1 引言

    進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，它是為了滿足制造企業(yè)對(duì)產(chǎn)品生命周期管理的需求而產(chǎn)生的一種新的管理模式。PLM的核心是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有序、設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化和資源的共享，是支持快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的協(xié)同管理的一個(gè)集成協(xié)同框架。在航空制造企業(yè)中，產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)涉及多團(tuán)隊(duì)、多部門(mén)、多領(lǐng)域的參與合作，需要建立面向PLM的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)模式，并行工作。同時(shí)要求工藝信息系統(tǒng)能夠克服時(shí)間、空間等限制，形成一個(gè)便于群體相互協(xié)同工作的共同工作空間，使異地多部門(mén)人員能夠并行協(xié)同地完成工藝信息處理，對(duì)于實(shí)現(xiàn)快速工藝準(zhǔn)備，縮短產(chǎn)品研制周期具有重要意義。

2 面向PLM的協(xié)同工藝分析

    目前我國(guó)航空制造企業(yè)已大量采用CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝過(guò)程設(shè)計(jì)與管理，對(duì)提高企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)效率和管理水平起到了重要的促進(jìn)作用，但是在應(yīng)用中主要關(guān)注于離散的單元工藝設(shè)計(jì)工作，對(duì)整個(gè)工藝生命周期的協(xié)同工作研究不夠，極大地限制了采用CAPP系統(tǒng)對(duì)工作效率提升的效果。面向PLM的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)的理念把傳統(tǒng)CAPP系統(tǒng)的功能擴(kuò)展到基于計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作的信息、過(guò)程和管理集成平臺(tái)的高度。本文以某航空制造企業(yè)實(shí)際需求為背景，分析和總結(jié)了其工藝工作的特點(diǎn)，包括：

    ①產(chǎn)品制造工藝種類(lèi)多，涵蓋機(jī)加、數(shù)控、裝配、熱表、噴漆等各種冷熱加工。

    ②工藝設(shè)計(jì)涉及多團(tuán)隊(duì)、多部門(mén)、多領(lǐng)域的參與合作，需要建立協(xié)同的設(shè)計(jì)模式，并行工作。

    ③產(chǎn)品工藝更改頻繁，強(qiáng)調(diào)完善的版次管理。

    該企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)包括裝配工藝和機(jī)加工藝這兩種主制工藝，整個(gè)編制過(guò)程中涉及主制單位和多個(gè)協(xié)作單位的并行協(xié)作。工藝處的主管工藝員根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品分解成各個(gè)零部件，制定分單位目錄和工藝分工路線。根據(jù)分單位目錄和工藝分工路線將工藝設(shè)計(jì)任務(wù)下發(fā)到各分廠（主制單位）的車(chē)間工藝室進(jìn)行具體工藝規(guī)程編制（主制工藝）。在主制工藝規(guī)程編制過(guò)程中，主制單位根據(jù)車(chē)間級(jí)產(chǎn)品工藝工作計(jì)劃來(lái)制定包含協(xié)作工序在內(nèi)的工藝路線。主制單位負(fù)責(zé)工序內(nèi)容的詳細(xì)定義。企業(yè)內(nèi)部各術(shù)語(yǔ)定義包括：

    ①車(chē)間級(jí)產(chǎn)品工藝工作計(jì)劃：車(chē)間工藝負(fù)責(zé)人對(duì)分配到本車(chē)間的零組件進(jìn)行工藝編制、校對(duì)任務(wù)的分配。

    ②主制單位和主制工藝：工藝編制任務(wù)的承接單位以及任務(wù)的發(fā)起單位，其編制的工藝稱為主制工藝。

    ③協(xié)作單位和協(xié)作工序：在主制工藝編制過(guò)程中，會(huì)涉及到本車(chē)間無(wú)法完成的任務(wù)，需要其他工藝部門(mén)協(xié)作完成時(shí)，主制單位發(fā)出協(xié)作任務(wù)，收到任務(wù)的部門(mén)成為協(xié)作單位。協(xié)作單位編制的工藝稱為協(xié)作工序。

    ④擴(kuò)編工藝：若協(xié)作工序內(nèi)容較為復(fù)雜，例如光學(xué)鍍膜、旋壓、布線等，需形成一本獨(dú)立的工藝規(guī)程，稱之為擴(kuò)編工藝。

    在主制工藝規(guī)程完成校對(duì)之后，各個(gè)協(xié)作單位根據(jù)主制工藝規(guī)程編制各自的協(xié)作工序，并在本部門(mén)內(nèi)完成獨(dú)立審批。若需要專用工裝，主制工藝員應(yīng)編制專用工裝申請(qǐng)單并提交到工裝設(shè)計(jì)部門(mén)以完成工裝申請(qǐng)的審批；若有數(shù)控加工工序，則需數(shù)控程序編制部門(mén)完成數(shù)控工序的編制審批。當(dāng)各個(gè)協(xié)作工序、專用工裝申請(qǐng)、數(shù)控工序?qū)徟�完成后，進(jìn)行主制工藝規(guī)程合并（將協(xié)作工序裝訂到主制工藝規(guī)程中）。合并后的主制工藝規(guī)程繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的審批流程。協(xié)同工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

    圖1 協(xié)同工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程

3 面向PLM的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

    該企業(yè)的生產(chǎn)模式為多型號(hào)研制、小批量生產(chǎn)，隨著多型號(hào)任務(wù)的并行開(kāi)展，迫切要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速研制。其傳統(tǒng)的并行協(xié)作過(guò)程是通過(guò)人為通知、協(xié)調(diào)、紙質(zhì)裝訂來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求采用新的工藝設(shè)計(jì)模式和制造方式，建立適應(yīng)于產(chǎn)品快速研制的協(xié)同計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)(Collaborative Computer Aided Process Planning，C-CAPP)。C-CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是基于西北工業(yè)大學(xué)的CAPPFramework 2007（下文簡(jiǎn)稱CAPPFramework）軟件和西門(mén)子的Teamcenter 8（下文簡(jiǎn)稱TC）軟件，CAPPFramework作為工藝規(guī)程的編制工具，依靠TC的統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)和人員管理及工作流管理實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝系統(tǒng)及相關(guān)部門(mén)的業(yè)務(wù)流程協(xié)同。C-CAPP系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖2所示。

    圖2 基于TC與CAPPFramework的C-CAPP系統(tǒng)架構(gòu)

    C-CAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)共分為三層：數(shù)據(jù)層、協(xié)同平臺(tái)層和系統(tǒng)應(yīng)用層。整個(gè)系統(tǒng)功能建立在異構(gòu)分布式的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上。協(xié)同平臺(tái)層是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)協(xié)同工作的關(guān)鍵，通過(guò)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)交換與協(xié)同、工作流系統(tǒng)、協(xié)同服務(wù)等功能，采用XML格式設(shè)計(jì)編寫(xiě)CAPPFramework啟動(dòng)接口文件和工藝信息文件，以實(shí)現(xiàn)CAPPFramework與TC的集成。用戶只需對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用層操作就完成工藝設(shè)計(jì)、管理以及相應(yīng)的協(xié)同工作。其主要邏輯處理體現(xiàn)在協(xié)同平臺(tái)層和系統(tǒng)應(yīng)用層，包含以下功能。

    3.1 工藝設(shè)計(jì)

    選用CAPPFramework進(jìn)行工藝規(guī)程文件的編制。在TC中選擇正確版本零件，并建立相應(yīng)工藝節(jié)點(diǎn)（用于歸屬工藝規(guī)程文件和工藝規(guī)程數(shù)據(jù)），以此啟動(dòng)CAPPFramework進(jìn)行工藝規(guī)程文件編制。將生成的工藝文件(*.cxp、*.xml、*.pdf)提交到TC中。支持企業(yè)各工藝類(lèi)型（機(jī)加工藝、裝配工藝、協(xié)作工序）工藝設(shè)計(jì)以及工藝更改工作。使用專用代號(hào)分別標(biāo)識(shí)工藝路線卡中的協(xié)作工序、擴(kuò)編工藝和數(shù)控工序，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工藝設(shè)計(jì)。

    3.2 工藝編制協(xié)同

    工藝編制協(xié)同功能主要包括協(xié)同工作流管理和協(xié)同服務(wù)。協(xié)同工作流管理包括用戶權(quán)限與角色管理、工藝任務(wù)分配與管理、工藝工作流的分析與建模和工藝工作流管理。C-CAPP系統(tǒng)綜合利用TC的工作流管理功能和CAPPFramework工藝編制功能，實(shí)現(xiàn)主制單位與各個(gè)協(xié)作單位并行有效的編制完成工藝規(guī)程，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)各個(gè)協(xié)作單位之間的工作并行。通過(guò)分析該企業(yè)工藝規(guī)程編制與審批的總體流程，系統(tǒng)能夠提供的協(xié)同服務(wù)主要包括：主制工藝與協(xié)作工序、擴(kuò)編工藝的編制協(xié)同；主制工藝與專用工裝申請(qǐng)、設(shè)計(jì)的編制協(xié)同；主制工藝與數(shù)控加工工序的編制協(xié)同；工藝文件合并、XML文件提交等。協(xié)同工藝編制與審批總體流程如圖3所示。

    圖3 協(xié)同工藝編制與審批總體流程

    ①主制工藝與協(xié)作工序、擴(kuò)編工藝的編制協(xié)同

    主制單位用CAPPFramework編制完成主制工藝規(guī)程后提交給TC走審批流程，在工藝校對(duì)節(jié)點(diǎn)后新建協(xié)作工序及相應(yīng)流程。協(xié)作工序、擴(kuò)編工藝編制者通過(guò)TC接收到相應(yīng)任務(wù)，完成編制審批后提交協(xié)作工藝信息(*.xml)到TC。協(xié)作工序走協(xié)作工序編制審批流程，擴(kuò)編工藝走主制工藝編制審批流程。

    主制單位將已完成審批、簽名的協(xié)作工序與主制工藝合并形成一份完整的工藝規(guī)程，并提交完整的工藝信息(*.xm1、*.cxp)給TC，繼續(xù)走審批流程。擴(kuò)編工藝不與相應(yīng)的主制工藝合并，獨(dú)立形成一份完整工藝規(guī)程。實(shí)現(xiàn)主制工藝與協(xié)作工序、擴(kuò)編工藝的編制協(xié)同。

    ②主制工藝與專用工裝申請(qǐng)、設(shè)計(jì)的協(xié)同

    在工藝編制的過(guò)程中如果有特殊工裝的申請(qǐng)，將在CAPPFramework中填寫(xiě)工裝申請(qǐng)單，同時(shí)需要保存為獨(dú)立的CXP文檔。通過(guò)TC發(fā)起工裝申請(qǐng)單審批流程，工裝設(shè)計(jì)部門(mén)完成審批，將記錄工裝申請(qǐng)單信息的CXP、XML文件存入TC中。接著啟動(dòng)專用工裝設(shè)計(jì)流程。實(shí)現(xiàn)了主制工藝編制與專用工裝申請(qǐng)、設(shè)計(jì)的協(xié)同。

    ③主制工藝與數(shù)控加工工序的編制協(xié)同

    在工藝編制的過(guò)程中如果有數(shù)控加工工序，數(shù)控單位接受任務(wù)后啟動(dòng)數(shù)控加工工藝編制與審批流程并完成審批，最終執(zhí)行與主制工藝合并，實(shí)現(xiàn)主制工藝編制與數(shù)控工序編制的協(xié)同。

    3.3 工藝信息管理

    工藝信息管理的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)和各種工藝文件的有效管理，為工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的有機(jī)集成，提供統(tǒng)一有效的產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)管理工具，以保證工藝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)性、有效性和安全性。主要包括信息模型管理、工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、集成接口管理以及工藝資源管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝工作過(guò)程的管理與控制。本文詳細(xì)介紹協(xié)同工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理，如圖4所示，其主要的管理有下面幾方面：

    圖4 協(xié)同工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理

    ①工藝文檔存儲(chǔ)

    工藝文檔作為一個(gè)整體對(duì)象在TC中進(jìn)行管理。工藝文檔作為一個(gè)整體存儲(chǔ)在TC數(shù)據(jù)庫(kù)中，在PDM的版本管理的控制下經(jīng)歷文檔版本管理和全生命周期管理。工藝文檔中同時(shí)包含了零件工序圖信息。

    ②結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    CAPPFramework生成的產(chǎn)品工藝中包含設(shè)備、刀具、工裝等企業(yè)中其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)比如ERP、MES系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)信息集成提供便利，CAPPFramework將這些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)自動(dòng)寫(xiě)入XML文件，并提交給TC保存。它們以關(guān)系數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在TC數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以唯一的索引與對(duì)應(yīng)工藝文檔相聯(lián)系，以方便系統(tǒng)查詢和被其他集成應(yīng)用系統(tǒng)所讀取。

4 C-CAPP系統(tǒng)應(yīng)用

    目前該企業(yè)已完成C-CAPP系統(tǒng)的全面部署和應(yīng)用，覆蓋了其所有車(chē)間工藝部門(mén)、主管工藝部門(mén)以及其它業(yè)務(wù)相關(guān)部門(mén)。

    工藝員需要進(jìn)行工藝規(guī)程編制和審批時(shí)，首先需要登錄TC并找到需要完成的工藝編制任務(wù)，點(diǎn)擊工藝編制菜單，通過(guò)已定制的XML接口文件自動(dòng)啟動(dòng)CAPPFramework進(jìn)行工藝規(guī)程編制，最后在TC中完成工藝規(guī)程的審批。C-CAPP系統(tǒng)內(nèi)部集成交互文件包含的主要內(nèi)容如表1所示。

    表1 系統(tǒng)內(nèi)部集成交互XML文件的主要內(nèi)容

5 結(jié)束語(yǔ)

    本文針對(duì)某航空制造企業(yè)工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)以及需求現(xiàn)狀，提出了面向PLM的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)與管理方法。以CAPPFramework與TC集成開(kāi)發(fā)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了協(xié)同工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)(C-CAPP)，對(duì)協(xié)同工藝設(shè)計(jì)涉及的關(guān)鍵流程與工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理進(jìn)行了詳細(xì)論述。實(shí)現(xiàn)了主制工藝與協(xié)作工序、專用工裝申請(qǐng)以及數(shù)控工序的并行協(xié)同編制。

    通過(guò)在該企業(yè)進(jìn)行全面實(shí)施和技術(shù)應(yīng)用，為工藝系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)提供了有效的工具和平臺(tái)，有效解決了工藝協(xié)同的問(wèn)題，從整體上縮短了產(chǎn)品研制周期，顯示了很好的應(yīng)用效果。

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本文標(biāo)題：面向PLM的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)與管理技術(shù)研究與應(yīng)用

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