智能車間圖紙無紙化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究

吳昌盛，張 博，唐云海，白 翱

（中國工程物理研究院 機(jī)械制造工藝研究所，綿陽 621900）

0 引言

圖紙無紙化、數(shù)字化是數(shù)字化制造、智能制造的重要基礎(chǔ)條件，隨著信息化不斷深入、智能制造車間的逐步建設(shè)，加強(qiáng)技術(shù)狀態(tài)管控、提升設(shè)計(jì)和制造的協(xié)同效率、實(shí)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)圖紙無紙化已經(jīng)成為軍工制造企業(yè)信息化發(fā)展方向之一。制造環(huán)節(jié)圖紙無紙化具有以下優(yōu)勢[1,2]：1）提高生產(chǎn)效率，電子設(shè)計(jì)文件支持并發(fā)訪問瀏覽，紙質(zhì)載體只支持串行瀏覽，信息傳遞效率大幅提升，也為并行工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)組織模式提供了一定支撐；便于工藝人員充分利用設(shè)計(jì)信息，提高工藝準(zhǔn)備效率，二維電子圖可以提取部分平面幾何要素信息，對工序圖繪制（輪廓等距偏置等）、平面編程（車工輪廓、平面點(diǎn)位加工、軸半銑削、線切割等）、平面工藝測量尺寸轉(zhuǎn)化等方面有一定幫助，三維模型可以產(chǎn)生數(shù)控加工G代碼，進(jìn)行數(shù)控加工仿真等；2）加強(qiáng)技術(shù)狀態(tài)管控，技術(shù)狀態(tài)變更過程依托系統(tǒng)完成，避免了現(xiàn)場紙質(zhì)多副本的跑簽更改，技術(shù)狀態(tài)變更操作過程的執(zhí)行效率大幅提升；圖紙、技術(shù)通知單、技術(shù)條件等各類電子文件都與BOM發(fā)生了關(guān)聯(lián)（相當(dāng)于從零件維度對技術(shù)文件做了重新分類），各文件之間的技術(shù)狀態(tài)關(guān)聯(lián)性得到顯著加強(qiáng)。3）降低管理成本，取消紙質(zhì)載體，紙質(zhì)涉密文件交接、現(xiàn)場管理壓力大幅下降。

因此，研究圖紙無紙化具有積極的理論意義和現(xiàn)實(shí)需求。

本文針對制造環(huán)節(jié)圖紙無紙化需求，結(jié)合現(xiàn)有集成制造系統(tǒng)架構(gòu)，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、統(tǒng)一模式、最小化原則提出圖紙無紙化技術(shù)路線，并對其中的異構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、BOM構(gòu)建和演變過程、現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件狀態(tài)管控、大文件下載瀏覽等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行描述，最后介紹了本單位實(shí)施圖紙無紙化的初步效果及后續(xù)工作計(jì)劃。

1 制造環(huán)節(jié)圖紙無紙化技術(shù)方案

制造環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)文件無紙化的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件和生產(chǎn)任務(wù)的綁定并向生產(chǎn)現(xiàn)場推送，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場使用的設(shè)計(jì)文件的狀態(tài)進(jìn)行集中管控。

針對上述基本要求，采用的技術(shù)路線如圖1所示。以繼承（BOM轉(zhuǎn)換）為主要手段，建立CAPP/MIS/MES系統(tǒng)零件實(shí)例對象同批次EBOM中零件實(shí)例對象的映射關(guān)系，以零件對象為中介，建立設(shè)計(jì)文件和任務(wù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件向加工現(xiàn)場的推送，由于本方案符合統(tǒng)一數(shù)據(jù)源要求，后續(xù)技術(shù)狀態(tài)管理員對EBOM中設(shè)計(jì)文件的狀態(tài)控制，可以立即反映到現(xiàn)場中去。

2 圖紙無紙化關(guān)鍵技術(shù)

采用上述技術(shù)方案，結(jié)合現(xiàn)有的智能制造車間信息系統(tǒng)架構(gòu)，需要對現(xiàn)有的圖樣技術(shù)狀態(tài)管理系統(tǒng)（DTSS）、CAPP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)進(jìn)行改造，其中包含設(shè)計(jì)BOM重構(gòu)、BOM演變過程、現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件狀態(tài)管控、設(shè)計(jì)文件瀏覽控件等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 異構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理

圖1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型

制造環(huán)節(jié)生產(chǎn)用圖來源渠道多，設(shè)計(jì)文件格式、載體、有效性等級都可能不一樣。有的任務(wù)只有紙質(zhì)圖紙，需要掃描成pdf格式的文件；有的任務(wù)除了有紙質(zhì)圖紙還有參考意義的二維dwg格式的電子圖紙；有的任務(wù)是從PDM系統(tǒng)中推送過來的設(shè)計(jì)文件數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中可能是二維dwg文件也可能是三維prt文件，可能只有設(shè)計(jì)文件也可能還有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可能只有實(shí)體三維模型也可能還有輕量化模型。為了滿足制造環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)文件技術(shù)狀態(tài)管控需求，需要對異構(gòu)設(shè)計(jì)文件按統(tǒng)一的模式進(jìn)行有效管理。系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理模型如圖2所示。依據(jù)上述模型，系統(tǒng)從文件、零部件兩個維度實(shí)現(xiàn)了對異構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一有效管理，文件維度管理的內(nèi)容包括文檔、文檔版本、文檔結(jié)構(gòu)關(guān)系、文件之間的引用關(guān)系，零部件維度管理的內(nèi)容包括零件、零件版本、零件之間裝配關(guān)系、文件和零件版本之間的有效性關(guān)系等。

2.2 BOM快速構(gòu)建和 BOM演變

建立CAPP/MIS/MES系統(tǒng)中零件實(shí)例對象同批次設(shè)計(jì)BOM中零件實(shí)例的映射關(guān)聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息向制造環(huán)節(jié)各崗位推送的前提。目前按任務(wù)、多源頭、多版本、零散、重復(fù)發(fā)布到智能制造車間的設(shè)計(jì)圖樣和電子文件包（參考使用的電子圖紙）中沒有顯性的EBOM，工藝BOM、制造BOM基本上都是采用費(fèi)時費(fèi)力的手工方式建立，各BOM之間數(shù)據(jù)缺乏關(guān)聯(lián)性，數(shù)據(jù)的正確性、完整性不能保證，因此需要依據(jù)設(shè)計(jì)部門推送的數(shù)據(jù)包快速構(gòu)建制造產(chǎn)品的EBOM。系統(tǒng)通過內(nèi)置零部件庫、解析設(shè)計(jì)文件圖號、零件圖號與設(shè)計(jì)文件圖號自動匹配、信息復(fù)用等手段，提供了多種EBOM的快速重構(gòu)方法，如圖3所示。

圖2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型

圖3 EBOM快速重構(gòu)

EBOM的建立，為快速構(gòu)建PBOM、交付BOM、MBOM以及各BOM之間的聯(lián)系提供了基礎(chǔ)[3]。構(gòu)建時結(jié)合業(yè)務(wù)主線可以按照EBOM→PBOM→交付BOM→MBOM順序構(gòu)建，這樣通過繼承自動建立了PBOM/交付BOM/MBOM同EBOM之間的對應(yīng)關(guān)系；也可以先各自獨(dú)立構(gòu)建，再通過“批次+圖號”匹配的方式事后建立各BOM之間的對應(yīng)關(guān)系。生產(chǎn)現(xiàn)場要瀏覽和任務(wù)相關(guān)的設(shè)計(jì)信息時，CAPP/MIS/MES系統(tǒng)先根據(jù)BOM關(guān)系定位到任務(wù)相關(guān)的零部件實(shí)例，再根據(jù)零部件實(shí)例信息，打開設(shè)計(jì)信息瀏覽窗口，通過此窗口可以瀏覽和本任務(wù)相關(guān)的各種設(shè)計(jì)信息，包括電子圖紙、三維模型、紙質(zhì)圖紙信息、更改單、技術(shù)通知單等。

2.3 現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件狀態(tài)管控

制造環(huán)節(jié)圖紙無紙化的關(guān)鍵點(diǎn)是對現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件的狀態(tài)控制。本文采用的技術(shù)方案符合統(tǒng)一數(shù)據(jù)源思想，因此對EBOM上零件相關(guān)設(shè)計(jì)文件狀態(tài)的變更可以立即傳遞到CAPP、MES系統(tǒng)中，生產(chǎn)現(xiàn)場各崗位通過CAPP、MES系統(tǒng)可以看到最新狀態(tài)的設(shè)計(jì)文件。因此在技術(shù)狀態(tài)管理部門創(chuàng)建維護(hù)的EBOM對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件起到狀態(tài)控制開關(guān)作用。

技術(shù)狀態(tài)管理部門接收到上游設(shè)計(jì)部門下發(fā)的更改單或技術(shù)通知單后，在EBOM上定位到對應(yīng)的設(shè)計(jì)文件，依據(jù)更改單或技術(shù)通知單上的內(nèi)容，通過文件升版控制流程對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行變更，并建立設(shè)計(jì)文件和更改單的關(guān)系，同時向相關(guān)車間發(fā)布技術(shù)通知單或更改單處理任務(wù)，各部門通過系統(tǒng)接收任務(wù)并將執(zhí)行信息反饋到技術(shù)狀態(tài)管理部門。

2.4 設(shè)計(jì)大文件下載與瀏覽

圖4 現(xiàn)場設(shè)計(jì)文件技術(shù)狀態(tài)控制

在生產(chǎn)現(xiàn)場，不同崗位的人員對設(shè)計(jì)文件的瀏覽需求不一樣，有很大差異。操作者的需求比較簡單，只需瀏覽到加工零件的設(shè)計(jì)文件即可；工藝人員看圖的需求則比較復(fù)雜，需要可以一邊瀏覽圖紙一邊編寫工藝，需要可以同時查看兩張圖紙，需要可以同時打開一張圖紙和一份技術(shù)通知單或更改單進(jìn)行對比查看，需要可以查看整套圖紙，可以查看整套圖紙的結(jié)構(gòu)，需要支持雙屏顯示等。針對看圖需求的差異，系統(tǒng)對設(shè)計(jì)文件瀏覽功能進(jìn)行統(tǒng)一封裝，采用MDI窗口+2浮動面板+大圖標(biāo)工具條方案，支持分屏顯示，提供顯示零件相關(guān)圖紙、顯示整套圖紙、顯示EBOM結(jié)構(gòu)等功能選項(xiàng)，提供懸浮、并列平鋪、層列、分屏等不同顯示模式，供CAPP、MES等系統(tǒng)調(diào)用，如圖5所示，滿足不同崗位看圖需求和涉密圖紙知悉范圍的控制。

圖5 多模式看圖

看圖方面需要解決的另一個關(guān)鍵問題是大文件問題。為了保證藍(lán)圖掃描件的清晰度，A0、A1藍(lán)圖掃描生成的.pdf文件都很大，一般有幾十兆上百兆大小，還有三維模型實(shí)體文件都很大，一般裝配件的三維實(shí)體文件都有幾百兆大小。為了提升性能，增強(qiáng)用戶看圖體驗(yàn)，系統(tǒng)采用流傳輸、多線程、數(shù)據(jù)包壓縮等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大文件的高通量的下載瀏覽功能。對于特大的三維模型，采用瀏覽時使用輕量化模型，使用時下載實(shí)體模型的策略，確保終端用戶有較好的看圖體驗(yàn)。

3 結(jié)語

通過圖紙無紙化的實(shí)施，打通了PDM、CAPP、ERP、MES之間的電子圖紙傳送通道，并對紙質(zhì)圖紙掃描文件、電子圖紙、三維模型、輕量化模型進(jìn)行集中管理，現(xiàn)場電子圖按統(tǒng)一模式進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)控制，全面支持研制生產(chǎn)、批生產(chǎn)圖紙無紙化，加速了工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工向并行模型的轉(zhuǎn)變，既提高了工作效率，又節(jié)約了管理成本，為建設(shè)智能制造車間奠定了重要基礎(chǔ)后續(xù)工作主要分為以下幾個方面：1）強(qiáng)化設(shè)計(jì)BOM變更控制功能，根據(jù)在制品狀態(tài)，提供BOM變更影響域分析輔助功能；2）提供消息推送機(jī)制，將變更信息推送到相關(guān)崗位人員，進(jìn)一步提升協(xié)同工作效率。