（机械制造及其自动化专业论文）基于pbom的飞机工艺信息管理研究与应用.pdf

西北工业大学硕十学付论文摘要 摘要 工艺信息是企业技术工作和生产活动的技术基础，是企业生产技术工作的法 规和依据，它能有效地指导和协调各部门的工作，对完成生产任务、确保产品质 量、提高总体效益以及促进技术发展起着关键作用。因此，随着飞机制造企业信 息化技术的深入，企业迫切需要对工艺信息的产生、流动、共享等进行科学有效 的管理和维护。本文针对飞机制造企业的需求，结合现代软件技术，提出了以 p b o m 为核心的飞机工艺信息管理思想，并依靠p d m 平台应用到生产实际中。 主要的研究内容包括以下几个方面： 1 、分析研究了国内飞机制造企业信息化现状，国内外工艺信息管理以及 b o m 管理技术的研究应用现状，为管理思想的产生提供了理论基础。 2 、详细分析了工艺信息特性和飞机制造企业工艺信息模型，建立了一个符 合工程实际的以p b o m 为核心基于p d m 的工艺信息管理体系框架，并提出了实 现的若干关键技术。 3 、研究了作为工艺信息管理基础的p b o m 管理技术，包括p b o m 生成、 有效性控制、版本和配置管理以及向其他b o m 的转化。 4 、在面向管理的思想下，基于p b o m 的工艺数据组织模型，提出了工艺数 据的分类方式和在此分类基础上形成的数据管理方法。 5 、探讨和研究基于p d m 的工艺信息集成内容与集成方式，建立基于讧l 中间件的集成模式，详细描述基于p d m 的审批发放流程模型和“无纸化”审批 的实现过程。 关键词：工艺信息，p b o m ，飞机工艺信息管理，p d m ，信息集成 两北丁业大学硕十学付论文a b s ”a c t a b s t r a c t p f o c e s si n f b r m a t i o ni sb 弱e s 锄dn l l e so fe n t e r p r i s et e c h n i q u e 越讨p r o d u c t i o n w o r k ，“p r o v i d e sr e l i a b l eb 船e sf o re a c ht c c l l i l i q u ew o r k 锄di n s n l l c ta i l dh a n n o i l i z e w o r kf b re a c hd e p a r h n e n t ，i ti sv e r y 佃1 p o n a n tf o rc o m p l e t i n gp m d u c t i o nt a s k ， e i l s u r i n gp r o d u c t i o nq u a l i 咄i m p r o 、，i n gt o t a l b e n e f i ta n da c c e l e r a t i n gt e c l l l l i q u e d e v e l 印m e n l s o ，w i mt 1 1 eg r a d u a ld e v e l 叩m e n to fa i r c r a f tm 卸u f a c 嘶n ge n t e r p d s e s i n f o 姗a t i o nc o n s t m c t i o n ，e l l t e r p r i s e sl i l 苫e n t l yn e e df o rp r o c e s si l l f o n i l a t i o nn o w s h 椭g i 印t i f i c 锄de f f c c t i v em a l l a g e i i l e n t 锄dm a i l l t 删e f o r t h er e q u i r c m e n t so f a i r c r a f tm a n u f a c t i l r i n ge n t e r p r i s e s ，w i t ht h em o d e n ls o n l a r et e c l l n 0 1 0 9 y ，a st 1 1 ec o r e 痂r a rp r o c e s sj n f o l l l l a t i 叩m a j l a g 锄翩tt 1 1 i n “n gt op b o mj sp r o p o s e da j l da p p 】i e d t 0t h ea c t u a lp r o d u c t i o no np d m p l a t f o m l t h em a i nc o n 仃i b u t i o n so fm i sp a p e ra s f o l l o w s ： 1 a m a l y s i so f t l l ed o m e s t i ca i r c m f tm a n u f a c 岫ge n t e r p r i s ei n f o 姗a t i o ns t a t u s ， p r o c e s si n f b 脚a t i o nm a n a g 锄肌ta i l db o mm a n a g 咖e n tt e c t l l l o l o 钉a p p l i c a t i o n r e s e a r ；c h ，“p r o v i d eat t l e o r e t i c a lb a s i sf o rm es e l e c t i o no f m a n a g c i i l e n tm i n k i n g 2 d e t a i l e da i l a i y s i so f 圮c h a r a c t 鲥s t i c so fi n f o r n l a t i o nt e c l l i l o l o g ya n da i r c r a n m a i l u f a c t l l r i n g t e r p r i s p r o c e s si b m l a t i o nm o d e l ，w i t ht h ea c t i l a le s t a b l i s h m e n t o fap r o j e c tt 0p b o mt c c l l l l o l o g ya tt l l ec o r eo fm ei n f o r i n a t i o nm a l l a g 锄e n t 丘a me 、】r kb a s e do nt h ep d m ，a n dp r o p o s e ss o m eo f t h ek e yt c c l l n 0 1 0 百e s 3 办em 跏喀e m e n tt e c h n o l o g yo fp r o c 嘲b mo fm a t 嘶a l ( p b o m ) j s r e s e a r c h e d ，w h i c hi st l l ei n f o r r n a t i o nb 够eo f p r o c e s si l l f 0 姗a t i o nm a n a g e m e i l t ，a n di t i n c l u d e s g e i l e r a t i o n o fp b o m ， c o 曲1 1 i n g o fp b o mv a l i d i 劬 v e r s i o na i l d c o n 艇u r a t i o nm a n a g e m c n to fp b o m a n dt l 圮拓a n s 6 m n i n g 协o t l l e rb o m( b i l lo f m a t e r i a l ) 丘d mp b o m 4 b a s e do nw 浊t h ei d e ao fo r i 跖t e dm a n a g e m e n t 觚dp r o 豁船am o d e l ， p r o c c s s 纰c l a s s m c a t i o n 粕dm e 批m n a g 锄e n to nt h ec l a s s i 丘c 撕o na f e p r 叩o s c d 5 t h ec o n t e n ta n dm e t l l o d so fp r o c e s si n f o 姗a t i o ni n t c g r a t i o nb a s e do nt h e p d ma r cs t l i d i c d am o d e lo fi n t e g r a t i o nb 嬲c do n ) m li se s t a b l i s h e d 锄dd e s c 曲e d t l l ea p p m v a lp m c e s sm o d e lb 邪e do n 廿l ep d m 粕dt h e 。p a p e d 鼯s ”i nt l 地印p r o v a l 口r o c e s st oa c h i e v e k e yw o r d s ：p r o c e s si i l f o r m a t i o n ，p b o m ，a i r c r a f ip r o c e s si n f o 锄a t i o nm a i l a g e m 龃t ， p d m ，i n f o n n a t i o ni n t e 伊a t i o n i i 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 间论文工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位为西北工业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名 z u j 7 年弓月2 口日 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下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 卫v u 7 年? 月2 ) 日 两北t 业大学硕+ 学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 航空工业被称为“工业之花”，代表着一个国家的整体工业水平，世界上的 航空大国无不投入巨大的人力、物力来发展航空工业。尤其近年来，随着信息技 术的迅速发展，企业经营管理模式发生了巨大的变革，制造技术得到了空前的发 展，并且由于市场竞争的不断加剧，各现代化航空制造企业都在广泛深入的利用 信息技术来缩短产品研制生产周期、确保质量、减少成本，从而提高企业的市场 竞争力。 工艺是连接设计与制造的桥梁，工艺信息管理是对工艺相关信息的组织和处 理过程的管理。工艺信息包括各种工艺卡片和统计汇总数据，工艺卡片主要收集 工艺信息和指导车1 日j 作业，物料清单、人工材料消耗定额、工装设备清单和工序 过程等汇总数据则是生产准备和成本核算的基础数据。计算机辅助工艺设计 ( c o m p u t e ra i d c dp r o c e s sp 1 i n g ，c a p p ) 是先进制造技术的核心技术之一，应用 c a p p 技术，可实现工艺设计与管理的计算机化，缩短生产准备周期，促进工艺 设计的标准化和规范化，并逐步实现工艺设计的自动化与优化，从而改变工艺设 计依赖于个人的知识和经验的状况，实现工艺知识的重用与共享。在c a p p 相关 理论研究与应用实践方面，很多专家开展了富有成效的工作。基于专家系统或人 工智能技术的创成式c a p p 系统通常是针对特定零件类型( 如箱体类、回转类) 的 专用系统，难以动念适应工艺环境的变化，而且这些系统通常较少提供集成接口， 在实践中令人满意的系统还不多见【。 随着企业信息化技术的发展，逐渐出现了通用的工艺设计工具，包括单机 c a p p 系统和基于网络数据库的c a p p 管理系统。通用c a p p 工具在一定程度上 减少了工艺设计工作量，但与企业期望还有较大差距。究其原因，主要是这些 c a p p 工具只是起到了“甩钢笔”的作用，部分地替代了手工填卡，而对工艺管 理的作用并不明显。基于网络数据库的c a p p 系统虽然有一定工艺管理能力，但 它相对封闭，独立于产品数据管理( p 】r o d u c td e f i n i t i o nm 觚a g e m e m ，p d m ) 而自 成一体。因此尽管企业已经应用了c a d 、c a p p 和p d m 系统，但集成度不高， 仍需重复录入企业资源计划系统( e n t e r p r i s er e s o u r c ep 1 a n n i n g ，e r _ p ) 所需信息， 影响了工艺信息管理的效果“。 物料清单( b i l lo f m a t 甜a l ，b o m ) 是组织产品数据的重要形式，是p d m 、c a p p 等企业信息化系统中的核心数据，是企业不同部门、不同流程间传递数据的基本 西北t 业大学硕+ 学位论文第一章绪论 形式。建立以b o m 为基础的产品数据流是实现数字化企业的重要保证。b o m 是联系工程设计部门之间的桥梁和纽带，是p d m 系统和c a p p 系统工艺信息集 成的重要内容，是c a d 、c a p p 、p d m 、e i 冲等系统间的重要接口，是系统集 成的关键所在。如果没有b o m ，就无法制造出同样的产品，也无法准确地将设 计部门产生的数据和变更信息传送到制造部门，实现全局数据信息的统一。可见， 有关b o m 的研究和发展直接影响着企业信息化的进程和效果【4 5 】。 基于以上分析，本文认为c a p p 的研究、开发和实施必须站在整体集成的高 度，以b o m 为核心枢纽，p d m 为集成平台，实现工艺信息及其处理流程的管 理。作者将通过分析工艺信息管理和b o m 管理的现状及发展趋势，根据项目的 经验，提出了基于工艺b o m ( p r o c e 豁b i l lo f m a t e r i a l p b o m ) 的飞机制造企业工 艺信息管理解决方案。 1 2 国内飞机制造业工艺管理现状 目前我国的飞机制造业特别是各主机厂，都在不同程度上的应用了各种信息 化系统来实现生产制造集成化、信息化。和其他行业一样，在应用诸如c a _ p p 、 p d m 、e r p 等系统后，生产数字化建设上都取得了相当的成果，生产水平有了 较大提高。但是对飞机制造这样的复杂制造行业而言，产品结构复杂，工艺种类 繁多，数据量大，对设计、工艺和制造之间工艺信息集成性要求较高，现有的信 息系统虽然在产品设计、工艺设计，文档管理等方面满足了企业的需求，面对纷 繁复杂的工艺信息却都存在很多不足。因此，迫切需要从工艺信息管理和集成的 角度来实现产品的制造工艺信息化。这些不足主要体现在【6 ，7 ，8 】： l 、没有建立统一的产品数据管理平台，无法对b o m 进行统一管理。所以， 更无法建立以b o m 为核心的产品结构树，各种工艺信息便无法与产品结构等建 立有效的关联关系，使得查询、提取和统计工艺信息极为不便； 2 、工艺信息的管理没有针对产品的全生命周期进行有效的规划，管理上依 然采用传统的手工管理模式，对系统的功能、信息、资源缺乏整体优化，如工艺 管理体系有待完善，工艺标准化、规范化程度低等，造成工艺工作重复劳动多， 效率低，工艺文件质量难以提高，不能满足新产品研制的需要； 3 、对p b o m 编制、材料定额编制、工艺编制、工艺信息管理、工艺文档管 理、工作流程控制、工艺装备准备等系统的集成没有建立有机有效的联系和管理， 致使工艺软件系统仍然是个孤岛； 4 、对整个制造系统未实现统一、灵活、结构层次化管理，各业务部门之间 消息传递困难。未在整个制造系统实现电子工艺审签流程，缺乏对工艺文档的管 理( 编制、审批和发布) ，缺乏对工艺工作进展的及时反馈和控制。 西北1 _ 业大学硕十学付论文 第一章绪论 从这些不足中可以看出，企业缺乏对生产过程中工艺信息的有效管理是造成 飞机制造业信息化制造水平停滞不前的主要原因之一。因此，提高和完善企业工 艺信息的管理水平对于飞机制造业的发展有着重要的现实意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 工艺信息管理的研究现状 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 的工艺设计己经朝着智能化的方向发展。但工艺信息管理技术的研究才在近几年 越束越引起人们的重视。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，工艺信息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i ， ：多足基于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信息的重要性，存在难以 保证工艺信息准确性、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 品工艺信息的一致性、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 中也强调了工艺信息的重要性，但仍以文档为核心组织数据，数据提取比较困难 1 8 川。 因而，现在的企业信息化建设中已经越来越注重对工艺信息管理的研究和完 善。工艺信息不仅仅只包含工艺文档，还包含与之密切相关的工艺分工信息，材 料消耗定额信息，工艺工时定额信息，以及在编制工艺过程中的协调信息( 如： 更改通知、协作技术单通知与请求、工装需求通知) 。如果忽视工艺信息管理功 能的研究与开发，则难以实现c a p p 信息与c a d 、p d m 、e r p 的信息交流，更 难以满足先进制造系统对工艺信息化的应用和发展需求，甚至在计算机应用比较 广泛的企业中也会失去应有的重要价值”州。 目前，国内对于工艺信息管理的研究大都是基于某一系统，如c a p p 、p d m 等，在 幺系统上实现工艺信息管理的功能。如两北工业大学的制造信息化研究所 的黄乃康、张振明等人提出c a p p 的集成应该针对产品的工艺信息进行并实现对 工艺信息的全面管理【3 】；华中科技大学机械科学与工程学院的刘清华、万方、张 两北丁业大学硕十学侍论文第一章绪论 剑等人提出的基于p d m 的工艺信息管理系统【2 1 4 1 】；清华大学的曹萃文基于p d m 的c a p p 数据管理的研究【3 0 等。还有一些研究者通过对工艺信息模型的分析来探 求合理的管理模式，如华中科技大学的张绍润、常明、李春花通过对现代c a p p 中工艺信息模型的研究提出了面向组件重构的管理模型1 2 9 】等。 正是这些研究，将工艺信息管理推向了实用化，出现了大量采用通用数据库 管理系统进行开发的工艺信息管理系统，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。但是，工艺信息管理的研究 还处在初级阶段，企业的工艺信息管理还处在比较低的水平上，还需要从更多的 角度和方面并结合企业的生产实际去提出新的工艺信息管理思想。 1 3 2 即m 管理的研究现状 在制造业中，b o m 是为生产某种产品而需要的产品物料构成清单，b o m 数 据用来描述产品的物料组成及组成产品的物料之问的诸如装配等方面的关系，同 时b o m 还可以表示诸如产品说明书、产品包装、零部件的相关文档等其他信息。 b o m 作为一种基础数据在企业信息化工程中居于核心地位，它是产品数字化定 义的重要内容，是连接企业产品工程设计和企业生产经营管理的桥梁。 当前国外的b o m 管理通常都是嵌入在各种e r p 系统和p d m 系统中，p d m 系统通常只有设计b o m 和工艺b o m 数据，如国外的w i n d c l l i l l 和i m a n 等p d m 软件中管理了大量的关于产品设计b o m 和工艺b o m 的数据；国外的e r p 软 件中( 如s a p i r 3 等) 中有关b o m 的数据包括制造b o m 和工艺b o m 数据， 但很少或者没有涉及到其他用于各个职能部门中b o m 数据j ”。国内的相关 e i 心和p d m 软件系统中的情况也大体相同【1 5 】。 b o m 在企业的应用范围存在着四个层次：面向单项信息技术的b o m 技术、 面向部门级信息技术的b o m 技术、面向企业级信息技术的b o m 技术和面向企 业间信息技的b o m 技术f 1 2 】。其中，面向单项信息技术的b o m 技术是b o m 研 究比较集中的方面，这方面的研究己经比较成熟；面向部门级信息技术的b o m ， 是在面向单项技术b o m 的基础上，通过构造满足部门不同应用所需的统一 b o m ，形成共享的产品数据源，为该部门中相关的应用提供一致的产品数据。 面向企业和企业间的技术主要是通过建立s s p d ，以b o m 为核心，将产品的设 计数据、工艺数据和制造资源数据联系起来，形成了产品数据传递和控制的通道。 但是s s p d 是波音公司在实施d c a c 愚偶m 计划时提出的，目前缺少有关理论和 技术的研究，对如何构建s s p d 、s s p d 中的数据组织结构、s s p d 如何集成管理 各种b o m 等问题尚在探索中【1 3 ，1 4 ，”】。 4 西北丁业大学硕十学付论文第一章绪论 目前，面向部门级信息技术的b o m 技术开始进入蓬勃发展的时期，在企业 的各种部门级的应用系统中受到广泛的重视和研究。例如在制造工艺领域中，由 于传统的c a p p 技术只能够适用于工艺设计中某个或某类零部件的工艺设计问 题，而不能满足构建工艺系统的需要，因此对面向产品、面向工艺数据、面向工 艺系统管理等各种工艺系统信息技术的研究成为近年来的重点。在这些研究中， 人们对b o m 所具有的联系和组织相关产品数据的作用日益重视，并出现了面向 b o m 的工艺系统【16 l ”。以b o m 为核心，将相关的工艺规划数据和工艺设计过 程联系起来，形成及工艺设计与工艺管理功能为一体的系统，已经成为工艺信息 管理技术中新的发展趋势【1 ”。 1 4 研究内容及背景 1 4 1 研究内容 综合以上论述，对工艺信息管理的研究是企业全面信息化的环境下 p d m c a d ，c a m 和c a p p 系统集成的一个重要环节，对建立现代化飞机制造企 业的工艺信息管理平台有着重要意义。本文提出以p b o m 为核心的工艺信息管 理思想并通过研究借助p d m 平台来实现，从而基本达到飞机制造业对工艺信息 管理与控制的需求，并为最终建立以信息集成为主体，基于网络实现工艺设计与 信息管理一体化的制造信息集成系统。研究也为进一步支持并行工程、敏捷制造 等先进技术在飞机制造业的推广应用，推动飞机制造向信息化、敏捷化、集成化 的方向发展提供参考价值。 本文基于这些研究目的主要进行了以下四个方面的研究工作： l 、工艺信息模型及其管理体系的研究。在工艺信息模型及其管理体系的研 究中描述了工艺信息模型，建立了基于p b o m 以p d m 为实现平台的工艺信息管 理体系框架。 2 、飞机p b o m 的生成以及管理。在分析了飞机p b o m 的生成和组织机构 的基础上，研究了飞机p b o m 的相关管理技术。 3 、基于p b o m 的飞机制造工艺数据的管理。结合飞机制造企业的情况阐述 了作为工艺信息核心组成部分工艺数据的分类以及基于这一分类的数据管理。 4 、工艺信息集成应用研究。研究探讨了基于p b o m 以p d m 为实现平台方 式的工艺信息集成和应用实例。 1 4 2 研究背景 白2 0 0 5 年起，作者在导师以及教研室其他导师的指导下开始参加c a p p 及 西北t 业大学硕十学付论文第一章绪论 制造业信息化相关技术的研究和实旆工作。先后参与了多个项目、课题的研究与 开发，其中最主要的是某飞机制造公司数字化信息项目中基于p d m 的c a p p 集 成的研究开发工作，作者作为项目的主要开发者之一，参与了项目的设计、开发 和实施工作，并负责部分功能编码实现和测试工作。 在参与项目的过程中，作者认识到飞机制造企业信息化工作虽然取得了很大 成绩，但是仍然面临着许多问题。由于各计算机辅助系统独立存在，加上飞机制 造企业工艺信息的复杂性和行业特点，使得工艺信息的共享和交换管理较为混 乱，缺乏完整统一的工艺信息管理思路。因此作者在工艺信息管理方面进行了较 深入的研究。 1 5 论文章节安排 本文共分为六章，内容包括： 第一章绪论 说明工艺信息管理在飞机制造企业的意义，通过分析国内飞机制造企业信息 化现状，并结合国内外工艺信息管理以及b o m 管理技术的研究应用现状，提出 了飞机制造企业基于p d m 以p b o m 为核心的工艺信息管理。最后简要介绍论文 的主要内容及章节安排。 ” 第二章工艺信息模型及其管理体系的研究 详细分析了工艺信息特性，并以此提出工艺信息模型，建立了一个符合工程 实际的以p b o m 为核心基于p d m 的工艺信息管理体系框架，并介绍了实现该管 理体系所应用的关键技术。 第三章飞机p b o m 的生成及其管理技术 探讨了从某一机型的p b o m 生成到某一架次飞机的p b o m 生成；研究了 p b o m 发生更改的原因、更改流程，并提出了p b o m 的有效性控制方法；讨论 了对p b o m 的版本和配置管理；最后介绍了p b o m 向其他b o m 的转换，给出 了基本的映射方法。 第四章飞机制造工艺数据管理的研究 结合飞机制造企业的特点，讨论基于p b o m 的工艺数据组织模型，并提出 了面向管理的工艺数据分类方式，在这一分类基础上分别探讨了对工艺设计数据 和工艺定额数据的管理。 第五章基于p d m 的工艺信息集成研究与应用 讨论和研究基于p d m 的工艺信息集成内容与集成方式，建立基于讧l 中 间件的集成模式，详细描述基于p d m 的审批发放流程模型和“无纸化”审批的 实现过程。最后，结合某飞机制造企业基于p d m 的c a p p 系统实例，介绍说明 西北r 【业大学硕士学位论文第一章绪论 基于p b o m 的工艺文件管理。 第六章结束语 总结全文的主要研究内容和结论，并指出后续的研究工作。 两北二r 业大学硕十学何论文 第二章丁艺信息模犁及其管理体系的研究 第二章工艺信息模型及其管理体系的研究 2 1 工艺信息模型的研究 2 1 1 工艺信息 作为工艺信息管理的研究对象，工艺信息是指对产品或零部件进行工艺设计 过程中所使用的和所产生的数据。这里，信息不仅包括数据，还包括文字说明和 图片等方面的信息。工艺设计涉及的工艺信息多种多样，有反映产品属性的信息， 有反映工艺技术条件和装备的信息，有反映加工的工艺路线、过程和步骤的信息， 也有反映工艺简图的图形信息，同时各种工艺信息有一定的联系“”。 从内容上来看，工艺信息包含如下四部分【”o o 】： 1 、零件信息 零件信息是工艺信息的源头，包含几何信息、拓扑信息、结构信息等。 2 、工艺设计信息 工艺设计信息也即通常所说的工艺规程信息，它来源于工艺设计阶段所提供 的描述零件表面特征的工艺信息和描述零件装配特征的几何信息，如机械加工工 艺过程、装配工艺过程等。 3 、工艺管理信息 工艺管理信息在工艺设计信息的基础上通过统计、汇总而形成，如材料消耗 定额、工时定额等。 4 、工艺资源信息 工艺资源是工艺设计过程中所需要的材料种类、工艺参数、工艺装备等。 从信息内容是否变化来看，工艺信息可以分为静态工艺信息与动态工艺信息 两大类。静态工艺信息是指工艺设计过程中一般不发生变化的信息，如工艺资源 信息、工艺手册。动态工艺信息是指在工艺设计过程中需要输入、编辑或产生的 信息，以及随制造对象与环境不同而产生的信息，如新零部件的描述信息以及工 艺设计信息、工艺管理信息等【2 l 】。 工艺信息示意图如图2 1 所示： 眄北t 业大宁硕士学位论文 第二章t 艺信息模型及其管理体系的研究 图2 1 工艺信息示意图 2 1 2 工艺信息的格式化存储 在工程实际中，工艺信息一般以标准化格式文件( 即工艺卡片) 进行存储的。 工艺卡片是工艺设计人员的主要的工作对象，c a p p 软件很容易设计为工艺卡片 的生成工具，然而企业真正关心的是工艺卡片上反映的工艺信息，工艺卡片仅仅 是工艺设计人员要表达的工艺信息的格式化载体【2 9 】。 一个工艺设计中涉及的工艺信息多种多样，包括设计项目属性、产品属性、 零部件属性、工艺技术条件、各类装备、设计人员等信息，还包括工艺路线、过 程和步骤，以及从c a d 图纸提取的各种信息。各种工艺信息之日j 一般有关联信 息。对所有这些数据进行归纳和总结，并进一步抽象，得到一个能对所有的工艺 信息进行格式化处理的软件模型是工艺信息存储管理的首要问题。这就是工艺格 式的概念。 工艺格式是一个完整的工艺中所包含的工艺信息及其类型以及工艺信息之 间的结构关系的总和，即工艺信息的组织。工艺格式在工艺卡片和工艺信息之间 起了桥梁作用，使企业关心的所有工艺信息都能通过固定的数据库结构去描述， 也能通过不同的工艺卡片去反映。工艺卡片只是工艺信息的一种形式表达，对工 艺卡片中数据的修改，实际上是对数据库中工艺信息的修改，两者是双向关联的。 这种数据、格式、卡片的三层结构，和软件编程中的三层结构非常相似，如图 2 2 所示【2 9 j ： 两北t 业大学硕_ | 二学 奇论文第二章t 艺信息模掣及其管理体系的研究 图2 - 2 工艺信息的三层结构 其中，针对某一张工艺卡片，可以将工艺卡片格式化为三种不同的区域： l 、一维表区域。该区域内主要是产品属性、零部件属性等通用信息。 2 、二维表区域。该区域内主要是工艺内容、工艺路线等设计信息。 3 、图形区域。该区域用来显示图形。 格式化以后的工艺卡片严格和数据库相关联结构清晰。按照上述的思想，工 艺信息管理的数据库结构中至少有三类基础的数据库表，即工艺格式类、工艺卡 片类和工艺信息类数据库表。这样设计使得卡片和工艺信息从根本上得到了分 离。作为工艺信息表现形式的工艺卡片应该是可以改变、可有可无的，另外这种 工艺信息结构为企业的信息化建设提供了完备的、统一的工艺信息库接口。在这 种三层结构下，卡片中的数据不再是无序的分散的文字或图形，它有利于典型工 艺的生成和利用，同时也为各种决策机制提供了数据结构基础。 2 1 3 飞机制造业工艺信息模型的研究 在飞机制造生产中工艺信息是从产品设计信息到生产管理信息的中间环节， 工艺设计过程是工艺信息不断产生流转和完善的过程，并由此形成完整的工艺信 息流。因此，工艺信息模型总体上又可以划分为工艺规划信息、工艺设计信息和 工艺过程信息。其工艺信息模型的组成如图2 3 所示： l o 一 弓 一艺 一 一 工 一巨 一 两北丁业大学硕十学仿论文第二章工艺信息模型及其管理体系的研究 图2 3 工艺信息模型的组成 模型中的各类信息作用如下【矧： 1 、工艺规划信息 工艺规划信息用于指导企业规划产品的装配和生产准备，通常需要从 c a p p p d m 系统输出到e r p 系统。工艺规划信息包括工艺b o m 、零部件分工路 线、工装设备清单和人工材料汇总等。 2 、工艺设计信息 工艺设计信息包括产品的装配工艺信息、零件加工工艺信息和产品服务信 息。产品的装配工艺信息和零件的加工工艺信息是描述零部件加工和装配的方法 和过程信息，是解决如何合理利用企业现有的资源制造符合要求的零件和产品。 而产品服务工艺信息主要描述产品包装、运输、安装、调试、使用、保养、拆卸、 回收等方面的信息。 3 、工艺过程信息 工艺过程信息描述工艺规划信息和工艺设计信息的处理流程、状态变迁及版 本升级等内容，具体包括工艺文档的状态和版本、处理流程与变更工程等。各类 信息的关联关系如下图2 4 所示： 西北t 业大学硕十学何论文 第二章丁艺信息模刮及其管理体系的研究 规划与指导 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + 面i 瓦r 一 图2 4 各类信息的关联关系 工艺规划信息与工艺设计信息相辅相成，一方面工艺规划信息规范并指导工 艺设计信息的内容，如通过分工路线定义零件制造部门，这些部门的管理模式与 设备状况决定了零件工艺信息的形式与内容；另一方面工艺规划信息又可能来源 于工艺设计信息，如基于产品的材料、工时、工装设备等汇总信息都来源于产品 中各零部件相关信息。这种关联是双向的，它随企业采用的工艺设计模式而变化， 在自底向上的工艺设计模式中，通常先提出工艺设计信息，经提取并汇总得到部 分工艺规划信息；反之，在自顶向下的工艺设计模式中，通常先设计工艺规划信 息，并用这些信息来规范和指导工艺设计信息的处理，同时，工艺规划信息也将 在工艺设计信息的处理过程中不断丰富与完善。工艺设计过程信息则定义了工艺 规划信息和工艺设计信息的处理过程，记录了它们的状态与版本变化历史口”。 企业的工艺信息模型一般从工艺信息整体出发，通过类之间的继承、引用以 及组合特性，利用对象类树、对象关系图作为可视化的工具来构建整个管理体系 中工艺信息对象的基础框架，并以此方法和工具进一步修正或者扩充对象体系。 根据某飞机制造企业的工艺文件，通过分析与抽象，大致抽取出以下对象体系框 架如图2 5 所示： 两北t 业大学硕十学位论文第二章1 = 艺信息模犁及其管理体系的研究 制造工艺 信息模型 制造工艺 制造资源 零件i 艺 制造工月5 机加工艺 装配工艺 机加工序 装配工序 热工序 制造工步t 机加工步 机床设备l 卜一装配工步 制造对象r 一产品 i 零件 工艺决镱 图2 5 某e 机制造企业工艺信息模刑图 详细模型的建立就是在对象抽取基础上，对每个对象进行详细的属性定义， 最终形成完整的数据模型。对于对象的定义，就以装配零件为例，见表2 ，l 所示： 表2 1 装配零件对象属性定义表 序 属性名称属性别名 值型约束关联数据库对备注 号照属性 1 ) p j u 玎n 零件图号字符串 o( 6 4 ) 2 ) p a f u n零件名称字符串 a m e( 6 4 ) 3 、c ，l 更改字母字符串 ( “) 4 、 q t y 数量 整形 5 1r o u l e工艺路线字符串 ( 6 4 ) 价a s s yd 装配图号字符串 r a w i n g( 6 4 ) 7 ) z o n e 区域字符串 ( “) 8 、 q l y c d 质茸编号字符串 ( 6 4 ) 9 、r e m a r备注 字符串 l s( 1 2 8 ) 这种面向对象的建模方式是为了保证工艺信息以直观、形象的方式表现在用 户面前；保证工艺对象可以完整、正确的存储到数据库系统或者文件系统中，从 e e 西北丁业大学硕十学付论文第二章工艺信息模犁及其管理体系的研究 而实现工艺信息的持久化和结构化；保证工艺对象能够根据需要随时的修改和扩 充，实现系统的柔性；另外也要能够以较为简便的方式处理工艺信息的统一汇总 和工艺数据与外部系统的集成，从而保证用户和外部系统能够快速的访问数据 【州。 上述的这种模型结构化的优势正是在生产实际中通过b o m 来体现的，而模 型的结构化也体现为b o m 的构建，即b o m 的形式清晰地表明工艺信息之间的 层次结构和对象关系【2 2 1 。因此，我们可以通过对b o m 的研究来寻求基于这种模 型下工艺信息的管理方式。 2 2 基于p b o m 以p 明为平台的工艺信息管理体系 2 2 1p b o m 的概念 b o m 是表示产品结构数据文件，是产品结构的数据格式，b o m 通常意味着 一种树状的数据结构，反映父子关系，支持任意层次的查询、展开与汇总p ”。 b o m 在产品全生命周期内具有不同的形式。在通常情况下，一个企业产品b o m 信息首先是在产品设计阶段生成，然后并行或先后地由其他部门( 如工艺设计， 生产、采购，成本核算、销售等部门) 进行相应补充、改变或使用，从而其形成 不同部门的不同形态和各自的视图形式。主要有设计部门的工程物料清单，也就 是设计b o m ( e n g i n e 甜n gb i l lo fm a t e r i a l ，e b o m ) ，工艺部门产生的工艺 b o m f p l 锄b i l lo fm a l e r i a l ，p b o m ) 和生产制造管理部门及工艺部门产生的制造 b o m ( m 觚u t u r i n gb i l lo fm a t e r i a l ，m b o m ) ，以及财务部门核算成本产生的 成本b o m ( c o s t i n gb i l lo f m a t e r i a l ，c b o m ) 等。 p 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 件的工艺信息，它是工艺部门在e b o m 的基础上，根据企业的工艺装备特点， 编制产品的装配件、零部件和最终产品的制造方法，同时在p b o m 中确定了零 部件的加工设备、工装夹具、刀具、辅具等工艺信息。它在e b o m 数据的基础 上，添加了工艺组合件和工艺路线信息以后，重构形成面向工艺计划的产品结构， 成为工艺设计的基本依据之一，如图2 ，6 所示。 1 4 西北t 业大学硕十学付论文第二章工艺信息模犁及其管理体系的研究 2 2 2p d m 的概述 图2 6e b o m 向p b o m 的重构示意图 p d m 最早出现在2 0 世纪8 0 年代中期，目的是为了解决大量工程图纸、 技术文档的计算机管理问题，自从p d m 产生以来有许多专家给其下过定义， 目前普遍为大家所接收的是c i m d a t a 公司总裁e dm i l l c r 给p d m 下的定义 i 刎：p d m 是一门用来管理所有与产品相关信息( 包括零件信息、配置、文档、 c a d 文件、结构、工艺、权限信息等) 和所有与产品信息相关过程( 包括工作 流程、审批发放过程、工程更改单等) 的技术。p d m 不仅管理这些产品信息， 而且利用这些信息的管理来实现对产品整个生命周期的管理。一般来说，成熟的 商用p d m 系统都具有数据仓库、文档管理、工作流腱程管理、产品结构与配 置管理、零部件管理、工程变更管理、项目管理、应用程序封装与集成等主要功 能。 随着企业信息化进程的发展，企业所使用的应用软件越来越多，如用于工程 设计的c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、c a q 等软件；用于办公自动化的文字处理 和制表软件：用于企业经营管理的管理信息系统( m i s ) 、制造资源规划( m r p 一毋、 企业资源规划( e r p ) 软件等等。随着p d m 系统的引入，同时，随着p d m 技 术在突出产品信息管理的基础上，正逐步完善其作为制造业领域集成框架的功 能，用户一方面希望它能实现对各种应用软件所产生的数据和文档进行有效地管 理；另一方面，也希望在p d m 环境中做到应用软件问的信息共享、用户间的 协同工作、应用系统与p d m 系统中数据对象的一致性以及设计信息与经营管 理信息问的集成。以上这些都要求改变过去基于数据库实现应用系统集成的传统 办法，而改变为基于p d m 的应用集成1 2 踞。 两北t 业大学硕士学付论文第二章工艺信息模犁及其管理体系的研究 因此，在工程领域中，p d m 是一种融信息集成与信息管理功能于一体的较 好的集成框架，为企业的产品设计与制造提供了一个良好的并行化协同工作环 境。它具有以下特点【2 7 矧： l 、开放性。p d m 技术以网络和分布式数据库技术为基础，在保证产品数 据源的单一性、产品数据的安全性和完整性的前提下，通过中性接口，提供了对 各种异构计算机环境的支持，同时又通过面向对象的方法为用户定制或二次开发 提供了开发工具或接口，且有良好的开放性。c a p p 系统可以利用p d m 开发 工具透明地访问各异构环境下的数据，既满足了c i m s 中复杂环境对开放性的 要求，又减轻了开发难度，缩短了开发周期。 2 、集成性。作为c i m s 信息集成平台，p d m 系统能够方便地实现对各种 应用程序的封装或集成，在不同层次上支持各种应用系统之间或者应用系统与 p d m 系统之间的信息交流，不仅能实现信息集成，还能实现功能集成和过程集 成。由于共享一个统一的数据仓库，c a p p 和其他系统之间的数据交换可以不再 依赖于开发专用接口，只需针对共享数据库操作即可。而且由于p d m 对关系 数据库进行了0 0 ( 面向对象) 的封装，c a p p 可以用直接操作产品对象的方式 存取数据。产品设计b o m 可以直接在数据仓库中通过遍历c a d 系统产生的 产品设计结构树获得，并通过单一数据源对工艺视图的映射形成工艺b o m ，以 供工艺设计和生产管理之用。 3 、对企业用户组织和工作流程的支持。过程管理是p d m 的特点。企业功 能的实现实际上就是围绕着各类信息的各种过程的启动和进行。p d m 提供了对 企业中最常用的