工藝信息管理

【導讀】

PDM/CAPP系統一體化系統將CAPP卡片編輯部分作為一個獨立的模塊，CAPP產生的工藝信息形成一個一個工藝文檔，工藝文檔的管理需要強大的文檔管理系統的支持。PDM系統是從CAD圖文檔管理系

PDM/CAPP系統一體化系統將CAPP卡片編輯部分作為一個獨立的模塊，CAPP產生的工藝信息形成一個一個工藝文檔，工藝文檔的管理需要強大的文檔管理系統的支持。PDM系統是從CAD圖文檔管理系統發展而來的，對文檔的管理已經發展成熟，將工藝卡片文檔交給PDM來管理是一個比較好的解決方案。工藝卡片文檔與其它文檔相比，有著自身的特點，比如工藝文檔的編碼、存儲方式、秘籍等，解決這些問題是PDM與CAPP集成的關鍵，本章將詳細討論。

 
PDM/CAPP系統將工藝卡片作為整個文檔來管理，但是，將工藝信息封裝在工藝卡片中作為工藝信息的最小流動元還不足以滿足工藝信息在產品全生命周期中流動的要求，更多的時候，需要聚合與產品相關的所有工藝信息，需要將工藝卡片中的數據提取出來進行統計、匯總以形成工藝管理信息以及生產系統所需要的生產信息，因此需要在更高層次上對工藝信息進行管理以適應信息集成的需要，即以工藝卡片中的結構化數據（即工藝數據）為核心進行管理。本章將介紹通過工藝卡片模板和工藝標識技術解決上述問題。

 
1.1 PDM/CAPP系統的CAPP卡片編輯模塊的信息流

 
圖1 CAPP卡片編輯模塊的信息流程圖

 
 
從圖1工藝信息流程圖可以看出來，CAPP卡片編輯模塊實際上是一個單獨的模塊，PDM通過任務可以對其調用，對其產生的結果進行管理。如圖1表示了CAPP卡片編輯模塊的信息流。PDM通過任務調用CAPP卡片編輯模塊，編輯工藝前通過工藝卡片類型來調用工藝卡片模板。編輯卡片時可以調用工藝資源庫和借鑒典型工藝庫里面的工藝。工藝卡片編輯完成后形成工藝文檔交由PDM進行管理。也可以通過工藝卡片打印模塊進行編輯排版，輸出為紙質資料。工藝卡片編輯生成的信息不但可以輸出為工藝文檔也可以輸出為工藝信息，CAPP卡片編輯模塊可以將這些信息直接導入到ERP/MRPⅡ系統中，也可以交由PDM進行管理。
 
 
1.2 PDM/CAPP一體化中工藝文檔的存儲方式
工藝文件的格式和種類繁多，圖文并茂，工藝文件之間的關系復雜?；赑DM的工藝文件有三種存儲方式:
 
    ①將整個文件看成一個管理對象，打包后作為二進制對象存入數據庫或者交給操作系統管理，此方式的優點是實現簡單，缺點是文檔中的數據完全對外封閉，用戶不能對其內部信息進行管理維護：
 
    ②根據各種工藝文檔的結構所具有的相似性，拆分文檔，從數據抽象的角度出發，拋開具體的格式將文檔中之間的關系和字段抽象成數據庫表的關系模式，建立關聯約束，將工藝數據信息按照邏輯關系分散保存在不同的數據表中。此方式實現較為復雜，但其將工藝文件的數據和顯示視圖分開，結構清晰，而且相同工藝文件容易以不同報表格式輸出。最重要的是，其內部信息開放可以方便地進行操作和維護，能方便地進行信息查找、數據統計；
 
    ③結合前兩種方式，既存文檔，又存結構化信息。這樣，在瀏覽工藝文件時只需要把工藝文檔檢出，不需要再鏈接工藝數據庫，使系統運行速度加快，簡化了系統的復雜程度。
 
 
在本論文中我們選擇方式3，即既存文檔又存結構化信息。方式3可以使CAPP的卡片編輯功能作為一個工具獨立于PDM系統之外，PDM可以通過任務調用，對其產生的結果進行管理。這樣就不需要在PDM系統進行二次開發CAPP的卡片編輯功能，CAPP可以是不同供應商的不同版本系統，PDM與CAPP的集成較為方便。況且PDM一般都需要像JAVA一樣的跨平臺計算機語言進行的開發，用這些計算機語言開發出來的卡片編輯功能和卡片打印功能都不理想，近幾年一些公司對此進行了嘗試，效果都不理想。
 
 
ERP或是MRPⅡ需要的工藝信息，可以通過卡片模板和工藝標識技術，將需要的工藝信息上傳到PDM系統中進行管理，并通過PDM接口程序將工藝信息傳遞到ERP或是MRPⅡ系統中，或直接傳入通過CAPP的接口傳入到與ERP或是MRPⅡ系統中。
 
 
為了描述清楚工藝文檔信息的存儲方式，先要了解文檔信息的表達，在信息化系統中我們將工藝文檔信息分為兩部分——業務對象（Business Object）和數據對象（Data Object）兩類。業務對象和數據對象能夠有效地保證數據的安全性和數據的質量。
 
    ①業務對象業務對象用來描述某個事物（如零件/部件、工藝文檔和項目等）或定義組織方面的信息。PDM/CAPP系統中典型的業務對象有：零件業務對象、文檔業務對象、圖紙業務對象和模型業務對象等。
 
 
    ②數據對象數據對象用來控制文件或索引表，包括了一個描述文件或索引表屬性的數據記錄以及指明其在計算機網絡中存儲位置的指針。數據對象有兩部分組成，即描述文件屬性的元數據以及對應的文件或索引表（物理數據）。
 
 
業務對象以及數據對象的元數據由一個受PDM/CAPP系統控制的數據庫管理系統進行管理。通過一個聯系對象，可以將某個業務對象與數據對象在邏輯上集成為一個整體（如圖2所示）。

 

圖3 業務對象與數據對象的聯系實例

 
通常情況下，業務對象除了常規屬性，如名稱、材料等以外，還需要有一個標識號、一個更改標記（版本號）和一個處理狀態。以工藝文檔為例，對于業務對象，工藝文檔編碼因其具有唯一性而被作為標識號，編碼調用PDM編碼器自動生成。

 
一份工藝文檔可以包括多個數據對象。在實際應用中，為了描述復雜的零部件，一份工藝文檔通常會包括號幾張卡片。采用這種將業務對象與數據對象分離的方法可以有效解決此類數據管理的問題。（如圖3所示）。
 
 
1.3 PDM/CAPP一體化中工藝文檔的編碼
編碼是企業信息化的基礎工作，企業編碼實施成敗直接影響到企業信息化的成敗，CAPP的實施也不例外。編碼方案的優劣影響企業標準化、規范化的水平?；谕痪幋a，設計者能更方便、高效地獲得產品、零件及其生產制造的信息并快速組織新產品的設計與制造，大大簡化計算機系統之間的接口繼承工作?？傊?，統一編碼是實現快速工藝設計的需要。
 

    對于企業編碼，應遵循以下原則：
    ①唯一性：這是任何一套編碼體系的最基本原則。一般要求在一個應用系統內部，編碼要求唯一；深層次方面則要求在整個集成系統內部編碼要求唯一。

    ②全局性：統一編碼只考慮各應用系統之間公共的信息對象，如物料號、產品號、部門號等，其它值屬于分系統內部的編碼由各應用系統自己負責。但對沒有編碼的全局屬性，也要求在各分系統中對相應數據庫字段的類型和長度進行統一。

    ③集成性：不能為了實現各應用分系統間信息的集成，就一定要推翻現有編碼體系，對各個分系統都采取一套全新的統一編碼，這可能對導致生產經營不必要的混亂現象出現。以現有編碼體系為基礎是當前統一編碼的出發點。

    ④科學性：遵循科學分類的原則，同時兼顧各部門應用的特點。

    ⑤擴展性：企業的發展相當迅速，產品多樣化的需求日益迫切，編碼體系要求能為滿足未來發展而提供擴充的空間。
 
   
企業的編碼按對象分為物料編碼、文檔編碼（包括工藝文檔編碼），而物料編碼又可分為零件編碼和產品編碼。工藝與零部件有著多對一的關系，好的編碼方案不應該拋棄這種聯系，工藝文檔編碼方案如果采用零部件編碼的隸屬碼就能保持工藝文檔與零部件的對應關系，零部件的編碼基礎上加上工藝類別識別碼和工序代號碼就形成了工藝文檔編碼。零部件編碼的唯一性以及零件某類別和工序的唯一性，保證了工藝文檔編碼方案的唯一性，且保持了工藝與零部件之間的聯系。某公司的工藝編碼如圖4所示。

 
圖4 工藝文檔編碼方案

 
企業信息化的趨勢是集成，要求對產品進行全生命周期的管理，因此在企業信息化過程中，編碼系統也必須滿足產品生命周期管理的要求。為了保證在企業中，一物一碼，并且做到規范化和標準化的編碼管理，因此要求產品生命周期的管理的過程中能夠調用同一系統的編碼系統。由于PDM在信息化系統中在企業信息化中的平臺作用，因此其它信息化系統調用PDM系統的編碼器是一種比較好的解決方案。如圖5表示了產品設計、工藝設計以及生產部門都調用PDM編碼器。

 
圖5 集成系統編碼方案

 
 
1.4 工藝文檔的秘籍管理
在企業中，文檔權限管理是一個重要而又復雜的管理部分。秘籍管理能比較好地實現文檔的權限管理。秘籍決定文檔是否有權限，密級與用戶的角色發生關聯，一個秘籍可以對應多個角色。而用戶與角色相對應，一個用戶可以對應多個角色。當用戶擁有了系統的功能權限，比如瀏覽、下載、修改、刪除等，同時他所關聯的角色擁有對某類密級的權限，那么此用戶便可對該類密級文檔進行操作。另外，文檔如果為錄入的已有文檔，則文檔的創建人擁有該文檔的所有權限。如果不是自己錄入的文檔，則只有瀏覽和下載權限。秘籍、角色、用戶、文檔關系如圖6所示。

 
圖6 秘籍、文檔、角色和用戶的對應關系

 

用這個模型，可以實現企業中錯綜復雜的文檔權限管理。如圖7是企業應用的一個例子。

 
圖7 文檔秘籍在企業的應用

 
1.5 工藝文檔模板
工藝標準化是信息化中的一項重要內容，實施工藝文檔模版有利于提高工藝標準化。不僅如此，實施工藝文檔模板減少了不必要的重復勞動。工藝文檔模板是指各種工藝卡片的標準格式。在工藝信息化之前，雖然有工藝模板，但在實際的使用過程，編制工藝時工藝工程師根據已完成工藝修改，而為了工藝編制的方便，還會對卡片的格式進行修改，久而久之造成工藝卡片出現多種版本和不同的格式；同時隨著企業的發展、產品類型的豐富以及工藝水平的進步，工藝卡片的格式還在不斷的變化，因此在傳統的工藝設計的管理方法下面很難實現工藝格式的標準化。
 
 
在工藝信息化系統中，工藝設計要接受來自設計部門的設計信息，工藝設計完成后，部分工藝信息傳遞給其它信息系統，這也給工藝模板設計帶來了挑戰。本文提出一種基于C++開發的模板定制技術，允許工藝人員根據自己需要的格式繪制出相應的工藝卡片模板，并能夠對其進行調整和修改，從而為同一類型的工藝文件提供一致的格式標準，也為實現CAPP系統的通用性和實用性打下重要基礎。

 
    ①模板組成對象分析
    模板（如圖8所示）是對工藝文件格式的抽象，因此在確定模板的組成對象之前，必須對工藝文件進行深入的分析。盡管CAPP工藝卡片類型繁多，但對工藝卡片進行分析后可以看出，卡片是由一系列單元格組成的。

 
圖8 工藝卡片模板

 
單元格可以分為固定格、變量格、對象格和循環格四種。包含單位名稱等固定內容的單元格定義為固定格；包含產品名稱、產品工號、零件名稱、零件圖號等內容，隨產品、零件的不同而變化的單元格定義為變量格；包含工序圖或其它復雜數據的單元格定義為對象格；包含工序、工步等多行記錄內容的單元格定義為循環格。
 
 
固定格的內容在卡片設計時確定，變量格、對象格和循環格的內容在工藝設計時由用戶填寫或從PDM中讀取。在設計卡片時用戶可以對每一個單元格進行定義。以鍛壓工藝卡為例，如圖1所示，說明工藝文件模板的元素分解。為了定制各子元素在工藝模板中的位置和其他一些必要的信息，需要對各子元素對象賦予相應的屬性。對象的屬性分析如下：
 
    1）各對象的公共屬性。由于各子元素為一系列的單元格，因此都包含表格坐標值、線形等公共屬性。此外還需要對各單元格的卡片區域屬性進行設置。

    2）固定格。固定格中的內容在表格設計時已經確定，為了實現與數據庫的關聯，需要設置字段名屬性，另外它需要包含―字體‖子元素，用來設置文字的屬性。

    3）變量格。變量格中的內容是由用戶填寫的，需要設置表格的布局方式，它包含固定格子元素。

    4）循環格。循環格也包含固定格子元素。另外由于其含有多行記錄，因此除了設置表格的布局方式外，還需要對行列屬性進行設置。

    5）對象格。對象格是填寫工序圖或其它復雜數據的單元格，需要對圖形或其他復雜數據的來源屬性進行設置。模板各對象生成之后，模板定制的工作基本完成了。構建好的工藝模板以XML文檔的形式存儲。再次打開該模板時，只要對相應的XML文檔進行解析處理，就可以將原工藝卡片展現在客戶端瀏覽器上。
 
 
工藝信息以工藝卡片為載體在產品全生命周期中流動，工藝信息管理首先需要對工藝卡片進行有效管理。但是，將工藝信息封裝在工藝卡片中作為工藝信息的最小流動元還不足以滿足工藝信息在產品全生命周期中流動的要求，更多的時候，需要聚合與產品相關的所有工藝信息，需要將工藝卡片中的數據提取出來進行統計、匯總以形成工藝管理信息以及生產系統所需要的生產信息，因此需要在更高層次上對工藝信息進行管理以適應信息集成的需要，即以工藝卡片中的結構化數據（即工藝數據）為核心進行管理。
 
 
工藝數據是產品數據的重要組成部分，也是企業生產信息的匯集處。從發展看，工藝信息管理的主要功能應是生成和檢索產品整個生命周期中的基礎工藝數據（含有關工程信息及產品工藝信息），并保證產品工藝數據的完整性、一致性，實現企業產品工藝信息的集成與共享，而不應是孤立地編制零件工藝規程及輸出工藝卡片。
 
 
在此基礎上，系統可以自動完成工裝設備、工具、材料定額、工藝關鍵件、外協件制作、工時定額、輔助用料、關鍵工序等各類統計匯總工作。這不僅可以極大地提高工藝卡片的編制效率、工藝管理效率，而且可最大限度地減少不必要的人為失誤，很好地保持工藝設計基礎數據的一致性、完整性。
 
 
工藝標識可以有效解決同時管理工藝卡片和工藝數據的問題。工藝標識指的是工藝單元格的標記，也可以是工藝單元格的一個屬性。工藝匯總工作以及與PDM及ERP的信息傳遞都可以依據工藝標識來識別工藝數據和進行相應操作。工藝標識必須在CAPP、PDM和ERP三個系統中確定，在不同的系統中工藝標識應一致，由于工藝卡片格式可能由于公司的發展不斷變化，因此工藝標識應該可以自定義。工藝卡片標識定義如圖9所示。工藝單元格的工藝標識在定義工藝模板的時候進行定義。

圖9 工藝標識與單元格的關聯

 
 
1.5 工藝卡片的編輯
工藝資源
在工藝規程編制過程中，工藝人員要查閱大量的功能工藝資料（如材料、工藝、切削用量、機床等各種手冊），刀具/夾具/量具/輔具使用說明書，國家標準和企業標準等，花費工藝人員大量的時間。由于每個功能工藝人員的經歷不同，人工制定工藝文件中，還存在工藝術語不統一，標準化程度不高等弊病。
 

工藝資源管理器是創建并管理工藝數據等必要工藝資源，以備在工藝規程制訂中實時地提供指示和幫助，包括毛坯種類、材料牌號、材料規格、機床設備、工藝裝備、工藝基本術語和各種切削用量表等內容，這些提示和幫助具有簡潔、實用、覆蓋面廣的特點。并可以由用戶根據本企業的工藝資源狀況動態改造和創建，可管理的數據類型包括數據表、圖形、圖表數據等。
 
 
PDM/CAPP一體化中，工藝資源數據由PDM數據庫進行管理，在CAPP進行管理。如圖10所示。工藝分類別進行管理，由于工藝卡片模板在建立時，就設立了標識碼，在編制工藝卡片時可以根據不同的分類過濾得到不同的工藝資源數據。

 
圖10 工藝資源系統邏輯結構圖

 
 
工藝卡片的編輯
智能CAPP強調工藝文件的自動生成，由于工藝設計是一個及其復雜的決策過程，需要考慮非常多的因數，并且要求CAD圖能夠詳細地描述零件的特征，而在現階段這種要求無法達到，因此智能CAPP要么應用面太窄，要么以失敗告終。
 
 
    工藝卡片不能完全自動生成，必須有人的參與。信息化的卡片編輯應能做到以下幾點：
 
    ①能充分應用以前積累在企業的工藝經驗、工藝知識。避免工藝工程師設計相似工藝時，生成一套不一樣的工藝，而新設計的工藝又沒有考慮到全面的問題，從而引起產品缺陷。提高工藝設計的質量。
 
    ②工藝設計的卡片能夠轉化成工藝信息，以備ERP系統或MRPⅡ系統使用。
 
    ③能查閱工藝資源，查閱大量的工藝資料（如材料、工藝、切削用量、機床等各種手冊），刀具/夾具/量具/輔具使用說明書，國家標準和企業標準等。統一工藝術語，提高工藝卡片的標準化。
 
    ④能大幅度地提高工藝工程師編制工藝卡片的效率。例如在工藝工序卡片的編制時，一般包括表頭信息、工序名稱、工序內容、機床設備、工藝工裝等（如圖11所示）。表頭信息一般可以在PDM中直接讀取過來，不用工藝工程師的填寫；工序名稱可以直接工藝資源中調用，而不用工藝工程填寫；工序內容也可以在工藝資源庫中的工藝術語庫中調用，由于工藝術語很多，所以工序內容能夠根據已經填寫的工序名稱過濾是必要的；機床設備和工藝工裝的填寫項也能根據前面的項目過濾調用。

 
圖11 工藝卡片的編輯

 
 
1.6工藝卡片的審批、發放與更改
PDM/CAPP的工作流管理功能能夠實現工藝的設計與修改過程的跟蹤與控制。目前PDM/CAPP軟件的工作流管理功能，主要包括審批發放流程和更改流程管理等。

 
    ①審批發放流程
    工藝工程師完成了工藝設計任務，工藝文件需要經過所有的校對和審核人員審定通過并簽字后，該工藝文件才被批準、發放。PDM/CAPP中的審批發放流程是一種級連發放:發放過程由一系列串行的發放級別子任務構成。當前一個發放級別的子任務完成后，才能執行下一個發放級別的子任務。
 
 
    定義某個發放過程，首先定義根任務中所包含的發放級別的個數和名稱，接著為每個發放級別指定執行會簽的組和角色。在每個發放級別中，必須指定通過的規則（半數通過、全部通過）。在某個發放工作完成后，目標對象應該具有相應的發放標志狀態。一個發放過程中，其發放狀態標志對于不同的發放工作是穩定不變的。發放狀態標志是應該在發放過程中指明的屬性。
 
 
    連發放過程中允許電子簽名。PDM/CAPP系統有印章管理，首先將個人的手寫體和印章掃描件做成電子印章，電子印章儲存在PDM/CAPP的數據庫中，審簽人員通過某文檔的審簽時，PDM/CAPP系統調用電子印章簽署到相應的位置。會簽同一個子任務時，多個簽字人員的操作是并行的瀏覽器瀏覽工藝文檔。
 
 
    有權限的審批人員用CAPP提供的工藝文檔瀏覽使用審批界面上的按鈕進行表決。所有的審批簽字和審批意見都屬于文檔的內容，同意、反對或采用電子記錄的方式永久保存本變為發放版本審批完成后，該工藝文檔自動放入電子創庫中，同時，將審批結果自動通知有關人員。授權的訪問者只能查閱而無權修改。如果在一個工作流程中，會簽，同一級的多個審批人員會同時收到審批郵件需要多個審批人員同時查閱該文檔，以便及時地交流審批意見，提高審批流程的并行性。

 
    ②圈紅審批
    在企業沒有實施信息化時，工藝文件的審簽是通過手工紙質的方式進行的，在審簽的過程中，審簽者如發現有問題，則用紅筆在文件上進行簽閱，然后將文件打回給編制者根據審簽意見修改后再提交審簽。用這種簽約的方式很直觀，容易理解。信息化系統中采用電子審簽，審簽過程中圈紅簽閱的實現很有必要，是審簽過程直觀、高效。為了審簽過程不破壞原文件，可以將簽閱的內容做成一個文件來管理。在瀏覽工藝文件時，系統可以將圈閱文件和工藝文件同時打開，圈閱文件內容映射在工藝文件內容之上，這樣看起來，就好像在原文件上有圈閱內容一樣。

 
    ③自動簽名
    PDM/CAPP系統提供數字簽名功能，走流程時會把簽審信息記錄到數據庫中相應的字段上。但是，要將當前工作人員的姓名自動記錄到卡片上，這需要模板技術。在具體的卡片填充格上定義格的標簽信息，自動簽名時會根據流程的節點找到具體卡片具體的單元格，將用戶姓名賦給單元格的內容屬性，就可以把用戶名寫到卡片上，完成自動簽名。

 
    ④打印控制
    工藝文檔的打印功能由CAPP提供，但打印的控制由PDM和CAPP協作完成。工藝文檔只有走完流程且處于發放狀態時，才可打印出來分發到生產線用來指導生產。CAPP通過接口程序獲取工藝文檔是否處于發放的屬性信息。處于未發放狀態時打印菜單被置灰，用戶不可用；處于打印狀態時，用戶可以通過點擊打印菜單將整套工藝文檔打印出來。
 
 
已經發放的工藝文檔需要在首頁打印水印標識或印章，這需要用到CAD的圖層技術。―圖層是CAD中性質相近、相同或者邏輯意義上相關的圖形對象的集合。一張圖紙就像一張透明紙，用戶可以在不同的圖層上繪制不同的實體。將這些透明紙疊加起來，就得到最終的圖形。圖層的顯示可以通過打開圖層和關閉圖層來實現。

 
在定制工藝卡片模板時，把水印標識通過CAD繪在與卡片不同的圖層上。在打印卡片時，根據發放的狀態判斷有水印標識的圖層是否要關閉，從而實現水印標識的控制。
 
 
當某產品已處于發放狀態，但有時可能需要對該產品數據進行更改。產品更改是一個不斷重復的業務過程，它涉及到多個部門。一般更改過程包括：更改建議、更改評審、更改申請、更改許可、更改任務單、更改說明、更改執行、更改發放和更改通知。利用工作流管理模塊可以有效地對更改申請過程和工程更改過程進行控制和管理。
 
 
1.7 小結
CAPP卡片編輯功能與PDM分離，僅作為一個應用工具與PDM集成。這成功實現PDM/CAPP系統模塊化設計，有利于PDM/CAPP系統的開發、實施、應用和維護。工藝文檔作為工藝信息的主要表現形式，與其它PDM的文檔相比有著本身的很多特點。在PDM/CAPP系統如何應用實施工藝文檔管理在本章中進行了討論，工藝文檔的存儲方式、工藝文檔的編碼、工藝文檔秘籍管理，本章都給出了解決方案。PDM/CAPP系統將工藝卡片作為整個文檔來進行管理，然而工藝匯總和生產管理系統要求提供更細的工藝信息，如何既將工藝卡片作為整個文檔進行管理，又能為工藝匯總和生產管理系統提供工藝信息，本章通過工藝文檔模板和工藝標識解決了這個問題。