（机械制造及其自动化专业论文）面向叶片产品的工艺数据管理系统研究与开发.pdf

摘要 摘要 工艺数据是产品数据的重要组成部分，也是企业生产信息的汇集处。随着先进制造 技术、信息技术的飞速发展，企业对工艺信息化系统提出了更高的要求。如何把工艺设 计人员从繁重的重复劳动中解放出来：如何有效管理大量的工艺文件和工艺数据；如何 使工艺信息得到共享与集成等问题己越来越受到企业的重视。 工艺数据管理系统功能是生产和检索产品整个生命周期中的基础工艺数据，并保证 产品工艺数据的完整性、一致性，实现企业产品工艺信息的集成与共享。在此基础上， 系统自动完成工装设备、工具、关键工序等各类统计汇总工作，以及大量的各种工艺文 件的归档。 本文在对制造企业工艺数据管理现状研究的基础上，结合工艺数字化发展趋势，对 无锡叶片厂工艺数据管理进行了需求分析，对企业存在的现状提出了以下解决方案： 首先，通过对叶片制造相关工艺数据的特点、分类、组织描述，提出了叶片工艺数 据库的构建方案，并采用面向对象技术，建立了叶片产品的工艺资源库模型；通过对企 业工艺资源数据的有效管理，尤其是对叶片专用模具、夹具、刀具等专用工装数据的管 理，实现企业资源的共享，并为叶片产品工艺编制提供了基础数据源。 其次，提出了一种基于产品结构的结构化工艺思想，即按照叶片产品制造b o m 结 构将叶片的加工工艺分为若干加工工艺过程，通过对每个工艺过程对象的操作，来完成 工艺的编辑工作。采用结构化b o m 的方式来组织产品的工艺信息，可以快速获取产品 加工工艺路线，制造b o m 等信息，为后续生产提供数据，符合企业集成化的发展趋势， 有利于在整个产品的范围内对企业的工艺数据进行管理和维护，便于实现工艺信息共 享。 在系统建立过程中考虑到与企业已有的e r p 系统的集成，保证产品生命周期信息 的统一，提出了以物料编码为基础的管理方法，方便e r p 系统调用数据；并对系统采 用的关键技术进行了说明，同时还论述了系统的各个功能模块及其界面设计。 关键词：叶片工艺数据工艺数据库产品结构结构化工艺 a b s t r a c t a b s t r a c t p r o c e s si sa ni m p o r t a n tp a r to fp r o d u c td a t aa n d i ti sa l s ot h ei n t e r s e c t i o no fe n t e r p r i s e s p r o d u c ei n f o r m a t i o n w i 也也cd e v e l o p m e n to fa d v a n c e d m a n u f a c t u r et e c h n o l o g ya n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , m a n ye n t e r p r i s e sm a k eh i g h e rd e m a n d o np r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e m m o r ea n dm o r ee n t e r p r i s e r sh a v er e a l i z e dt h a ti ti sv e r yi m p o r t a n tt or e s o l v es u c hp r o b l e m sa s r e l e a s i n gt e c h n o l o g i s t sf r o mb u r d e n s o m ea n dr e p e a t e dl a b o r , m a n a g i n gam a s so ft e c h n i c a l f i l e sa n dd a t ae f f e c t i v d y , i n t e g r a t i n ga p p l i c a t i o nw i t ho t h e ri n f o r m a t i o ns y s t e m so fa n e n t e r p r i s ea n ds oo n 1 1 1 ef u n c t i o no fp r o c e s sd a t am a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o d u c i n ga n ds e a r c h i n gb a s i c p r o c e s sd a t ao fp r o d u c t l i f ec y c l e ，a n di ta l s oe n s u r e st h ec o n s i s t e n c ya n di n t e g r i t yo fp r o d u c t t e c h n i c a ld a t ai n t e g r a t i o na n dc o m m u n i c a t i o no ft e c h n i c a li n f o r m a t i o n o nt h i sb a s i s ，t h e m a n a g e m e n ts y s t e ma u t o m a t i c a l l yc o m p l e t ea l lf o r mo fs t a t i s t i c a lw o r ko fe q u i p m e n t s ，t o o l ， k e yp r o c e s se t ca n dp u t a l lk i n d so fp r o c e s sp a p e r so nf i l e t h i s p a p e re x p e n d e d o nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fp r o c e s sd a t am a n a g e m e n tm m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sa n dd e v e l o p m e n t t r e n do fd i g i t a lp r o c e s sd a t a , c o m b i n i n gw i t ht h e d e m a n da n a l y s i sf o rp r o c e s sd a t am a n a g e m e n to fw 缸it u r b i n eb l a d ec o ，l t d ，p u tf o r w a r d t h es o l u t i o n f i r s t l y , t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dp r o c e s ss o u r c ed e s i g na n d c o n s t r u c t i n gt h r o u g ht h e d e s c r i p t i o n so ff e a t u r e ，c l a s s i f i c a t i o na n do r g a n i z a t i o no fp r o c e s sr e s o u r c ed a t a , e s t a b l i s h e d p r o c e s sr e s o u r c em o d e lb a s e do ot e c h n o l o g y ，w h i c hc a nm a k et h ep r o c e s sr e s o u r c ed a t a e f f i c i e n t l ym a n a g e d ，e s p e c i a l l yf o rs p e c i a lp r o c e s se q u i p m e n ts u c ha sm o l d ，c l a m p ，t o o le t c ， s ot h a tal o to fb a s i cd a t ar e s o u r c e sh a v eb e e no f f e r e df o rb l a d em a n u f a c t u r e s e c o n d l y , t h i sp a p e rp u t sf o r w a r das t r u c t u r a lp r o c e s si d e aw h i c hb a s e do np r o d u c t s t r u c t u r e ，n a m e l y , f a b r i c a t i n gt e c h n i q u ef o rb l a d ei sd i v i d e di n t os e v e r a lp r o c e s s e sa c c o r d i n g t ot l l em b o m ，a n dp r o c e s se d i ti sc o m p l e t e dt h r o u g ho p e r a t i n gt h ep r o c e s sn o d e a d o p tt h e w a yo fs t r u c t u r a lb o mt o c o n s t r u c tp r o c e s si n f o r m a t i o n , w h i c hc a nq u i c ko b t a i nt h e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sr o u t i n g 0 mi n f o r m a t i o na n dd a t af o rf o l l o w e dp r o d u c t i o n i t a c c o r d sw i t ht h ei n t e g r a t i o nd e v e l o p m e n tt r e n d ，i sh e l p f u lf o rp r o c e s sd a t am a n a g e m e n ta n d s h a r e dp r o c e s si n f o r m a t i o n f i n a l l y , t a k i n g i n t oa c c o u n tt h ei n t e g r a t i o nw i t he r ps y s t e m ，a n de n s u r i n g t h e c o n s i s t e n c yo fi n f o r m a t i o n i np r o d u c tl i f ec y c l e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dam e t h o do f m a n a g e m e n tb a s e do nm a t e r i a lc o d e ，w h i c hi sc o n v e n i e n c ef o re r ps y s t e mt ot r a n s f e rp r o c e s s d a t a i ta l s oe x p l a i n st h ek e yt e c h n i q u e su s e di nt h es y s t e mi n d e t a i la n dd e s c r i b e se a c h f u n c t i o nm o d u l ea n dt h ei n t e r f a c ed e s i g no ft h o s em o d u l e s k e y w o r d s ：b l a d e ，p r o c e s sd a t am a n a g e m e n t ，p r o c e s sd a t a b a s e ，b o m ，s t r u c t u r a l p r o c e s s 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。尽我所知，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，也不包含本人为获得江南 大学或其它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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：日期：册多年易月a 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学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，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， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： e l 期：如莎年乡月e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着市场全球化竞争的加剧以及网络、数据库、面向对象方法、分布计算、系统集 成等计算机技术的发展和普及，制造业己步入信息化时代，企业越来越多的开始采用计 算机进行企业管理、产品研发以及加工制造等活动，以力求达到企业对市场的快速响应。 虽然计算机应用加快了企业产品的开发速度，缩短了产品开发周期，但传统的管理方式 已经不能适应由于计算机应用给企业带来的种种变化。因此利用信息技术加快数字化制 造、采用数字化管理成为学术界研究的热点。 数字化管理是以企业发展战略为方向，针对企业的产业资源、人力资源、技术资源、 市场资源设置及运作现状，在分析、重组、确认他们的科学性、规范性、可行性的基础 上，以计算机网络技术为基础、以管理应用软件开发为核心，建立企业的管理信息系统； 数字化管理的技术手段有利于对企业各级人员充分授权，充分实现企业信息的服务与共 享。它以数据为管理核心，运用量化技术来解决企业管理问题i l 【2 1 。数字化管理有两层 含义1 3j ：一是企业的管理活动是基于网络的，即企业的知识资源、信息资源和财富可数 字化；二是利用量化管理技术来解决企业的管理问题，即管理的可计算性。如果企业的 运作和行为不可描述、不可记录、不可量化，企业的数据和信息就不可传递，不能实现 共享，实行数字化管理可以完善解决企业信息系统的集成和共享。 作为数字化制造、管理的重要组成部分，数字化工艺c a p p ( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s s p l a n n i n g ) 负责将产品设计信息转化为制造信息，它既依赖于产品设计数据和制造等因 素，又直接对产品的质量管理、生产管理和车间等产生影响，企业要求c a p p 与其它相 关设计或信息系统如( c a d ，e r p ，m e s 等) 之间实现产品信息的全面集成。因此，如 何有效管理工艺数据及工艺过程一直是企业关注的重点。 为了推动和加速制造业技术创新，特别是推动计算机集成制造系统在企业中的应 用，促进c a p p 工艺数据管理系统向更高的方向发展，本文基于数字化管理的思想，以 无锡透平叶片有限公司作为应用开发背景，以工艺数据为核心，进行了基于产品结构的 工艺数据管理系统的研究和开发。通过对工艺数据的有效管理，实现企业内部相关数据 的有机集成和共享。 1 2 企业工艺数据管理现状 1 2 1 工艺数据管理与c a p p 技术 c a p p 计算机辅助工艺过程设计是利用计算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到 成品的制造方法，是将企业产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术，它是连接设 计与制造的桥梁，是计算机集成制造系统的重要组成部分h i 。经过几十年的发展，作为 工艺数据管理的最原始技术，c a p p 正经历着由传统c a p p 到现代c a p p ，从工艺数据 无法管理到采用先进的信息化手段进行管理的转变。 江南大学硕士学位论文 2 0 世纪6 0 年代未，人们就开始了c a p p 的研究与升发，最早研究c a p p 技术的国 家有挪威及前苏联等。但在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是设在美国的国际性组织 c a m i 于1 9 7 1 年开发的c a p p ( c a m i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l 锄面n g ) 系统i 引。其他比较 著名的c a p p 有美国普度大学的a p p a s ，荷兰的m i p l a n ，英国曼彻斯特大学的 a u t o c a p ，德国柏林工业大学的c a p s y 等1 6 l 。2 0 世纪8 0 年代初期，c a p p 技术受到 工艺界的重视，从此c a p p 研究工作在国内外蓬勃发展。1 9 8 5 ，1 9 8 6 年，美国机械工程 师协会( a s m e ) 连续召开c a p p 技术会议；1 9 8 5 ，1 9 8 7 年，国际生产工程研究会( c i r p ) 连续召开c a p p 专题会议，经过这几次在国际上具有较大影响力的会议，使c a p p 技术 的研究工作在世界范围内推广，进而掀起c a p p 技术的研究高潮1 7 i 。国内c a p p 技术的 研究是从8 0 年代开始的，国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的修订式t o j i c a p 系 统1 8 】和北京航空航大大学的创成式b h c a p p 系统f 9 j 。早期的c a p p 系统，其目标是工艺 设计的自动化，完全没有考虑到对工艺设计的结果进行管理，因此，工艺数据的管理只 是一片空白。 随着计算机技术的发展以及企业需求的不断增加，人们开始意识到工艺设计过程中 存在的问题，如资料的查找、表格填写、数据计算、分类汇总等工作繁琐、重复，并且 随着企业产品不同、生产规模不同，工艺方面差异较大；大部分企业对加工设备、工艺 装备、工艺方法、典型工艺等工艺资源缺乏管理；对过往工艺设计的结果没有很好的管 理，无法起到参考和借鉴作用。因此，这也促进了c a p p 系统的发展，企业需要c a p p 提供对工艺设计相关数据进行管理。 目前国内已开发的某些商品化c a p p 软件如下：清华天河、武汉开目、北航海尔软 件有限公司的c a x a 、东大软件、南京新模式等等。其中清华天河、武汉开目、艾克斯 特、北航c a x a 软件系统做的相对成熟些。这些软件可归纳为几类i | 0 】j ： 1 、使用w o r d 、e x c e l 、a u t o c a d 或再开发的c a p p 系统。 此类c a p p 系统所生成的工艺文件是以文件形式存在的，无法生成工艺数据，更谈 不上工艺数据的管理。 2 、常规的数据库管理系统，工艺卡片使用f o r m 、r e p o r t 或在a u t o c a d 上绘制卡 片的c a p p 系统。 此类c a p p 系统所生成的工艺卡片是由程序设计生成的，工艺卡片的填写无法实现 所见所得，如果企业的卡片形式需要更新的话就需要更改源程序。 3 、注重卡片的生成，但工艺数据的管理功能较弱的c a p p 系统。 此类c a p p 系统的工艺数据是分散在各个工艺卡片当中的，很难做到对工艺数据的 集中管理。 4 、采用“所见所得”的交互式填表方式+ 工艺数据管理、集成的综合式c a p p 系统。 此类c a p p 系统的填表方式更符合工艺设计人员的工作习惯，方便地与企业的p d m 系统集成，管理产品的工艺数据，并为m r pl i 、m i s 等系统提供有效的生产和管理用 的工艺数据。 2 第一章绪论 从国内c a p p 软件的特点可以看出，c a p p 从传统的只注重工艺设计向集工艺设计 与工艺数据管理一体化系统发展。但是大部分c a p p 系统还是仅能够满足工艺人员“放 钢笔 的要求，在企业基础数据还没有实现集成化的时候片面追求产品的工具化、自动 化和系统集成。然而工艺数据管理离不开c a p p 系统的支持，因为它管理的就是c a p p 设计的结果，需要从c a p p 系统中提取基础工艺数据；但是有了c a p p 系统并不等同于 就有了工艺数据管理，虽然部分c a p p 系统也起到对一些工艺数据的管理，但由于c a p p 系统是制造企业的一项单元技术自成体系，其工艺数据管理基本上是基于文件封装概念 的管理，没有考虑产品生命周期中工艺数据的纽带作用和与其它相关系统的集成，使得 工艺数据相对孤立，导致了“信息孤岛 现象。因此若能建立一个工艺管理平台，不但 能够有效的管理工艺设计的相关数据，又考虑到与企业应用的其它系统集成，而且还有 利于企业制造资源的合理分配和利用，为实现计算机集成制造提供了技术基础。 1 2 2 工艺数据管理与p d m p l m 技术 p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) 技术是2 0 世纪9 0 年代传入我国 的，它是在系统工程思想指导下，采用面向对象技术，以产品为核心，实现对产品相关 数据( 包括工艺数据) 、过程、资源进行一体化管理【l 引。它的管理方法是：一方面，工 艺数据管理模块从p d m 中接受来自c a d 部门的阶段性设计版本，对其可制造性、及加 工经济性等进行评价和分析，并将意见反馈给p d m 系统；另一方面，c a p p 模块将自 身阶段性设计结果传给p d m ，并根据生产调度、资源情况的实时动态信息，及时进行 工艺设计的调整和优化，提高开发活动的并发度，尽量在产品开发的早期阶段发现问题。 基于p d m 平台对工艺数据的管理虽然实现了系统的集成，保证了数据的完整，统一， 流畅，但它更侧重于产品的结构与配置、产品生产制造的图纸文档的管理，没有完整的 对工艺及工艺数据进行全面管理【1 3 h ”j 。 p l m ( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ，产品生命周期管理) 技术为满足制造业对产 品生命周期信息管理的需求而产生的一种新的管理模式i 】州，它是在p d m 的基础上发展 起来的管理系统，产品生命周期管理就是对产品生命各阶段的数据进行处理操作。p l m 结合电子商务技术与协同技术【1 7 1 , 将产品的开发流程与s c m 、c r m 、e r p 等系统进行 集成，将孤岛式流程管理转变为集成化的一体管理，实现从概念设计、产品设计、产品 生产、产品维护到管理信息的全面数字化。 基于p l m 的工艺数据管理与基于p d m 的工艺数据管理区别在于：传统基于p d m 的工艺数据管理研究主要开发了工艺设计工具与工艺管理平台。其中，工艺设计工具的 作用是提高工艺设计效率和简化工艺设计操作；工艺管理则侧重工艺规划、工艺信息管 理和过程集成等功能的实现。而基于p l m 思想的工艺数据管理则研究解决了传统工艺 管理只能处理工艺部门业务、不能充分利用工艺知识、缺乏同各个部门协作的状况，对 提高产品设计水平，缩短工艺设计周期，实现产品工艺信息在产品生命周期的创建、管 理、分发和使用，具有重大的理论意义和实用价值【】引。 p d m 技术中的面向对象技术，以产品为核心的管理理念，以及p l m 技术中对产品 生命周期进行数字化管理，协同管理的思想，为面向集成的工艺数据管理提供了新思想。 江南大学硕士学位论文 1 2 3 工艺数据管理技术发展 虽然人们对c a p p 的研究已经有几十年，但工艺数据管理技术真正引起人们的重视 确是在近几年。伴随着全球信息技术的发展，尤其是i n t e m e t 的出现，使得信息技术得 以迅速渗透到社会经济的各个领域。计算机的普及使得数据管理技术飞速发展，工艺数 据管理技术也相应的经历了人工数据管理、文件数据管理、数据库系统管理三个阶段【1 9 j ： l 、手工、程序数据管理 2 0 世纪8 0 年代初，工艺数据是由计算人员手工保存，将数据的存储和操作在编程 中实现，嵌入式设计使程序和数据不能相互独立，程序与数据之间有很强的依赖关系， 不同程序之间没有数据共享。该方式也不能适用于复杂的数据处理，对普通数据管理都 很难适应，对工艺数据更无法管理。 2 、文件管理数据 2 0 世纪9 0 年代初，随着计算机应用由科学计算扩展到其他应用领域以及操作系统 中文件系统的发展，工艺数据管理进入文件管理阶段。此阶段国内也推出一些商品化 c a p p 软件，但都基于w o r d 、e x c e l 、a u t o c a d 开发，工艺数据以文本文件形式存在， 以文档为中心进行管理，这类系统忽视了企业信息化中产品工艺数据的重要性，且产品 工艺数据的一致性、准确性和工艺信息集成问题也无法解决。 3 、数据库系统管理数据 2 0 世纪9 0 年代末，随着计算机的应用越来越广泛，数据量急剧增大，对提高数据 共享和减少数据冗余的要求也越来越高，并且提出了多用户同时共享相同数据的问题， 随之出现了用数据库技术来管理工艺数据的系统。这些管理系统从信息开发角度，分析 产品工艺文件中所涉及的数据信息、建立结构化的数据模型，并以模型驱动进行工艺设 计、工艺数据管理，尤其是网络数据库，c s 结构模式数据库的出现，为工艺数据的集 成奠定了基础。基于数据库技术进行数据管理具有如下特点1 1 0 j ： l 、数据库具有面向多种应用的复杂数据组织和结构。数据不再针对某一应用，而 是面向全组织，具有整体的结构化，数据的存取方式也很灵活，可以存取数据库中的某 一个数据项、一组数据项、一个记录或一组记录。 2 、具有高度的数据独立性。所有数据由数据库管理系统完成在磁盘上数据库中的 存储，应用程序只需处理数据的逻辑结构，当数据的逻辑结构改变时，应用程序不需改 变，从而实现了数据的物理独立性。应用程序与数据库的逻辑结构也相互独立，当数据 的逻辑结构改变时，用户程序可以不改变，这就实现了数据的逻辑独立性。数据的高度 独立性使数据的定义、存储和管理都交由数据库管理系统完成，应用程序不必关心数据 的存储细节，从而简化了应用程序的编制和维护。 3 、可实现数据的高度共享并保证数据的完整性和安全性。数据库可以实现数据资 源的共享，可使多个用户同时并发地存取同一个数据库或数据库中相同的数据项或相同 的数据记录。数据库管理系统提供了多用户并发控制机制、数据完整性管理和数据的安 全机制。 4 第一章绪论 1 3 工艺数字化管理的发展趋势 经过十余年的探索和发展，工艺数字化在多个方面有了突破发展并且发展方向也越 来越清晰。总结起来，工艺数字化的发展趋势有如下几点1 2 l i ： ( 1 ) 通用化、柔性化和实用化 c a p p 经历了派生、创成、专家系统等不同阶段的发展，尽管这些系统有各自的特 点，但都面临同一个问题一难以推广应用。 我国c a p p 的研究与开发在2 0 世纪9 0 年代经过了一次大胆的转变，将c a p p 的目 标由追求工艺的自动化生成转向为工艺人员的辅助工具。如以开目公司为首c a p p 软件 厂商率先提出工具化思想，使得基于工具化的c a p p 系统得到蓬勃发展。快速发展为商 品化的c a p p 系统，在商业上获得巨大成功。工具化系统的特征有： 第一，注重辅助编辑。c a p p 首先要解决传统手工编制工艺卡片的问题。 第二，工艺的个性化通过可视化的工具来定制。而在工具化c a p p 系统中，提供了 工艺规程类型、工艺卡片的格式、工艺资源、工艺计算的公式、工艺的审批流程等定义 工具，通过这些可视化定义工具，就可以将企业的个性化植入c a p p 系统中。 第三，注重对数据和过程的全面管理。在工具化c a p p 系统中，由于充分发挥了人 的作用，为提高工艺的标准化水平，在提高效率的同时保证质量，就必须强化对数据以 及数据产生的过程的管理。 ( 2 ) 注重工艺知识的重用 工艺设计数字化产品工具化的思想，使工艺设计的效率大大提高，但依靠工具化系 统不能使工艺人员的设计水平有明显提高，工艺设计水平的提高还依赖于工艺人员工艺 知识的积累，依赖于老工艺师工艺知识的传承。然而，工艺知识的积累和传承并不容易， 因为工艺知识相当零碎，其条理化不清晰。究其原因是因为工艺知识的表达手段比较匮 乏，需要在工艺知识的表达方法上多作一些工作。 但是值得庆幸的是，工艺知识的表达现在已经有了一定程度的突破，如开目公司列 提供的工艺系统能够用框图来表达工艺知识，其他工艺人员或者计算机通过框图可以学 习工艺设计的方法和过程；还有其它的多种手段，比如公式、工艺资源管理器等。这些 手段的应用必将推进工艺数字化过程中工艺知识的重用。 ( 3 ) 集成而非孤立的工艺设计 在一定程度上，工艺设计可以看成产品设计、采购管理、生产计划、车间制造、质 量管理、成本管理等多种信息的交换的中心。因此可以说，孤立的工艺设计数字化系统 是不能适应未来的发展的。因此我们需要从集成的角度看到工艺设计数字化，需要从产 品全生命周期的角度来看待工艺设计数字化。 与工艺设计联系最紧密的是设计系统体系( c a d 系统、p d m 系统) 以及e r p 系统 体系。不过也有学者【2 3 1 1 2 4 1 根据近年来m e s ( 制造执行系统) 的迅速发展现状以及m e s 与生产执行关系的紧密性，提出工艺设计与m e s 的集中是未来集成的另一个重点。各 系统关系如图1 1 所示，其中工艺c a p p 起到了桥梁的作用。 江南大学硕士学位论文 图1 1c a p p 是信息化集成的桥梁 f i g l - 1c a p pi sb r i d g eo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ( 4 ) 基于三维c a d 的工艺设计 由于信息技术的发展和计算设备性能的提高，三维c a d 的应用越来越普遍。与二 维c a d 的表达相比，三维能够承载的信息更多【2 5 】，尤其是工艺信息，如孔、倒角等， 这些信息可以在三维c a d 中很明确地表达出。 由于三维可视化的优点，基于三维c a d 的工艺设计特别适合于机加工和装配工艺。 基于三维c a d 的机加工工艺可以自动提取工艺特征，在工艺知识库的支持下，可以自 动选择( 或推荐) 加工方法，甚至还能实行加工模拟( 如装夹模拟、切削模拟等) 【2 6 1 。 基于三维c a d 的装配工艺可以动态直观的模拟装配过程，事先发现可能发生的装配干 涉，这是基于二维c a d 的工艺设计系统很难达到的。 目前，我国基于三维c a d 的工艺设计研究正处于起步阶段，国外系统处于领先地 位的代表产品有如u g s 公司的t e c n o m a t i x 和达索系统公司的d e l m i a 。 ( 5 ) 能管理制造过程的工艺设计1 2 刀 国内传统的工艺设计，通常只关心用什么样的制造方法、通过什么步骤能够把一个 产品加工出来，主要还是停留在技术层面。相对而言，国外的工艺设计系统包含可更多 的管理因素，如工厂布局、生产线设计、生产计划( 产品计划、进度计划、资源计划) 、 质量控制、仿真( 含加工仿真和生产线仿真等) 等等，造成这种现象的原因与国内外车 间生产的条件有关。 从集成上来讲，技术层面的工艺设计给其它相关系统( e r p 系统、m e s 系统) 提 供的信息有限，很难承担企业制造信息中枢的重任。因此，能管理制造过程的工艺设计 系统，必然是未来发展的一个方向。 1 4 课题背景及需求分析 无锡透平叶片有限公司是一家现代化生产规模的汽轮机叶片专业化企业。该厂主要 为各类汽轮机提供成套及维修所需各种叶片。该企业正以建设国际化的叶片供应商为目 标，把信息化工作渗透到方方面面的同常事务中，努力提升企业的科技和管理水平，逐 步把企业改造成一个全球化的、能面向未来2 0 年的叶片专业化企业，而信息化建设将 是提升企业技术水平和管理水平的重要手段之一。 6 第一章绪论 该厂在企业信息化建设中有卓越的战略眼光和不凡的业绩公司为信息化建设投入 很大，并且在如下方面已经取得了明显的成效： ( 1 ) 网站建设在企业范围内建立了局域网，建立了i n t e r a c t 的网上信息发布机制 ( 2 ) 计算机辅助管理系统建设a u t o c a d 的应用进行图纸绘制、工艺文件编辑等。 ( 3 ) 2 0 0 4 年实施e r p ( s a pp , 3 ) 系统进行企业资源管理。 尽管企业在信息化管理上拥有了如此之多的应用软件，但由于各种单元技术软件独 立的设置和自成一体带来了信息资源的分散存贮，使得大量工艺数据信息无法实现统一 应用和共享，导致了信息孤岛的产生。 经过实地考察和调研，该企业存在的主要问题是： ( 1 ) 没有对工艺信息的完整管理。叶片产品精度要求高，工艺过程复杂，工序数目 多，尽管采用a u t o c a d 辅助编制工艺文件，但没有应用成组技术，存在大量的重复 性劳动，严重影响产品生产周期和按期交货。在已经实施的e r p 系统中没有对工艺路 线、工序等信息的管理。 ( 2 ) 由于电子文档分散存放在不同地点、不同部门的计算机中，产品工艺数据不能 以产品结构( b o m ) 为中心进行组织，促进设计、知识重用；电子文档查找困难，不能根 据产品的相关信息快速的检索资料。并且各种工艺文件格式不统一，工艺信息分散于各 个独立的文件中，需要花费大量的人力来完成工艺资源的统计。 ( 3 ) 各应用软件独立，信息不能共享。c a d 、工艺信息等系统是独立的应用系统， 数据不能够互相利用，信息不能够传递和交换，形成信息孤岛。 ( 4 ) 缺乏自制工装的统一管理。的各设计项目组之间沟通仍限于手工模式，产品设 计信息存放更多的是在单个人员的个人计算机上，缺乏一个电子化平台促使数据共享， 专用模具、夹具、刀具、量具等工具仍是人工管理，难以及时查找到所需要的工具，有 时甚至需要重新设计，使得工具准备时间很长，影响产品的生产；另外，很多工装名称 也不规范，多是产品工艺员自行根据产品特点命名，具有随意性，这些都给工装工艺的 查找带来不便。 ( 5 ) 缺乏对各车间设备的有效管理。工艺员在实际编制工艺时，无法全面了解本厂 的加工设备( 刀具) 以及外协单位的设备信息，在解决工艺编制时经常出现“凑刀 状 况，有时为了适应设备要求而进行返工修改工艺。因此急需对设备等工艺资源信息进行 系统管理。 面对上述问题，该企业迫切需要有一个集成的环境来予以支持知识的重用和共享的 要求，并寻找一种有效的管理方式辅助工艺数据的管理，提高工艺设计质量，缩短生产 准备周期，以提高对市场变化的响应速度和竞争能力。 1 5 课题研究目的和意义 针对企业存在问题，本课题提出了“面向叶片产品的工艺数据管理系统的研究与开 发。希望根据企业的实际需要和信息化管理的要求，建立一个面向叶片产品工艺数据 管理平台，以整个产品为对象，以产品工艺数据为核心，通过对工艺资源数据分类管理、 7 江南大学硕士学位论文 工艺规程数据的结构化管理来解决厂里存在的实际问题，使企业合理利用资源，获得更 好的效益。 当今，世界市场日趋多变，产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量减小， 顾客对产品的交货期、价格和质量的要求越来越高。在这种情况下如何使企业能够快速 开发新产品，重组资源，组织生产，满足用户“个性化产品”的需要，就成为企业追求 的目标。而面向产品的工艺数据管理系统的建立为企业实现目标提供了可能，基于产品 结构的结构化工艺数据管理系统是以整个产品为应用对象的，以产品的工艺数据为中 心，全面的工艺数据管理，并提供了与其它阶段的数据的集成与共享，不但可以减轻工 艺工程师的繁重劳动，减少工艺过程设计中所需要的某些人工决策，同时提高工艺过程 设计的质量，缩短生产准备周期，减少工艺过程设计费用及制造费用，提高对市场变化 的响应速度和竞争能力。 采用结构化b o m 的方式来组织产品的工艺信息，符合企业集成化的发展趋势；有 利于在整个产品的范围内对企业的工艺数据进行管理和维护，便于实现工艺信息共享， 实现与企业产品设计、工艺设计、产品制造、生产与经营管理、销售及物资供应部门的 计算机应用系统的有机集成，有利于实现企业内部和企业间信息资源的合理分配和利 用，进一步为企业实现快速设计与制造提供了有力的支持，为企业的良性发展和建设打 下基础，能够满足企业信息化建设的需要。 从研究意义上讲，系统开展工艺数字化管理及相关理论方法的研究、工艺数字化管 理系统的实施与应用方面的研究以及工艺数字化相关软件平台与工具系统的开发，具有 非常重要的理论意义、应用价值和产业化前景，对于提高我国制造业的技术创新能力和 国际竞争力，实现我国制造业的跨跃式发展具有积极的推动作用。 从实际应用出发，结合课题开发面向叶片产品的工艺数据管理系统，正是针对企业 存在的具体问题，而提出相应的解决办法。系统的建立不但能够解决企业存在的问题， 而且其设计思想，研究方法也会随着各种自动化和信息技术在制造企业中的推广得到越 来越多的应用，对其他同类型生产企业也有很高的借鉴意义。 1 6 课题研究的主要内容 本课题具体研究内容包括以下几部分： ( 1 ) 在分析企业工艺数据管理现状，工艺数据数字化发展趋势的基础上，根据无锡 叶片制造企业的实际需求，确立以叶片工艺数据库为基础，采用基于叶片产品制造b o m 结构的结构化工艺路线管理方法，以实现对叶片产品进行全面工艺数据管理为研究目 标。 ( 2 ) 工艺数据库模型的研究。根据对叶片制造相关工艺数据的特点、分类、组织、 描述，提出叶片工艺数据库的构建方案，并采用面向对象技术，建立叶片产品的工艺资 源库模型，通过对工艺资源库的建立，实现工艺资源数据在企业范围内的共享要求。 ( 3 ) 面向叶片产品的工艺数据管理技术研究。首先对叶片产品结构管理进行研究， 包括产品结构模型的建立，产品数据结构的存储以及产品结构树的生成方法等；其次， 第一章绪论 在此基础上对结构化工艺管理方式进行深入分析，研究基于产品结构的结构化工艺生成 方法。 ( 4 ) 应用p b 与s q ls e r v e r2 0 0 0 作为开发平台设计并开发了一套工艺数据管理原型 系统。 1 7 本章小结 本章主要介绍了课题研究的现状、背景、内容和意义。首先提出制造企业数字化管 理趋势下工艺数字化管理的重要性，然后分析了制造企业工艺数据管理现状，工艺数据 管理技术发展，工艺数字化发展趋势，并结合实际详细分析了无锡透平叶片有限公司对 工艺数据管理系统的需求情况，在此基础上提出研究课题，进而论述了本课题的研究内 容及课题的意义。 9 江南大学硕士学位论文 第二章叶片工艺数据库模型研究 2 1 工艺数据库在工艺数据管理中的作用 数据库既是统一企业内各方人员对数据需求的一种技术，又是协调各部分人员动作 的组织方法。建立工艺数据库的根本目的就是为工艺管理、生产信息系统提供数据，实 现数据共享。工艺数据库包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则。从某种意义上 说，整个企业的生产过程也就是工艺数据的处理过程。利用数据库技术建立以工艺资源 库为主的各种数据库，通过对工艺资源的统一管理和共享，以及与其它应用系统( 如 m e s ，e r p 等) 的集成，可以有效的提高工艺设计的水平，缩短产品开发周期。 工艺数据库是把工艺数据按一定的分类和规则存储在数据库的表中，表与表之间通 过主外键进行关联，主关键字唯一确定了作为实体的每个管理对象，外关键字则体现了 各工艺数据的关系和流向。这样建立的关系数据库，工艺数据之间可以建立密切的联系， 任一处数据的增、减、删、改，会直接影响另一处数据的改动，而数据源的删减能够引 起与其相关的一系列数据的删减，既实现了数据的全局一致控制又使数据的各种操作集 中在工艺数据库中完成。 工艺数据库中存储的工艺资源数据主要是为企业各种工艺决策提供各种具体的信 息，它贯穿了制造企业中和产品设计与制造相关的整个过程，因此工艺资源是工艺设计 的前提条件。工艺资源是编制工艺文件的基础，而目前大部分企业对工艺资源数据缺乏 管理，常常发生重复制造工艺装备和工艺资源闲置，工艺资源利用不当，以及工艺术语 不规范等诸多问题。因此工艺设计部门要求建立工艺数据库将企业的工艺资源有效的管 理起来，以方便工艺设计人员在工艺设计过程中浏览、查询和选取，同时也便于机械设 计人员和机械制造人员的浏览和查询，促进了工艺数据的在各部门之间的传递，使知识 可以共享，避免产生“信息孤岛”现象，也可以使工艺数据规范化和标准化，使标准化 成果可以重复使用。 2 2 工艺数据概述 2 2 1 工艺数据定义及分类 工艺数据，也就是我们常说的工艺资源。按其特征可分为广义工艺资源和狭义工艺 资源p 8 1 。广义工艺资源是企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理元素的总称。 狭义工艺资源是指加工一个零件所需的物质元素，是面向c i m s 、c a p p 等系统所需的 底层工艺资源。它主要是用于为企业各种工艺决策提供各种具体的数据信息，所以它不 仅包括企业的设备资源、而且还包括为企业决策支持的其它资源，如工艺术语、技术规 范、技术要求等。 从数据的特性来看，工艺数据可分为静态工艺数据与动态工艺数据两类1 2 。 静态工艺数据的数据量与时间的变化相对无关，属于经常查看和使用但很少修改的 数据。主要是指工艺设计手册上已经标准化和规范化了的工艺数据，以及标准工艺规程 第二章叶片工艺数据库模型研究 等。静态工艺数据一般由加工材料数据、加工数据、机床数据、刀具数据、量夹具数据、 标准工艺规程数据、成组分类特征数据以及已输入计算机的零件信息和对应的最终工艺 规程等组成。且常采用表格、线图、公式、图形及格式化文本表示。 动态工艺数据的数据种类和数据量都是随着企业生产设备的变更、技术革新的深入 等而不断变化的，不同的产品、不同的工艺过程、不同的加工需求就会产生不同的数据， 主要指在工艺规划过程中产生的相关信息，如中间过程数据、工序图形数据、工艺规程、 n c 代码、各种汇总清单、关键工序明细等。 2 2 2 工艺数据的特点 工艺数据是工程数据的一种形式【3 儿川，具有许多独特的特点，主要有： 1 、数据类型复杂 从数据形式化表达的般格式看，任何数据都能表示为三元组( 实体、属性、属性 值) 及其关联集。对于传统的商用数据，用基本数据类型，如字符型、整型、浮点型等 及其它们的组合就能构造出三元组中的数据类型。工艺数据与一般的关系型数据不同， 它们除了含有一般关系数据库所能