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摘要 基于生产管理的小型c a p p 系统研究与开发 机械工程专业 研究生冯光富指导教师李彦教授周尚荣高工 c a p p 是将企业产品设计数据转换为产品制造数据的关键技术环节，是先进 制造系统的技术基础之一。企业信息化工程推动了c a p p 技术的发展和应用， 在现代制造业中，c a p p 具有重要的理论意义和迫切的实际需求。 在我们车间实际生产中，长期以来，由于制造资源、生产管理信息分散、 滞后，使得车间在生产管理和工艺设计方面都存在许多影响效率与质量的问题。 本项目的研究正是基于这样的环境提出来的，本着实用的原则，开发、建 立了一个基于网络和数据库的小型c a p p 系统。本系统是基于车间局域网络环 境，采用基于w i n d o w s 操作系统的两层c s 模式的体系结构，后台数据库服务 器采用m y s q l ，数据库服务器端操作系统采用w i n d o w sn ts e r v e r ，客户端操 作系统采用w i n d o w s 2 0 0 0 ，用v i s u a lc + + 6 0 进行客户端应用程序开发。 系统设计思想是以零件生产过程为主线，集成车间生产所需要的各种信息， 通过网络实现信息的共享和及时更新，以提高工艺编制、工艺管理和生产管理 的质量，解决工艺设计、查询、更改、统计和管理等问题，减少从图纸到产品 整个生产流程中的重复劳动，提高技术管理和生产管理各个环节的效率和质量。 通过一段时间的试用表明，该系统可靠、实甩，适合我们车间的实际情况， 对提高车间生产管理水平、提高车间工艺设计质量和效率起到了一定的作用， 达到预期目的。 关键词：c a p p 生产管理数据库信息集成 a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n go f as m a l lc a p ps y s t e m b a s e do np r o d u c t i o nm a n a g e m e n t m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r c a n d i d a t e ：f e n gg u a n gf us u p e r v i s o t ：fiy a n c a p pi sac r i t i c a lt e c h n o l o g yl i n kc o n v e r t i n ge n t e r p r i s ep r o d u c t d e s i g nd a t ai n t op r o d u c tm a n u f a c t u r i n gd a t a i ti so n eo ft h eb a s i c t e c h n o l o g y o f t h ea d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o n b a s e de n g i n e e r i n gp r o p e l st h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n o fc a p p i nm o d e r nm a n u f a c t u r i n g ，c a p pi so fg r e a ti m p o r t a n c ea n di si n u r g e n tp r a c t i c a ld e m a n d f o ral o n gt i m ei no u rw o r k s h o p ，1 0 we f f i c i e n c ya n dq u a l i t i e s1 i e i np r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n dc r a f tp l a n n i n gd u et od i f f u s e da n d a g g e d m a n u f a e t u r i n gi n f o r m a t i o n t h i sr e s e a r c hp r o j e c ti so u to ft h ea b o v ec i r c u m s t a n c e s b a s e do n p r a c t i c a lp r i n c i p l e ，as m a l lc a p ps y s t e mw h i c hi sb a s e do nn e t w o r ka n d d a t a b a s ei sd e v e l o p e d t h i sc a p p1 i e si nl o c a ln e t w o r ki no u rw o r k s h o p a n dith a st w ol a y e rc sp a t t e r ns y s t e m sb a s e do i lw i n d o w so p e r a t i n gs y s t e m it sb a c k g r o u n dd a t a b a s es e r v e ra d o p t sm y s q l ，t h eo p e r a t i n gs y s t e mo nt h e d a t a b a s ei sw i n d o w s n ts e r v e ra n dc l i e n ts e r v e ro p e r a t i n g s y s t e m is w i n d o w s 2 0 0 0 v i s u a lc + + 6 0i su s e dt od e v e l o pc l l e n tu t i1 i t yp r o g r a m t h ec a p pi s d e s i g n e da l o n gt h em a i n l i n eo fp r o d u c t i o n p r o c e s s v a r i o u so fi n f o r m a t i o nf o rp r o d u c t i o ni si n t e g r a t e d b e c a u s e t h ei n f o r m a t i o ni sc o m m o ns h a r e da n du p d a t e di nt i m et h r o u g hn e t w o r k ， t h eq u a l i t i e so fc r a f t p l a n n i n g ，c r a f tm a n a g e m e n ta n dp r o d u c t i o n m a n a g e m e n t a r ei m p r o v e d ，t h e p r o b l e m s o fc r a f t p l a n n i n g ，l o o k i n g j a b s ”a m u p ，u p d a t ea n ds t a t is t i ca r er e s o l v e d ，r e p e a t e dl a b o ri sc u td o w nf r o m d r a w i n g sz op r o d u c t sa n da tt h es a m et i m ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t i e 8e l l t e e h n o l o g ya n dp r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta r ei m p r o v e d t h ec a p ph a sr u nf o r5 0 m et i m ew j t h o u td e f a u l t w h i c hs h a st h a t i ti sr e l i a b l ea n dp r a c t i c a l ，t h el e v e lso fq u a l il i e sa n de f f i c i e n c ye l l p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n dc r a f tp l a r m i n gh a v eb e e nr a i s e dt 。s o m ed e g r e e k e yw o r d s ： c a p p ，p r o d u c t 1o nm a n a g e m e n t ，d a t a b a s e i n f o r m a t i o ni n t e g r a t e d 第1 章绪论 1 绪论 1 1c a p p 概述 计算机辅助工艺设计( 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 ，即c a p p ) 是根 据设计所给出的信息进行产品加工方法和制造过程的设计，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 为产品制造数据的关键技术环节，是先进制造系统的技术基础之一“。 在现代制造业中，c a p p 具有重要的理论意义和迫切的实际需求。它是连 接产品设计与制造的桥梁，是整个制造系统中的重要环节，对产品质量和制造 成本具有极为重要的影响。应用c a p p 技术，不仅可以提高工艺规程设计效率 和设计质量，缩短技术准备周期，为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放 出来提供一条切实可行的途径，工艺人员可以更多地投入工艺试验和工艺攻关， 而且可以保证工艺设计的一致性、规范化，有利于推进工艺的标准化。更重要 的是工艺b o m 数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平 衡、成本核算等的重要依据，c a p p 系统的应用将为企业数据信息的集成打下坚 实的基础。 在现代制造系统中，c a p p 已不再是一个孤立的系统。“。随着网络、数据 库、面向对象方法、分布计算、系统集成等计算机相关技术的飞速发展，出现 了计算机集成制造系统( c i m s ) 、并行工程( c e ) 、人工智能( a j ) 、敏捷制造 ( a m ) 等先进制造系统。而作为信息中枢的c a p p ，企业对其无论是广度还是 深度上，都提出了更新、更高的要求，要求c a p p 与其它应用系统( 如c a d 、 c a m 、p d m 、m r p 、e r p 等) 进行数据交换与共享，实现信息的全面集成，“。 如图1 - 1 所示，由此可见，c a p p 在实现生产自动化中的重要地位。 图卜1 c a p p 与其它系统的集成 四j 大学硕士学位论文 1 2c a p p 的基本结构和基本类型 1 2 1 c a p p 的基本结构 尽管c a p p 系统的种类很多，但其基本结构都离不开系统控制与人机界面、 零件信息描述与输入、工艺决策、工艺数据知识库、工艺文件管理与输出等 五大部分。嘲 ( 1 ) 系统控制与人机界面的主要任务就是控制与协调系统各模块的运行， 是用户的工作平台。它通过包括系统菜单、工艺设计的界面、工艺数据知识 的输入和管理界面、以及工艺文件的显示、编辑与管理等人机界面实现人机之 间的信息交流。 ( 2 ) 零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，计算机目前还不能像 人一样识别零件图上的所有信息，所以必须采用一定的方式和数据结构来对零 件信息进行描述。如何输入和描述零件信息是c a p p 最关键的问题之一。 ( 3 ) 工艺决策的作用是以零件信息为依据，按预先规定的顺序或逻辑， 调用有关工艺数据或规则，进行必要的比较、计算和决策，生成零件的工艺规 程；或者调用已有的零件组标准工艺规程，编辑成零件的工艺规程。如何将人 工智能的理论与方法应用于工艺决策是c a p p 目前研究的热门课题。 ( 4 ) 工艺数据知识库是系统的支撑工具，包含了工艺设计所要求的所 有工艺数据( 如加工方法、余量、切削用量、机床、刀具、夹具、量具、辅具 以及材料、工时、成本核算等多方面的信息) 和规则( 包括工艺决策逻辑、决 策习惯、经验等众多内容，如加工方法选择规则、排序规则等) 。如何组织和管 理这些信息，便于使用、扩充和维护，使之适用于各种不同的企业和产品，是 c a p p 系统需要妥善解决的问题。 ( 5 ) 随着系统运行时间的增长，系统生成的工艺文件会越来越多，如何 管理和维护这些文件将是c a p p 系统的重要工作内容。同时，随着c i m s 的实 施与应用，迫切要求c a d c a p p c a m 集成系统与生产管理系统进行信息集成， 工艺文件管理与输出模块则担负着与其他系统进行信息集成的重任。 1 2 1c a p p 的基本类型 c a p p 系统就其工作原理主要可以分为派生式、创成式、综合式和交互式 四大类。 4 1 第1 章绪论 f 1 ) 派生式( v a r i a n t ) c a p p 系统 是利用成组技术原理将零件按几何形状和工艺相似性进行分类、归组，每 一零件组有一个典型样件，并为典型样件设计出相应的标准样件工艺，存入工 艺文件库中。当需要设计一个新零件的工艺时，输入零件的成组编码，计算机 按此编码检索出相应零件组的标准样件工艺，并可根据零件的具体结构进行编 辑修改，完成该零件的工艺设计。其基本原理和工作过程如图1 - 2 所示。” 派生式c a p p 系统的基础是成组技术，它依赖于事先归纳整理出来的典型 图卜2 派生式o a p p 基本原理和工作过程 ( 2 ) 创成式( g e n e r a t i v e ) c a p p 系统 由系统中的工艺决策逻辑与算法根据输入的详细零件特征信息对零件的 加工工艺进行一系列的决策，从无到有自动地生成零件的工艺规程。其基本原 理及工作过程可用图1 2 来表示。吲 零件图样 环境数据 图卜2 创成式c a p p 基本原理和工作过程 3 四川大学硕士学位论文 创成式c a p p 系统人工干预少，自动化程度高，易于保证工艺的一致性和 实现优化。要成功实现创成式c a p p 系统，必须总结和收集足够的工艺决策逻 辑，待加工零件必须以计算机能够接受的格式准确描述。但由于零件结构的多 样性、复杂性以及工艺决策逻辑随环境变化等因素的影响，应用面较宽的全面 创成式系统还不多见。 f 3 ) 综合式( h y b r i d ) c a p p 系统 亦称半创成式系统。它是将派生式与创成式相结合，利用各自的优点而开 发的c a p p 系统。这种模式目前应用较多，如基于实例与知识的混合式c a p p 系统，将成组技术与专家系统相结合的混合式c a p p 系统等。 ( 4 ) 交互式( i n t e r a c t i v e ) c a p p 系统 由于前面三种c a p p 系统普遍存在系统结构复杂、开发周期长、通用化程 度低、难以迅速普及等缺点。因而限制了c a p p 系统的推广使用。随着制造业 信息化进程的推进，通用化、实用化、工程化、集成化以及面向产品的工艺信 息管理c a p p 系统越来越受到人们的重视。交互式c a p p 系统正是基于这样的 背景提出来的。它以人机交互的形式完成工艺规程的设计，强调c a p p 中的a 是a i d ( 辅助) 而不是a u t o m a t i c ( 自动化) 。在以交互式为基础的系统模式下， 工艺人员是工艺决策的主体，c a p p 系统的主要功能是帮助用户“甩笔”、“告别 手册”。交互式c a p p 是一种框架系统，它含有适用于不同环境、不同需求的基 本功能，而对用户的特定工艺数据、工艺知识和文件格式将在系统提供的各种 帮助下逐步定义和添加，还可以根据用户的特殊需求进行特定功能的定制和二 次开发。系统将根据使用中积累的数据和知识，渐进式地逐步形成一种人机混 合的决策功能。此外，在交互式c a p p 系统中，产品工艺文件的管理是其重要 组成部分，也是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集 成与共享的基础。在此基础上，系统完全可以自动完成工装设备、工具、材料、 工艺关键件、外协件、工艺分配、工时定额、辅助用料、关键工序等各类统计 汇总以及大量的各种工艺文件的归档和日常管理工作，可以极大地提高工艺文 件的编制及管理效率。“。 1 3 c a p p 研究现状和发展趋势 1 3 1 c a p p 研究现状 4 第1 章绪论 c a p p 技术从6 0 年代末诞生以来，其研究开发工作一直在国内外蓬勃发展， 经过三十余年的研究，c a p p 己取得了巨大的发展，已开发出为数众多的c a p p 系统，少数已经商品化。 与同类的c a d c a m 软件技术相比，c a p p 软件的发展大大落后。在许多 企业里，加工部门早已用上了c a m 软件，产品的设计部门早已甩掉了图板， 甚至用上了三维设计和分析软件，而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔，仍然重 复着几十年来的工作习惯和方法。 9 0 年代中后期，制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题，在一些 企业实施了企业级的p d m 或m r p i i 甚至e r p 软件后，才发现c a p p 成为阻碍 企业信息化建设的瓶颈。 长期以来，c a p p 的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是 辅助系统，具有很大的片面性，过分强调了工艺设计的自动化。导致开发的周 期长、费用高、适应性差等问题，而且忽视了工艺管理功能，难以满足先进制 造系统的应用和发展需求。”1 单件小批量生产类型的企业由于零件种类繁杂， 其c a p p 工作的开展更是举步维艰。 9 0 年代中后期，一些比较敏感的专家重新衡量了c a p p 软件在企业内应发 挥的作用，逐步抛弃了传统c a p p 的研究方法，开发熏点从注重工艺过程的自 动生成，转向为工艺设计人员提供软件工具，同时为企业的信息化建设提供服 务。从此，c a p p 产品的研发在中国开始活跃起来，c a p p 软件技术得到了迅速 的发展。 9 0 年代末，各种实用化的c a p p 开始走向市场，其开发方法和重点也各不 相同，有的c a p p 系统在c a d 图形平台基础上开发，然后将生成的工艺数据传 送到其他的数据库系统中，有的c a p p 系统在某种特定数据库系统上生成工艺 数据，然后在c a d 平台上生成工艺卡片，甚至也有c a p p 系统是纯粹的工艺卡 片填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些c a p p 软件都能为工 艺人员提供一定的服务和方便。”1 但以上c a p p 系统都不能满足企业工艺设计的全过程要求，也不能满足现 代企业对信息化建设的需求。 c a p p 既不是全自动化系统，也不是简单地用计算机代替手工填写卡片。 它要能够优化工艺设计，提高工艺设计标准化水平，实现人机有机结合。c a p p 四川大学硕士学位论文 系统不仅要能够指导生产过程，还要能对相关信息进行管理。这样c a p p 系统 不但可以优化工艺设计，还会对企业的信息化提供坚实的基础。 迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的c a p p 系统已有几十个，但被 工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的c a p p 系统还不多。 目前，国内应用较广的c a p p 软件有清华天河t h c a p p 、西北工业大学的金叶、 华中科技的k m c a p p 、北航海尔的c a x a 等。 1 3 2 c a p p 发展趋势 现代c a p p ，即面向企业信息化建设的网络化集成工艺设计平台成为目前 和今后c a p p 研究开发的重点。 现代c a p p 系统开发的基础是实用化，以企业全面集成应用为目标，综合 考虑包括工艺决策自动化等问题在内的各种技术问题的研究与开发。2 0 世纪9 0 年代中后期，国内开始致力于以交互式为基础的c a p p 系统的研究、开发与应 用，这类符合现代制造系统需求的c a p p 系统在越来越多的企业得到应用，并 取得相当显著的效果。“。 从工程应用的角度看，现代c a p p 的发展正逐步体现现代先进制造思想， 并且向基于网络化和数字化环境、以信息集成和工艺知识为主体、实现工艺设 计与信息管理一体化的制造工艺信息系统方向发展。 当前，国内外c a p p 技术的研究及发展趋势可归纳为以下几点：“。 ( 1 ) 面向行业的c a p p 应用解决方案与开发技术 尽管不同企业c a p p 应用需求差别较大，但同一行业内的产品工艺及设计 管理模式具有较大的相似性，因此，有必要建立面向行业的c a p p 应用参考模 型，具体包括：工艺信息模型、功能模型、资源模型、组织模型、过程模型等， 并以此为基础，提供面向行业的c a p p 工艺解决方案。 ( 2 ) c a p p 快速开发应用技术及提供快速定制与开发工具 尽管目前商品化c a p p 系统已得到较好应用，但为了满足企业的深层次需 求，c a p p 系统开发和实施周期长的问题依然存在，为了使c a p p 在企业能够快 速实施、开发和应用，需研究c a p p 快速开发技术及提供快速定制与开发工具。 ( 3 ) c a p p 标准化技术研究 第1 章绪论 建立c a p p 系统的功能定义集合和标准，解决c a p p 系统的功能定义标准 化及系统体系框架描述标准化问题。基于c a p p 基本功能定义及系统体系框架， 对企业c a p p 的需求进行分析，形成标准化和规范化的描述，包括工艺设计与 管理以及工艺信息集成等需求，解决企业在c a p p 系统开发中对需求定义完整 性和一致性差的问题。 ( 4 ) 基于知识的新型智能化工艺设计技术 以交互式为基础，建立丰富的工艺知识库，并应用各种人工智能技术，实 现各阶段各种有效的智能化在线辅助，仍是c a p p 发展的重要目标之一。 ( 5 ) 基于网络和数据库环境的工艺、制造资源、管理信息共享和集成技 术 在制造企业中，制造过程数据包括工艺数据、生产计划数据、生产过程数 据等，其中工艺数据是基础和源头。目前，对制造过程数据管理及集成研究仍 落后于企业的需求，是制约企业信息化、网络化、集成化建设的“瓶颈”之一。 ( 6 ) c a p p p d m e r p 集成技术 c a p p 与p d m 、e r p 系统的集成是企业应用集成的核心部分之一。c a p p 作为制造企业工艺信息化的基础平台，应在各个层次上满足企业对工艺信息的 集成与共享需求。 ( 7 ) 开放的工艺资源管理模式技术 在工艺设计中，所涉及的工艺资源包括：工艺方法、机床设备、原材料、 工艺装备、工艺参数等。工艺资源不仅是制定工艺计划的重要依据，更是企业 其它技术和管理决策的基础。 ( 8 ) 支持三维c a d 和c a p p 系统及应用 三维c a d 的应用对工艺设计方式、工艺资源及制造数据管理模式等产生 了重大影响，基于三维c a d 的数控工艺设计、工装设计、工艺资源管理等成为 企业工艺信息化新的应用需求，因此追切需要研发支持三维c a d 的c a p p 系统 及应用。 1 。4 课题来源及主要工作 在我们车间实际生产中，长期以来，由于制造资源、生产管理信息分散、 滞后，使得车间在生产管理和工艺设计方面都存在许多影响效率与质量的问题。 四川大学硕士学位论文 为了解决这些问题，最有效的办法就是建立和应用c a p p 系统，对生产所涉及 的所有资源进行管理，达到提高效率和质量的目的。本项目的研究正是基于这 样的环境提出来的。 本课题主要是对开发、设计c a p p 系统的技术和方法进行研究，而且，针 对车间的实际情况，本着解决实际问题、实用的原则出发、建立基于网络和数 据库环境的小型c a p p 系统。本文所作的工作包括： 广泛查阅文献资料，对现有c a p p 系统进行研究、分析： 分析了本车间工艺编制和生产管理存在的问题，在此基础上，对系统需求作 了深入分析； 系统总体设计； 规划和设计系统数据库； 应用程序开发，程序调试，系统试运行。 第2 章系统需求分析 2 系统需求分析 2 ，1工艺设计现状及存在的问题 2 1 1 本单位产品生产流程 我们单位是个多品种、单件小批量机械加 工车间，生产工种比较齐全，有冷加工、热加工， 冷加工有车、铣、刨、磨、镗、钳等，热) j l t - 有 热处理、焊接等，设备有普通设备和数控设备。 一般来说，我们单位从图样到加工出产品大致要 经过如图2 1 所示几个生产流程。 l 根据图样，编制工艺文件 计划、零件、工时登记 j 材料员 开使用材料单 j r 扼 人员 下料、加工 0 检验员 工序完工检验、登记 产品入库 l 统计员 工时统计 结束 图2 1 生产流程图 磊 四川大学硕士学位论文 2 1 2 生产中涉及的工艺资源 在车间生产中，工艺规程是进行零件加工的主要依据，编制工艺规程时， 必须在详细了解车间材料、刀具、机床设备、工艺装备( 刀具、量具、夹具、 辅具等) 等信息基础上，选择适合被加工零件的加工方法和加工顺序，才能按 设计要求、高效地生产出合格产品。因此，作为车间生产的指导性文件，工艺 规程在生产中起着承上启下的作用，它所包含的信息是车间生产计划、物流控 制、劳动力配置的基础数据，是车间制定生产计划、生产管理的基础。 另一方面，工艺人员编制工艺文件时不仅需要确定加工方法、工艺路线， 而且需要了解车间现有的材料、刀具、设备和工时定额标准等信息，只有了解、 掌握了这些基本信息，才能编制出符合本车间实际情况的工艺文件。比如，工 艺人员在作一个小批量零件的工艺时，必须先知道这种材料库存情况；确定加 工方法时，要了解现有设备情况、设备能力和刀具、工装等信息。工艺人员从 那里去获取这些信息? 如果靠工艺人员亲自去打听、了解，这样一来，不仅会 大大降低生产效率，而且有可能得不到正确的信息，这显然不符合现代制造企 业高效生产的要求。 要解决这个问题，唯一的方法就是建立工艺资源信息库，并且要及时更新， 而且通过车间局域网络，来共享这些信息，让每个工艺人员、管理人员很容易 得到这些信息。 另外，在生产过程中，还有许多必不可少的工作，如生产工时统计、材料 库存统计等等。 因此，工艺资源信息的更新和共享，对工艺质量、生产效率、技术管理、 生产管理等都有重要影响。 2 1 3 工艺设计的主要内容 工艺设计是优化配置工艺资源、合理编排工艺过程的一门艺术，它是生产 准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。工艺规程是进行零 件加工的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、 缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是生产中的关键性工作。 工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以 便能按设计要求生产出合格的零件。一般来说，工艺设计的主要内容包括：”1 第2 章系统需求分析 根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求； 了解产品生产的纲领及批量； 按企业的实际情况，具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时 定额； 选择加工方法及采用的刀具、量具、夹具和其他工装设备等； 安排合理的加工顺序； 选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差； 选用合理的切削用量； 计算工时定额和加工成本； 编制包含上述所有资料的工艺文件， 工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息， 既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的 信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及 工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。同时，工艺设计受到诸如企业的生产 环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺习惯、工艺方法、工艺师经验水 平等因素的影响，甚至受到生产组织与管理方式的制约。工艺因素错综复杂， 上述因素中有任何变化，都将导致工艺设计方案的改变。“”。 同时，工艺设计又将产生大量的工艺数据，这些工艺数据是指导企业物资 采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等的重要依据。 另外。不同产品中枢冠或相似零件亦具有摆似的工艺，工艺卡片上的零件 信息源于设计图样，工艺卡片之间相同数据重复率很大，也就是说，工艺设计 具有重复性和继承性。 2 1 4 工艺设计存在的问题 我单位属于典型的单件小批量机械加工企业，且通过了i s 0 9 0 0 1 质量体 系认证，对加工工艺规程和技术状态管理有比较严格的要求。在市场竞争日趋 激烈的情况下，产品更新换代较快，种类很多，批量任务很少。 在车间实际生产中，长期以来，由于生产管理信息分散、滞后，存在诸多 影响工作效率与工作质量的因素，工艺设计方面也存在比较突出的问题： ( t ) 工艺文件的重用性差 四川大学硕士学位论文 一直以来，我们编写工艺的手段都是非常落后，一般工艺规程是采用手工 填写工艺卡片；要求稍高的工艺规程，采用w o r d 、e x c e l 或a u t o c a d 绘制出工 艺卡片的空白表格，编制工艺时，在计算机中逐字逐句填写。以这两种方式设 计的工艺规程，保存、查询、修改都极为不便，许多工艺文件不得不一次又一 次地重复编制，使得工艺人员把大量的时间和精力耗费在重复编写这些工艺文 件上，影响工艺员的工作效率和创造性的发挥。 ( 2 ) 工艺质量参差不齐 工艺设计质量完全取决于工艺人员的业务能力、技术水平和工作经验，难 以保证工艺数据的准确性，工艺质量无法保证。“”这样一来，难以避免地出现 零件工艺的多样性，从而使得生产管理和加工的复杂化，增加了生产成本，加 长了生产周期。 ( 3 ) 重复工作量大 工艺数据重复填写、重复计算，存在大量的重复劳动，除了工艺员重复编 制工艺文件外，统计员、材料员、检验员都需要根据工艺文件对生产令号、零 件名称、图号、材料、数量等基本信息进行登记和统计，造成了大量的重复劳 动。使得工作效率低下、周期长、易出错。 ( 4 ) 数据统计和汇总效率低且滞后 在实际生产中，需要统计多种信息，如工装设备、材料及辅料、外协件、 工时定额等各类统计及汇总，这些信息的统计，我们都是手工统计，效率很低； 而且，由于信息不能共享、不能及时更新，致使许多工艺规程存在多次修改的 情况，影响了工作质量；同时，造成生产所需的各种统计数据滞后，使车间领 导、生产调度都无法及时、准确了解生产进度，生产管理缺乏科学性。 ( 5 ) 工艺文件管理存在问题 在生产中，由于各种因素的影响，工艺文件中可能存在不合理的地方，需 要根据实际情况对工艺进行调整，产品生产完成后，要对工艺文件进行“归 零”处理。因此，不同版本的工艺文件归档与管理就存在许多问题。 2 2 生产管理情况 于一个机械加工车间来说，为了高效、有序地组织生产，必须对整个车间的 人力资源、软、硬件资源进行有效的管理。这些资源包括：人员调配、作业计 1 2 第2 章系统需求分析 划、工艺规程、设备与工装、刀具与量具、材料、库房等。 以产品生产流程来看，生产管理大致由以下几个部分组成： 任务管理 工艺设计流程管理 工艺资源管理 任务管理是整个生产管理的关键部分，主要是指车间接到上级下达的某个 生产任务或者车间外协签定的某个生产合同，车间计划员编写生产作业计划， 将图样艺部门编写工艺规程，同时负责监控整个产品在工艺设计、生产各阶段 的状态，对计划实施情况进行跟踪检查，并根据实际情况和需要进行调整，充 分利用资源，以达到完成任务的目的。 工艺设计流程管理贯穿了产品工艺设计的全过程，即从最初的工艺编制任 务分配到工艺定型全过程。 对于一般产品的工艺设计而言，工艺设计流程管理包括任务分配、工艺路 线设计、零部件工艺设计、工艺校对、工艺审核、标准化会签和批准，这一流 程完成后，最后交付用于生产。而对于那些结构复杂、带试制性的产品，工艺 设计过程中，根据各阶段的意见，工艺设计者要反复地修改工艺规程，而且， 产品生产完成后，要根据生产中出现的问题，对工艺规程进行“归零”处理， 同时，申请工艺定型( 或由车间指定) ，车间组织相关人员对工艺规程予以讨论、 评审后，评审通过后，工艺定型，最后保存在车间资料库中，整个工艺设计流 程管理才算完成。 工艺资源包括设备与工装、刀具与量具、材料、外购零件等，工艺资源管 理就是将这些与生产相关的资源进行统筹的管理，以便更好地为生产服务。比 如，在进行工艺设计时，为了提高工艺设计的质量、效率，设计者应该可以很 容易地查询、了解原材料库存、企业的设备和工装、刀具与量具等工艺设计资 源数据。 以前，虽然在一定程度上也在使用计算机对工艺文件、工艺资源进行管理， 但多数只是使用w i n d o w s 所提供的文件管理功能来实现。这使得工艺管理工作 操作繁琐、难以实现数据重用、缺乏安全性，并未实现计算机辅助工艺规划与 管理的有机结合。 四川大学硕士学位论文 2 3 系统需求分析 2 3 。1 开发适干本单位c a p p 系统的必要性 目趋激烈、日益多变的市场竞争要求企业不断推出新产品，企业对客户的 要求必须快速地作出响应，手工编制工艺将无法适应残酷的市场竞争，企业迫 切需要建立工艺快速反应能力。 要解决如上所述我们车间工艺设计和生产管理中存在的问题，必须实施 c a p p 系统，推进车间各个部门的信息化。从我们车间加工产品的生产流程看， 要求系统不仅具有辅助工艺设计功能，同时还应具有较强的生产管理功能。目 前，国内商品化的c a p p 系统虽然不少，但这些c a p p 软件的共同特点是： ( 1 ) 适合于大批量生产的机械加工企业。 ( 2 ) 着眼于工艺设计，生产管理方面的功能较弱。 ( 3 ) 功能比较完善、智能化程度较高的c a p p 软件价格太昂贵。 因此，这些c a p p 软件都不大适合我们车间的实际情况，没有一款现成的 c a p p 软件真正满足我们车间生产管理的需要，因此，我们拟自行开发、设计 个基于生产管理的小型c a p p 系统。 2 3 2c a p p 系统要达到的功能 设计思想：根据车间生产实际需要，以零件生产流程为主线，集成车间生 产所需要的各种信息，实现信息的共享和及时更新，以提高工艺编制、工艺管 理和生产管理的质量，全面解决工艺设计、管理、查询、更改、统计和跟踪等 问题，减少从图纸到产品整个生产流程中的重复劳动，提高生产流程中技术管 理和生产管理各个环节的效率，从而提高生产率。 c a p p 系统要达到的功能： 工艺设计功能：提供快速有效的工艺设计方式，如检索、提取标准工艺、类 似结构零件的工艺，看是否有借鉴之处，然后在其基础上进行修改，生成自 己的工艺规程。“ 工艺管理功能：包括工艺信息、工艺文档管理，且能自动完成各类统计，生 成统计祀总报表。“” 制造资源管理功能：包括对设各、装备、工具、物料库存等管理，通过网络 平台，要实现工艺资源共享。 第2 章系统焉求分析 人员及权限管理功能：为了保证系统安全，要实现对不同用户各自权限的设 定和管理。 生产管理功能：通过网络，车间领导或管理人员要能够很方便地了解、掌握 生产任务完成情况、某个产品生产状态等。 四川大学硕士学位论文 3 系统总体规划与设计 3 1 系统功能结构 c a p p 系统是一个表格处理、文字处理、图形处理、数据库访问综合技术应 用的复杂系统，目前，c a p p 系统一般是建立在c a d 平台上，利用c a d 平台生 产工艺卡片。一种是在现有的c a d 系统上作二次开发，另一种是先开发独立的 c a d 系统，在此基础上加入c a p p 功能。但c a d 平台并不适合管理c a p p 系统，所 以大部分实用化c a p p 软件往往能方便地填写卡片，但不能有效地管理和集成。 从发展看，c a p p 的主要功能应是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，而不应是孤立地编制零件工艺规程及输出 工艺卡片。”“零件工艺规程编制的功能应是生成产品的工艺数据，而工艺卡片 是工艺数据的格式化表现形式，完全可由系统自动生成，并自动完成各类统计， 生成统计报表。这样不仅可以极大地提高工艺文件的编制效率，而且可最大限 度地减少人为失误。 在对我们车间生产实际情况进行分析的基础上，提出c a p p 系统需要达到的 功能，利用先进的网络和数据库技术，考虑各功能模块之间的联系，建立基于 网络和数据库的小型c a p p 系统。利用数据库技术建立工艺数据库和工艺资源数 据库，实现工艺数据和工艺资源的有效管理，提高工艺设计的质量和效率。利 用网络平台，对车间整个生产流程进行管理，如工艺管理有效、工艺资源能够 共享与集成、数据统计和汇总方便等。 c a p p 系统中有大量的表格，c a p p 中表格的处理技术是关系到c a p p 易用性 的关键技术，表格的填写要求能自动的换行、自动续卡、自动编号，表格中既 能填写文字又能填写工艺符号，并能支持复制、粘贴，在位编辑等标准的文字 处理软件的工作习惯。 本系统功能结构如图3 一l 所示。 从系统功能图中可以看出，开发本系统主要研究内容有以下三个方面： 如何规划建立与生产管理相关的数据库； 如何进行应用程序开发，以实现系统相应功能； 设计怎样的用户界面，以使操作方便快捷。 第3 章系统总体规划与设计 图3 - 1 系统功能结构 1 7 四川大学硕士学位论文 3 2 系统组成 根据本车间的实际需求和对c a p p 系统的功能分析，本系统拟建立了四个 子系统：工艺管理系统、统计管理系统、完工检验系统、材料信息系统。 工艺管理系统：主要由本车间的工艺人员使用。根据权限大小，车间工艺 人员可以检索、查阅标准工艺文件，通过一系列的操作，最后生成自己所需要 的工艺规程。系统流程如图3 2 所示。 打印工艺卡片 l 结束 图3 - 2 工艺管理系统流程图 1 8 第3 章系统总体规划与设计 统计管理系统：供本车间的统计员使用，。统计员可以进入员工信息库， 查看、修改员工信息；可以进行工时统计、计划完成情况统计，可以查询某个 零件工时情况、完工情况，为车间管理提供数据依据。系统流程如图3 - 3 所示。 图3 - 3 统计管理系统流程图 完工检验系统：供本车间检验人员使用，检验人员对每道工序结果进行合 格性判定并登记。 零件每道工序完成后，该工序的操作人员将交给检验员进行检验，一般来 说，检验人员只负责对其合格性进行判断，合格转下一道工序，不和格，交车 四川大学硕士学位论文 间质量员处理。但为了保证整个车间管理网络有效运转，特别是对车间所有产 品生产进展情况进行监控，对完工情况进行统计。我们意识到，要达到这些目 的，只有在零件每道工序完成后，留下痕迹或作好标记，后续的统计工作以此 为依据。当然，这一工作放在检验员这儿是再好不过，也就是说，检验员在产 品检验后，对产品合格性以及工时定额完成情况进行登记，并将完工信息保存 在数据库中。系统流程如图3 - 4 所示。 数据库 询零件工序情况 卫 圈3 叫完工登记系统流程图 材料信息系统：供车间材料员使用，负责车间材料及库存的管理。材料员 要对车间生产所使用材料进行登记，对整个车间材料库存进行分析处理，如某 些材料库存不足，要提出购买申请，材料到库后，要及时更新材料库。系统流 程如图3 。5 所示。 2 0 第3 章系统总体规则与设计 图3 - 5 材料信息系统流程圈 3 3 系统开发平台和主要技术 该系统研剑与开发总的指导思想是； ( 1 ) 界面友好，用户操作方便、灵活。 ( 2 ) 便于软件开发时对数据结构进行组织与管理。 ( 3 ) 软件开发时尽量寻找简洁优化的算法。 ( 4 ) 尽量增强各功能模块的独立性，便于进一步扩展。 四川大学硕士学位论文 本系统是基于企业局域网络环境，总体采用基于w i n d o w s 操作系统的两层 c s ( c l i e n t s e r v e r客户机服务器) 结构。数据库管理系统( d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m 简称d b m s ) 采用m y s q l 。数据库服务器端操作系统采 用w i n d o w sn ts e r v e r 或w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 操作系统，客户端操作系统采 用w i n d o w s 2 0 0 0 ； 系统以w i n d o w s2 0 0 0 为开发平台，采用支持可视化编程的集成环境v i s u a l c + + 6 0 作为开发工具，利用其封装性、继承性和可重用性为特征的面向对象编 程技术以及其强大而灵活的编程功能和执行效率高、速度快和性能稳定特点， 设计为目前流行的w i n d o w s 风格的人机交互界面，使软件易学易用，操作简便 快捷。 系统特点： 系统是网络版的，支持多人同时作各种操作，实现了信息的及时更新与 共享。 采用图像处理技术，用扫描图的方式保存、显示外来零件图； 采用a c t i v e x 技术，利用a u t o c a d 的绘图功能绘制自行设计的零件图和 工序图： 实现了各类统计报表的自动生成，并采用c o i l 技术，将查询、统计结 果输出到e x c e l 中作进一步加工和报表打印； 能根据工艺规程库中的内容自动排版生成标准、规范的工艺规程文件 3 4 系统体系结构 3 4 1 两种软件系统体系模式 3 4 1 1c s 结构 c s ( c 1 i e n t s e r v e r ) 结构，即客户机和服务器结构，通过它可以充分利 用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降 低了系统的通讯开销。“前端由客户机担任，负责处理g u i ( g r a p h i cu s e r i n t e r f a c e 图形用户界面) 以及向服务器发送请求和接收服务器回送的处理结 果；后端为服务器，主要负责数据库管理，如存储、检索等，按用户请求进行 数据处理并回送结果等工作。图3 6 为两层c s 结构，客户端完成用户界面的 表