（机械电子工程专业论文）面向产品的工艺数据数字化管理研究.pdf

面向产品的工艺数据数字化管理研究 摘要 本文以实现工艺数据与产品设计数据、制造数据、采购数据等数据间的传 递与集成为目标，在分析了工艺数据管理面向产品特性的基础上，完成了对传 统工艺b o m ( b i l lo f m a t e r i a l s ) 组织结构的扩展，构建了工艺b o m 与企业运作过 程中其它b o m 问的映射关系模型；同时，在分析了面向对象技术的基础上， 详细论述了产品配置各对象间的关系，进而，采用以产品配置为引导、以工艺 数据为中心的建模思想，构建了工艺数据处理方法模型，有效实现了产品全生 命周期中工艺数据的纽带作用及产品数据的一致性控制，使产品数据资源在网 络环境下达到了集成和共享，为企业实现计算枫集成制造提供了关键技术。 莠键词： 数字化管理面向产品面向对象工艺b o m纽带作用 - f 艺数据管理 r e s e a r c ho np r o d u c t - o r i e n t e dp r o c e s sd a t ad i g i t a l m a n a g e m e n t a b s t r a c t i no r d e rt or e a l i z ed a t at r a n s m i s s i o na n dd a t ai n t e g r a t i o nb e t w e e np r o c e s sd a t a a n dd e s i g nd a t a ，m a n u f a c t u r ed a t aa n dp u r c h a s i n gd a t ae t c ，t h ee x t e n s i o no f t r a d i t i o n a ls t r u c t u r eo f p b o mi sf i n i s h e do nt h eb a s i so f a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c s o fp r o d u c t - o r i e n t e dp r o c e s sd a t am a n a g e m e n t a n dt h em a p p i n gr e l a t i o nb e t w e e n p b o ma n dt h eo t h e rm a t e r i a lb i l l si ne n t e r p r i s eo p e r a t i o np r o c e s si sb u i l t a tt h e s a r d et i m e ，b a s e do nt h ea n a l y s i so f o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y , t h er e l a t i o no f e v e r y o b j e c to fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni se x p o u n d e d b ya d o p t i n gt h em o d e l i n gt h o u g h t r e g a r d i n gt h ep r o c e s sd a t aa n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o na st h ec e n t e ra n dd i r e c t i o n ，t h e m o d e l so fp r o c e s sd a t ap r o c e s s i n gm e t h o d sa r eb u i l tt or e a l i z et h ej o i n tf u n c t i o no f p r o c e s sd a t aa n dc o n s i s t e n c yc o n t r o lo f p r o d u c td a t ai np r o d u c tl i f ec y c l ee f f e c t i v e l y f i n a l l y , t h ei n t e g r a t i o na n ds h a r i n go fp r o d u c td a t ar e s o u r c ei ni n t e r n e te n v i r o n m e n t a r ea l s or e a l i z e da n dt h ek e yt e c h n o l o g yi so f f e r e df o rr e a l i z i n gc o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gi ne n t e r p r i s e k e yw o r d s ：d i g i t a lm a n a g e m e n tp r o d u c t - o r i e n t e do b j e c t o r i e n t e d p b o m j o i n tf u n c t i o np r o c e s sd a t am a n a g e m e n t 独创性声明 j 5 气1 5 - e 2 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。 据我所知，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，也不包含为获得 盒蟹工些厶堂或其他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。 黜姗躲审套 签字日期0 户叫气卜南日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹兰些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印什和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金 魍王些盔堂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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 文名：钒 签字日期：m 秘2 - 6 日 学位论文作者 工作单位：嘲 通讯地址： 新湖 签字日壤噼j 、月日 电话 邮编 致谢 本论文是在导师刘明周副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。值此论文 完成之际，谨向导师刘明周副教授致以最诚挚最深切的谢意。两年多来，导师 在学业上的每个阶段都给予我全新的启发和指导，学业上取得的每一点进步都 浸透着导师的心血。导师渊博的知识、严谨的治学作风、敏锐深邃的洞察力、 强烈的创新精神，深深的感染和影响着我，激励我在今后的学术研究道路上奋 进不息。 此外，在课题的研究过程中，还得到了曹国安副教授的悉心指导和帮助， 他对本人提出了许多指导性的宝贵意见，在此对他表示崇高的敬意和诚挚的谢 意。 感谢任兰、施培阔、蒋增强、郭嘉、张铭鑫等研究生同学的指导与帮助， 感谢所有曾给予我帮助的老师和同学。 衷心感谢在百忙中抽出宝贵时间对论文进行评审的专家、学者们。 最后，深深感谢远在河南家乡的父母双亲、姐妹们和朋友，感谢所有的亲 朋好友，是他们给予我生活上无微不至的关怀和精神上巨大的支持和鼓励。 谨以此文献给所有关心、支持和帮助过我的师长、亲人、同学和朋友们! 作者曾体 2 0 0 4 年4 钨l 第一章绪论 1 1 工艺数据数字化管理概述 1 1 1 企业数字化管理概述 随着全球知识化、网络化经济时代的来临，科学技术发展日益走向复杂和 综合集成，竞争的热点也由硬资源( 物质资源) 转向软资源 斗技、信息、 资金和人才，争夺的焦点不仅是占有这些资源，更重要的是资源的优化配置和 合理利用”，与此同时，以此为目标的企业数字化管理模式也逐渐成为学术界 的研究热点。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【2 ， 。 数字化管理有两层基本涵义：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 完善解决企业信息系统的集成和共享。数字化管理和传统的管理在许多方面有 着不同点。传统的管理模式仅仅注重企业内部生产过程，过多的依赖领导的主 观决策而忽视企业内外的信息流动，往往造成生产与需要脱节。为了进一步挖 掘降低产品成本和满足客户需求的潜力，人们丌始将目光从管理企业内部生产 过程转向产品全生命周期的整个生产系统。数字化管理打破企业局部生产管理 的局限，不仅客户和供应商可以通过网络与核心企业进行信息共享，而且企业 内部各个部门之间以及合作伙伴之间都可以实时交流信息。这样，企业的成长 方式也将发生变化，将由传统的资源型成长转换为管理型成长。对于一个资源 型成长企业，当商业环境改变，特别是面临战略转折点时，企业具有的庞大惯 性难以迅速反应，往往会丧失新的机会，而成为时代转变的牺牲者。中国目前 许多大型企业面临困境的原因就是在环境快速变化时，企业无法迅速适应。而 通过数字化管理，管理者与被管理者在网上的关系变成了并行的、水平的和直 接的关系，最高层和最低层之间可以直接对话，生产厂家和最终消费者之间可 以直接交易。这样的网络化管理既是一种平等的和民主的管理，也是一种高速 和高效率的管理h 。 基于以上数字化管理的思想，本论文采用面向产品的数据集成方式，以工 艺数据为组织核心，通过对工艺信息资源的有效管理，实现企业内部相关数据 信息的有机集成和共享，以保证企业各部门间信息的畅通。如图1 1 ，为面向 产品的企业工艺数据管理概念模型。在面向产品的工艺数据数字化管理中，以 产品配置为引导，通过对大量工艺信息的利用，实现工艺部门与企业其它部门 的信息交互。 图1 1 面向产品的企业工艺数据管理概念模型 1 1 2 企业工艺数据管理的现状 1 1 2 1 工艺数据管理与c a p p 2 0 世纪8 0 年代以来，全球信息技术飞速发展，尤其是i n t e m e t 的出现和普 及，使得信息技术得以迅速渗透到社会经济的各个领域。信息化成为不以人的 意志为转移的世界潮流p 】。作为企业信息化建设的单元技术计算机辅助工 艺规程设计( 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 ) 也已经取得了较大的发 展。c a p p 利用计算机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。国内最早出现的c a p p 系统是同济大 学的修订式t o j i c a p 系统和西北工业大学的创成式c a o s 系统，其完成的时 间大都在8 0 年代初。经过2 0 多年的历程，c a p p 经过了如下研究和发展阶段： ( 1 ) 1 9 8 2 年至今，自动工艺设计问题的c a p p 系统为第一类c a p p 系统。 在相当长时间内，c a p p 系统以代替工艺人员的自动化系统为目标，强调工艺 决策的自动化，开发了若干派成式( v a i l a n t ) 、创成式( g e n e r a t i v e ) 以及综合 式( h y b r i d ) 的c a p p 系统。早期c a p p 系统中，无论是派生式或创成式，都 以利用智能化或专家系统方法，自动或半自动编制工艺规程为主要目标【6 】。 ( 2 ) 1 9 9 5 年至今，基于服务顾客、优先解决事务性、管理性工作的理念 开发的c a p p 工具系统为第二类c a p p 系统。2 0 世纪9 0 年代中后期，c a p pt 具系统在实用性、通用性和商品化等方面取得了突破性进展。这类c a p p 系统 在认真分析顾客需求的基础上，以解决工艺设计中的事务性、管理性工作为首 要目标，首先解决工艺设计中的资料查找、表格填写、数据计算与分类汇总等 繁琐、重复而又适合使用计算机辅助方法等工作的问题。第二类c a p p 系统对 企业需求进行了认真分析：第一，企业工艺部门的个性很强。随企业的产品不 同、生产模式不同，工艺方面差异很大，企业要求c a p p 软件必须是一种工具 化的产品，能够通过定制或配置，满足企业的要求。第二，目前大部分企业对 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。因此，工艺 部门要求c a p p 软件必须提供一种工具，将企业的工艺资源有效地管理起来。 第三，工艺设计由许多不同性质的子任务组成，涉及到多个部门和人员。这就 要求工艺软件提供一种角色和权限机制，提供产品级的工艺编制功能和零件级 的工艺编制功能。这类c a p p 系统对推动企业信息化进程、培养企业的c a p p 人才起到了良好的作用，但它在将工艺专家的经验、知识集中起来指导工艺设 计方面及与制造企业其它系统共享信息方面都有很大的局限性。 ( 3 ) 1 9 9 9 年至今，直接由二维或三维c a d 设计模型获取工艺输入信息， 基于知识库和数据库、关键环节采用交互式方式提供参与方案的c a p p 工具系 统为第三类c a p p 系统。此类系统在保持解决事务性、管理性工作优点的同时， 在更高的层次上致力于加强c a p p 系统的智能化工具能力，将c a p p 技术与系 统视为企业信息化集成软件中的一环，为制造企业信息集成提供全面基础。 由c a p p 发展过程可知，第三类c a p p 系统正成为c a p p 研究的热点。至 今为止我国虽然在国内外学术会议、刊物上发表的c a p p 系统已为数不少，但 被工厂、企业真正应用的系统只是少数，而真正形成商品化的c a p p 系统则更 少。第三类c a p p 系统也还未真正形成商品化。究其原因，一些软件供应商推 出的c a p p 产品虽然能够满足工艺人员“放钢笔”的要求，但在企业的基础数 据还没能实现集成化的时候过于片面追求产品的工具化、自动化和系统集成， 同时：虽然大部分c a p p 系统采用了各种计算机辅助技术来提高工艺设计效率， 但未能从整个产品全生命周期的角度出发，进行相关系统的集成，不仅使生成 的工艺数据相对孤立，也使产品全生命周期各个阶段的数据无法集成，导致了 制造系统中“信息孤岛”的产生，也使信息化建设成为了“空中楼阁”。 由上述对c a p p 技术的分析而知，c a p p 系统主要解决的是企业工艺设计 的全过程，并为企业的其它系统准备数据，而工艺设计的结果怎样传输到企业 其它部门及如何实现工艺数据作为连接企业产品设计数据、制造数据、品质数 据、生产数据等数据间的纽带作用，c a p p 一般并没有涉及到。因此，本文提 出面向产品的工艺数据数字化管理旨在以产品为导向 7 1 ，以工艺数据为中心， 对c a p p 的工艺设计结果进行管理。因此，c a p p 和工艺数据管理之间存在着 一定的联系，具体联系和区别如下。联系：面向产品的工艺数据管理是基于 c a p p 技术的工艺数据管理。它需要从c a p p 系统中提取基础工艺数据如工艺 规程等，本文运用卡片编辑器作为工艺规程数据的输入口，以有效完成工艺数 据的管理。区别：c a p p 中也包含有对工艺数据的管理，但由于c a p p 作为 制造企业中的一项单元技术自成体系，其工艺数据管理基本上均是基于文件封 装概念的管理，因此要通过c a p p 中的工艺数据管理实现工艺部门与企业其它 部门之间的数据管理比较困难。而面向产品的工艺数据管理，采用数字化管理 的思想，运用面向对象技术，以产品配置为引导，不但实现了工艺数据的有效 管理，还实现了工艺数据与企业其它相关部门数据的有效集成，有利于实现企 业内部和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关键 技术。 因此，企业对工艺数据管理的要求为： ( 1 ) 工艺数据信息庞大而复杂，企业工艺数据管理不但要涉及到单纯的数 值运算，也要处理图像、字符、表格等复杂数据信息的组织和管理。 ( 2 ) 由于现代企业中所有生产活动都是围绕着产品结构展开的，一个产品 的生产过程实际上就是这个产品所有属性的生成过程。因此，工艺部门也应围 绕产品结构展开活动，继承产品结构信息到工艺管理数据信息系统中，而不是 基于零件进行工艺数据的管理。 ( 3 ) 在计算机集成制造系统中，工艺部门作为连接设计部门和生产制造部 门的桥梁，企业工艺数据管理应能实现与设计部门和制造部门等部门的数据集 成，以使集成化企业工艺数据管理系统能直接接受产品设计的零件信息，进行 工艺规划，生成工艺数据，并以得出的工艺数据结果为依据，向制造企业的其 它系统传递信息。 ( 4 ) 企业工艺数据管理系统应能实现企业各部门间数据的管理、传输、任 务的分配等工作，即在c a p p 解决了工艺设计的全过程之后，对其设计事后的 工艺数据进行管理、传输等。 1 1 2 2 企业工艺数据管理系统的特点 在制造型企业中相对产品数据信息来说比较复杂、变化比较大且快，在与 企业需求、价格、文化背景等方面相适应时比较突出的问题就是如何处理产品 工艺信息数据。原因之一是产品工艺数据的管理在处理衍生产品信息数据的同 时也必须处理相关的过程控制管理信息，另一个原因是企业产品的开发过程开 始由单一企业自主开发向虚拟企业协同开发的方向发展，以及电子商务和面向 产品全生命周期管理的需要，增加了产品数据的信息量、变化量和时效性。因 此说工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素。 适应于目前制造型企业的工艺数据管理应具备如下特点： ( 1 ) 从设计、管理、集成等多方面解决企业的工艺设计及管理问题； ( 2 ) 从工艺设计平台( 数据平台) 解决工艺设计问题，而不是围绕工艺卡 片( 图形平台) ： ( 3 ) 采用定义工艺流程规则的交互式操作方式( 例如向导方式) ，符合 w i n d o w s 的使用风格和习惯： ( 4 ) 能够智能化地利用企业的制造资源，解决工艺数据的利用和管理； ( 5 ) 采用开放的体系结构，方便用户进行二次开发和接口贯通； ( 6 ) 基于数据库，能与其它系统集成，共享产品数据库和权限数据库。 1 1 2 3 企业工艺数据管理的发展 自2 0 世纪6 0 年代人们对c a p p 开始研究和开发以来，运用计算机技术辅 助的工艺设计已经朝着智能化的方向发展。但工艺数据管理技术的研究才在近 几年越来越引起人们的重视。在c a p p 系统发展的初级阶段，即第一类c a p p 系统发展中，其目标是工艺设计的自动化，完全没考虑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。在第二类c a p p 系统的发展中， c a p p 工具系统在实用性、通用性和商品化等方面取得突破性进展的同时，人 们将工艺管理问题作为主要目标，当时虽然认识到c a p p 工具系统应将企业的 工艺资源管理起来，国内也推出了几个商品化的c a p p 系统，但其中许多是基 于a u t o c a d 或其它图形系统的工艺卡片填写工具系统。这类系统片面强调工艺 设计的“所见即所得”，完全以文档为核心，忽视企业信息化中产品工艺数据的 重要性，存在难以保证工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成的致命问 题。这类系统基于文件进行管理，有些虽然宣称数据库管理，事实上是基于文 件封装概念的管理，产品工艺数据的一致性、准确性和工艺信息集成问题仍然 无法解决。由于这类系统的信息交换存在严重问题，因此实用性很差。这期间， 有些商品化的c a p p 系统中也强调了工艺数据的重要性，但仍以文档为核心组 织数据，数据提取比较困难- 9 】。 近几年随着企业信息化的蓬勃发展，计算机辅助工艺设计真正推向了实用 化，出现了大量采用通用数据库管理系统进行开发的工艺数据管理系统，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，为工艺信息的有效集成奠定了良 好的基础。 综上所述，企业工艺数据管理的发展经过了以下几个阶段类型： ( 1 ) 工艺数据无法管理。使用w o r d 、e x c e l 、a u t o c a d 开发的或再开发的 c a p p 系统。此类c a p p 系统所生成的工艺文件以文本文件的形式存在，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 上绘制的，此类工艺卡片是由程序自动生成的，工艺数据被封装在工艺卡片中， 工艺数据无法实现一致性管理。 ( 3 ) 基于网络数据库、基于c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户用艮务器) 结构采用 面向对象技术开发的工艺数据管理系统。支持动态产品树的设计模式，支持公 式计算及自动汇总功能，支持全工艺工作周期的协同设计。能够实现良好的工 艺数据的一致性管理及数据集成与共享。现在的软件开发商大部分都在致力于 这方面的研究。 近年来，除了工艺数据管理的集成化、智能化继续受到重视外，系统分布 式、网络化也已成为工艺数据管理发展的新趋势。 1 1 2 4 面向产品的企业工艺数据管理主要内容 综观以往的企业工艺信息管理系统，解决工艺问题的焦点是放在如何快速 的生成各种各样的工艺卡片和工艺文件的编制上，使工艺人员从繁重的工艺文 件编制劳动中得到了解放，但是工艺问题并不是仅仅局限于工艺文件的编制， 而是要实现工艺设计全过程的管理、数据分析和工艺流程，更重要的是为企业 生产提供快速、准确的数据源，也就是说，企业需要的是面向产品全生命周期 的工艺信息管理系统，而不仅仅只是完成工艺设计的工具集。 我们知道，产品的加工工艺是企业指挥生产的灵魂，产品的工艺设计方案 牵动着企业生产的神经，而工艺数据是进行产品数据管理的桥梁。如何让复杂 的工艺数据信息在工艺产生的过程中及其它生产过程中有序流动是现代企业工 艺数据管理的关键。我们提出的面向产品的工艺数据管理，是以产品全生命周 期的各个阶段为服务对象，通过对工艺设计所产生的工艺数据有序地、符合企 业规则地管理，实现工艺数据在产品全生命周期的纽带作用。面向产品的工艺 数据管理的主要内容有： ( 1 ) 采用面向对象技术 针对产品结构配置资源和工艺配置资源，通过运用面向对象技术将产品对 象的属性和方法封装起来，以有效实现产品全生命周期中数据的一致性控制。 ( 2 ) 以产品工艺数据为中心 产品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。 产品工艺数据的完整性、，一致性及企业产品工艺信息的集成与共享对于企业信 息化具有重要的意义。在此基础上，产品各个层次( 产品层、部件层、零件层) 的工装设备、材料、工艺关键件、外协外购件、辅助材料、关键工序、工时定 额及材料消耗定额等的统计汇总功能也应g q - r 艺数据管理系统完成，以提高工 艺设计效率并减少人为的失误。 ( 3 ) 全面的工艺数据管理 从企业管理看，工装设备、材料、工艺关键件、外协外购件、辅助材料、 关键工序、工时定额、材料消耗定额等的统计汇总及产品工艺文件的更改与归 档管理等产品工艺管理工作占有十分重要的地位；工艺人员的很大部分时间用 于工艺数据的统计汇总等重复性劳动工作，不仅工作效率低，而且很难保证工 6 艺结果的准确性、一致性。随着c i m s 、敏捷制造等新的生产方式和理念的出 现和发展，在企业为了增强竞争力和快速响应市场的变化而采用这些新技术的 环境下，仅仅实现工艺规程编制的计算机化很难满足企业信息化的需求。因此， 面向产品的工艺数据管理，不但应对工艺设计结果之一工艺规程的管理，更要 包含有对各种汇总功能及工艺工作流的优化处理。 ( 4 ) 与产品其它阶段数据的集成与共享 企业在推动信息化建设的过程中，如果过分追求单元技术的工具化，从企 业长远发展看，势必造成产品各阶段工艺数据的孤立，最终导致企业工艺管理 上的不一致和不协调。因此，工艺数据管理应从以零组件为主体的局部应用走 向以整个产品为对象的全面应用，建立工艺部门与设计部门、车间、品质部门、 采购部门等产品制造其它部门的数据联系。实现工艺数据在产品全生命周期中 的纽带作用，实现产品全生命周期的数据集成与共享。 1 2 课题的提出 1 2 1 信息孤岛现象分析 如果企业间或企业内信息资源不能达到共享，就会导致信息孤岛的产生。 我们可以从两个方面分析信息孤岛现象的存在： ( 1 ) 不同系统之间存在有信息孤岛。随着企业信息化的不断深入发展，企 业使用的软件系统越来越多。如，各种单元技术软件和管理信息系统软件。但 是，由于部分企业中的相关人员对信息系统的搭建和实施缺少系统全面地认识 和把握，使企业信息化建设缺少整体一致性和系统协调性。这样，企业流程的 不同部分采用了不同的信息应用系统，他们独立的存贮使得其自身产生和从外 部输入大量信息。也就是说，应用系统软件的独立设置和自成一体带来了信息 资源的分散存贮，无法实现信息统一应用和共享，导致信息孤岛的产生。尽管 这些系统各自关注不同领域并且已经取得了一定的效果，但相互之间存在有许 多交叉重叠之处，随着诸多系统软件的逐渐应用，反而降低信息化的效率，这 样，系统越多，企业内部的信息孤岛就会越多【1 0 】。 ( 2 ) 同一系统不同数据模块之间存在有信息孤岛。如，无法从封装起来的 工艺卡片中提取数据信息，现在的企业或研究单位对其解决的方法一般为：针 对工艺卡片内的数据信息，进行多处存储，即一处存储用来建立工艺数据信息 与其它产品数据信息的关联关系，并用于对工艺数据信息的提取，一处存储用 于生成工艺卡片，便于工艺卡片的输出。由于工艺卡片内的工艺数据是基于封 装概念的，因此这样就容易导致数据的严重冗余及工艺数据管理的不一致，即 当一处数据更改时其它数据无法自动更改，导致信息孤岛的产生。 信息孤岛的产生将使大量有价值的信息资源不能共享，信息沟通脱节，因 此，用户和软件开发商通过信息集成的方法避免信息孤岛的产生，具体方法如 下。用户层：对企业来讲，一般没有较多的人员精力致力于构建企业自己的 管理信息系统或相应的单元技术，因此对大部分实行企业信息化的企业来讲， 他们一般都是购买软件开发商开发出来的通用性较强的信息系统，然后通过建 立公共数据库的方式实现不同信息系统的集成。其实现过程为：通过建立公共 数据库，作为p d m 和c a p p 之间的信息接口，即通过对p d m 、c a p p 组成系 统的分析，从其数据库子系统中提取相关数据信息存储到公共数据库中，这样 不同的系统就可以通过公共数据库进行数据的交换，以实现不同系统之间的集 成。这样做的缺点为：由于p d m 、c a p p 本身是开发商开发出来的完全独立的 系统，用户虽然能看到的其数据库的具体字段，但由于字段的属性及相应的操 作方法异常复杂，其内部通常也附带有较多的辅助联系，用户充其量只能提取 其中的一部分数据信息，实现一部分的数据共享，而不能实现数据的无缝集成。 开发商：软件开发商通过建立不同系统之间的信息接口，将其绑定在一起， 将其连带出售。这样一般存在两个大问题，一是需要庞大的数据存储空间，二 是数据在不同系统之间的数据传输问题。针对p d m 和c a p p 系统的集成，由 于二者均是独立的系统，要建立两者之间的信息接口就需要建立较大的数据存 储空间并需要较快的数据传输速度，这对软件开发商来说费时费力，真正实现 起来比较困难，而对制造业信息化而言，不止存在有p d m 和c a p p 两种应用 系统，还有c a d 、c a m 、e r p 等一系列应用系统，如果要实现整个制造业系 统的集成就要建立任意两个系统之间的接口，这样，少数几个软件系统之间就 要建立若干个信息接v i ，从而造成信息系统的接口泛滥l 。其数据存储需要更 庞大的数据空间不说，一旦哪个环节出了问题，就影响了整个集成系统。 1 2 2 课题的提出 据统计，一个典型的大型企业中平均有几十个应用系统，在这样的环境里， “信息孤岛”的存在将会给企业带来大大的损害，我们仅从“数据不一致”方 面，来分析“信息孤岛”的不良影响大致有以下几个方面i l 2 】： ( 1 ) 数据的一致性无法保证。由于信息定义和采集过程彼此独立，企业的 同一数据可能在不同的应用中不一致； ( 2 ) 信息及时共享、反馈难。如销售部门不能及时掌握可用库存信息，不 能及时了解销售合同履约情况，不能及时知道产品价格变化情况；生产部i - j n 不能及时掌握市场销售情况、可用库存情况，无法确定合理的安全库存量； ( 3 ) 企业数据中存在很大的冗余、大量的垃圾信息； ( 4 ) 信息需要重复多次的输入，对信息的多次采集不仅仅是额外的劳动， 数据失真也是重复输入的恶果之一。 基于以上对信息孤岛的分析，我们构建了基于企业整体模型的工艺数据管 理系统，在企业整体模型下，采用面向对象技术，以产品配置为引导，以工艺 数据为中心，在有效实现数据的一致性控制前提下，避免信息孤岛的产生，实 现工艺数据的纽带作用。企业整体模型是基于企业数据资源和数据处理方法的 全局规范，着眼于企业运作全过程，对企业数据资源的采集、加工、存储、利 用、处理方法的全面规划，即建立企业级的数据单元规范、数据分类编码规范、 用户视图规范、功能视图规范、数据表单规范和全局方法规范及它们之间的映 射关系等。这些规范的建立，将贯穿业务需求分析、功能建模、数据需求分析 和后续应用开发的全过程，是企业实施数字化管理的基石。建立企业整体模型 主要包括建立企业级的数据规范、构建全局数据库、建立全局方法规范和以产 品为导向的多b o m 间的映射关系四个部分： ( 1 ) 建立企业级的数据资源规范对数据全局规划，统一定义，分类、编 码，建立数据单元命名规范、标识规范、一致性规范、用户视图规范、功能视 图规范、数据库表规范，消除数据源的“二义性”： ( 2 ) 建立企业级全局数据库全局数据库是各个应用系统共建共用共享的 数据库，如工艺数据库、产品数据库、员工数据库客户数据库、销售订单数据 库、采购单数据库、质检数据库等： ( 3 ) 建立全局方法规范对各个应用系统处理数据的方法进行全局规划， 建立各个应用系统共建共用共享的方法规范。实现对设计数据、工艺数据、生 产制造数据、采购数据、销售数据、库存数据等处理方法的优化及相关数据的 一致性控制，一处数据改变，相关数据同步响应和更新，同时可以避免由于信 息系统处理程序的堆砌而造成的系统运行效率低下； ( 4 ) 建立以产品为导向的多b o m 间的映射关系以产品设计b o m 为数 据源头，建立各b o m 间的映射方法。 1 3 课题研究的目的和意义 9 0 年代以来，各种自动化和信息技术在制造企业中得到越来越多的应用， 计算机集成制造系统( c i m s - - c o m p u t e ri 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 ) 作为 制造业的先进技术，在我国的大中型企业中得到了广泛应用。c i m s 实施的关 键技术在于数据集成，但就当前的情况来看，虽然各单元的计算机辅助技术( 如 c a d 、c a p p 、c a m 等) 已经成熟，但各单元自成体系，彼此之间缺乏有效的 信息沟通与协调，即所谓的“信息孤岛”。为解决“信息孤岛”问题，实现数据 的一致性控制，我们将工艺数据看作连接产品设计数据、制造数据、品质数据 等数据间的纽带，以产品配置为引导，以实现工艺数据的纽带作用为目标，完 成对工艺数据的有效管理。 传统的工艺数据管理以零组件为主体研究对象，实现对零件加工工艺规程 等相关数据的管理，缺乏从整个产品的角度研究产品相关数据的集成和共享， 在企业只能是局部的应用。面向产品的工艺数据管理以产品配置为引导，以工 艺数据为中心，实现工艺数据信息的集成和共享，有利于实现企业内部和企业 9 间制造资源的合理分配和利用，为企业实现计算机集成制造提供了关键技术。 1 4 课题研究的主要内容 本论文具体研究与实践的内容可以概括为以下几个方面： ( 1 ) 研究企业工艺数据的分类方法，分析传统工艺数据管理的内涵、作用 和局限性： ( 2 ) 分析产品全生命周期中x b o m 的种类及工艺数据b o m 的纽带作用； ( 3 ) 研究面向产品工艺数据b o m 的特点及其组织模型； ( 4 ) 研究从产品设计b o m 中继承的四件清单分解方法： ( 5 ) 研究面向产品的工艺数据管理中工时定额、材料消耗定额统计方法； ( 6 ) 建立基于关系型数据库的全局共享数据库，以此为基础实现工艺数据 的纽带作用； ( 7 ) 利用i d e f 0 和i d e f l x 建模方法对面向产品的工艺数据管理实施建模。 本课题通过解决企业集成模型下产品数据一致性问题及工艺数据b o m 中 工时定额、材料消耗定额等清单的统计汇总方法，以实现产品全生命周期中工 艺数据的纽带作用。 1 5 课题中的关键问题及解决办法 本课题的关键问题为： ( 1 ) 数据的一致性控制问题，避免“信息孤岛”的产生； ( 2 ) 工艺数据与产品设计数据、制造数据、采购数据等数据间的数据传递 与集成问题； ( 3 ) 从产品设计b o m 中继承的四件清单( 外购件、外协件、自制件、标 准件) 分解方法； ( 4 ) 工艺数据管理中工时定额、材料消耗定额等定额信息的统计方法。 关键问题的解决办法为： ( 1 ) 采用以产品为导向，数据为中心的建模方法，建立企业统一数据源， 以解决工艺数据的一致性控制问题； ( 2 ) 面向产品的工艺数据管理涉及到企业的不同部门，不同层次和不同阶 段是实现工艺数据桥梁作用的关键： ( 3 ) 通过对b o m 分解算法的分析，运用关系型数据库，分解出四件清单； ( 4 ) 通过对工时定额、材料消耗定额的组成分析，制订其统计方法，以得 出统计结果供其它b o m 清单使用。 第二章面向产品的工艺数据管理技术和建模思想 2 1 传统的工艺数据管理技术分析 传统的工艺数据管理技术以零组件为主体研究对象，只将工艺数据用于工 艺设计部门，其主要目的是实现对零件加工工艺规程等相关数据的管理，缺乏 从产品全生命周期的角度研究产品相关数据的集成和共享，较难满足现代企业 生产集成化管理的实际要求。传统的工艺数据管理技术主要有以下特点： ( 1 ) 以零组件为主体研究对象 传统的工艺数据管理技术只针对具体的零组件对其工艺规程、工装、设备 等信息进行管理，一方面只是以零组件为主体对象的局部应用，另一方面对零 组件的工艺信息管理也不够完善。 ( 2 ) 以工艺部门为应用对象 传统的工艺数据管理只是工艺部门的数据管理，没有考虑到其在产品全生 命周期其它阶段的应用，因此工艺数据只在工艺部门内流通，其应用缺乏应有 的广度，从而容易导致工艺数据管理系统与其它信息系统间信息孤岛的产生， 阻碍工艺数据的应用和工艺数据管理的发展。 ( 3 ) 较少考虑工艺数据管理系统内的信息集成 传统的工艺数据管理只考虑零组件的工艺数据结果在工艺部门内的流通， 只以工艺文件的输出为目标，而较少考虑工艺数据管理内部及工艺数据与其它 产品数据间的集成。 ( 4 ) 封装式的工艺卡片管理 传统的工艺数据管理为了管理和输出的方便，一般均将工艺数据封装在工 艺卡片内，而较少考虑到工艺数据的集成性，这样工艺数据的操作性和集成性 都较差。 在产品全生命周期过程中工艺部门不仅要完成零部件加工工艺过程的管 理，同时还要完成对工装装备的使用的管理、产品零部件材料消耗工艺定额的 管理、零部件加工工时定额的汇总管理和设备使用的管理等，从而为产品生产 原材料的组织，常用刀具、夹具和量具等工装器具的准备，设备生产能力的分 析，产品生产作业计划的制定，产品交货期的预测，产品生产成本核算等产品 生产过程的有关环节提供直接的处理方法或必要的数据资源。 因此，研究和扩展传统的工艺数据管理技术，以产品和产品生命周期各阶 段的工艺活动为主要研究内容的工艺数据管理已成为企业实现数字化管理的关 键要素之一。本论文提出的面向产品的工艺数据管理旨在克服传统工艺数据管 理技术的缺陷，在深入分析工艺数据b o m 组织模型的基础上，结合计算机网 络技术和数据库管理技术，实现工艺数据在产品全生命周期相关阶段问的纽带 作用，使企业各相关职能域在网络环境下达到信息共享和数据集成。 2 2 面向产品的工艺数据管理技术 2 2 1 企业工艺数据管理中的面向产品特性分析 企业工艺数据管理应具有面向产品的特性，具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 面向产品全生命周期的特点 产品全生命周期指一个产品从概念设计、计算分析、详细设计、工艺规划、 加工制造、检验装配、销售维护直至产品消亡的整个生命周期。生命周期各中 间过程产生的数据不但要供所属部门使用，还应贯穿产品整个生命周期，以实 现产品数据的集成和信息共享。例如，设计数据是其它各部门数据的源头数据， 其数据分解结果应供其它各部门使用；工艺部门从设计部门继承产品配置信息 及部分属性信息，以确定零部件的工艺规程，并提供给其它部门所需的工艺数 据信息；生产部门从销售部门继承相关数据信息，来决定零部件的制造数量： 制造部门从设计部门和工艺部门获取相关数据信息，来决定领取的物料清单等， 以供采购部门所用：成本数据在成本核算部门产生，成本核算部门确定最终产 品的成本并进行产品成本维护，同时将控制数据信息反馈给其它部门。由此可 知，不同的部门数据信息在企业各部门间被有效地传递，工艺数据作为众多数 据间的纽带，对保证相关数据信息间的一致性起着重要的作用，因此企业工艺 数据管理应面向产品整个生命周期，才能使各数据信息在整个信息环境里顺畅 流动。 ( 2 ) 以产品设计数据为数据源的特点 产品设计数据是设计部门根据产品的功能要求和其它约束条件，完成设计 后生成的，它是产品生命周期中设计活动和管理活动的源头，在产品全生命周 期中具有一定的引导作用。工艺、制造等部门通过继承产品设计数据信息进行 本部门的设计、生产及管理等工作，在这个过程中，工艺、制造等部门均以整 个产品为考虑对象，将产品信息贯穿于整个管理过程，而同时产品设计数据的 更改直接对工艺、制造等部门的产品相关数据产生影响。面向产品的工艺数据 管理以产品为研究和应用对象，以产品相关属性数据为引导源，生成工艺资源 配置，最终实现了产品配置与工艺配置的一致性控制。 ( 3 ) 企业工艺数据生成的动态性特点 企业工艺部门所需的数据部分从设计部门转化而来，设计部门数据的更改 影响到工艺部门的数据，即工艺部门的数据应能自动根据设计部门数据的更改 而更改；同时制造部门的工装、夹具、辅料等使用信息和设备维护、维修记录 信息，质量检测部门的质检标准、质检控制，采购部门的材料采购与库存变化 信息，应实时地反映到工艺计划中。因此工艺部门中工艺数据的生成是一个动 态的、连续的过程，为实现产品数据的全局一致性控制，工艺数据的修改、删 减应能影响产品全生命周期相关数据的改动。 2 2 2 面向产品的工艺数据管理中b o m 的应用 2 2 。2 。1 面向产品全生命周期的x b o m 摄述 采用计算机辅助企业生产管理，首先要使计算机能够读出企业所制造的产 品构成和所有要涉及的物料，为了便于计算机识别，必须把用图示表达的产品 结构转化成某种数据格式，这种以数据格式来描述产品结构的文件就是物料清 单，即是b o m ( b i l to f m a t e r i a l s ) 。在制造企业中，物料一词有着广泛的含义， 它是所有产品、半成品、在制品、原材料、配套件及协作件等等与生产有关的 物料的统称 1 3 , 1 4 , 1 5 1 。 在现代制造企业中，b o m 是核心的基础数据，是产品数字化定义的重要内 容，是连接产品工程设计和生产经营管理的桥梁。在产品全生命周期的不同阶 段，面对不同的生产部门，存在着多种不同意义和用途的b o m ，因此保证这些 b o m 数据的完整性、正确性和一致性具有重要的意义。一个产品要经过工程设 计、工装设计制造、生产准备和制造等诸多过程才能完成，其对应的物料清单 分别是：工程设计物料清单( e n g i n e e r i n gb i l lo f m a t e r i a l s ，e b o m ) 、工艺计划 物料清单( p l a n n i n gb i l lo f m a t e r i a l s ，p b o m ) 、制造物料清单( m a n u f a c t u r i n gb i l l o fm a t e r i a l s ，m b o m ) 、成本核算数据清单( c o s tb i l lo fm a t e r i a l s c b o m ) 、 品质数据清单( q u a l i t yb i l lo f m a t e r i a l s ，q b o m ) 、采购数据清单和销售数据清 单等，下面介绍几种主要的b o m 清单： ( 1 ) e b o m 工程b o m 或设计b o m 是设计部门运作过程中产生的数据 清单，产品设计人员根据客户定单或技术要求进行产品设计，产生包括产品名 称、产品型号、装配产品结构、明细表、产品技术条件、包装规范等信息； ( 2 ) p b o m 工艺b o m 是企业的工艺设计部门用来组织和管理生产某种 产品及其相关零部件的工艺数据信息。工艺部门根据从e b o m 中继承的产品结 构信息和设计信息，汇总自制件、外购件、外协件、标准件清单等，制定工艺 计划，划分工场、工位、工序信息，指定简要的装配工艺流程，生成工艺计划 b o m 的数据，建立p b o m ；。 ( 3 ) m b o m 制造b o m 是企业生产制造部门用来组织和管理在实际制造 和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件b o m 。生产制造部门从p b o m 中继承工艺计划数据，详细设计工艺装配步骤，更改装配顺序，添加工艺虚拟 件，增加工时等信息，修改后的装配