（机械制造及其自动化专业论文）面向企业集团的协同工艺设计研究与应用.pdf

西北工业大学硕士论文 摘要 摘要 企业集团是一种由多个企业共同组成的经济联合体，联合体企业的生 产活动一般都有较为密切的联系。尤其是工艺设计，它是一个复杂而繁琐 的工作，需要集团内部相关单位的协同合作，然而由于企业集团在地域和 管理上的分布与分散性，其工艺设计存在如下问题：集团内部信息无法很 好共享，集团内部协同工作的组织、控制与协调困难，集团内工艺数据不 一致等。本文针对企业集团办同工艺设计存在问题进行研究，在分析了企 业集团在协同工艺设计上的特点和需求的基础上，构架了集成式协同工艺 设计体系，并对相关关键技术进行研究，旨在实现对企业集团协同工艺设 计过程的合理控制和对工艺数据的有效管理，主要研究的内容有： 1 分析了企业集团协同工艺设计特点，并就企业集团对协同工艺设计 的需求进行阐述。提出了面向企业集团的协同工艺设计系统的体系结构。 2 对面向企业集团的协同工艺设计系统实现的关键技术进行了研究， 提出了基于任务的动态人员组织方式。并对分布式工作流技术、面向企业 集团的协同工艺设计过程进行了研究和论述。 3 针对企业制造资源管理混乱的现状，提出了支持协同工艺设计的制 造资源统一管理的思想，并对其实现关键技术进行了研究和实践。 4 展示了该系统在某企业集团实施应用情况。 事实证明，集成系统基本满足了企业集团对协同工艺设计的要求，实 现了系统对工艺设计过程的协同控制和工艺数据的有效管理，提高了企业 集团工艺设计的协同效率，满足了企业集团对协同工艺设计的要求。 关键词：企业集团p d m 工艺数据协同工艺设计制造资源 西北工业人学硕士论文 a b s t r a e t a b s t r a c t e n t e r p r i s eg r o u pi sae c o n o m i cu n i o nu n i t e db ys e v e r a le n t e r p r i s e s t h e p r o d u c i n gw o r ko fu n i o ne n t e r p r i s e so f t e nh a sc l o s er e l a t i o n s h i p ，e s p e c i a l l y f o rp r o c e s sd e s i g n ，w h i c hi sac o m p l i c a t e da n df u s s yw o r k t h ec o r p o r a t i o no f t h er e l a t i v eu n i t si nt h e c o l l e c t i v i t y i s i m p o r t a n t b u t b e c a u s eo f t h e d i s t r i b u t i n ga n dd i s t r a c t i o no fe n t e r p r i s eg r o u pi ns e c t i o na n dm a n a g e m e n t ， p r o b l e m so fp r o c e s sd e s i g na r ea sf o l l o w s ：i n n e ri n f o r m a t i o nc a nn o ts h a r e p r o p e r l y ；t h eo r g a n i z a t i o n 、c o n t r o la n da s s o c i a t i o no fi n n e rg r o u pa r ed i f f i c u l t ； p r o c e s sd a t aa r ei n c o n s i s t e n t ，e t c t h et h e s i ss t u d i e so nt h ep r o b l e m se x i s t i n g i nt h ec o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g ni ne n t e r p r i s eg r o u p b a s e do nt h ea n a l y s i s o fc h a r a c t e r i s t i c sa n dn e e d so fe n t e r p r i s eg r o u pi nt h ec o l l a b o r a t i v ep r o c e s s d e s i g n ，i n t e g r a t e dc o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g ns y s t e mi sc o n s t r u c t e d ，a n d r e l a t i v ek e yt e c h n o l o g i e sa r es t u d i e d ，w h i c ha i m sa tt h er a t i o n a ld e s i g no f e n t e r p r i s e c o l l a b o r a t i v e p r o c e s sc o n t r o l a n dt h ee f f e c t i v e m a n a g e m e n to f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 c o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g no fe n t e r p r i s eg r o u pi sa n a l y z e d ，a n dt h e r e q u i r e m e n t so f c o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g no fe n t e r p r i s eg r o u pa r e i n t r o d u c e d t h e s y s t e m o fc o l l a b o r a t i v e p r o c e s sd e s i g na i m i n g a t e n t e r p r i s eg r o u pi sp r e s e n t e d 2 t h ek e yt e c h n o l o g i e st or e a l i z ec o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g na i m i n ga t e n t e r p r i s eg r o u pa r es t u d i e d at a s k b a s e dd a n a m i cp e r s o n n e lo r g a n i z a t i o n i sp r e s e n t e d ，t h ed i s t r i b u t e dw o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dt h ec o l l a b o r a t i v e p r o c e s sd e s i g na i m i n ga te n t e r p r i s eg r o u p a r er e s e a r c h e da n dd i s c u s s e d 3 a sf o rc h a o t i cs i t u a t i o no fr e s o u r c em a n a g e m e n t ，au n i f i e dc o l l a b o r a t i v e p r o c e s sd e s i g nm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c em a n a g e m e n ti sp r e s e n t e d ，a n dt h e i m p l e m e n t a t i o no fk e yt e c h n o l o g i e s ，r e s e a r c h ，a n dp r a c t i c ea r ec a r r i e do n 4 t h ea p p l i c a t i o no ft h es y s t e mi nt h ei m p l e m e n t a t i o no fe n t e r p r i s eg r o u pi s d e m o n s t r a t e d i tt e s t i f i e st h a tt h ei n t e g r a t e ds y s t e mc a nb a s i c a l l ym e e tt h er e q u i r e m e n t s o fe n t e r p r i s eg r o u pi nt h ec o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g n c o m a n a g e m e n to ft h e s y s t e m i np r o c e s s d e s i g n a n de f f e c t i v e m a n a g e m e n tp r o c e s s d a t aa r e i i 西北工业大学硕+ 论文a b s t r a c ! i m p l e m e n t e d c o l l a b o r a t i v ee f f i c i e n c y o fp r o c e s sd e s i g ni sr a i s e d ，a n dt h e r e q u i r e m e n t so fe n t e r p r i s eg r o u pc o l l a b o r a t i v ep r o c e s sd e s i g na r em e t k e yw o r d s ：e n t e r p r i s eg r o u p ，p d m ，p r o c e s sd a t a ，c o l l a b o r a t i v ep r o c e s s d e s i g n ，m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权单位属于西：i l i 业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本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和汇编本学位论文。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：邀塞曼 一7 年月如日 指导教师签名 撕 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成 果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：邀董兰篷 p 。7 年彬月训日 冱 挚 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1c a p p 发展概况及趋势 计算机辅助工艺过程设计( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 技 术是先进制造技术的核心技术之一，是实现计算机集成制造( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 、并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ，c e ) 的重要基础性技术1 1 1 。c a p p 技术的开发研制工作始于2 0 世纪6 0 年代末，由于c a p p 技术的复杂性，其研究一直滞后于c a d c a m 技 术，成为实现c i m s 、c e 等先进系统的瓶颈。尽管如此，但是经过多年的 研究和应用实践，c a p p 取得了长足的发展。国内在c a p p 技术的研究与系 统开发上投入很大资金和力量，在工艺知识管理、智能化决策以及与其它 系统集成方面取得了很多成果，并开发了许多c a p p 系统，如于上个世纪8 0 年代初，西北工业大学和同济大学分别推出了c a o s 系统和t o j i c a p 系统。 2 0 世纪9 0 年代后期，工艺设计系统的实用化受到人们的重视。以交互式为 基础的c a p p 系统成为研究的热点，这类符合制造系统需求的c a p p 系统在 国内越来越多的企业得到应用，短短几年已取得相当显著的效果，并形成 一些具有市场影响力的商品化c a p p 系统，如西工大c a p p f r a m e w o r k 、开目 c a p p , 天河c a p p 等。这些系统促进了c a p p 的工程化应用。从总体来看， 以交互式设计和数据化、模型化、集成化为基础，并集成数据库技术、网 络技术等是这些通用化c a p p 软件的共同特点1 2 j 。 随着信息化技术的发展，c a p p 不断采用新的技术，如面向对象技术、 分布式计算、分布式数据库、w e b 以及c o m 等信息技术。在新的体系结构、 开发框架中发展新的功能，c a p p 技术的主要发展方向有以下几个方面： ( 1 ) 基于3 d 的c a p p 产品的三维设计是必然趋势，在当前的制造信息系统中，c a d j ，c a m 通常是建立在基于3 d 的统一信息平台的基础上。系统之间能达到很好的 信息集成和共享。但c a p p 缺乏通用性，因而是专门的、单独运行的系统； 信息集成往往是通过中间文件( 如x m l 等) 进行的。这种方式只能集成 有限的产品文本数据信息，对于图像等信息却很难进行有效的集成，对 于解决微观的工艺设计问题( 例如公差及工序图生成等) 构成了巨大的障 碍。使得产品在开发中信息不流畅，容易造成信息的不统一。因此，研究 与开发基于三维c a d 的c a p p 系统，使c a d 、c a p p 及c a m 共享统一的 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 三维产品模型，形成三者之间更紧密的集成，是c i m s 成功的关键。 ( 2 ) 集成化的c a p p 企业在实施信息化建设时，根据生产不同阶段、不同部门分别实施了 诸如c a d 、c a p p 、c a m 等系统，然而各个系统之间数据是有内在联系的， 这就决定系统集成是必然趋势。系统集成主要包括c a d c a p p c a m 的3 c 集成以及c i m s 环境下c a p p 系统与其它分系统如e r p 系统、m e s 系统 集成。集成技术虽然日渐成熟，但离真正紧密集成并达到实用化还有距离。 ( 3 ) 可重构的c a p p 工艺设计是个性化很强的活动，企业之间、甚至车间之间的工艺环境、 管理模式都不同，c a p p 要适应各具体环境，并尽可能减少开发工作量， 实现c a p p 系统的快速实施，就要加强c a p p 的可重构性，提高c a p p 系 统通用性。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， 将c a p p 系统细化成多个具体的功能模块，根据企业具体情况实现系统地 快速实施。这样系统的可维护性和二次开发性能也得到提高。 ( 4 ) 协同化c a p p c a p p 是连接c a d c a m 的桥梁，在c i m s 系统中处于很重要的位置， 需要和其他分系统协同工作，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工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc 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【5 1 。 ( 5 ) 智能化c a p p 8 0 年代以来，以专家系统和人工智能为基础的智能化c a p p 系统成为 研究的重要方向和内容，专家系统反映智能技术中的符号主义，通过符号 处理和推理机制实现人类的逻辑推理能力。c a p p 专家系统主要研究知识 表达及处理技术，工艺决策过程模型及算法。人工智能主要对人工神经网 络进行研究，人工神经网络c a p p 主要研究神经元网络的结构形式、设计 学习算法和训练样本等【2 0 1 。 1 2 企业集团在协同工艺设计中存在的问题 在网络制造环境下，如何对复杂的工艺设计信息进行实时交流和协同 已是信息化制造所面临的难题。尤其是针对一个企业集团，其下各个子公 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 司，子生产单位在设计活动和生产活动中联系紧密，需要密切的进行交流 和协作。而工艺设计是设计活动中关键一环，它关系着设计出的产品能否 成功加工出来，关系着加工产品的质量等，对公司经济效益有着直接的联 系。工艺设计本身又是一个复杂、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，目前大多工艺设计系统没有考虑工艺设 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 ) 缺乏统一的运行和集成平台，工艺信息交换和系统信息集成能力 较弱 工艺设计和管理只是产品全生命周期中的一环，要对整个周期内的工 艺信息进行有效管理，打破。信息孤岛”，就必须首先要有一个统一的运 行和集成平台。同时由于c a d c a p f c a m 等系统都是独立发展起来，造 成数据模型不兼容，缺乏统一的通信约定，传统的工艺信息交换采用专用 接口，引起交换接口复杂、繁多，且没有一个统一的解决方案，难以应付 日益复杂的应用环境。这就要求有一种在协同环境下存取产品工艺数据的 更好载体和交换机制，实现产品工艺数据描述、存取、交换的标准化和规 范化。 ( 2 ) 缺少对协同工艺设计全方位支持 工艺设计是由许多不同性质的子任务组成。如产品结构工艺性审查、 工艺方案设计、设计工艺路线或车间分工明细表、专用装备设计、工艺编 制、校对、审核、批准等。工艺设计涉及到多个部门和人员。如计划处、 生产处、工艺处、设备处、劳资处等。工艺设计活动是一种比较繁琐的活 动，需要多方的协同，这就要求集成系统提供对协同工艺设计全方位支持。 然而目前所采用的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和正确性。 3 西北工业大学硕士论文第一章绪论 ( 3 ) 工艺设计的并行协同程度较低，缺乏对工艺资源的管理 由于工艺设计过程中包含许多工艺子流程，这些工艺予流程在信息和 时间上存在紧密的相互交错与嵌套，而且各个工艺子流程问存在着相互等 待。为减少流程中的等待，需要系统能提供同步、异地并行协同的设计环 境；同时，在企业信息化实施过程中，存在着制造资源维护更新困难、缺 乏规范化管理以及利用效率不高，对工艺协同设计支持不足等缺陷。常常 会发生重复制造工艺装备的问题。公司存在多个资源管理系统，系统间资 源信息表达不一致，造成资源管理的混乱。对资源信息的描述大多是静态 的，缺乏对资源信息的动态管理和监控，对工艺资源的状态、功能描述较 差。因此，工艺部门要求系统必须提供一种工具，将企业的工艺资源有效 地管理起来。 1 3 协同工艺设计技术的研究现状 随着计算技术和网络通讯技术的发展，人们针对企业对协同工艺设计 的需求进行分析。并对协同工艺设计的相关技术进行了研究，可以从以下 几个方面进行归纳： ( 1 ) 从系统应用对象上来说，早期的协同大多针对单个企业内部工艺 部门，近些年则主要针对动态企业联盟。山东大学的姜兆亮【1 4 i 对动态企业 联盟组织模式进行研究，设计了基于多代理技术的分布式协同工艺设计与 管理系统方案，建立了相应模型。四川大学的周丹晨【2 1 l 针对联盟企业之间 的资源共享和协同进行研究，提出资源共享服务平台的技术方案。而对针 对企业集团的工艺协同应用很少提及。对企业集团的研究多是针对企业集 团内部组织关系管理、经济方面的研究。如：复旦大学顾保国【1 1 l 对企业集 团协同经济做了研究，西南财经大学和普霞【2 5 j 等对企业集团内部控制问题 进行了研究。 ( 2 ) 从协同框架和协同技术方面，华中科技大学的王峻峰【3 2 1 、李世其 等提出了支持网络环境下面向装配的产品协同设计集成平台。同济大学的 张为民【3 5 l 等设计了一个基于协同的动态c a p p 系统原型，用p d m 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。清华大学的马海波1 3 4 】、 熊光楞等针对协同环境中设计冲突问题，提出了冲突的集成解决方案。这 些方面研究都是针对协同的一个方面，而没有从协同工艺系统的整体方面 考虑，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 的研究j 下是为了解决这些问题，但是基于c s c w 平台的协同工艺 4 西北工业大学硕士论文第一章绪论 设计系统结构研究目前还很少。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 ) 在协同环境下制造资源管理方面：西北工业大学贺文锐【埔】等提出 了基于w e bs e r v i c e s 的网络化制造资源管理系统模型。华南理工大学姚锡凡 l l ，j 等提出一种基于c o r b a 面向分布式制造的构件化信息集成模式。针对 协同环境下制造资源管理的研究很多，但这些研究很少是针对企业集团特 点进行的，无法满足企业集团协同环境下对制造资源管理的要求。 1 4 论文研究内容及背景 1 4 1 研究内容 本文针对企业集团工艺设计的管理模式和特点，主要从三方面进行了 研究：面向企业集团的协同系统体系结构、系统实现的关键技术、支持协 同工艺设计的制造资源管理。系统体系结构为软件系统提供了一个结构、 行为和属性的高级抽象；关键技术的和协同业务的研究为系统实现提供可 能。支持协同工艺设计的制造资源管理为协同工艺设计系统提供基础。主 要研究内容包括： ( 1 ) 协同c a p p 系统体系架构。 总结和分析面向企业集团的协同工艺设计系统业务逻辑，利用成熟的 软件技术，结合当前企业应用环境和c a p p 系统体系结构方面的研究成果， 构建协同c a p p 系统结构，使c a p p 系统可以快速、动态地适应企业环境的 变化和发展。 ( 2 ) 协同工艺设计系统实现的关键技术。 为了实现工艺设计的有效协同，需要相关技术的支持。本文针对企业 集团业务组织模式，对基于企业集团的工艺设计过程控制、人员组织进行 了分析和研究，并对支持协同工艺设计的制造资源管理技术进行了简要论 述。 ( 3 ) 支持协同工艺设计的制造资源管理技术 企业集团组织结构庞大，产品制造过程复杂，制造资源的组织、管理、 计划和控制以及制造资源自身的约束等都会影响到工艺设计的效率。针对 目前工艺设计中存在的实际问题，对构建支持协同工艺设计的制造资源统 一管理平台( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e si n t e g r a t e dm a n a g e m e n tp l a t f o r m 。 m r i m p ) 进行了研究，对制造资源统一建模、统一管理平台体系结构，以及 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 基于此平台的资源信息传递逻辑等进行研究，并对基于m r i m p 的协同工艺 设计进行了分析和论述。 面向企业集团，本文探索了分布异构的动态企业应用环境下协同工艺 设计的技术和方法，支持产品信息的全生命周期演化，支持新产品的快速 创新过程，实现企业资源优化配置，加强合作与交流，对于缩短敏捷制造 企业的产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量具有十分重要的理论 和现实意义。 1 4 1 研究背景 随着经济全球化和科学技术的发展，企业竞争加剧。为了追求规模效 益，许多大的企业采取各种手段加快企业扩张，企业之间相互联合，形成 企业集团，企业规模迅速膨胀。事实表明，企业集团在国际国内经济竞争 中占有相当大的优势，对国际社会经济活动和社会发展有着举足轻重的作 用。然而在企业集团为追求规模效益而进行扩张时，也带来了许多问题， 企业集团组织结构臃肿复杂，企业集团内部协调困难等。这给企业集团信 息化建设加大了难度，要利用现代通讯技术，搭建企业协同信息化平台， 实现企业集团内部协同数字化运作是一项繁重的任务。 在研究生学习期间，作者在导师指导下先后参与了几个制造业信息化 相关项目的开发和实施工作。主要包括： ( 1 ) 某航空企业集团锻造厂t e a m c e n t e re n t e r p r i s e ( 以下简称t c e n t ) 和 c a p p f r a m e w o r k 的系统集成。此项目为锻造厂数字化工程的一部份，作者 作为此子系统设计和开发者，负责代码编写、详细开发文档的撰写，并负 责系统地实施和运行维护工作。 ( 2 ) 某航空企业集团冷工t c e n t 和c a p p f r a m e w o r k 的系统集成。作者 负责前期需求调研、方案确定等工作。 ( 3 ) 某船舶设备集团面向大规模定制生产的c a p p e r p 集成开发。作者 作为系统主要开发者之一，参与了系统的设计、开发和实施工作，并负责 部分功能编码实现和测试工作。 在这些项目研究与应用过程中，作者深切认识到工艺信息在整个企业 信息化中的重要地位，以及现有c a p p 系统所存在的不足之处。为此，作 者针对这些企业集团在协同工艺设计方面存在问题，对面向企业集团的协 同工艺设计进行全面研究。 6 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 1 5 论文章节安排 本文共分六章，内容包括： 第一章绪论 本章在分析c a p p 技术的研究现状和c a p p 的发展趋势。并详细的论 述了目前研究中存在的问题，简要介绍了本文的研究内容及背景，最后扼 要的介绍了本文的章节安排。 第二章面向企业集团的协同工艺设计系统体系结构 ， 本章详细分析企业集团实际工艺设计活动，在此基础上提出企业集团 对系统的具体要求，并结合系统所需的软件技术，提出基于p d m 的协同 c a p p 体系结构，并对其结构进行了详细的分析与设计，最后指出了该系 统体系结构的特点。 第三章面向企业集团的协同工艺设计系统实现的关键技术 本章首先详细分析了企业集团实际人员组织结构。在此基础上提出系 统地人员组织和角色管理上的解决方案。之后针对企业集团实际业务流程， 阐述了基于p d m 分布式协同工作流管理技术。第二节针对企业集团协同工 艺设计的过程进行研究，阐述了在协同系统下进行协同工艺设计的过程和 工艺数据管理方法。之后对支持协同工艺设计的制造资源管理进行了扼要 阐述i 第四章支持协同工艺设计的制造资源统一管理 本章概述了企业集团制造资源管理现状，针对其中存在问题提出了支 持协同工艺设计的制造资源统一管理思想，并对制造资源统一管理平台体 系架构进行了分析和论述，之后介绍了系统实现的关键技术如：制造资源 建模技术和标准化技术、基于动态视图的制造资源共享技术。最好对基于 制造资源统一管理平台的协同工艺设计进行了论述。 第五章面向企业集团的协同工艺设计系统实现 本章首先简要介绍了项目背景，对系统采用的体系架构进行了分析， 并展示了系统在人员管理、工作流管理、工艺协同编制方面的实例界面。 最后总结系统应用概况。 第六章结束语 本章扼要地总结了本文的主要工作，并指出了下一步需要进一步研究 的工作。 7 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 1 6 小结 本章详细阐述了c a p p 研究、应用现状以及发展趋势，对面向企业集 团的协同工艺设计中存在问题进行了分析，并对目前协同工艺设计技术研 究现状进行了论述。并介绍了本文的研究背景、主要研究内容以及章节安 排。下一章将介绍本系统的企业应用需求、基础技术及其体系结构。 8 西北工业大学硕士论文第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 2 1 企业集团的协同工艺设计及对c a p p 系统的需求分析 2 1 1 企业集团的协同工艺设计 2 1 1 1 企业集团及协同概述 企业集团是指以资本为主要联结纽带的母子公司为主体，以集团章程 为共同行为的规范的母公司、子公司、参股公司及其他成员企业或机构共 同组成的具有一定规模的企业联合体1 4 1 。组建企业集团主要是追求规模效 益和大规模生产，主要考虑企业集团内部资源的优化配置，资源信息的共 享。企业集团的组织架构上通常是以母公司为集团公司的核心，在母公司 的技术支持和组织协调下进行总体规划和系统建设，发挥集团公司各个子 公司的优势，形成集团优势，在市场竞争中占据有利地位。 企业集团并非是各个单体企业简单的“1 + 1 ”式的联合，不是生产要 素的随机组合与简单叠加，而是要实现单体企业间的优势互补，形成企业 集团内部的专业分工。企业集团的规模扩张来源于横向一体化、纵向一 体化以及多样化经营，它们分别形成规模经济和范围经济。从而最大限度 地增加企业集团竞争力和扩大市场占有率【1 1 】。但是，随着企业集团规模的 扩张，由组织的扩张带来的管理成本也会呈指数递增。同时由于企业集团 涉及的产品业务繁多而复杂，母公司与子公司、子公司与子公司之间有着 密切的业务联系，子公司的产品往往就是另个子公司或者母公司产品的原 料，他们之间存在上下游的关系，需要企业集团母公司与各个子公司，甚 至与企业集团的联盟企业密切合作，共同完成产品的协同设计和生产制 造。因此企业集团生产活动除了具有规模大型化、经营多元化的特点以外。 协同化也应该是企业集团的另一个特点。 面向企业集团的协同可以分为两个层面的协同：企业集团之间的协同 和集团内部的协同，本文着重就企业集团内部的协同进行分析研究。为更 好的理解协同，我们总结协同特点如下【1 1 l ： 目标性。协同是以实现系统总体目标为目的，没有系统总体目标，就 无需各个子系统或各部门之间的相互合作，相互支持和相互促进。系统也 就失去方向性。 关联性。协同是系统在一定的外部环境条件约束下，系统内部各子系 统或各个部门之间相互作用而产生整体效应的，如果没有系统内部各子系 统或各个部门之间的相互关联，各种子系统或各个部门无法构成一体，也 9 西北工业大学硕士论文 第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 就没有必要组织它们相互协同。 网络性。协同是以系统外部环境与内部各子系统或各个部门为基础 的。企业集团内部组成单位和部门的分布性，就决定协同系统要是一个多 层次、多角度、全方位的立体网络系统，通过该系统进行信息的传递和共 享，有效地组织系统协同工作。 动态性。系统协同是动态的，而不是静止不变的，系统内各予系统或 各个部门之间相互关系在实现系统总体目标的进程中，需要根据系统发展 实际情况，及时给予调控与修正，修订各子系统或各个部门的目标，以保 证系统总体目标的实现。 2 1 1 2 企业集团的工艺设计业务分析 工艺设计是企业集团生产活动中重要的组成部分，它涉及知识领域广 泛，部门单位繁多。因此针对企业集团在工艺设计中存在协同问题进行研 究具有重要价值和意义。 | | | | | 陲 一 集团子公司l集团子公司i 零件工艺分析零件工艺分析 工艺方案制订 工艺力案制订 相互零件工艺路线划分 1 相瓦 零件工艺路线划分 协同 专业工艺设计协同专业工艺设计 各种工艺审批 各种工艺审批 工艺设计 图2 - 1 企业集团工艺设计主要业务流程 工艺设计的任务是：在给定的资源( 机床、刀具、央具) 约束下，为 1 0 西北工业大学硕士论文第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 实现期望目标( 可行的工艺规划、优化的费用等) ，选择和确定详细的工 艺过程，使零件毛坯经过确定的形状、性质和表面质量的改变能够成为所 需的成品【3 1 。工艺设计主要包括：产品工艺性分析、工艺方案制订、产品 工艺路线划分、毛坯设计、专业加工工艺设计、装配工艺设计、检验工艺 设计、工装设计等。图2 - 1 所示：企业集团工艺设计主要业务流程。 2 1 2 企业集团对c a p p 系统需求 在当代机械制造领域中，多品种小批量生产的企业大量增加，制造系 统正逐渐从刚性( 高效率的大批量生产模式) 向柔性( 高效率多品种小批 量生产模式) 转变，这就要求将计算机的应用贯穿于产品策划、设计、工 艺规划、制造与管理的全过程。在计算机集成制造系统( c i m s ) 中，c a p p 是联接c a d 与c a m 的桥梁，同时它又是计划调度、生产管理等所需信 息的提供来源，是企业各部门信息交汇的枢纽。c a p p 系统围绕工艺数据 来解决企业的工艺设计问题。c a p p 系统中产生的大量工艺数据要提供给 设备、劳资、生产、财务等部门。由这些管理部门依据工艺数据来安排和 组织生产，因此工艺数据是至关重要的。作为企业集团信息化建设中的一 部分，c a p p 应从协同设计、管理、集成等多方面来解决企业集团的工艺 设计问题。 工艺信息系统应面向整个工艺系统及相关部门，围绕产品b o m 进行 数据组织和管理，覆盖工艺分工、工艺计划、工艺规程编制、工艺资源管 理、工艺知识管理、材料消耗定额编制、工时定额、工艺审批流程管理， 工艺文件查询、浏览、打印发布、工装设计与管理等业务流程。为各级领 导和工程师提供工艺设计、管理的统一工作平台，实现对工艺工作过程的 管理与控制，最终建立以信息集成和工艺知识为主体，基于网络实现工艺 设计与信息管理一体化的工艺信息集成系统，支持并行工程、虚拟制造、 敏捷制造等先进技术的应用。为了适应极其复杂的制造环境，企业集团工 艺设计对c a p p 有了更高的要求，主要体现在下面几个方面： ( 1 ) 良好的工艺设计的界面 c a p p 首先作为工艺人员进行工艺编制的辅助工具软件，利用它进行 工艺设计时，要符合工艺人员的设计习惯，操作要方便简单，界面要友好 直观。基于交互式界面，方便、简单、友好操作的c a p p 系统更为企业接 受。 ( 2 ) 工艺的标准化和规范化 西北工业大学硕士论文 第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 在工艺设计中，工艺文件种类繁多、术语符号各异，随着企业的变化 和发展，又会出现其它的一些数据表现形式和新的工艺符号。这就要求首 先建立各种信息数据的统一术语、符号、代号和文件格式，对数据处理、 业务工作等实现标准化、规范化，使工艺人员在工艺设计过程中有章可依， 同时又可以尽量地避免人为的错误，提高工艺设计质量与效率。然后再在 系统设计时统一考虑这些问题，以实现在统一的设计环境中无差别的处理 这些形式各异的设计信息和数据，并能够支持这种处理功能的可扩展性和 可配置性，同时结合上述工艺信息建模优势避免了工艺信息交换接口的繁 复性和专用性。 ( 3 ) 强大的统计汇总与综合查询能力 ， 目前许多企业工艺数据的汇总、计算、抄写等重复性劳动占全部工作 量的5 0 6 0 ，工艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统计、工艺 文件的编制、排版等重复性的繁琐劳动，尤其是汇总工作相当繁杂，很难 保证其准确性和一致性。同时随着市场响应速度的加快与客户需求的多 变，动态查询与统计出现的越来越频繁，固定模式的统计汇总与查询已经 不能满足企业对工艺系统的要求。 ( 4 ) 动态的工艺资源和工艺知识管理 企业制造资源本身是动态变化的，其工艺知识也随着技术和设备的提 高而变化着，这就要求工艺设计系统要对工艺知识和资源进行动态管理， 提供工艺知识和资源的动态录入、检索、共享、使用、一致性维护和安全 性控制等管理功能。在工艺设计中，必然涉及到跨部门、跨企业的各类技 术人员之间的知识和资源的传递、协同和集成。因此c a p p 系统必须能把 这些分散的知识和资源集成起来为企业和设计人员所共享；c a p p 要提供 实时更新其资源库和知识库的工具，并能够高效的导入、导出、检索及使 用这些知识和资源；能够保持其一致性和数据安全。这样才能迅速有效地 辅助工艺设计人员进行智能化的工艺设计，提高其利用率。 ( 5 ) 工艺数据的统一管理 工艺信息系统应面向整个工艺系统及相关部门，围绕产品b o m 进行数 据组织和管理，实现对产品及其零部件的工艺数据进行统一有效的管理： 同时保证工艺知识、工艺资源在企业内的有效获取与充分共享，建立单一 产品数据源数据库。也要实现在工艺规程数据基础上，进行数控工序中数 控程序编制以及数控程序等相关数据的管理。 ( 6 ) 工艺的并行化协同设计 1 2 西北工业大学硕士论文第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 目前，随着产品复杂程度的提高，产品的设计工作量，需求知识量都 大幅度增加。这就要求企业部门之间的加强合作，进行更细的分工。目前 随着客户需求的多样化，大规模定制思想、敏捷制造业相继提出，这就要 求企业要以最短的时间来响应市场需求，推出自己的产品，缩短产品开发 设计周期。采用先进的信息技术、集成技术、软件开发技术、网络通讯技 术，推动c a p p 研究逐步向支持多用户协同工作、调度与管理，是有效缩 短产品开发周期的手段。 ( 7 ) 强大灵活的工作流程控制 工艺设计涉及大量的、种类繁多的工艺信息，其过程是复杂的。如何 有效对工艺设计信息、工艺信息处理过程进行管理，有效对工艺计划、分 工进行跟踪，及时了解工艺进展情况。这些对工艺设计都相当重要。工作 流技术为解决此类问题提供了很好的方法。工作流程控制必须具有良好的 灵活性，可以依据企业的具体需求，快速灵活的设计工作流程控制模板， 使其能够快速适应业务过程的变化、机构体制的改革。并能进行工作流的 分析和建模；进行工作任务管理和分配；支持对工艺任务在线设计修改、 审签、监控和察看状态功能等，并支持工艺文件的网上协同圈阅批注和电 子签名。 ( 8 ) 强大的角色权限管理 角色是工艺设计与管理工作业务执行用户所属的类别，权限是角色所 能执行的动作集合。两者是密切相关的，对于工艺信息系统的用户来讲， 灵活的角色划分和权限配置是工艺信息系统正常运转的基础和保障。 针对企业集团以上工艺设计的需求，作者提出了面向企业集团的协同 工艺设计系统，系统拟以p d m 为集成平台，开发协同工艺系统。p d m 有 着强大的产品配置、工作流管理、角色权限控制等功能，下一节将着重介 绍p d m 系统。 2 2p d m 系统和c a p p 系统 2 2 1p d m 系统介绍 p d m 是管理所有与产品相关的信息和过程的技术；与产品相关的所 有信息，即描述产品的各种信息，包括零部件信息、结构配置、文件、c a d 档案、审批信息等：与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义和管理， 包括信息的审批和发放。它以网络和分布式数据库技术为支撑，采用面向 1 3 西北工业大学硕士论文第二章面向企业集团的协同工艺设计系统结构研究 对象的建模方法，能够管理产品全生命周期内的所有数据和所有产品相关 过程，提供了一个企业范围内的产品开发和制造的并行化的协作环境。一 般来说，p d m 系统具有文档管理、工作流过程管理、产品结构与配置、 更改管理、角色和权限管理、项目管理系统集成与封装等主要功能【1 6 l 。 ( 1 ) 文档管理 p d m 文档管理的是对产品整个生命周期中所有与产品相关的文档信 息和过程的管理，这些文档包括原始档案( 合同、产品设计任务书、需求 分析、可行性论证报告和产品设计说明书) 、设计文档( 规范和标准、结 构分析、性能分析、图形) 、工艺文档( 零件图形数据、工序图形数据、中 间工艺规程、n c 代码) 、生产计划与管理文档、销售维修服务文档、以及 其他专用文档。 ( 2 ) 工作流程管理 工作流程管理主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。包括 工程数据的提交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、自动通知控制 等。它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的 数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。p d m 工作流管理提供流程模型的动态建模，进行流程的发起、更改、查看和执 行。 ( 3 ) 产品配置管理 运用产品配置技术允许相同的产品根据不同的要求配置出不同的 b o m 结构，使同类产品的构型多元化，并使产品开发和制造过程快速且 有效。产品配置管理是对产品结构管理的扩展，能够很好的满足对产品多 样性管理的要求。产品配置管理的目标是建立产品的整体模型、建立产品 的配置规划、建立一致的产品材料清单( b o m ) 、建立产品更改的历史记录 等。 ( 4 ) 角色权限管理 在p d m 系统中，组是一个虚拟组织，它是根据项目建立起来的用户群。 角色是被分配到组中，反映组成员不同职能，一个组可以有