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CAXA協(xié)同管理——工藝數(shù)據(jù)管理(CAPP)系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應用

2004-07-25    作者：    來源：caxa

    目前，由于WTO產(chǎn)業(yè)保護期結(jié)束的日子臨近，國內(nèi)汽車市場的國際化的進程加快，以及國外汽車巨頭紛紛登陸中國等因素影響，國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)面臨著更為激烈市場競爭。急需通過信息化手段改善內(nèi)部的經(jīng)營管理水平，進一步降低成本和提高質(zhì)量，并結(jié)合國內(nèi)企業(yè)的實際情況，實現(xiàn)企業(yè)信息化以適應瞬息萬變的市場動態(tài)和競爭環(huán)境。
　　計算機輔助工藝設(shè)計（Computer Aided Process Planning，CAPP）是聯(lián)系產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)的重要紐帶，在汽車制造企業(yè)中，工藝設(shè)計是重要的生產(chǎn)準備工作之一，因此工藝信息化也是企業(yè)信息化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。CAPP不僅可以提高工藝規(guī)程設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，縮短技術(shù)準備周期，而且可以保證工藝設(shè)計的一致性、規(guī)范化，有利于推進工藝的標準化。同時CAPP產(chǎn)生的加工方法和工藝資源等信息是企業(yè)進行生產(chǎn)控制、生產(chǎn)計劃、資源配置等工作的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另一方面，CAPP的應用可以解決工藝部門本身存在復雜的工藝工作協(xié)調(diào)和管理，并帶來工藝信息管理整體工作的高效率。因此建立一個適合本企業(yè)生產(chǎn)及管理環(huán)境的CAPP系統(tǒng)，不僅可以促使工藝工作上水平、上臺階，而且可以提高企業(yè)的核心競爭力。

一、行業(yè)特點和CAPP需求
    陜汽車制造屬于典型的離散制造。主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝，成為產(chǎn)品，使其增值。采用多品種配置、中小批量生產(chǎn)、面向訂單的生產(chǎn)組織方式。另外還具有以下幾個鮮明的特點：
　　● 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，零部件種類繁多，工藝路線和設(shè)備配置非常靈活，臨時插單現(xiàn)象多。
　　● 生產(chǎn)設(shè)備不是按產(chǎn)品而是通常按照工藝進行布置，與工藝設(shè)計聯(lián)系緊密。
　　● 產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率很大程度上依賴于工藝設(shè)計水平和工人的技術(shù)水平，自動化主要在單元級，如數(shù)控機床等。
　　● 通過加工或裝配過程實現(xiàn)產(chǎn)品增值，整個過程不同階段產(chǎn)生若干獨立完整的部件、組件和產(chǎn)品，加工與裝配過程中工藝依靠工藝指令進行操作。
　　● 生產(chǎn)過程以離散制造為主，但同時具有一部分的流水線作業(yè)。
　　面對日趨激烈的競爭和顧客的需求多樣化，汽車制造趨向多品種、小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品信息呈爆炸性的增長。如何快速滿足顧客需求，全面管理產(chǎn)品信息，是企業(yè)信息化的首要任務。對于工藝信息化來講，快速的工藝設(shè)計以及全面的產(chǎn)品工藝信息管理是對CAPP軟件的基本要求，同時智能化工藝設(shè)計以及全過程工藝信息管理是深入開展工藝信息化的重要保證。此外企業(yè)還強調(diào)CAPP系統(tǒng)的可重構(gòu)性、可重用性和可擴充性，使工藝信息系統(tǒng)能快速適應多變的市場需求和應用環(huán)境。
1.1 工藝設(shè)計需求
　　1）快速化：在工藝資源約束的條件下，通過對制造資源進行快速配置，快速規(guī)劃產(chǎn)品
制造過程和工藝設(shè)計流程。
　　2）智能化：在工藝設(shè)計過程中通過人工的干預和引導，綜合運用交互式、檢索修訂式和創(chuàng)成式等方法，實現(xiàn)工藝設(shè)計的局部智能化、自動化。
　　3）多樣化：支持種類繁多、具有不同的表現(xiàn)形式、包含多種數(shù)據(jù)格式（如文字、圖形、圖像等）等工藝符號級文件的編輯。
　　4）規(guī)范化：建立各種工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一術(shù)語、符號、代號和格式，避免人為的錯誤，提高工藝設(shè)計質(zhì)量與效率。
　　5）合理化：能夠?qū)に囐Y源動態(tài)、合理的選用，動態(tài)的了解工藝資源的狀態(tài)，從而編制合理、優(yōu)化的工藝規(guī)程。
1. 2 工藝管理需求
　　1）全過程工藝信息管理：能夠?qū)Ξa(chǎn)品工藝進行全過程的管理，使得工藝信息在產(chǎn)品的全過程中發(fā)揮應有的作用，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行整體的優(yōu)化。
　　2）全方位工藝信息管理：綜合管理產(chǎn)品工藝相關(guān)信息，實現(xiàn)與產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)的全面集成。
　　3）快速的工藝信息建模：在對企業(yè)進行工藝分析的基礎(chǔ)上，兼顧管理、集成和擴展的需要，快速建立工藝信息模型，實現(xiàn)工藝信息系統(tǒng)的快速實施。
　　4）靈活的產(chǎn)品配置管理：能夠快速、靈活的根據(jù)市場和用戶的需求對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行配置，從而形成品種豐富的產(chǎn)品系列。能夠?qū)崿F(xiàn)EBOM、PBOM、MBOM的動態(tài)轉(zhuǎn)化。
　　5）高效的工藝知識管理：實現(xiàn)對工藝知識的有效獲取、工藝知識的有效表示與有機組織的基礎(chǔ)上，提供工藝知識的錄入、檢索、共享、使用、一致性維護和安全性控制等管理功能，促進工藝知識的轉(zhuǎn)化與再利用。
　　6）強大的角色/權(quán)限管理：實現(xiàn)基于角色劃分和權(quán)限分配的用戶管理，保證用戶的合理劃分和操作，實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的安全訪問。
　　7）自定義數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢：通過面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ约敖y(tǒng)計匯總腳本的編寫可以快速、方便的進行自定義的統(tǒng)計匯總與查詢。
 
二、汽車制造行業(yè)工藝數(shù)據(jù)管理（CAPP）解決方案
CAXA協(xié)同管理業(yè)務合作伙伴—陜西金葉西工大的工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是一個“以工藝知識庫/產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫為核心，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，并提供豐富的二次開發(fā)工具，能廣泛應用于各種類型的企業(yè)以及企業(yè)不同層次、企業(yè)的不同工藝部門，并在不同應用層次上實現(xiàn)全面集成化”的專業(yè)化CAPP應用框架與開發(fā)平臺。該工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)針對企業(yè)對CAPP的需求，由傳統(tǒng)的計算機輔助填卡片式CAPP產(chǎn)品向工藝規(guī)范化、標準化、集成化及工藝設(shè)計與信息管理一體化發(fā)展，在國內(nèi)率先提出“以交互式設(shè)計為基礎(chǔ)的綜合智能化、以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心、工藝設(shè)計與管理一體化”的CAPP方法論和應用解決方案。具有“面向制造業(yè)的專業(yè)化工藝設(shè)計、基于PDM思想的工藝信息管理、與工程數(shù)據(jù)庫的動態(tài)集成共享、基于對象/規(guī)則的獨有智能決策、易于擴充的開放體系結(jié)構(gòu)”等顯著特點，全面支持企業(yè)制造工藝信息系統(tǒng)的構(gòu)建。
　　汽車制造行業(yè)目前大致可以分為兩種類型：零部件制造企業(yè)和整車制造企業(yè)。其中零部件制造企業(yè)進行汽車零部件的加工制造或者汽車總成件的簡單裝配，目的是為整車制造企業(yè)提供裝配單元。整車制造企業(yè)主要利用零部件供應商提供的零部件，并采用部分自制的零部件裝配形成最終面向用戶的整車。
　　通過對汽車制造行業(yè)的深入分析，結(jié)合工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο蟮木C合智能化工藝設(shè)計與管理功能，以及專業(yè)化的設(shè)計與擴充，建立了面向汽車制造行業(yè)的工藝數(shù)據(jù)管理（CAPP）基礎(chǔ)解決方案。同時針對整車制造、零配件制造企業(yè)的不同情況，利用工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)強大的擴展能力和二次開發(fā)功能，推出了工藝數(shù)據(jù)管理（CAPP）擴展解決方案。
2.1 汽車制造行業(yè)工藝數(shù)據(jù)管理（CAPP）基礎(chǔ)解決方案
　　1）面向整個產(chǎn)品、面向整個工藝領(lǐng)域、面向工藝生命周期
● 可以處理機加、裝配、鈑金、鍛造、鑄造、熱處理、檢驗等產(chǎn)品各種工藝類型
● 實現(xiàn)工藝分工、BOM管理、材料定額、工藝設(shè)計、工藝管理、文檔管理、流程控制、工時定額等各種管理
● 適合產(chǎn)品試制、單件、小批及定型生產(chǎn)工藝設(shè)計與管理，工藝優(yōu)化、工藝更改及經(jīng)驗積累
2）面向集成共享的工藝信息數(shù)字化
● 圍繞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，以結(jié)構(gòu)化、模型化的產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)為核心
● 全面與PDM、CAD/CAM、MIS、ERP、工程數(shù)據(jù)庫、工裝/刀具設(shè)計管理系統(tǒng)等進行信息及功能集成
● 促進工藝的規(guī)范化、標準化
3）快速專業(yè)化工藝設(shè)計
● 與CAD/PDM集成，快速建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹
● 基于知識的快速檢索、設(shè)計，可視化、樹型結(jié)構(gòu)組織的典型工藝
● 參數(shù)化工藝、典型工藝、典型工序、工步、常用術(shù)語、電子化工藝技術(shù)手冊
● 工藝信息檢查、判斷和計算，工藝資源信息的動態(tài)擴充
● 產(chǎn)品/零部件之間工藝借用，工藝更改、版本管理
● 材料定額與工藝設(shè)計緊密集成
4）基于PDM思想的工藝信息管理
● 基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理、工藝信息的設(shè)計與管理一體化
● 工藝信息的統(tǒng)計、匯總、報表
● 工藝工作流程管理與控制、工藝文檔的快速瀏覽和審批
● 用戶角色、權(quán)限管理
5）開放的體系結(jié)構(gòu)
● 完善的體系框架、強大的二次開發(fā)工具
● 基于數(shù)據(jù)庫平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)、開放的接口技術(shù)（ODBC/DAO/ActiveX）

2.2 整車制造企業(yè)工藝數(shù)據(jù)部管理（CAPP）擴展解決方案
　　整車裝配企業(yè)中，主要進行零部件的裝配工作，同時自制少量的沖壓或焊接件，整車制造企業(yè)中裝配、焊接、沖壓、涂裝為四種主要工藝類型，涂裝工藝與其它類型的工藝有較大的差別，主要體現(xiàn)在以下方面：
● 工藝內(nèi)容基本不變：涂裝工藝是生產(chǎn)線工藝，由于生產(chǎn)線較為固定，只是在改造或者更改設(shè)備時作一些調(diào)整，所以相對應的工藝也基本不變，工藝內(nèi)容相對固定，不同于其他工藝隨產(chǎn)品或者零件變化而變化。同時其操作規(guī)程更是依據(jù)生產(chǎn)線，作為基本不變的說明性文件而存在。
● 處理對象不區(qū)分車型和具體零件：涂裝生產(chǎn)線處理的涂裝件是依據(jù)生產(chǎn)路線來進行處理的，在處理過程中只是根據(jù)涂裝件的不同特征分別交由不同的生產(chǎn)線處理，并不依據(jù)車型或者零件來劃分，這與其他工藝零件不同工藝也不同的特征也有區(qū)別。
● 工藝文件變化的主體不是工藝內(nèi)容：涂裝工藝編制的過程中，工藝文件內(nèi)容保持不變，只是隨著生產(chǎn)批次和工藝路線涂裝零件一覽表發(fā)生變化，而涂裝零件一覽表并不是工藝文件的主要內(nèi)容。
　　因此針對整車裝配企業(yè)，添加涂裝工藝設(shè)計與管理包，形成整車裝配CAPP擴展解決方案。鑒于涂裝工藝具有以上的特殊性，我們認為必須采用虛擬件的方式來解決。簡單地說就是將實際產(chǎn)品中的涂裝件經(jīng)過處理，組合成一個虛擬的工藝合件交由涂裝生產(chǎn)線處理并編制其工藝，同時這些轉(zhuǎn)化過的涂裝件也用以作為涂裝零件一覽表的數(shù)據(jù)來源?？紤]到工藝人員要求既要能夠自動生成零件一覽表，又要能夠方便的瀏覽和管理虛擬的工藝合件，可以建立如下的虛擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：

2.3 零配件制造企業(yè)工藝數(shù)據(jù)管理(CAPP)擴展解決方案
　　零部件供應商側(cè)重于制造，遵循QS9000質(zhì)量體系。QS9000質(zhì)量體系對CAPP有兩方面的影響，一方面是對工藝文件的管理模式的影響，一方面是對工藝數(shù)據(jù)的集成應用的影響。這兩方面對于CAPP的工作模式和架構(gòu)都有比較重要的影響，并不僅僅是簡單的外來文檔管理。
　　目前工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向汽車零部件制造企業(yè)，提供了支持QS9000質(zhì)量體系的功能和管理方式，從文件和數(shù)據(jù)兩個層次上支持QS9000體系對工藝系統(tǒng)的要求。同時，憑借先進的系統(tǒng)架構(gòu)，工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠快速的滿足用戶的后續(xù)需求，根據(jù)用戶增長的需求，隨時擴充和定制系統(tǒng)功能。
（1）文件管理
● 支持對PPAP文件包的管理
● 支持工藝流程圖的編制與工藝流程的管理
● 支持測量系統(tǒng)分析的編制與自動計算
● 支持控制計劃的編制以及控制項目的管理
（2）數(shù)據(jù)集成
● 支持直接提取工藝流程信息到作業(yè)指導書目錄中，作為工序編制的參考信息
● 支持工序編制時從作業(yè)指導書目錄中提取工序信息
● 支持從控制計劃中提取控制項目到工序作業(yè)指導書的檢驗項目

三、應用案例分析：中國第一汽車集團青島汽車廠CAPP應用案例
中國第一汽車集團青島汽車廠，是中國第一汽車集團公司全資子公司，國家大型企業(yè)。1995年開始大批量生產(chǎn)解放牌平頭柴油載貨汽車及其系列產(chǎn)品。至今已累計銷售六萬余輛，產(chǎn)品已進入國際市場；1997年在國家技術(shù)監(jiān)督局進行的全國中卡質(zhì)量檢測中獲第二名，同年通過ISO9001國際質(zhì)量體系認證。列入青島市重點發(fā)展的十大企業(yè)集團之一。
　　2002年7月中國第一汽車集團青島汽車廠決定實施工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實施實現(xiàn)了中國第一汽車集團青島汽車廠工藝編制的全面計算機化，并與WindChill PDM系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了信息的共享與交換。
　　通過系統(tǒng)實施，中國第一汽車集團青島汽車廠建立了豐富的機床設(shè)備庫、工藝裝備庫、生產(chǎn)資源庫、特殊字符庫、常用術(shù)語庫、典型實例庫，并可根據(jù)企業(yè)的實際需要，方便快捷的進行補充完善；強大的知識庫支持，實現(xiàn)了工藝的快速、半智能化編制；圖示化典型工藝的應用使工藝編制效率得到了極大提高，并嚴格保證了工藝數(shù)據(jù)的一致性和完整性。該系統(tǒng)實現(xiàn)了整個產(chǎn)品范圍內(nèi)工藝信息數(shù)據(jù)的共享，具有強大的工藝信息統(tǒng)計匯總功能，數(shù)據(jù)的一致性得到完全保證?；赪indows的用戶界面，簡潔、直觀，使工藝人員快速掌握了系統(tǒng)的功能，并能熟練操作，縮短了系統(tǒng)的使用磨合期。
　　目前，工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已經(jīng)全面應用于中國第一汽車集團青島汽車廠的工藝編制，覆蓋材料定額、工時定額等綜合工藝和機加工藝、裝配工藝、焊接工藝、沖壓工藝、熱處理工藝、高頻熱處理工藝、涂裝工藝、軟化件工藝等所有專業(yè)工藝，并實現(xiàn)了工裝、工具、產(chǎn)品BOM、材料定額、工時定額等各類統(tǒng)計報表的自動生成，不僅極大提高了工藝文件的編制效率，而且能夠最大限度的減少不必要的人為失誤，使工藝人員從繁重、重復性的工作中解脫出來，把精力投入到產(chǎn)品的創(chuàng)新中去。同時系統(tǒng)具有專家系統(tǒng)的自動推理功能，在知識庫的支持下實現(xiàn)了常用工藝設(shè)計的自動推理，此外系統(tǒng)提供動態(tài)交互知識獲取功能，使得工藝人員在編制工藝時可以隨時向知識庫庫中添加知識，從而實現(xiàn)知識庫的動態(tài)擴充，把工藝人員的寶貴經(jīng)驗逐步積累下來。同時，工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與WindChill PDM的集成實現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)的共享、工藝文檔管理數(shù)字化、工藝工作流程數(shù)字化，有望可以達到工藝管理無紙化。
　　隨著系統(tǒng)的不斷開發(fā)和應用，在實際的生產(chǎn)過程中，它的價值得到了充分體現(xiàn)，產(chǎn)品工藝準備周期縮短到原來的一半，工藝質(zhì)量大幅度提高，減少了工藝人員的工作量，隨著工藝知識庫的的不斷完善，使得工藝人員有更多的時間投入到新車型的研制和開發(fā)中，從而不斷推動企業(yè)的發(fā)展。工藝文檔和工作流程的數(shù)字化大大提高了工藝管理的效率。工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的使用，大大縮短了車型的研制周期，提高了工藝質(zhì)量，保證了工藝規(guī)范化，增強了中國第一汽車集團青島汽車廠的產(chǎn)品開發(fā)能力和市場競爭能力，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

四、結(jié)束語
    結(jié)合汽車制造行業(yè)的工藝信息化需求，通過工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺，建立支持汽車制造行業(yè)工藝系統(tǒng)業(yè)務管理、全過程全方位的工藝信息管理、簡化系統(tǒng)的部署與應用、滿足企業(yè)持續(xù)發(fā)展的工藝信息化平臺。這不僅滿足汽車制造行業(yè)工藝信息化目前的迫切需求，也時有助于大力推進離散制造行業(yè)工藝信息化，增強企業(yè)的核心競爭力。

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