（机械制造及其自动化专业论文）飞机制造过程管理系统及集成技术研究.pdf

西北二厂业大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着企业信息化技术的深入，飞机制造过程管理中存在的诸如串行生产组织方 式、信息化孤岛等问题越来越突出，阻碍了制造过程的管理与优化，制约着企业 信息化的进一步发展。为此，论文针对飞机制造企业的实际需求，结合制造过程 管理技术思想，对飞机制造过程管理系统的技术体系进行研究，以实现制造过程 的协调统一管理。全文主要从体系结构、信息模型、过程管理与应用集成四个部 分展开： 1 1 在分析飞机制造过程特点的基础上，结合当前飞机制造企业的需求与应用 环境，构建了飞机制造过程管理系统的总体方案、系统结构和功能结构。 2 ) 通过分析飞机制造企业的制造过程信息，采用面向对象技术进行制造过程 信息建模，并研究了数据的组织与管理方式，为过程管理与应用集成构建坚实的 基础。 3 ) 采用工作流管理技术全面分析飞机产品的制造过程，对制造过程进行建模 与优化管理，并对生产制造过程中的任务流、信息流以及人员组织权限进行管理， 提高产品制造过程的效率，缩短生产制造周期。一 。4 ) 通过分析w 曲服务技术及其应用机制，提出了基于w 曲服务的飞机制造 过程应用集成方案，实现飞机制造过程应用系统的松耦合应用集成。 通过上述研究，形成了实现面向飞机制造企业的制造过程管理系统的一整套技 术体系，为将来实现制造过程管理系统奠定了坚实的基础，并且其中部分研究成 果已经应用于企业实际开发中。 关键词：制造过程管理，信息集成，过程建模，飞机制造，w 曲服务 西北工业大乎硕七号争帝论文a b s t m c t a b s t r a c t 晰t h 锄t c r p r i s ei n f o 锄a t i o i l i z a t i o nn l l l l l i n gi nd 印m ，l ee x i s t i n gp r o b l e m so f a i r c m f tm a i l u 缸砌n gp r o c e s sm a l l a g e m e n t ，s u c h勰s e r i a lw o 蹦n gm o d c彻d 吼s i n o o m c di l l f o m i a t i o n e x c h a 玎百n g ， o b s t c tm 黝g e m e n t 卸d 叩t i l l l i z a t i o no f m a n u f a c t i l r i n gp f o c e s s t h e r c f b r e ，t h et e c l l i l o l o g ys y s t e no fa i r c r a f tm a i i u f k 嘶n g p m c e s sm a n a g e i i l e n ts y s t 锄i sd e 印l yr e s e a r c h e db 船e do nm 觚u f a c t i l r i n g 锄t e r p r i s e s r e q u i r e m 翎t s 卸di d e ao f m a n u f k t l l r i n gp r o c e s sm a i l a g e m 锄t a c c o f d i n g l y t l l ep 叩e ri s o r g a i l i z o da l l de x t d e db yf o i l rp a r t s ，i 1 1 c l u d i n gt l l es y s t e ma r c h i t e c t u r c ，i n f o 咖a t i o n m o d e l ，p m c e s si i l t e 轳a t i o n 粕dm a l l a g e m t ，粕d 印p l i c a t i o ni n t e 蓼a t i o n f i r s n y ，l l l eo v e 豫us c e n a r i oa n da r c l l i t e c t l l r eo fa i r c m f tm a n u f 砬t l i r i n gp m c c s s m a i l a g 锄曲ts y s t 锄a r es t l l d i e d ，a n a l y z i n gt l l ec h 村a c t e r sa r l dr c q u i r 锄e n t so fa i r c 硼 m 枷f 犯t l l r i i l gp r o c e s sm a n a g 咖e n t s c c 彻d l y ，柚a l y z i i l g t h e m 卸u f a c n gp r o c e s s i n f o 】f 1 1 l a t i o no fa i f c f m m a n u f 犯t i l n ge n t e r p r i s e s ，i n f 0 m a t i o nm o d e li sc r c a t e db yo b j c c t o r i e m e d 印p r o a c h ， a i l dd a t ao r g a l l i z a t i o na n dm a n a g e m e n tm e t h o d sa r er e s e 鲫c h e d 1 1 l _ a ts e t su pt l l e l i d f 0 蚰d a t i o nf o rp r o c e 鼹m 锄a g 锄曲ta n da p p l i c a t i o ni n t e 酬i o n t 1 1 i 】m l y ，t l l ep 印c r 锄a l y z e sm a n u f h c 劬gp r o c e s so fa i l 饼a f tm a n u f a c 删n g e n t e r p f i s e s ，w i t l lt h et e c h i l o l o g yo fw o r k n o wm a n a g e m 曲t t h ep r o c e s sm o d e lo f m a i l u f a 椭gp r o c e 豁i ss t i l d i c d ，觚di n 硒 i i l a t i o nm a l l a g 锄e n t ，b 璐i i l 髓sm 柚a g e m e n t 肌du s e rm a i l a g 锄e ma r ea c h i e v e db yi m p r o v i n ge 伍c i 曲c yo f m a m l f a c t i l r i i l gp r o c e s s f i m l l y ，t l l e 慨l l n o l o g y 粕d 印p l i c a t i o nm c c h a i l i s mo f w e bs e r v i c ei sa 1 1 a l y z e d ，锄d t h eo v e r a l ls c 即觚oo fm a n u 白嘲埘n gp r o c e s sa p p l i c a t i o ni i l t e 鲥【i o ni ss t l l d i e d 锄d r e a k z c d b 够e do nr e s e a r c h e sa b o v e ，a to ft e c i l i l o l o g ys y s t e i l lf o rm a n u f a c 嘶n gp r o c e s s m a n a g e m e n th 猫b e c l lf b m e d t h e s ew i l lb e t 量l ef b l l l l d a t i o no fi m p l e m e n t i n g m a n u f 砬t i l 凼gp m c e s sm a n a g e m e n t ，a n ds o m eo fr c s e a r c hr e s u n sh a v eb e e n 印p l i e dt 0 e n t e m r i s e s k e yw o r d s ：m a n u n gp r o c 船sm a n a g e m 吼t ，i n f o n n a t i o ni n t e 乒a t i o n ，p r o c e s s m o d e l i n g ，r c r a f cm 锄u f ；l c t i m n g ，w 曲s e r v i c e 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t 作的知识产权单位属于西北工业大学。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伉为西北t 业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：g l 丞蠡 指导教师签名： 。1 年哆月 3 3 日3 。0 年 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f 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，不包含本人或他人已申请学位或其它用途使用过 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标 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：域 3 * 1 年哆月秽日 西北t 业大学硕十学付论文 第一章绪论 第一章绪论 飞机制造是一项涉及众多学科和专业、需要耗费巨额研究资金、历经较长制造 周期的非常复杂的系统工程。由于飞机产品的特殊性以及其生产制造过程的复杂 性。传统的飞机制造技术和生产制造管理模式严重阻碍了飞机制造业的发展，已 经不能够适应飞机制造向多品种小批量以订单驱动的制造模式发展的需求。因此， 采用全新的设计、制造、管理技术对飞机制造过程进行全过程控制，缩短飞机生 产制造周期，提高制造质量，降低生产成本，增强对市场的快速应变能力已经成 为飞机制造企业激烈竞争的焦点【”】。 1 1 飞机制造过程管理现状 随着飞机制造企业信息化的发展，我国飞机制造企业正在逐步应用先进的制造 技术与管理系统，如计算机辅助设计( c o i n p u t e f 加d c d d e s i g n i n g ，c a d ) 、计算机 辅助工艺设计( c l p t c ra i d e dp r o c e 髂p l 锄i n g ，c a p p ) 、计算机辅助制造 ( c o i n p u t e r 加d e dm a 肌f a c t 嘶n g ，c a m ) 、产品数据管理( p r o d u c td a t am 孤a g c m t ， p d m ) 、企业资源计划( e n t e r p r i r e s o u r c ep l a l l 疵培，e r p ) 、制造执行系统 ( m a l l u f 她t u 血ge x e c u t i o ns y s t 锄，m e s ) 等管理系统们，提高了企业的制造能 力，推动了飞机制造业的信息化进程。先进的制造技术与管理系统在企业信息化 的初期带来了巨大的效益，但是随着信息化不断的发展，由于各个应用系统之间 信息模型相互独立，飞机制造企业经常出现制造过程信息脱节，制造过程无法统 一协调和监控，企业信息流、物流和价值流流通不通畅等现象。目前，飞机制造 过程中存在的问题主要体现在以下几个方面【i i 挖j ： 1 1 刚性的串行生产组织模式 当前我国飞机的制造过程涉及到许多的车间和部门，而企业的车间、部门的划 分是以功能为核心，如热处理车间处理零件或者组件的热处理，表面处理车间进 行喷漆等处理，飞机装配车间进行飞机的总装，而质量检验部门负责零件的质量 等。面向功能的生产组织方式虽然使每个单位各施其职完成自己的任务，但是很 容易造成每一个制造环节仅仅只关心当前环节的功能实现，不去考虑整个制造过 程其他制造环节的信息，致使产品生产周期过长、制造成本过高，已经不能适应 飞机制造向单件小批量的发展趋势。 2 ) 信息交换与利用率低 由于我国飞机制造过程总体上依旧采用刚性的串行工作方式，且以功能划分企 业部门，导致了企业部门之间信息交互的效率低下。现代飞机的制造过程实质上 是一个产品数据建模、数据传递、拓延和加工处理的过程，是数据信息的物质表 1 两北丁业大学硕十学位论文第一章绪论 现形式。而当前的飞机制造过程中车间或者部门之间的信息交流则大多是采用单 向的信息流动方式进行图纸和信息的交互，致使信息交互的效率低下，制造过程 不能有效地集成。 3 )“孤岛式”的信息化 飞机制造过程中已经运用了许多单项先进制造技术或管理系统，如计算机辅助 技术c a x 、资源优化技术、项目管理技术等，但大多数都是针对飞机制造过程中 某一个环节的，未能实现整个制造过程的系统管理。这些商业系统都是由不同的 公司开发提供的，由于不同的信息模型和系统平台导致了系统之间的信息交互集 成出现了断层。虽然企业也发了很大的力气做了系统之间集成的工作，能够完成 部分信息共享和交互，但是缺乏从整个制造过程层面上进行统一管理，效果不是 很大。 4 ) 飞机制造过程缺乏监控 飞机制造企业的现行制作过程管理机制，已经无法实现对产品制造过程进程的 实时监控，造成了制造过程信息不能有效地进行传递和反馈，企业各部门相关人 员不能及时沟通，使得飞机产品在制造过程中的错误得不到及时的控制，甚至同 类错误可能重复出现，极大地影响了产品的安全质量以及生产周期。 为了有效解决上面所提到的问题，就必须对飞机制造过程进行研究和分析，找 到问题的症结所在，对症下药，提高飞机制造过程的管理能力，实现对制造过程 业务、信息统一的协调与管理，全面提升飞机制造企业的核心竞争力。 1 2 国内外研究现状 制造过程管理技术及系统的研究与实现，是当前先进制造领域特别是飞机制造 业的研究热点，具有重要的研究价值。国内外的研究学者都对此做了很多的研究 工作，并且取得了很多成果。 国外研究机构的专家和研究人员对制造过程管理进行了深入的研究，如b r i 觚 j h 吼z 等人【1 3 】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：h 伽【i l 【 j o h a i l s s o n 等人1 1 4 】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： m a n u e lg e y c f 等人【1 5 】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一个平台；d a v i ds l y 等人【1 6 悭出了基于b o m 的制造过程管 理的解决方案等。除了关于制造过程管理基本理论的研究，还有许多关于制造过 程集成框架的研究，如欧共体高技术研究发展计划提出的c r m o s a 的集成基础结 构，美国半导体制造技术联盟s e m a t e c h 组织提出的c d 讧应用框架，美国国防 部w 啦灿一p a t t e r s o n 空军基地等单位主持的工程信息系统( e n g i n e e 由gh l f o r n l a t i s y s t e m ，e 1 s ) 项目等【1 7 。18 1 。上述研究主要是针对制造过程管理的基本理论、集成 2 西北t 业大学硕十学位论文第一章绪论 架构和层次结构，为制造企业实施制造过程管理提供了理论、方法和架构上的指 导，对制造过程的发展和应用奠定了很好的基础。 我国对制造过程管理技术的研究开始于2 0 世纪9 0 年代中期。针对我国制造企 业普遍存在的新产品制造周期过长、制造过程管理水平低等问题，在国家“十五” 8 6 3 课题基于制造资源优化配置的制造过程管理系统的资助下，先后由中国科 学院沈阳自动化研究所、北京航空航天大学、西北工业大学、机械科学研究所等 院校和科研机构开展了相关的制造过程管理研究，主要是针对航空和模具等行业 的复杂产品制造过程，分析如何有效地整合区域制造资源，并对制造过程进行监 控管理，围绕生产制造过程实施集成制造，最终实现制造各环节的协同，快速地、 低成本、高质量的制造产品【l9 】。另外，其他方面的研究大都是基于某一系统，例 如c a p p 、m e s 等，并在该系统之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【2 0 犍出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；西南工学院的张卫华和四川大学的赵武和李澍2 l 】均提出了一种面向生产管 理的生产信息管理系统；北京航空航天大学的杨玺俾j 提出的基于单一产品数据源 的飞机制造信息管理研究；北京航空航天大学的齐建军】提出的基于) m 几的制造 过程集成框架研究与实现等。可见，研究人员从各个方面对制造过程管理开展了 大量的研究工作，并取得了一定的成果。 从整个国内外关于制造过程管理技术的研究现状来看，当前的研究往往侧重于 某一部分，而对于制造过程中信息的管理、过程的控制以及如何利用集成框架技 术实现制造过程管理系统化、平台化等问题，还缺乏全面而深入的研究。而由于 飞机制造企业的制造过程的复杂性和特殊性，致使制造过程管理技术在飞机制造 企业的应用也还处在一个比较低的水平。因此，如何利用制造过程管理技术及制 造企业集成平台技术，结合飞机制造企业的制造过程特点，搭建飞机制造过程管 理系统，实现制造过程数据的共享和交换、业务的统一逐渐成为制造过程管理技 术进步研究的重点。 1 3 研究内容及意义 飞机制造技术是一个国家科技水平、军事实力与综合国力的重要标志之一。虽 然国内飞机制造企业逐渐采用各种先进的制造系统，但是由于依然采用旧的制造 模式以及各个应用系统之间信息模型的孤立性，使得整个制造过程冗余和繁琐， 导致了制造水平远远落后于国际先进水平。因此，制造过程管理成为飞机制造中 非常重要的一个关键环节，如何提高制造过程的快速反应机制，缩短生产制造周 期成为飞机制造企业面临的一个巨大挑战。 3 西北t 业大学硕十学何论文第一章绪论 本文研究的飞机制造过程管理系统就是构建一个全面支持制造业务逻辑、动态 适用企业变化与发展的面向制造过程的制造过程管理软件平台，通过信息在应用 系统之间的相互协调，加强企业制造过程的协同管理，从而实现从计划、工程到 制造过程的信息自由共享，最终达到缩短产品研发和生产周期，以及提高产品质 量等目的。 本文着重研究了飞机制造过程管理系统中的以下几个方面的内容： 1 ) 在分析飞机制造过程管理的基础上，结合当前飞机制造企业的需求与应用 环境，构建了飞机制造过程管理系统的总体方案和系统架构。 2 ) 通过分析飞机制造企业的制造过程信息，采用面向对象技术进行制作过程 信息建模，并研究了数据的组织与管理方式。 3 ) 采用工作流管理技术全面分析飞机产品的制造过程，对生产制造过程进行 优化，并对生产制造过程中的任务流、信息流以及人员组织权限进行管理，提高 产品制造过程的效率。 4 ) 通过分析w 曲服务技术及其应用机制，提出了基于w 曲服务的飞机制造 过程应用集成方案，实现飞机制造过程应用系统的松耦合应用集成。 上述几个方面，均是围绕着飞机制造过程管理在信息、过程和应用三个层面进 行实现的关键问题，是建立在作者辛苦研究和实际开发工作基础上的，不但具有 一定的先进性，而且具有较强的实用性。 1 4 论文研究背景 作者在攻读硕士学位期间，在导师的指导下参加了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，先后参与了若干项目、课题的研究与开发， 其中主要包括： 1 ) 面向中小制造企业信息化集成系统开发与应用( 8 6 3 计划) 主要是以项目管理为核心、以工作流引擎为基础的基于w e bs e i c e 的c a d c a m c a p p c a e p d m 伊l m 但r p s c m c r m 等软件的集成系统，各软件模块都仅 与基于w 曲服务的平台总线相接插、交换数据，包括几何数据、工艺数据、文档 和报表等。 2 、某飞机制造企业基于p d m 的c a p p 集成研究 基于统一的c p c ，p d m 平台，针对典型的x x 0 2 机，围绕其b o m 迸行数据组 织和管理，覆盖工艺编制、材料消耗定额编制、工装工艺设计、工艺资源管理、 工艺知识管理、工艺数据统计汇总、工艺工作流程及更改等，实现与c p c 伊d m 平 台的集成，并进行相关历史数据的整理和导入。 3 ) 某航空动力控制有限公司工艺设计与管理系统集成研究 4 西北t 业大学硕十学傍论文第一章绪论 主要是在u g 与t c e ，r c m 系统环境的基础上，进行工艺设计与管理系统的建 设，实现c a d 、c a p p 、p d m 、e r p 及m e s 的信息集成，以有效提高工艺设计与 管理的效率与水平。系统开发原则是综合应用t c e 厂r c m 、c a p p f r a m e w o r k 以及 其他软件支持系统，实现相关软件的紧密集成，发挥各自的优势，建立适合于企 业发展需要的体系结构。 在这些项目的研究与应用过程中，作者深切认识到飞机制造企业虽然使用了先 进的信息化系统，但是由于缺乏对整个制造过程进行管理的系统平台，使得企业 不足以快速响应市场。因此，作者力图在飞机制造过程管理的体系结构、信息模 型以及构件制造过程管理系统的实现技术等方面进行深入的研究，以促进飞机制 造企业的信息化工作。 1 5 论文章节安排 论文共分为六章，各章节的组织结构如图1 1 所示。 第一章绪论 i i第二章飞机制造过程管理系统研究 l 第三章飞机制造过程管第四章飞机制造过程工 理的信息模型作流建模与管理 应用集成 j i第五章基于w e b 服务的飞机制造过程应用集成 j 第六章结束语f 图1 1 论文的章节组织结构 第一章绪论 本章在介绍制造过程管理国内外研究现状的基础上，通过分析飞机制造企业的 制造过程管理现状和存在的问题，说明研究飞机制造过程管理系统的可行性和必 然性，并简要的阐述了论文的研究内容与背景，最后对论文的组织结构进行了介 绍。 第二章飞机制造过程管理系统研究 本章通过分析飞机制造企业对制造过程管理的需求，结合制造过程管理系统的 思想，提出了飞机制造过程管理系统的设计思路、体系结构和功能结构，并介绍 了制造过程管理系统的关键技术。 5 两北工业大学硕十学何论文第一章绪论 第三章飞机制造过程管理系统的信息建模 本章从应用角度对飞机制造企业的制造过程信息进行详细的分析，总结飞机制 造过程管理系统的基本对象以及它们之间的数据信息的关联关系，并采用面向对 象技术进行制造过程管理系统的信息建模，阐述数据的组织形式，最后表述基于 订l 的制造数据映射机制。 第四章飞机制造过程工作流建模与管理 本章通过分析工作流管理技术，在此基础上对飞机制造的生产制造过程进行详 细的分析，建立飞机制造过程的工作流模型，使其能够满足生产制造过程的过程 集成。最后，简要地介绍飞枫制造过程管理。 第五章基于w 曲服务的飞机制造过程应用集成 本章主要利用w 曲服务技术解决飞机制造过程应用系统闯的松耦合应用集成 问题，并对基于w 曲服务的飞机制造过程应用集成的总体方案、集成平台的应用 环境与应用流程作了主要的介绍。 第六章结束语 本章总结了论文的主要研究内容和成果，并指出了论文研究工作中存在的不足 和未来研究方向。 6 两北t 业大学硕士学位论文第二章飞机制造过稃管理系统研究 第二章飞机制造过程管理系统研究 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密不可 分，成为一个严密整合的集合体。其中，飞机制造过程不仅仅涉及到各种先进的 制造管理技术，而且还是产品数据建模、数据传递、拓延和加工处理的过程，并 且最终的飞机产品也可以看作是制造过程的物质表现1 2 ”。因此，飞机制造过程应 具有全局和总体性，在注重单项技术的深度的时候，更加有效性的发挥总体整合 功效才是飞机制造过程管理的关键之处。 2 1 飞机制造过程管理需求分析 2 1 1 现代飞机制造过程的特点 飞机是一种目前高精尖、高质量、高附加值及高风险产品。由于飞机产品的特 殊性，致使其制造技术及制造过程与一般机械制造有着明显的不同，有着自己的 独特之处，其制造过程具有如下主要特点【2 们7 】： 1 ) 飞机产品结构复杂 飞机产品结构与其它产品相比，不仅设计复杂、精度高，而且加工工艺也非常 复杂，致使其制造困难，这些环节将直接影响到飞机产品的整体性能，只有具有 先进的加工技术手段才能达到要求。 2 ) 工艺种类繁多 飞机制造企业的工艺主要分为冷、热工艺两大部分，冷工艺包括机加、钣金、 数控、装配、总装、试飞等类型，热工艺包括锻造、铸造、焊接、热处理、表面 处理、防锈等类型，可以说覆盖了几乎所有工艺类型。 3 ) 飞机制造过程复杂 飞机整个制造过程涉及到产品设计、毛坯制造、切削加工、特种加工、质量检 测、热处理等多个方面，工艺路线很长，加工设备多，加工过程的信息量大，且 各环节的负荷率不平衡，给制造过程带来很大困难。 钔制造数据量庞大 由于飞机结构复杂，零组件的数量也就非常之多，一个机型下的全部零组件将 近1 0 万个，一种型号的工艺规程数量大约有5 万份。一个飞机制造企业同时会有 几个甚至十几个机型的制造数据需要管理，数据量非常庞大。 5 1 先进制造设备与普通加工设备并存 由于飞机制造过程中先进制造设备与普通加工设备并存，各种系统同在，导致 信息载体的形式多种多样，有! 维工程设计图纸信息，也有三维模型信息，信息 7 西北t 业大学硕七学位论文第二章飞机制造过稃管理系统研究 载体不统一，不便于管理与传递。 6 ) 飞机产品的质量和安全性要求很高 由于飞机产品的特殊性导致飞机产品的质量和安全性要求异常严格，这就使得 产品的质量检测和监控显得极为重要。 2 1 2 面向制造过程的制造模式分析 飞机产品的制造过程涉及到设计部门、工艺部门、生产部门与管理部门等，并 且制造过程复杂多变，给生产与管理带来许多不便。传统的基于静态组织结构的 生产模式是以功能为核心将生产制造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，人为的割裂了整个生产过程，使得整个制造过程冗余和繁琐， 很难适应飞机制造向小批量、多品种的生产方式转化f 2 8 1 。 新的生产方式促使新的制造模式的发展，面向制造过程的制造模式就随之应运 而生。与传统的制造模式相比，面向制造过程的制造模式具有以下几个显著特点 【2 9 1 ： n 整体性 面向制造过程的制造模式能够使得飞机制造过程中所涉及的部门之间减少协 调的时闻，提高企业各部门的工作效率，建立良好的部门通讯协调以及反馈机制。 2 ) 动态性 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 划下达到各个相关部门，实现了对计划的快速反应。 3 ) 面向客户性 在制造过程的各个环节中均考虑到客户的需求，使得产品的最新要求能够融入 到生产过程中，最终保证产品的质量。 采用面向制造过程的制造模式能够很好的适应现代飞机制造过程的特点，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，最终保证产品整体 的最优性和产品的质量。 2 。1 3 飞机制造过程管理的需求分析 通过对飞机制造特点和面向制造过程的制造模式分析，对于飞机制造企业来 讲，飞机制造过程管理涵盖了工艺设计、制造执行、资源管理等众多内容，改变 传统的企业管理模式，运用成熟的项目管理思想、体系、流程以及方法对飞机制 造管理模式进行再造，对提高我国飞机制造企业的竞争力会起到重要的作用。此 外，企业还强调制造过程管理系统的可重构性、可重用性和扩展性，使制造过程 管理系统能快速适应多变的市场需求。因此，本小节将从过程管理需求、信息共 享与交换需求、资源管理需求和系统整体需求四介方面进行讨论，最后总结出飞 8 西北工业大学硕十学付论文 第二章飞机制造过秤管理系统研究 机制造企业对飞机制造过程管理系统的总体需求。 1 ) 过程监控和管理需求 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。 2 ) 信息共享与交换需求 在制造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。飞机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。制造过程管理需要从数据、过程与应用层面来适应企业各个应用系统 信息交换的需求： 数据层面 制造过程信息通过统一的数据表达方式( 如) 0 v 几标准) ，将工艺信息、生产 过程信息、制造信息、制造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。飞机制造过程管理系统应该具 有统一的数据标准、便捷的共享机制以及分布环境下的多种集成异构数据库集成 功能等。 过程层面 在飞机制造过程管理中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，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。 应用层面 飞机制造过程管理系统将c a p p 、e r p 、m e s 等软件系统作为软组件，并提供 相应的组件集成规范，凡是符合规范的产品都可以成为系统的一部分，并支持软 件的热插拔。该系统不是对单个软件的简单组合和数量上的堆积，而是在统一标 准、总体框架上有机的集成，并且该平台支持可扩展性，能够对企业业务的发展 和变化做出快速喻应，最终保障在系统上进行数据的交换和共享。 3 ) 制造资源管理需求 目前，我国飞机制造企业拥有大量先进的制造设备，但是没有得到合理的利用， 导致利用率仅仅只有2 5 。另一方面，制造资源与c a d 、c a p p 、c 舢、e i 口等 之间常常脱节，制造过程无法统一协调与监控。因此利用制造过程管理合理优化 和配置企业制造资源，提高其利用率显得十分迫切。 4 ) 系统整体需求 o 西北二厂业大学硕十学付论文 第二章飞机制造过平早管理系统研究 系统的跨平台性 企业中拥有多种操作系统、不同的数据库、异构的网络环境以及数个应用等， 为了保证系统平台的长期可用性，以及企业在发展过程中能够对i t 环境有较大的 自由度和选择面，企业需要一个跨平台的分布式应用。 可集成性 企业应用包含了多类大型软件的协同应用，如何实现不同应用系统的集成是需 要解决的问题之一。制造过程管理系统是企业整体信息化软件环境中的一个有机 组成部分，因此必须保证能够有多种方式与其它软件系统互联互通。 可扩展性 扩展性有两个方面：应用扩展和负载扩展。应用扩展是指制造过程管理系统可 以随着企业业务的发展、变化而随之变化，并且还要能够实现快速化和低成本。 负载扩展是指制造过程管理系统可以随着组织规模的扩展而扩展，并且硬件能力 可以增强软件的能力，从而提高的系统的能力与性能，但不改变应用操作与管理 层面。 系统安全性 安全性包括数据安全和通信安全两个方面。数据安全主要通过授权与认证来控 制用户的操作权限，从而达到保护数据不会遭到非法的访问；而通信安全则是要 求通过一系列的规则和协议保障网络环境下用户通信的保密性和通畅性。 2 2 飞机制造过程管理系统结构 2 2 1 系统设计方案 通过分析可知，基于制造资源优化配置的制造过程管理通常包括基于知识的产 品工艺规划、支持制造资源共享的优化配置决策支持、基于构件的可重构的制造 车间生产管理、可视化系统建模仿真、可重构的制造系统控制结构和模块化生产 单元设计等几个部分，是先进制造技术的关键环节【1 们。飞机产品的制造过程是一 个有机的整体，将制造过程管理技术应用于飞机制造企业，可以使飞机产品的制 造过程形成一个有机的整体，使得c a p p 、c a m 、m e s 等单元软件，在制造过程 管理的统一协调下以实现飞机制造的生产效益的最大化。 制造过程管理在飞机制造企业中应用的总体方案为：制造部门接到产品设计信 息后，由制造过程项目管理模块根据产品交货期制定制造计划，确定产品工艺设 计与制造环节的时间界限；一方面，工艺设计规划功能根据制造要求快速生成工 艺路线和所需的制造能力要求，另一方面，制造资源管理模块根据相关的产品信 息和制造能力需求搜索和整合制造资源库中的设备资源，将空间上离散的物理制 造设备进行重组，动态地构造产品的物理制造单元；数控制造与仿真系统首先根 1 0 西北t 业大学硕十学位论文 第二章飞机制造过程管理系统研究 据工艺路线、制造资源、产品几何数据、毛坯材料、加工要求等生成详细的数控 工艺和加工代码，其次系统进行加工的模拟仿真，验证制作的可行性；车间制造 执行系统根据生产任务和工艺信息调度制造资源，完成产品的制造任务。在整个 制造过程中，可视化制造过程项目管理与监控功能模块协调各系统模块的工作， 与各个子系统模块进行信息耦合，交换产品制造信息并向控制人员提供可视化的 生产状态数据。 作为柔性、动态集成的系统平台，其中的各个子系统功能都可以在企业中单独 应用，也可以通过与其它系统的松散集成，进行协调工作。 2 2 2 系统的体系结构 系统体系结构设计的好坏不仅影响着系统的效率、安全性，更直接影响着系统 使用的可维护性和可靠性。因此，本文根据对飞机制造过程管理系统的实现方案 与功能结构的分析，从信息集成、过程集成、应用集成和资源集成的角度出发， 提出了系统的体系结构图，如图2 1 所示。 图2 - i 飞机制造过程管理系统的体系结构 飞机制造过程管理系统的体系结构共分为三个层次：系统应用层、逻辑控制层 与数据源管理层。系统应用层和数据源管理层在中间服务层的协调下相互间进行 信息耦合，有效地进行协同工作。 1 ) 系统应用层 体系结构第一层为系统应用层，主要包括工艺规划系统、制造执行系统等单元 应用系统，分别完成制造过程中不同阶段的设计和制造任务。 两北工业大学硕十学位论文第二章飞机制造过稗管理系统研究 2 ) 逻辑控制与支持层 体系结构中间层为制造过程项目管理与监控系统，利用可视化手段对制造过程 各环节的运行状况进行监控，负责宏观制造任务的协调，并为各单元应用系统提 供数据交换的统一界面。 3 ) 数据源与服务注册层 体系结构第三层为数据库、文件系统、基于w 曲服务的文档协同管理平台和 u d d i 注册中心。其中数据库用来存储结构化数据，而文件系统用来存储非结构化 数据；文档协同管理平台用于保存制造过程中的项目文件、产品设计信息以及各 单元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、版本管理和权限管理等功能；u d d i 注册中心则提供集成接口服务的注册功能。 在工作流管理、项目管理、动态组织管理、权限管理、接口封装和注册服务管 理等相关技术的支持协调下，各单元应用系统遵循统一的规范，各自进行w 曲服 务接口的封装，按照预定义的流程进行数据交换和应用协作。用户通过澍览器操 作界面，将订单或任务形成项目，按照工作流定义的流程形成项目工作流，在整 个任务的执行过程中，通过监控和反馈组件，随时监测任务的进展情况，从而实 时协调任务的进度。 2 3 飞机制造过程管理系统功能结构 结合上面对飞机制造过程管理需求及制造过程管理系统结构的分析，飞机铝4 造 过程管理系统的功能结构可以分为资源优化配置管理、工艺规划设计、数控制造 与仿真、制造执行系统和制造过程管理与监控五个子功能模块，是管理和优化从 任务投放到完成加工整个生产活动的软件集成，建立的功能结构树如图2 2 所示。 1 2 两北丁业大学硕十学位论文第二章飞机制造过秤管理系统研究 图2 2 飞机制造过程管理系统功能 1 1 制造过程管理和监控 使用项目管理的思想和方法对从订单开始到设计、工艺、加工和交货的整个过 程进行有效控制，包括项目的定义、建模、分解、进度执行等。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和向各子系统的反馈。可视化制造过程管理 和监控系统的主要功能包括设备管理、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、综合查询、项目管理、任务管理和界 面管理等。 1 3 西北丁业大学硕七学位论文 第二章飞机制造过稃管理系统研究 2 ) 工艺规划设计 包括工艺知识管理、工艺路线规划、工艺设计和产品工艺数据管理。首先接收 可视化制造过程管理和监控系统下达的工艺设计任务和b o m 信息、零件设计信 息，进行零件的工艺设计，生成工艺路线和所需的制造能力要求，同时与制造资 源优化配置平台协同，获取加工路线优选信息和物理制造单元、设备信息，进行 动态制造资源约束下的工艺优选与优化，最后与数控编程系统集成生成数控代码。 3 ) 制造资源优化配置管理 制造资源优化配置管理的主要目标是完成任意具体产品的生产任务，针对工艺 规划设计系统提供的各个零件的逻辑加工路线，根据制造过程项目管理与监控系 统提供的优化目标，搜索资源库中相应的物理制造单元信息进行评估和加工路线 的优选，最终优选出一个或若干个给定约束条件下的可执行加工路线，并将优选 结果提交给工艺规划系统。当产品的实际生产过程发生变化时，根据制造过程项 目管理与监控系统提供的反馈信息，对现有的可执行加工路线进行局部或全部的 调整和优化，以实现制造资源的合理利用，满足复杂多变的生产加工任务需要。 4 ) 数控制造与仿真 数控监控与仿真包括基于制造资源和数控工艺的数控编程和制造仿真。在飞机 制造过程管理平台中，它通过制造过程项目管理与监控系统获取数控编程任务和 零件的三维数据模型，并由资源优化配置平台和工艺规划系统得到工艺路线和制 造资源信息，进行基于制造资源和数控工艺的数控编程，并通过制造仿真验证数 控程序以及加工设备的生产能力等，最终向飞机制造过程管理平台提交仿真报告 和数控程序文件。 5 ) 制造执行系统 包括开放式制造执行系统、基于有限能力的生产作业计划和车间现场数据采集 与反馈。制造执行系统在工厂车间中的作用是控制和管理产品加工过程，它通过 对车间作业的管理和控制，产生生产作业指令，驱动生产设备，并收集生产的实 时信息，实现生产过程管理。其功能将涵盖支持制造执行的详细计划、有限能力 资源管理、生产跟踪、生产文档管理、设备维修管理、工艺管理、质量管理、d n c 等功能。 飞机制造过程管理系统是上述五个子系统功能模块从任务发放到完成加工整 个生产过程的管理与优化的软件集合。从整个系统来看，各制造单元之间既相互 独立，又相互协同，各系统之间的协同关系如图2 3 所示。其中，c a _ p p 、c a 】、 m e s 等各单元应用系统分别完成制造过程中不同阶段的设计和制造任务，而可视 化制造过程管理和监控系统则负责宏观制造任务的协调与监控，并为各单元模块 提供数据交换的统一界面。 1 4 两北丁业大学硕十学侍论文第二章飞机制造过程管理系统研究 制造资源优化配置管理 lj l i | l 圭黼陋制造与仿真| 鬻看 | 资 源 优 化 ” i l r i 7 生产信息 + 1 、 工艺规划设计f 1，、1 制造执行系统 i ， i ， r i， 可视化制造过程管理和监控系统 图2 - 3 飞机制造过程管理系统功能协同关系 2 4 构建飞机制造过程管理系统的关键技术 飞机制造过程管理系统是一个由一系列软件工具和软件子系统组成的软件集 成平台，在构建过程中涉及到许多关键技术，如资源优化配置技术、信息集成技 术、过程集成技术等。本小节对飞机制造过程集成技术以及制造过程的资源优化 配置等技术进行简要地探讨。 2 4 1 制造过程信息集成 飞机制造过程管理中的制造信息集成主要涉及到不同系统异构数据库之间的 信息交互的表达方式、访问方式、数据一致性等问题。本文主要研究利用血技 术作为飞机制造过程信息产生、传输、处理的载体，从而实现制造信息在异构应 用间的交换和共享。 基于) a l 的制造过程信息集成主要包括基于) 。儿的制造过程信息集成规范、 讧l 文件、消息的传递和处理。其中，基于讧l 的集成规范作为实现w 曲服 务应用集成的基础，对制造企业的应用集成尤其具有关键意义。目前国内的研究 多集中在电子商务、基于s t e p 的产品标记语言的跟踪上，对整个制造过程中所涵 盖的应用系统的集成机制进行了一些探索性的研究，还没有比较完整和规范的接 口标准；国内一些高校和软件公司相继开始了对基于w 曲服务技术的企业应用集 成的研究，但由于没有统一的信息标准，不能实现各应用系统一致的组件化封装， 也就不能实现真正意义上的动态、松散的应用集成。 因此，集成框架的研究和实现，需要对基于讧l 的信息集成进行全面的分析， 西北工业大学硕士学位论文第二章飞机制造过秤管理系统研究 为制造企业的信息集成提供系统化的接口规范建模理论和方法，以及一套完善的、 简单、可扩展的x m l 接口标准。在建立的集成规范的基础上，系统的提出制造企 业应用w 曲服务技术进行应用集成的理论和方法。 2 4 2 制造业务过程集成 在实施制造过程信息集成的同时或进一步需要考虑的就是过程集成。过程集成 就是在完成过程之间的信息集成和协调后，进一步消除过程中各种冗余和非增值 的子过程或子活动，以及由人为因素和资源问题等造成的影响过程效率的一切障 碍，使企业过程总体达到最优。 图2 - 4 过程集成实施框架 过程集成是整个系统架构的基础，它有横向和纵向两个方面。横向方面表现为 平行或并行过程之间的集成，纵向表现为上下游过程之间或时间上先后过程之间 的集成。在实际的过程集成中，横向和纵向集成总是交织在一起的。过程集成是 为了消除冗余和资源冲突等不利因素，最终目的是提高过程的效率，通过上面