飞机制造工艺业务管理系统研究

1、基于BOM的飞机制造工艺业务管理系统研究随着制造业信息化工程的不断深入，产品数据管理( Product Data Management, PDM )、计 算机辅助工艺过程(Computer Aided Process Planning , CAPP)、企业资源计划(Enterprise Resource Planning, ERP)、制造执行系统(Manufacturing Execution System , MES)等先进 技术的深入应用，企业信息化管理水平不断提高。但这些系统都是面向企业的设计部门或管 理部门，能够支持本部门的信息管理工作。由于飞机数字化工艺信息制造现场应用程度不高， 造

2、成制造过程中无法统一协调和监控制造信息，企业生产中信息流、物质流和价值流流通不顺畅，割裂了产品信息在产品全生命周期中的连续性和实时性，从而无法从全局和整体的角度提高企业的效率和管理水平。国内外专家和学者对制造工艺业务管理的理论体系和关键技术进行了大量探索和研究， 如基于产品数据管理平台的系统集成框架研究、基于产品数据交换标准(Standard for theExchange of Product Model Data , STEP)的信息集成研究、 基于制造 BOM ( Manufacturing Bill of Material , MBOM )的飞机集成工艺信息系统研究、基于 SEBOM的

3、飞机制造过程管理体 系研究。这些研究有效地促进了制造过程管理体系的发展，但尚未有效地解决飞机制造工艺业务过程管理中管理力度不足、管理方式滞后等问题。本文以某航空制造企业为研究对象，通过对其制造工艺过程的深入研究，提出了基于 BOM的制造工艺业务管理系统，构建了面向产品制造全过程的物料清单，强化制造工艺业 务管理，能够有效提高飞机制造企业工艺业务管理的能力。1工艺总体方案设计在工艺总体方案设计中，根据设计任务和产品功能的要求，充分考虑加工工艺、制造资 源等因素，协调设计、工艺、工装、制造等部门在产品设计方案基础上，采用协同工作的模 式进行产品的可制造性分析，全面评价产品设计及工艺设计的合理性。工

4、艺设计总体方案设计的流程如图1所示。产品设计 部门产储设方案艺部门 I：艺分L 方案设计装配部门 装配协调 方案设计 _IL：艺总体方案设计发布工艺设计总体方案I睾选择 方案设计 工装部门!*1零件制造 方案设计专件制造怒门图1工艺总方案设计流程图产品设计部门根据产品功能要求、标准规范等因素制定产品的设计方案。工艺部门根据企业实际生产能力、生产计划要求等因素制定工艺分工方案。装配部门根据工艺分工方案及企业实际的装配工艺、装配条件、装配环境和工装夹具等因素制定装配协调方案；工装部门根据产品的生产要求及工装部门的生产能力制定工装选择方案；零件制造部门根据产品设计部门制定的技术要求及本部门的加工能力

5、制定零件制造方案。各个部门制定的设计方案经过汇总、分析、优化后形成工艺总体方案，评审通过后发布。2 EBOM至U PBOM的转换工艺总体方案确定后下发到工艺部门，工艺部门根据产品工程物料清单(Engineering Billof Material , EBOM )制定工艺物料清单( Process Bill of Material , PBOM )。从 EBOM 转换到PBOM ,经历EBOM信息提取、划分装配单元、工艺分解、制定工艺路线4个步骤。卜面以飞机某控制系统中转轴的部分零件为例介绍EBOM至ij PBOM的转换过程(见图2)。| ZC22W IC2Z0M扁心轴组仃JH ZC22:04

6、:04出圈TZC2MdH偏心轴 TzC22:03:02吸油片 -4ZO2&WW工分解X,0-以 C22:O3:OM 油片也C2 2:0正i割储国管-H ZC22:02:02 Klffil ：T ZC22：22:3支黑 ： KROM、一也 C22:02:(H-2 微体-UZC22;0”12。他I-4 ZC2MZ3更新TZC22:04：n4季圈 FHO乔,图2 EBOM/PBOM转换过程1)信息提取：工艺设计人员以接收到的EBOM作为编制PBOM的基础，提取PBOM所需的层次、零组件代号、版次、名称、数量、材料、有效性、零件类型等信息。2)划分装配单元：根据各装配车间的工作均衡、装配工艺及生产现场

7、的管理等要求，将 产品按生产需要划分为若干部件级装配单元，每个装配单元能够相对独立地进行装配。经过该步骤在ZC22的产品结构中添加偏心轴组件和筒体组件等两个独立的装配单元节点。3)工艺分解：对 EBOM中零组件结构关系进行局部调整，在产品结构中添加虚拟件、 工艺组件、中间件，确定需要外协加工的外协件以及需要购置的标准件，重新定义组件及其装配结构关系。在该步骤中，由于筒体是分两段加工后焊接而成，所以定义ZC22: 02: 01为工艺组件，添加 ZC22 : 02: 01-1、ZC22 : 02: 01-2等两个节点，定义 ZC22 : 02: 01为 虚拟节点。4)制定工艺路线：工艺分解完成后，

8、根据零部件加工、装配过程在企业各个制造车间的传递情况制定工艺路线。确定原材料、毛坯的规格和型号；根据企业技术条件，确定加工和装配的顺序；选定作业中心，确定各个作业的额定工时等。在该步骤中定义所有零部件的类型，制定除外协件、标准件(如 ZC22中的垫圈)以外的其它零部件的工艺路线。最后进行数据一致性检查，无误后发布PBOM信息、。PBOM信息是进行工艺详细设计的基本信息。3工艺详细设计工艺设计人员以 PBOM为基础进行工艺详细设计。飞机数字化工艺的详细设计主要包含装配指令(Assembly Order , AO) /制造指令(Fabrication Order , FO)设计、工装设计、工 艺仿

9、真等。在工艺详细设计中产生制造物料清单(Manufacturing Bill of Material , MBOM )。AO/FO 设计工艺人员根据零组件的交付状态，添加制造过程中需要的各项技术要求、工艺标准、工艺参数以及生产过程中需要的设备、工装等制造资源信息，产品设计状态信息（如工程图纸页次、版次、工程更改状态等），生产信息（如批架次、数量、生产指令发放日期等），质 量信息（如质量编号、产品重要实测原始记录、检验人员以及不合格产品超差及返工记录等） AO/FO贯穿零部件制造和产品装配的全过程，能够显著提高飞机制造工艺技术、生产管理 和质量控制水平。工装设计根据工艺总方案设计中的工装设计信息

10、以及 AO/FO中工装技术条件的要求制定详细的工 装设计方案，工装设计包括工装数字化建模、结构分析、预装配检查等。工装设计方案经审核批准后下发到工装制造车间指导生产。工艺仿真应用仿真技术在虚拟环境中进行工艺数模设计，并根据FO的要求进行零件的数控加工仿真，检查数控程序的正确性、合理性，对加工方案的优劣做出评估与优化，数控加工程序经审核后下发数控中心指导生产。工艺详细设计完善产品制造中需要的各种信息，是监控工艺现场执行状况的重要依据。在该过程中产生的 MBOM信息是企业质量部门、采购部门、财务部门等需求信息的来源。飞机工艺详细设计的业务流程如图3所示。12数模设计零组件交付状态PROM（含艺睛线

11、设出）材料定额L时定额2设计方案确定图3飞机工艺详细设计业务流程4制造工艺业务管理基于MBOM的工艺数据管理MBOM是制造工艺数据管理的核心内容，为 PDM、ERP、MES等系统以及现场生产提 供完备的制造工艺数据，因此对保证制造工艺数据的唯一性、实时性、有效性具有重要意义。以MBOM核心的制造工艺数据管理主要包含以下内容。1）产品、零组件图号管理。产品、零组件图号管理是制造工艺数据管理的基础，通过 PDM系统将传统的基于图样的管理模式转换为基于图号的管理模式，实现飞机制造过程中 按照批次/架次实时动态查询的管理模式，保证产品工程状态和产品构型的准确性和有效性。2）工艺设计数据管理。 MBOM

12、 是企业重要的工艺数据源，包括结构化工艺数据和工艺 文件，是企业生产制造数据的来源。结构化工艺数据和对应的工艺文件经过映射存储在工艺 数据库，实现与其它异构系统的有效集成。3）工程数据更改管理。工程数据更改管理是保证产品数据在全生命周期中一致性，以及 技术状态控制正确性的重要方式。工程数据更改管理包括工程更改生成控制、工程更改发放、工程更改执行等，满足企业对工程更改进行有效控制的要求。4）统计汇总管理。在制造工艺数据管理中，有大量的统计汇总和报表输出，企业不同的 部门在MBOM数据的基础上，根据各自的要求获取相关的数据并输出报表，用于生产过程 管理、采购、财务审核等业务。现场工艺业务管理工艺部

13、门完成工艺详细设计后以数字化信息的形式发布到制造部门。制造部门根据 AO/FO信息进行零部件制造以及产品装配。下面以机加工车间为例介绍生产现场工艺业务 管理系统方案。生产工人接收到生产任务后， 查看完成该任务需要的工艺信息，如FO大纲，所需的物料、机床、刀具等信息，查看工序仿真模型并下载工序所需NC代码；工艺信息准备工作完成后进行生产准备，物料装载到加工工位，校验夹具、刀具的条码信息，安装刀具；准备工作就 绪后开始制造，并记录制造过程中所有信息；制造任务完成后检验是否合格，若合格，物料出工位并检查记录信息是否完整，最后存档转入下道工序。如果生产过程中出现问题或建议，实时反馈到车间技术部门进行处

14、理。零件加工工艺业务管理流程如图4所示。/现场匚接收生产任务条码信息校验二二 生产麻部图4零件加工工艺业务管理流程在制造过程中所有的与现场加工相关的信息以数字信息的形式流动，能够有效改变传统纸质工艺信息流通效率低下、实时更新困难等问题，保障现场生产过程中高效、准确地获取需要的信息。装配车间现场工艺业务管理流程与机加工车间有一定的相似性，在此不再赘述。5工艺业务管理系统架构设计系统采用3层软件架构设计的思想，划分为应用层、业务逻辑层和数据层3部分。系统架构如图5所示。应用层业务逻辑掂O-O(ERP)图5系统软件架构及功能图1）应用层为飞机制造工艺管理平台，该平台是用户进行各种操作的媒介，用户能够方便 快捷地进行各种业务的操作，如数据的录入，信息的浏览等。2）业务逻辑层包含基础信息管理、工艺业务管理以及与数据库进行交互的公共业务服务。 业务逻辑层中基础信息管理包括 BOM数据管理、资源管理、知识管理功能；工艺业务管理 包含计划管理、工艺分工管理、 AO/FO设计、工装设计、工艺仿真等功能；公共业务服务 是各个模块与数据层交互的媒介，实现数据查询、数据更新、数据检索、安全管理等功能。3）数据层是制造过程管理系统需要的各种数据，包含基础数据、工程数据及资源数据等。此外，在整个系统中包含应用集成管理，通过与企业PDM、MES、ERP等系统的集成,更好地满足企业数据准备、数据管理及业务监控的