中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司 白俊杰
CAPP(Computer Aided Process Planning, 計算機輔助工藝設計)的研究和開發(fā)是制造自動化領域的重要方向。CAPP作為連接CAD和CAM的橋梁,是企業(yè)CIMS(Contemporary Integrated Manufacturing Systems,現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))中的關鍵環(huán)節(jié),一直備受制造業(yè)的關注。PDM(Product Data Management,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術)是用來管理所有與生產(chǎn)相關信息和所有與生產(chǎn)相關過程的技術,為企業(yè)內(nèi)應用系統(tǒng)的集成和數(shù)據(jù)傳遞提供了必不可少的支撐環(huán)境[1]。在整個企業(yè)中,PDM是整個企業(yè)數(shù)據(jù)與信息的平臺,它就像是企業(yè)各類綜合信息的倉庫,每一個系統(tǒng)都通過不同的集成方式集成到該平臺上,使產(chǎn)品相關數(shù)據(jù)高度集成和共享。因為CAPP從PDM中獲取和存儲信息,這些信息作為企業(yè)信息的基礎要通過PDM框架進行集成,所以,CAPP與PDM的集成具有重要的意義。
WindChill PDM系統(tǒng)面向企業(yè)產(chǎn)品全生命周期,對其研制數(shù)據(jù)和業(yè)務流程進行統(tǒng)一存儲、組織、管理和控制,確保企業(yè)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)的一致性、有效性、安全性、完整性和可追溯性。CAXA CAPP系統(tǒng)以工藝知識庫、產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫為核心,以交互式設計為基礎,集成工藝知識庫管理工具等應用支持工具以及專家系統(tǒng)等智能應用和二次開發(fā)工具,能在不同應用層次與系統(tǒng)間實現(xiàn)集成化[2]。
航空救生裝備產(chǎn)品應用的CAXA CAPP系統(tǒng)與WindChill PDM系統(tǒng)集成僅進行一定的數(shù)據(jù)及信息交換,屬于松散集成方式,不是深度、緊密的集成方式。集成模式是從PDM中導出EBOM及變更信息傳遞給CAPP,在CAPP中通過EBOM構建PBOM。工藝人員通過PBOM編制完成的各類工藝文件將生成的工藝文件檢入PDM并自動關聯(lián)相應產(chǎn)品結構,工藝文件審簽過程在PDM中操作,工藝文件審簽節(jié)點全部通過后,由PDM將簽名信息寫入工藝文件并負責電子歸檔。集成的原則是工藝設計過程仍然在CAPP系統(tǒng)中進行,PDM負責工藝數(shù)據(jù)的審簽和歸檔管理,接口訪問系統(tǒng)分別采用兩個系統(tǒng)中具有特定權限的某個公共賬號,不需要PDM和CAPP系統(tǒng)對用戶賬號進行同步。
CAPP與PDM系統(tǒng)獨立存在、各自運行,只是將CAPP工藝文件及審簽流程納入PDM管理,PBOM需在CAPP中創(chuàng)建,用戶信息在PDM及CAPP系統(tǒng)中同時并存,無法真正將CAPP作為PDM的工具集,無法實現(xiàn)CAPP與PDM系統(tǒng)的深度集成。
工藝設計與工藝管理過程是研發(fā)和生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié),在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)是進行數(shù)字化設計、制造與管理的基礎數(shù)據(jù)。因此,實現(xiàn)數(shù)字化工藝設計與管理的CAPP系統(tǒng)是產(chǎn)品生命周期管理環(huán)境的基礎組成部分,與其他業(yè)務系統(tǒng)有機協(xié)作,共同完成基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化業(yè)務過程。
PDM系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的運行環(huán)境和管理框架,CAPP系統(tǒng)基于此環(huán)境運行,解決產(chǎn)品研制過程中的工藝設計數(shù)字化需求,滿足PDM平臺的管理要求。PDM平臺下的CAPP系統(tǒng)具備如下主要業(yè)務支撐能力:
(1)以工具集的形式嵌入PDM系統(tǒng)中,基于PDM平臺的單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源,與其他業(yè)務系統(tǒng)協(xié)作運行。
(2)以XML方式將在CAPP系統(tǒng)中產(chǎn)生的工藝文件和數(shù)據(jù)提交到PDM平臺進行統(tǒng)一管理。
(3)實現(xiàn)各類工藝規(guī)程及工藝文件的設計和管理,提供方便、快捷的圖形繪制支持功能。
(4)提供工藝文件瀏覽、審簽、打印等工具,實現(xiàn)工藝文件的電子審簽、打印和發(fā)放。
(5)實現(xiàn)產(chǎn)品、零件、工裝、設備、材料等各類明細表的統(tǒng)計匯總。
通過CAPP與PDM系統(tǒng)的集成,實現(xiàn)產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程全生命周期管理及工藝設計數(shù)字化過程,解決企業(yè)研發(fā)和工藝信息化建設中的信息孤島問題,有助于企業(yè)在產(chǎn)品研制過程中實現(xiàn)以下目標:
(1)基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源和統(tǒng)一的工作流程管理,實現(xiàn)工藝設計與產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造等業(yè)務部門的有效協(xié)同。
(2)基于XML方式的數(shù)據(jù)集成,確保產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)的單源性、全面性和準確性,實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和全面共享。
(3)提供強大、便捷的工藝設計和圖形編制支持方法,有效提高工藝設計的效率和準確性,促進工藝設計的規(guī)范性和標準化程度。
(4)通過多種工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總與分析,提供可視化的匯總、分析結果展示,為工藝人員進行工藝管理提供決策性支持。
(5)保持業(yè)務系統(tǒng)的主體應用模式和使用習慣,確保工藝業(yè)務過程在系統(tǒng)重構過程中不中斷,實現(xiàn)工藝業(yè)務過程的穩(wěn)定、平滑過渡。
CAPP與PDM系統(tǒng)集成采用以單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源為核心,以功能集成和數(shù)據(jù)集成為基礎的緊密集成方式,以PDM作為系統(tǒng)集成的平臺,負責EBOM與PBOM的創(chuàng)建與管理。CAPP作為工藝文件編制和工藝數(shù)據(jù)操作的運行環(huán)境,在其本身所需要的支撐工具的支持下,完成工藝設計過程,即CAPP作為PDM的工藝編輯工具集,進行緊密集成。
PDM作為系統(tǒng)集成平臺,負責系統(tǒng)集成中需要的產(chǎn)品結構管理、用戶管理、工作流程管理以及對CAPP生成的工藝文檔、工藝數(shù)據(jù)及其版本的管理。
CAPP作為工藝文件編制和工藝數(shù)據(jù)的生成環(huán)境,以PDM的產(chǎn)品結構和用戶及其工藝流程信息為基礎,在PDM中進行新建、編輯、瀏覽、打印、審批工藝文件,并能夠根據(jù)工藝文件生成對應的工藝數(shù)據(jù),生成的工藝文件和工藝數(shù)據(jù)提交PDM管理,在CAPP中實現(xiàn)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總功能。系統(tǒng)總體集成框架如圖1所示,其中虛線方框表示集成功能,雙實線方框表示系統(tǒng)各自的獨立功能。
圖1 CAPP與PDM集成框架Fig.1 Integration framework for CAPP and PDM
CAPP系統(tǒng)基于自身制造知識和制造資源的基礎數(shù)據(jù)的支持,并在PDM平臺的工藝管理的支撐和協(xié)調(diào)下展開工作,完成工藝規(guī)劃、設計與統(tǒng)計匯總等各項業(yè)務。
CAPP系統(tǒng)以嵌入式工具集的形式在企業(yè) PDM平臺環(huán)境中運行,基于PDM平臺的單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源和用戶權限展開工藝設計工作,并采用統(tǒng)一的XML/PDF方式,將工藝設計結果提交PDM平臺統(tǒng)一管理。CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)在PDM平臺的統(tǒng)一工作流中,必要時使用CAPP系統(tǒng)提供的各種可視化工具,進行各種工藝數(shù)據(jù)的審批和更改。在最終發(fā)布后,采用CAPP系統(tǒng)提供的工具進行統(tǒng)計匯總和打印輸出。其總體應用流程如圖2所示。
依據(jù)上述總體方案,CAPP與PDM系統(tǒng)深度集成方案主要分為產(chǎn)品結構管理、用戶信息管理、工藝設計管理、工藝審批管理、數(shù)據(jù)存儲管理5個部分,各部分詳細集成方案闡述如下:
產(chǎn)品結構管理由PDM統(tǒng)一管理,CAPP中不建立產(chǎn)品結構,CAPP依據(jù)PDM的產(chǎn)品結構進行工藝文件的編制和生成工藝數(shù)據(jù)文件,并能夠從PDM中讀取BOM結構進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總。
(1)PDM提供CAPP統(tǒng)計匯總時所需的參數(shù)。
(2)PDM給出CAPP統(tǒng)計匯總所需要的產(chǎn)品結構XML文件,其中除了包含產(chǎn)品結構信息之外,還要包含需要統(tǒng)計匯總的工藝文件的完整數(shù)據(jù)信息。
(3)CAPP通過集成接口參數(shù)讀取PDM生成的BOM XML文件,解析BOM信息。
用戶信息管理由PDM進行統(tǒng)一管理,CAPP不進行用戶管理,用戶、角色及權限信息納入PDM管理。
圖2 PDM平臺下的CAPP系統(tǒng)總體應用流程Fig. 2 General application flow chart of CAPP system under PDM platform
(1) PDM負責向CAPP傳遞用戶、角色和權限信息。
(2) CAPP負責解析傳遞的用戶信息進行工藝設計。
(3)CAPP負責解析傳遞的用戶信息進行工藝文件電子審簽。
工藝設計管理集成采用中間文件和命令行傳遞的方式進行集成。由PDM調(diào)用CAPP相關數(shù)據(jù)信息進行處理,主要功能分為以下部分:
(1)工藝文件新建。在PDM中需要建立工藝文件時,調(diào)用CAPP,傳入相應參數(shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),建立工藝文件,允許用戶進行編輯、保存,調(diào)用PDM接口提交工藝文件和工藝數(shù)據(jù),如圖3所示。
圖3 工藝文件新建流程Fig. 3 New-Built flow chart of process file
(2)工藝文件編輯/升版。在PDM中需要編輯或者對工藝文件進行版本升級操作時,調(diào)用CAPP,傳入?yún)?shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),打開PDM檢出的工藝文件,檢查工藝數(shù)據(jù)空間是否存在。不存在需新建工藝數(shù)據(jù)空間;如存在,則允許用戶對工藝文件進行編輯、保存,再調(diào)用PDM接口提交工藝文件和工藝數(shù)據(jù),如圖4所示。
(3)工藝文件刪除。在PDM中需要刪除或者取消工藝文件的版本升級操作時,調(diào)用CAPP,傳入?yún)?shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),自動刪除工藝文件對應的工藝數(shù)據(jù),如圖5所示。
(4)工藝文件統(tǒng)計匯總。
圖4 工藝文件編輯/升版流程Fig.4 Edition/update flow chart of process file
圖5 工藝文件刪除流程Fig.5 Deletion flow chart of process file
在PDM中需要對工藝數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總時,基于BOM節(jié)點選擇統(tǒng)計匯總類型,調(diào)用CAPP,傳入?yún)?shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),打開PDM生成的BOM XML文件,進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總,生成統(tǒng)計匯總文件,允許用戶進行編輯、保存,并提交到PDM,如圖6所示。
(5)工藝文件瀏覽/打印。在PDM中需要瀏覽、打印工藝文件時,調(diào)用CAPP,傳入?yún)?shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),打開PDM檢出的工藝文件,允許用戶進行瀏覽、打印,如圖7所示。
圖6 工藝文件匯總流程Fig.6 Collection flow chart of process file
圖7 工藝文件瀏覽/打印流程Fig.7 Skimming-over/printing flow chart of process file
工藝文件的審批及其流程控制由PDM完成,按照企業(yè)相關文件要求,定制各種工藝文件審簽流程;CAPP負責提供瀏覽、審批工藝文件的控件,CAPP能夠自動回填PDM的流程審批相關信息,如圖8所示。
圖8 工藝文件審簽總體流程Fig.8 General flow chart for process file countersignature
在簽署過程中,需要在CAPP中對工藝文件自動進行電子簽名。當PDM在流程中需要對工藝文件進行簽署時,調(diào)用CAPP,傳入?yún)?shù),CAPP根據(jù)傳入的參數(shù),打開PDM檢出的工藝文件,進行用戶、日期等流程信息簽署,并自動提交回PDM,如圖9所示。
圖9 工藝文件審簽流程Fig.9 Countersignature flow chart for process file
工藝數(shù)據(jù)的存儲采用冗余數(shù)據(jù)存儲方案,CAPP系統(tǒng)在CAPP數(shù)據(jù)庫中直接存儲CAPP工藝文件以及對應的結構化工藝數(shù)據(jù)。在PDM系統(tǒng)中,CAPP編制的工藝文件以附件的形式進行流程作業(yè),將CAPP系統(tǒng)編制的工藝表格進行有效存儲,并將相應的結構化工藝數(shù)據(jù)轉化為具有特定約束的XML文件提交PDM進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,如圖10所示。
綜上所述,CAPP與PDM深度集成的實施應用,不但可以給企業(yè)帶來業(yè)務模式的全新變革,在實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理同時,提升業(yè)務執(zhí)行與業(yè)務管理的水平,而且通過工程數(shù)據(jù)和工程知識的充分管理與良好應用,將形成新的核心競爭力,實現(xiàn)技術帶動生產(chǎn)。
圖10 工藝數(shù)據(jù)存儲管理Fig.10 Storage management flow chart for process file
無論從企業(yè)信息化應用的實際需求和應用效果來看,還是從產(chǎn)品全生命周期思想和技術的發(fā)展方向來看,甚至從企業(yè)整體協(xié)同的角度出發(fā),CAPP系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)深度、緊密的集成,可以讓制造數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)能夠切實連接起來,確保數(shù)字化制造過程進行有效的信息共享與交流。
[1] 李原,李建軍,何為平,等.基于PDM的CAx集成技術研究 .制造業(yè)自動化,2000(1):23-26.
[2] 張振明,許建新,賈曉亮,等. 現(xiàn)代CAPP技術與應用. 西安:西北工業(yè)大學出版社,2001.