基于PLM系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)化應用

■ 山推工程機械股份有限公司 （山東濟寧 272073） 陸長學 張賽賽 宮 濤

產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息包括產(chǎn)品設計信息、產(chǎn)品工藝信息及產(chǎn)品制造信息等。工藝數(shù)據(jù)信息作為制造企業(yè)中產(chǎn)品設計與制造的橋梁，起著連接作用，是產(chǎn)品生命周期管理中重要的組成部分。目前，我公司工藝數(shù)據(jù)的管理依然采用工藝卡片的管理方式，工藝的簽審和變更采用手工方式進行，工藝的管理沒有實現(xiàn)信息化，導致工藝信息在傳遞中出現(xiàn)信息“壁壘”，工藝信息的傳遞效率低，傳遞準確性差。

PLM（Product Lifecycle Management，即產(chǎn)品生命周期管理）的核心是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有序、設計過程的優(yōu)化和資源的共享。為了保證工藝信息傳遞的高效性、準確性，我公司利用現(xiàn)有PLM系統(tǒng)的同一數(shù)據(jù)模型，針對工藝信息特點對該系統(tǒng)進行了二次開發(fā)，可實現(xiàn)工藝的獨立創(chuàng)建、修改，并通過工藝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理，實現(xiàn)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)向工藝數(shù)據(jù)的傳遞，然后將模塊化的工藝數(shù)據(jù)傳遞至制造部門，指導產(chǎn)品的制造生產(chǎn)，實現(xiàn)設計、工藝和制造三大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，保證了制造與技術(shù)部門之間工藝數(shù)據(jù)傳遞的高效性、一致性和有效性，最終達到設計與工藝協(xié)同、工藝與制造協(xié)同的目的。

1. 工藝管理存在的問題

工藝對現(xiàn)場生產(chǎn)有重要的指導意義，但目前工藝的編制主要依托于CAPP系統(tǒng)，而產(chǎn)品存放于PLM系統(tǒng)，這就造成了工藝信息與產(chǎn)品信息存在于不同的管理系統(tǒng)，信息不統(tǒng)一。因此，現(xiàn)行的工藝管理面臨的主要問題表現(xiàn)為：

1）CAPP系統(tǒng)運用處于工藝卡片階段，只作為一種工藝編制的輔助手段，未與PLM系統(tǒng)連接，導致設計信息無法向工藝信息傳遞，造成了工藝信息“孤島”。

2）C A P P系統(tǒng)內(nèi)工藝編制需要工藝人員上傳E B O M（Engineering BOM），在EBOM結(jié)構(gòu)下設計工藝路線和工藝卡片，隨著產(chǎn)品數(shù)據(jù)的不斷完善，CAPP內(nèi)數(shù)據(jù)需要根據(jù)產(chǎn)品的變更及時更新，但由于人為因素的影響，數(shù)據(jù)的變更無法保持一致，最終影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3）工藝的管理依舊停留在人工管理階段，紙質(zhì)單據(jù)入庫存檔，通過手工的方式變更工藝信息，變更容易出現(xiàn)漏改、錯改和工作量大的問題，并且無法掌握流程進度。此外，由于變更記錄不完備，問題的可追溯性差，數(shù)據(jù)的可靠性、一致性得不到保證。

4）工藝設計完成后以紙質(zhì)方式下發(fā)，制造部門根據(jù)現(xiàn)有的工藝組織生產(chǎn)，工藝“孤島”現(xiàn)象容易導致工藝設計部門與制造部門工藝不一致，造成工件制造問題。

2. 結(jié)構(gòu)化工藝在PLM系統(tǒng)內(nèi)的實現(xiàn)

為了解決工藝信息“孤島”問題，我公司在PLM系統(tǒng)內(nèi)開發(fā)了結(jié)構(gòu)化工藝設計模塊，利用PLM系統(tǒng)強大的管理流程實現(xiàn)工藝管理的信息化。

在PLM系統(tǒng)中，工藝數(shù)據(jù)管理圍繞PBOM（Process BOM）進行，PBOM是工藝設計和工藝更改的管理核心，工藝路線、工藝資源（設備、量具、夾具和輔料等）等工藝數(shù)據(jù)信息皆以PBOM為平臺搭建，形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的主干。下面以機加工藝為例說明結(jié)構(gòu)化工藝的結(jié)構(gòu)及使用。

在P L M系統(tǒng)內(nèi)，機加工藝的設計操作主要包括機加工藝模型的創(chuàng)建和機加工藝結(jié)構(gòu)的搭建。機加工藝模型的創(chuàng)建包括PBOM的轉(zhuǎn)化和工藝計劃的創(chuàng)建，PBOM繼承于MBOM（Manufacturing BOM），工藝計劃依附于PBOM。工藝計劃的編號由PBOM編號加“GY/”組成，如P B O M編號為16 Y-30-12000，則工藝計劃編號為GY/16Y-30-12000。

機加工藝結(jié)構(gòu)的搭建包括工序和工步的搭建、工藝內(nèi)容的錄入、工藝資源的分配及工藝附圖創(chuàng)建等。由于不同工藝種類的工藝屬性不同，例如機加工藝需要填寫切削速度、進給量、切削深度等屬性，而焊接工藝需要填寫電壓、電流等屬性，為了方便工藝內(nèi)容的錄入，根據(jù)不同工藝屬性設置了標準工藝模板（見圖1）。標準工藝模板確定后，根據(jù)工序安排及各工序內(nèi)容，將標準工序和標準工步復制到工藝計劃界面，相同工序、工步可重復復制，工序和工步編號采用0010、0020、0030的形式，以便于自動生成工藝結(jié)構(gòu)后工序和工步的插入。

圖1 標準工序模板

工藝結(jié)構(gòu)搭建完成后即可進行工藝內(nèi)容和工藝資源的添加。工藝內(nèi)容的添加是在各工序、工步的主屬性表中進行，主屬性表可進行工步內(nèi)容編制、參數(shù)填寫以及刀具、設備等工藝資源分配。刀具、設備等工藝資源以資源庫的形式集成于結(jié)構(gòu)化工藝系統(tǒng)中，并且可以對每種資源的屬性進行定義，例如機床設備可定義設備規(guī)格、設備型號和設備生產(chǎn)廠家等屬性，刀具可定義直徑、長度等規(guī)格屬性，工裝夾具可定義適用范圍、適用零部件等屬性。資源庫內(nèi)的設備、工裝等資源根據(jù)不同工廠屬性單獨存放，鉆頭、絲錐等通用資源存放在通用資源庫存，避免重復資源占用空間（見圖2）。

圖2 工藝資源庫

工藝人員通過屬性表中資源選擇模塊進行資源的調(diào)用，在工序的主屬性表中分配設備、工裝等工藝資源，在工步的主屬性表中分配刀具資源。在工步的主屬性表下可進行工步內(nèi)容的編制，屬性表集成了編輯器功能，可滿足特殊符號、粗糙度符號、幾何公差和尺寸公差等特殊標注要求，如圖3所示。

圖3 工藝資源分配及工步屬性編輯

在PLM系統(tǒng)中，工藝附圖以附件的形式單獨放置于工序?qū)傩韵?。工藝附圖的創(chuàng)建通過工序文檔屬性下的“創(chuàng)建和關(guān)聯(lián)說明方文檔”功能實現(xiàn)，附圖包括PDF和CAD兩種格式，CAD圖樣作為備份，為后續(xù)的信息變更提供便利。設計部門修改圖樣或附圖存在錯誤信息需要修改時，需將系統(tǒng)內(nèi)CAD格式附圖下載至主機進行修改，修改后轉(zhuǎn)化為PDF格式重新上傳至系統(tǒng)即可。工藝附圖的創(chuàng)建如圖4所示。

機加工藝結(jié)構(gòu)的搭建完成后，將工步、工序依次檢入系統(tǒng)，檢入后各工序內(nèi)容在系統(tǒng)內(nèi)以PDF格式存在并與工序相關(guān)聯(lián)。如圖5所示為結(jié)構(gòu)化工藝格式，以PDF格式展現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化工藝內(nèi)容樣式與傳統(tǒng)工藝卡片類似，但結(jié)構(gòu)化工藝繼承了產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，并充分利用了系統(tǒng)內(nèi)標準化的工藝資源，例如表頭中圖號、名稱、重量、材質(zhì)和重要度等級等屬性繼承于設計數(shù)據(jù)信息，表格中的工序號、工序名稱、設備、工廠和刀具等對象來源于系統(tǒng)內(nèi)工藝資源，都有自己的獨立屬性，因此結(jié)構(gòu)化工藝與傳統(tǒng)工藝有著本質(zhì)不同。

圖4 工藝附圖的創(chuàng)建

圖5 結(jié)構(gòu)化工藝格式

3. 工藝在系統(tǒng)內(nèi)管理流程

在P LM系統(tǒng)中，工藝簽審采用編制、審核、標準化、會簽和批準五步簽審流程，工藝數(shù)據(jù)編制完成后，在PLM系統(tǒng)內(nèi)以編制狀態(tài)存在，工藝工程師對工藝數(shù)據(jù)發(fā)起簽審流程，此時工藝數(shù)據(jù)處于預發(fā)布狀態(tài)，簽審流程完成后工藝數(shù)據(jù)處于發(fā)布狀態(tài)，發(fā)布狀態(tài)的工藝數(shù)據(jù)帶有版本號（A1、A2……B1、B2……C1、C2……），不能隨意更改，受系統(tǒng)權(quán)限控制。工藝簽審流程如圖6所示。結(jié)構(gòu)化工藝在編制完成后以PDF格式存在，方便流程審核者快速瀏覽工藝文件，流程中的每一個審核者都可以通過或者駁回流程。如果流程被駁回，工藝工程師根據(jù)提示對工藝進行修改，修改后再次開啟簽審流程，直至流程通過所有審核者簽審達到生效狀態(tài)，即工藝數(shù)據(jù)處于發(fā)布狀態(tài)。簽審后的工藝文件為PDF格式，文檔右上角簽有設計、審核、會簽和批準等人員的電子簽名。

處于發(fā)布狀態(tài)的工藝數(shù)據(jù)，由于各種原因，例如產(chǎn)品設計錯誤、產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)問題、工藝編制錯誤或工藝升級等，需要對其進行更改，此時必須通過工藝變更流程，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在整個生命周期內(nèi)保持一致性和可靠性，如圖7所示。工藝變更由工藝主管發(fā)起，發(fā)布變更通告，并將變更任務分配至工藝工程師。工藝工程師接到變更任務后修訂大版本（如由An升級至B1，n為1，2，3，4……“A、B”指大版本號，“1、2、3、4......”指小版本號），之后開始修改工藝數(shù)據(jù)，完成修改后提交簽審。

圖6 工藝簽審流程

圖7 工藝變更流程

4. 結(jié)語

本文分析了傳統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)管理存在的缺陷，通過結(jié)構(gòu)化工藝在PLM系統(tǒng)內(nèi)的應用，實現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)向工藝數(shù)據(jù)的傳輸，方便了工藝數(shù)據(jù)在各部門之間的傳遞，提升了資源利用率，減少了工藝人員的重復性勞動。同時，系統(tǒng)內(nèi)簽審、變更流程的實施，可記錄流程所涉及的所有對象的變化，隨時監(jiān)控流程所處狀態(tài)，提高了工藝數(shù)據(jù)管理的規(guī)范化和通用化，保證了工藝數(shù)據(jù)的高效性、一致性、準確性及可追溯性。