面向大规模定制的工艺管理系统应用

面向大规模定制的工艺管理应用系统设计

西安西电开关电气有限公司赵奔张猛吴双

市场需求的个性化和科学技术的发展是企业发展大规模定制(Mass Customization，MC)生产模式的主要动因。大批量定制以大规模生产的效率和速度为单个客户或小批量多品种的市场定制生产任意数量的产品，从而实现个性化生产和大批量生产的有机结合。MC作为一种新的制造管理与营销模式，它对产品的全生命周期，即从市场销售到制造以及售后的服务的全过程提出新的需求，通过信息与制造技术的紧密结合，使MC逐步从理论走向实践，工艺作为连接设计和制造的纽带，由于设计和制造各自系统的复杂性和相对独立性，成为信息系统实施的关键，相关领域的国内外学者和软件系统供应商，为研究适应企业应用的工艺管理框架体系和应用系统做了大量的探索和实践工作。通过与企业实际业务需求的紧密结合，面向大规模定制的结构化工艺规划系统的设计方法和关键技术将越来越重要。

工艺管理框架

大规模定制的制造模式，即要求产品相关各部门尽早获取客户需求信息，与上下游部门并行决策，从而以尽可能大的共性化信息和制造资源，满足用户个性化需求。为建立相应的工艺管理系统框架，相应的管理目标包括：

（1）企业级的信息共享平台：市场、设计、生产制造等部门与工艺部门的信息通道；（2）数据模型具有扩展能力，能够适应不同业务过程的信息增量；

（3）建立统一的制造资源库，分类管理：设备、刀量具、工装和标准件等资源；

（4）相对独立的工艺知识库，支持工艺设计过程管理的专有业务；

（5）工艺知识的积累和有效使用，工艺版本与生命周期管理；

（6）IT系统的软件平台具有开放和扩展能力，能够支持企业的发展和业务变更。

业务层实现——系统功能与管理目标的匹配

系统定义的管理目标映射为管理软件的系统结构，包含3个层次：系统层、业务层和数据结构层。系统层包括企业应用数据库以及相关的应用扩展模块，主要采用主流的商用数据库软件和支持SOA架构的通用型应用平台系统，本文采用西门子公司的Teamcenter 系统。

业务层是对企业现有工作模式的梳理和抽象，固化未来的业务预期，通过软件系统能够改善业务流程中的“障碍点”，以功能集合以及使用操作规范的方式固化在软件系统中。数据结构层是系统设计的关键和基础，即整个系统的“DNA”，直接关系到系统应用的灵活性和适应性。

管理平台系统的实施过程，就是与用户业务“磨合匹配”的过程，即调研访谈、演示、试用、测试、反馈评估，实现最后确定交付。通过需求访谈与调研获取最终用户期望的系统目标，进行层次分解转换成业务层功能需求，如图1所示。系统提供的“开盒即用”（OOTB: Out Of The Box）的功能集合，如图2所示。

图1.需求层次功能集示意图图2.系统提供模块化功能集示意图为保证系统功能的“接受度”，功能集合的定义和实现经过多人、多轮的测试与评估得到，如表1所示，业务层的实际功能集合由三部分构成，第一部分系统固有功能，主要是系统的基础功能；第二部分配置得到功能，根据使用人员的需求，通过对系统功能的配置获得，但是对界面的美化、系统性能，尤其是特殊工艺符号的输入支持功能进行多次试用评估；第三部分全新开发功能，满足特殊需要做的定制开发，并利用试点数据进行多次测试和完善。

表1.系统业务层功能清单列表示意

零部件和工艺的成组编码

根据市场需求进行零部件的选择、组合，以快速应对市场是实现MC的最佳状态。依靠信息技术实现零部件的成组编码方法：（1）使用编码描述零部件的功能特征，将零部件编码分成：级（4位）+部类组（4位）+流水码（4位）+特殊码（两位）四个部分组成；（2）按照其原则划分零部件种类，定义相应的零部件属性表单，辅以三维数模文件，表示几何信息；（3）对特别几何信息，如相同形状长度信息的表示，记录在特殊码段中。相应的零部件工艺编码是在零部件编码的基础上加前缀“GY”。

基于工艺字典的模板工艺

在大批量定制的生产模式中，工艺部门需要更加关注产品应用的工程设计，并及时地融合最新产品制造技术，以便快速响应市场需求，经过实践证明：基于经验的典型工艺与关键工序的辅助规划相结合是最佳解决方案。典型工艺的定义方法以及辅助工艺规划是该系统的核心。

定义典型的工艺常用方法包括：（1）依靠资深工艺师的经验，定义工艺划分的原则；（2）筛选遍历现有工艺卡等文件，抽取出具有代表性的工艺路线。这种方法优点是兼顾工艺设计经验，不足之处：如果没有计算机或是CAPP系统，很难遍历工艺，统计抽样的数量有限。基于本企业的信息平台特点和多年来技术管理部门的资料，提出如图3所示的解决办法。操作步骤为：

Step1：根据设计部门的PDM系统，检索零部件的几何、功能特征属性信息，聚类分析后得到零部件族；

Step2：请资深工艺师为零部件族中的典型零部件编制工艺；

Step3：遍历现有单机版工艺卡填写工具XKCAPP中的已有工艺，抽取各工序名称、属性和频率，形成“工艺字典及编码”以及相应的各种类型的工艺属性表初稿；

Step4：下发工艺初稿请设计、生产、检验等部门的资深人员进行评分，并集中会签，得到第一版的企业工艺字典、属性和编码表；

Step5：用工艺字典修正和规范零件族的典型工艺，主要包括：规范工序名称和序列、工艺主材、辅消材料以及工艺设备、加工场地资源等信息；

Step6：典型工艺模板提升到系统的资源库中作为企业知识保存，供所有工艺设计人员重用，根据企业制造资源和产品信息，由系统管理员进行升版修改，并走流程发放。

图3工艺字典和典型工艺模板产生流程

辅助工艺规划——关键工序的工艺参数计算

工艺规划中工艺参数的确定是工艺辅助规划系统的难点，本系统采用定制开发的辅助计算工具与系数表相结合的方式进行。针对每种不同的工艺形式，有各自不同的系数表，并有相应的计算公式和条件输入界面。针对铸造类零件毛重的辅助计算示意，输入界面用于输入零件的差异化集合信息。

所有的工艺参数辅助计算工具都以工艺字典中定义的“标准工序”名称为索引，使用者在选择工序名称的同时，系统调用相应的辅助工具，从而实现在工艺规划过程中，完成工艺参数的计算，判断及计算逻辑如图4所示。