北工业丈学硕士学位论文第二章飞机制造过程管理系统研究 第二章飞机制造过程管理系统研究 2 1 飞机制造过程管理分析 现代飞机的设计与制造、技术与管理以及生产过程与质量控制之间已经不可 分割，成为一个严密整合的集合体。随着对飞机制造技术的持续深入研究发现， 飞机制造过程不仅仅是应用各种先进的技术，而且还是产品数据建模、数据传递、 拓延和加工处理的过程，而最终的飞机产品可以看作是制造过程的物质表现f 1 o 飞机制造过程具有全局和总体性，在注重单项技术的深度的时候，如何更加有效 性的发挥总体整合功效是飞机制造过程管理的关键之处。 2 1 1 面向制造过程的制造模式 随着生产由大批量生产，向小批量、多品种的生产方式转化，企业传统的基 于静态组织结构的制造模式转向了基于制造过程的制造模式f 2 1 。在传统的生产模 式下，企业的以功能为核心的职能部门组织方式将生产过程分割在不同的部门， 每个部门只对具体的工作环节负责，人为的割裂了过程，使得整个制造过程冗余 和繁琐，并且质量难以保证。因此，整个制造过程的缺乏快速反应机制，难以适 应柔性化、精益生产的要求。 面向制造过程的制造模式的最主要的特点是整体性、动态性和面向客户性。 面向制造过程的思想能够保证整体的最优性和能够保证产品最终的质量。他能够 在以下方面提高企业的竞争力。 一、良好的内部协调性 面向过程的制造模式能够使得制造过程中所涉及的部门之间减少协调的时 间，提高企业各部门的工作效率，建立良好的部门通讯协调、反馈机制。 二、快速反应机制 面向制造过程的制造模式，能够快速对企业生产计划的变动进行调整，将调 整计划下达到各相关部门，各部门对计划进行快速反应。 三、面向客户的思想 在制造过程的各个环节中均考虑到客户的需求，使得对产品的各种要求融入 了制造各个部门，能够很好的保证产品质量。 西北_ 【业大学硕士学位论文 第二章飞机制造过程管理系统研究 2 1 2 飞机制造过程分析 在飞机制造企业中产品制造的特点是产品生产品种多、结构复杂、批量小， 工艺类型多而复杂，质量要求高，生产管理有其独特性等特点。 在飞机制造企业中，在获得产品数据信息之后，由工艺部门进行工艺路线划 分，将工艺设计任务下分到各分厂或者车间，车间工艺人员进行工艺设计，再由 工时定额室进行工时定额的计算，材料定额室进行材料定额计算，并获得生产所 需材料的牌号、名称、规格、数量等材料信息，工装部门进行飞机制造过程中所 需工艺装备设计、维修等工作。在整机的生产计划下，制定各车间的生产计划， 各车间按照生产计划完成相应的生产任务。质量检验部门在车间检验员的配合下 对零部件的加工质量的控制；生产管理郝门监控生产进度等。由于飞机制造涉及 到许多工艺部门、生产部门、管理部门等，并且制造过程复杂多变，就给生产和 管理带来许多不便。因此，我们需要在面向制造过程的制造模式下将飞机制造过 程糅合成一个效率高、快速反应、信息共享的整体。 2 1 3 飞机制造过程管理的需求分析 从现代制造业的发展来看，项目管理成为推动制造业前进发展的有效管理方 式，改变传统的企业管理模式，运用成熟的项目管理理念、体系、流程以及方法 对制造企业管理模式再造，对提高我国制造企业的国际竞争力会起动重要的作 用，对于代表先进制造技术的航空制造企业更是如此。另外，制造业信息化技术 早己在航空企业广泛应用，推动了企业信息化的进程。因此，将从制造业信息化、 项目管理和面向制造过程的制造模式对飞机制造过程管理的所要达到的目标进 行分析。 一、全过程的监控与管理 使用项目管理的思想对飞机从工艺设计、加工、检验等整个过程进行有效控 制，实时的获取飞机生产进度信息、生产数据信息、零部件信息、资源信息、质 量检验信息等，可对工艺、生产计划、资源等进行调整以适应生产实际情况。 二、全过程的信息共享与交换 在工艺设计、生产过程中会产生巨大的信息，如工艺信息、生产数据信息、 动态资源信息、质量检验信息等。这些信息存在于不同系统之中，而且数据结构 具有不一致性，就给信息共享和交换带来了困难。制造过程实质上是信息的采集、 传递、和加工处理的过程，通过对制造过程的管理使得各个系统之间无碍的进行 信息传递和交换。 8 西北工业大学硕士学位论文第二犟毪机制造过程管理系统研究 三、全过程的资源管理 在制造过程中，制造资源环境( 包括机床设备、工艺装备和量具等) 不再是 一个单一和静态的，而是动态变化的。因此，资源管理应能给出某一时刻的资源 优化配置，并能将资源信息提供给其他系统，如c a p p 、m e s 、m r p i i e r p 等。 如工艺设计系统根据资源优化配置方案，选择最优制造资源或者确定加工路线 等，使得工艺设计更加合理、现实。 四、全过程的质量管理 飞机的工艺设计、生产过程中都与质量管理不可分割，在制造过程中无时无 刻不存在着质量的管理，这也反应了全面质量管理的观点。质量管理以预防、事 先控制为主，事后检验为辅，并可对质量问题运用数学方法进行分析、决策等。 组成制造过程中的各个系统都可将获得的质量检验信息作为进行决策的重要依 据。 2 2 飞机制遗过程管理系统缩构 2 2 1 制造过程管理平台的思想 制造过程管理平台涵盖了工艺设计、制造执行、资源管理以及质量管理等内 容，融合了并行工程、工作流管理、知识管理等先迸设计制造管理理念，以集成 技术、多学科综合优化技术、建模与仿真技术等为技术核心，由一系列软件工具 和软件子系统组成的软件套件和解决方案集合体，在数据、过程、应用3 个层次 实现集成与协同1 8 j 。它将制造过程中所涉及的信息系统中的主要功能全部模块 化，通过这些模块与这些系统进行信息交换。 1 ) 数据层面：制造过程管理 制造过程信息通过统一的数据表达方式( 如x m l 标准) ，将m b o m 信息、 生产过程信息、制造信息、质量管理信息等统一描述和存放，具有信息完备、语 义一致、定义灵活、操作方便、表达集成和应用独立的特性，反映了产品的信息 本质，从概念上和逻辑上对数据进行合理的规划和设计。 产品开发平台具有统一的数据标准、便捷的共享机制、分布环境下的多种集 成昴构数据库集成功能等。 2 ) 过程层面t 统一过程管理 在制造过程管理平台应用工作流管理思想，将制造生产的过程设计一致的工 作流模型，但能处理多种复杂的模式。支持并发、协同工作机制，统一来协调人 员在各个节点的执行活动。 q 西北工业大学硕士学位论文 第二章b 机制造过程管理系统研究 3 ) 应用层面：软组件“热插拔” 在应用层面，制造过程管理平台将c a p p ，m e s ，e r p ，c a q 等软件系统作 为软组件，为每个功能模块提供组件集成规范，凡是符合规范的产品都可以作为 平台的一部分，并支持软件的“热插拔”。该平台对单元软件不是简单的组合和 数量上的堆积，而是在统一标准、总体框架上的有机的集成。这些单元软件可以 作为平台的一部分发挥作用，可以在平台的基础上进行数据的共享和交换，彻底 解决制造过程信息流畅无阻的流动。 2 2 2 飞机制造过程管理系统总体结构图 结台飞机制造过程管理的目标以及制造过程平台的思想，将制造过程管理系 统化分为面向过程的工艺设计系统、制造资源优化配置平台、制造执行系统、面 向过程的质量管理系统以及可视化制造过程管理与监控 4 0 l 等5 个子系统，是从工 艺设计到完成加工整个生产过程的管理与优化的软件集合。从整个系统来看，各 制造单元既相互独立，又相互协同，以提高经济效益为目标，共同完成制造任务。 制造过程管理系统共分为五个层次：数据源层、x m l 中间件服务层、应用 支持层、控制层、集成应用系统层。 一、数据源层 数据源层包括了非结构化系统和结构化数据库。非结构化数据库存贮的主要 为文件，包括操作中所产生的临时文件、生成文件、交换文件等；结构化数据库 存贮的为元数据，包括资源信息，如工艺装备信息、加工设备信息等。 二、x m l 中间件服务层 4 3 4 6 1 x m l 中间件有效地解决了在分布式数据库中全局模式与局部模式相互转换 等复杂的问题。利用x m l 技术，把来自不同集成应用系统的数据转化到x m l 中间件这个统一的框架中，进行交互、转化和进一步加工，实现异卡句其他的数据 源的集成问题，以便更有效地利用信息资源，在更大范围内实现数据共享。如可 视化制造过程管理与监控系统利用x m l 中间件与集成应用系统进行数据交换与 共享。 三、应用支持层 m b o m 管理和文档管理。m b o m 管理包括m b o m 的生成、更改和转化等， 同时提供版本和权限管理等；文档管理包括保存制造过程中的项目文件、和集成 应用系统间的数据交换文件，同时提供文件的浏览、检入、检出、审核、发布、 版本和权限管理等功能。 四、控制层 1 0 西北工业大学硕士学位论文第二章飞机制造过程管理系统研究 ! ! ! ! ! ! | 鼍舅目e j ! e 鼍! ! 目! ! = g 目目j _ ii g e ! 兰! ! e 日| ! 目! ! g | e 皇 从工艺设计、生产制造的整个过程进行有效控制。利用可视化手段对制造过 程各环节的运行状况进行监控，包括与各个集成应用子系统的信息及加工状态的 数据交互。 五、集成应用系统层 集成应用子系统主要是制造过程管理中所用到的子系统，主要包括面向过程 的工艺设计系统、面向过程的制造执行系统和面向成的质量管理系统等，可根据 实际的需要可以进行扩充或者减少。他们分别完成制造过程中不同阶段的设计和 管理任务。 制造过程管理总体结构如图2 1 所示： 制造资翊 优化配置平台 f 构建逻辑制造单元i制遣费螺敷据管理ff 制造资蠢评估与优化f 应 、 f f 0 i i 用 f 刊面燃t ：j 集 成 i j i j 。 7 jli j 系 统 l 面糍艺 ： - j 焉追执行系统l 层 介 ，ui u 可视化过程制造管理与监控系统 控 制 【设备管理jj 工具管理 j 材料蕾理jj 生严茹业计jj _ 面管理 j 项目管理 层 忆擀51 l 缘合查询l5 质量蕾理1l 任务管理惜产调度管理悟产监控性 t ， 应 m b o m 昔理 文档昔理 用 项1 1 管理思想 支 墨袭备垦3 敬z 5 量萃蔷 持 工作洗管理管； i 望器萋教黜督。 摹j 黼鼎袅k 甜以 下t 土 x m l 中闸 x m l 应用服务层 件_ | 鬏务层 介 jl 数 l 文件系统l i 数酱蕾理系统1 据 薄 l 鸯一，j l m * * 一j 系 统 f ff f 网缗数据犀 图2 - 1 制造过程管理系统结构图 在系统五个层次中，可视化制造过程管理与监控系统是作为整体的控制系 统，其他如面向过程的工艺设计系统、面向过程的制造执行系统和面向过程的质 量管理系统都是集成应用系统，具有“热插拔”特性。 系统的运行结构如图2 - 2 所示，系统的总体功能结构如图2 7 所示，系统模 式为客户j j l 务器模式。 西北工业大学硕士学位论文第二章飞机制造过程管理系统研究 客户端客户端客户端 图2 - 2 系统的运行结构图 2 2 3 制造过程的可视化控制与管理功能设计 使用项目管理的思想和方法对从工艺设计、生产制造的整个过程进行有效控 制。利用可视化手段对制造过程各环节的运行状况进行监控，包括与各个集成应 用子系统的信息及加工状态的数据交互。对信息进行分类并分析处理以及向各子 系统反馈，其中，既需要向各系统传达订单信息和项目的执行计划、任务信息， 又需要收集工艺路线、零件的加工进度等反馈信息，并以表格、甘特图等方式业 相关管理人员显示 4 0 i 。 可视化制造过程管理与监控系统的主要功能为：设备管理、工具管理、材料 管理、生产计划管理、生产监控管理、工艺审查与规划、质量管理、综合壹询、 项目管理、任务管理和界面管理等。如图2 3 所示为可视化制造过程管理与监控 系统功能图： 可视化过程制造管理与监控系统 。 生 丢 生生 产 产 综 项 任 界 监调合 目 务 面 控 度 查管 管 管 管 询 理理 理 理理 设 工 材 质产 划 备具 营 量计 管划管管 理理 理 理理 图2 - 3 可视化制造过程管理与监控系统功能图 西北工业大学硕士学位论文第二章飞机制造过程管理系统研究 ! s ! g ! ! ! ! 目! _ = ! ! ! e ! ! e ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 自| ! $ i ! i ! ! ! ! 日! i ! ! e ! 日g | g ! ! e ! 一、设备管理 具有设备档案管理、设备信息查询统计、设备检修维护管理、设备负荷管理 等功能。 二、工具管理 具有工具库存管理、工具台帐管理、工具采购预报、工具成本管理、工具参 数等功能。能制定完成生产计划所需的刀具、量具、夹具等工具准备计划，实现 系统内刀具、量具、夹具等工具资源的实时控制。 三、材料管理 具有材料需求分类处理、材料成本统计、材料进出库记录账、阶段库存结算 及查询、短缺限值设置及报警、材料价格库管理等功能。 四、生产计划管理 具有产品生产计划信息查询、生产计划变更管理等功能； 五、工艺审查与规划 具有审查产品图纸的结构工艺性、审查产品零件齐套性、分析制定产品的结 构树( 零部件装配关系) 、工艺方案总体设计、划分工艺路线、工艺设计任务安排、 工艺文件审查等功能。 六、生产监控管理 生产监控管理负责生产现场的监控，获得生产实际状态，从而获得生产现场 中的各种信息。 七、质量管理 质量管理对质量活动进行控制，协调生产，使产品质量和工作质量得到有效 的监督、管理与保障。它主要具有两方面的功能质量保证和质量控制。 八、生产调度管理 生产调度是生产计划的执行者，对企业日常生产活动进行控制与调节。它需 要根据车间实际生产能力和状态，接收生产计划下达的制造信息，包括零件类型、 数量、交货日期等：需要根据车间生产实际状态和制造信息，为计划资源作优化 调度，制定具体加工计划。进行生产作业排序；需要及时处理生产过程中出现的 异常情况，对生产任务进行重调度。生产调度应和生产控制相符，即调度结果能 确实符合车间实际的生产活动。 九、综合查询 具有对数据的总体查询、模糊查询等功能，还可以为用户提供强大的统计报 表功能，可以按产品、部件或车间统计、设备、夹具、刀具、量具、材料定额、 工时定额等，工艺人员可方便地从工艺文件库中，按零件图号、零件类别、零件 功能、零件几何结构等方面查询己编制的工艺文件。 1 4 西北工业大学硕士学位论文第二章。毪机制造过程管理系统研究 ! ! ! s | 目j | e ! ! ! ! ! ! ! ! ! ，g 目一i ! e ! ! $ ! ! j ! g | 自自日，! ! e 目目! ! ! 日e 目e g 自曼 十、项目管理 对项目进行定义、建模、分解和进度执行管理任务。 十一、任务管理 对任务进行分析，根据任务类型将其进行分解、转化，并传递给相应的功能 处理模块，并可将分离后的任务进行重新整合。 十二、界面管理 界面管理提供给用户快捷、方便、可视化的界面，使得用户在进行操作时， 能够得心应手。 2 。3 飞机制造过程管理系统中的关键技术 在飞机制造过程管理中涉及到许多关键技术，如现场数据采集技术、生产调 度、资源优化配置技术、基于m b o m 的管理技术、质量管理、信息集成技术等。 本文对基于m b o m 的管理技术、质量管理、信息集成技术进行了深入探讨。 2 3 1 基于m r o m 的管理技术 在飞机制造企业中，飞机生产、新机研制、国外航空产品转包生产一般都是 以单架次的方式进行组织的，所以在飞机制造过程管理系统中要充分考虑架次管 理的需要，架次管理对系统的一个主要要求就是要提供每一架次飞机的全机 m b o m 。 m b o m 是制造过程管理的核心，是制造过程中各个子系统数据共享与交换 的基础。如图2 4 为在单一产品数据源( s i n g l es o u r c e o f p r o d u c t d a t a ，简称s s p d ) 情况下b o m 信息的传递形式，m b o m 在c a p p 系统经过工艺设计后而形成的， 此后，m b o m 信息传递给生产部门作为生产管理的基础，如制定生产计划、生 产调度等。m b o m 传递给c a q 系统后，将成为质量b o m 。 西北工业大学硕士学位论文 第二章飞机制造过程管理系统研究 图2 - 4s s p d 单一产品数据源情况下b o m 信息的传递形式 因此，m b o m 涉及到的技术，如m b o m 的组成、生成、编制、有效性控制、 更改管理、转化等将成为研究的一个重点内容。 2 3 2 质量管理 质量管理是指：确定质量方针、目标和责任，并借助质量体系中的质量策划、 质量控制、质量保证和质量改进等手段来实施全部管理职能的所有活动。质量管 理的职能是负责质量方针的制定和实施。为了进行质量管理，首先必须建立质量 方针和目标。为了实旌其方针和目标，必须建立完善的质量体系，以对影响产品 质量的各种活动进行控制，并开展质量保证活动。质量管理包括质量控制和质量 保证两个方面。 质量管理是制造过程管理的一个重要组成部分，它贯穿于制造的各个活动之 中，是产品能到达到客户要求的重要保证。质量管理同工艺设计、生产制造有密 切的关系，因此质量管理关系到制造过程管理的成败。 2 3 3 制造过程管理中的信息集成 信息集成技术主要涉及到异构数据库之间信息交换的表达方式、访问方式， 数据一致性等问题。下面介绍了存在的几种信息交换关系，展现了集成技术在制 造管理过程中的关键作用。 、面向过程工艺设计系统与可视化制造过程管理与监控系统信息交换 面向过程的工艺设计系统传递信息给其他系统，如m b o m 和请求反馈信息 等。面向过程的工艺设计系统通过可视化制造过程管理与监控系统的功能提供 m b o m 信息给其他集成系统，另外它还返回其他集成系统向其发送的请求处理 1 6 西北工业大学硕士学位论文 第二章飞机制造过程管理系统研冤 结果，如能否修改工艺规程等。 通过制造过程信息的集成，面向过程的工艺设计系统不再是一个孤立的系 统，他同其他系统存在着大量的信息交互，成为一个动态柔性系统。 面向过程的工艺设计系统与可视化制造过程管理与监控系统交互关系如图 2 5 所示： 面向过程 的工艺设 计系统 设备信息 可褫化刳造过程管理与监控系统 工具信息 材料信息 质量信息 任务 产计划信息 生产调度信患 生产现场信患 设备管理 i竺兰! 兰 l兰兰兰茎! 兰 m 1 3 0 l 信息 _ t - 艺审壹与规划 图2 5 面向过程的丁艺设计系统与可视化制造过程与管理系统信息 二、面向过程的质量管理系统与可视化制造过程管理与监控系统信息交换 质量管理系统通过可视化制造过程管理与监控系统获得m b o m 信息，同时 向可视化过程制造管理与监控系统反馈质量信息。质量检验系统在m b o m 的基 础上，制定工序质量控制计划来对质量工作进行指导和实行工序质量控制。将在 制造过程中所生成的动态制造质量信息，如现场采集的质量检验数据、质检人员 对工序是否合格的判断数据、故障发生数据等都添加在组建质量b o m 中。如图 2 - 6 所示。 与以往单独的质量管理系统而言，它能够随时的获取工艺设计信息，使得在 质量检验中能够浏览诸如工艺尺寸参数、图形等工艺数据。 1 7 西北工业大学硕士学位论文 第二章飞机制造过程管理系统研究 可视化制造过程管理与监控系统 幽2 - 6c a p p 系统与可视化制造过程管理与监控系统的信息交换 三、面向过程的制造执行系统与可视化制造过程管理与监控系统信息交换 制造执行系统与可视化制造过程管理与监控系统中的任务管理、工艺规划与 审查、材料管理、设备管理、工具管理、生产计划管理、生产调度管理和生产监 控管理等功能模块进行交互。任务管理模块处理制造执行系统发出的任务请求进 行分类、处理及返回请求等；工艺规划与审查模块将m b o m 信息传递给制造系 统；材料管理模块、工具管理模块、设备管理信息可将设备、工具、材料信息等 资源信息传递给制造执行系统；生产计划模块、生产调度管理模块和生产监控模 块与制造执行系统进行交互，当其他应用子集成系统需要获得生产计划、生产调