基于pdm的工艺分工规划系统

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1、 机 械 科 学 与 技 术 第 2 7卷 该方式虽然能够在一定程度上解决工艺分工规划设 计与管理上的问题， 但同时也带来 了诸 多问题。如 C A P P 系统中的设计 B O M信息与制造资源信息如何 与P D M系统中的相应信息保持一致， C A P P系统如何 精确并及时反映P D M系统中相应信息的改变， 如何 保证 C A P P 系统与P D M系统间数据传递的安全性等 问题。造成了工艺数据的冗余、 一致性较差， 信息共 享度较低 ， 系统执行效率低下等后果。 本文介绍了如何在 P D M提供的唯一、 精确的产 品数据源基础上， 依据 P D M管理的企业实际资源配 置状况和工厂

2、组织结构 ， 构建基于 P D M的工艺分工 规划系统， 以达到提高企业工艺分工规划水平、 保证 产品质量和缩短产品研制周期的目的。 1 相关概念 1 1 物理制造单元 物理制造单元是指同一地点的、 相对集中的、 能 满足某种加工工艺要求的若干台物理设备和工装附 件的组合【 1 1 。物理制造单元一般 以零件族为基础 进行设计， 要求在制造单元内完成一个零件族主要 或全部的制造过程。 在工艺分工规划过程中， 主要涉及的影响因素 包括设备的运行状态、 制造单元的生产能力、 设备利 用率以及设备布局等。 1 2 逻辑制造单元 逻辑制造单元是面向某类零件， 根据某类零件 的典型特征及加工要求初步确定

3、的主要工序集合， 指逻辑上对完成某种零件特征的加工能力的描 述 】 。逻辑制造单元既包含对部分工艺信息的抽 象描述， 又包含对部分制造资源能力的描述。因而 逻辑制造单元在制造资源和工艺分工规划之间起着 重要的纽带作用。一般情况下， 一个物理制造单元 具有多种零件特征的加工能力， 因此， 物理制造单元 可以分解为多个逻辑制造单元。 1 3 逻辑工艺路线 逻辑工艺路线表示一个零件逻辑上的加工工艺 过程， 是逻辑制造单元的有序组合， 包含零件加工的 质量、 成本、 时间要求等动态信息。是在不考虑具体 制造资源配置的条件下进行零件逻辑上的工艺分 工， 是对零件的工艺分工路线的抽象， 描述了零件的 制造

4、需求与约束。 1 4 可执行工艺路线 可执行工艺路线表示某个零件的全部或者部分 加工过程， 内含具体制造资源的详细信息， 是逻辑加 工路线经过与实际制造资源映射并进行优化评估得 到的零件工艺路线， 是物理制造单元的有序组合。 2 工艺分工路线生成过程 通过上述概念和定义的分析， 可以将工艺分工 规划分为3 个主要过程： 逻辑工艺路线设计、 可执行 工艺路线生成和工艺分工路线生成， 如图 1 所示。 首先， 根据零件信息设计逻辑工艺路线； 然后， 通过逻辑制造单元与物理制造单元的映射生成可执 行工艺路线； 最后， 依据一定的约束条件进行资源优 化配置， 生成工艺路线分工路线。根据制造资源优 化配

5、置情况， 一个零件往往可以具有多个可执行工 艺路线。通过对产生的多个可执行工艺路线按照约 束条件进行优化评估 ， 得出优化的零件工艺路线， 再 将其物理制造单元所在企业 车间添加到工艺路线， 形成零件工艺分工路线。 图 1 工艺分工路线生成过程 3 系统体 系结构 基于P D M的工艺分工规划系统与传统的工艺 分工规划解决办法不 同， 传统 的解决办法是在 C A P P系统 中实现工艺分工路线的生成【5 】 。首先， 在 C A P P系统中建立产品或零组件的信息模型， 或 者通过与P D M集成的方式获取产品或零组件的信 息模型。接下来， 根据积累的工艺知识， 工艺人员从 逻辑意义上划分零

6、件加工必须经过的几个阶段， 然 后根据制造资源库里制造单元的资源情况和工艺能 力， 以时间、 质量、 成本几个元素的组合为准则为每 个加工阶段选择合适的制造单元， 制造单元的选择 结果也可以反过来判断产品或零组件加工阶段划分 的合理性和优劣性。该过程需要依据一定的工艺分 工规则， 可以通过在系统中构建工艺分工规则库实 第 5期 刘小龙等 ： 基于 P D M的工艺分工规划系统 现对系统的支持 。最终合理的制造单元选择结 果可以作为工艺分工的输入， 这些工艺数据和产品 的订单要求一起成为产品制造的原始数据之一 ， 对 整个产品的生产制造过程的周期和质量具有决定性 的影响。最后， 可以依据企业的制

7、造资源状况以及 一定的优化算法， 实现对可执行加工路线的优化配 置 ， 完成最终工艺分工路线的设计 。 在企业没有实施 P D M系统的情况下， 通过以上 方式实现工艺分工路线的设计是完全合理并且可行 的解决方案。然而， 在企业实施 P D M系统之后， 以 上解决方案会产生如下问题。首先， 由于 P D M系统 会管理企业的产品数据， 而实现工艺分工路线的前 提是建立产品或零组件的信息模型， 这样就会在 P D M和C A P P系统中均存在一个产品或零组件的 信息模型。从而造成企业数据的冗余， 很难保证数 据的唯一性。其次， 如果通过 C A P P系统与 P D M系 统集成的方式解决数

8、据的唯一性问题， 就需要实现 数据的互操作， C A P P系统将通过集成方式获取 P D M系统管理的产品或零组件信息， 这样就会产生 数据的准确性问题， 以及 C A P P系统与 P D M系统的 数据 同步问题， C A P P系统很难精确并及 时反映 P D M系统中相应信息的改变。最后， 如果 P D M系 统要实现对工艺分工路线信息进行管理， 就要通过 集成接口将 C A P P系统产生的工艺分工路线信息纳 入到P D M的管理体系中。这样， 在需要更改产品或 零组件工艺分工路线信息时， 需要同时更改 P D M系 统和 C A P P系统中的工艺分工路线信息， 会产生复 杂的逻

9、辑控制问题， 产生严重的系统同步问题， 降低 系统的执行效率。 如 图 2所 示为 基 于 P D M 的工 艺分 工路线 规 划系统结构。基于 P D M的工艺分工路线规划系 统根据用户输入调用 P D M系统管理 的产品或零 组件信息， 借助于构建在 P D M 系统 内的工艺分 工知识与规则 ， 工艺人员完成特定工艺对象的逻 辑工艺路线的设计 ， 同时输人工艺对象在各个逻 辑加工 阶段 的 时间、 成 本、 质 量等 要求。根 据 P D M系统管理 的工厂结构、 制造资源状况， 完成 工艺对象工艺路线的逻辑 物理映射过程 ， 生成 多条可执行加工路线。最后 以成本、 质量、 时间 等因

10、素执行单 目标或者多 目标优化选择， 最终确 定一条最优 的可执行加工路线作为确定工艺分 工 的依据 。 = 4 I ： I 客 户 端 l l 浏 览 器 I j ! !L_ J L_J ： r 。 莉 r f ； ! f f逻 辑 工艺 l f 逻 辑 物 理l i I路线 设 计 II映 射处 理 I P D M系统 l 工 艺 路 线 l f 工 艺 路 线 l I 优化 处 理 I l 编 辑操 作 I：I r 菱 萌 一 。 一 P DM 服 务层 图2 系统体系结构 由于工艺分工路线规划系统构建在 P D M系统之 上， 系统直接使用 P D M系统管理的产品或零组件的 信息模型

11、， 从而保证数据的唯一性， 也不会产生数据 的冗余问题。其次， 由于不需要与其它系统集成， 不 必进行数据的互操作， 从而保证了数据的准确性和实 时性。最后， 由于不用与其它系统集成， 同时产生的 工艺分工路线信息会自然纳入到P D M的文档管理机 制之下， 勿需考虑系统信息同步问题， 提高了系统的 执行效率。同时由于系统构建在 P D M系统之上， 通 过 P D M系统的开发接 口， 可以充分利用 P D M系统的 机 械 科 学 与 技 术 第 2 7卷 原有功能， 快速构建工艺分工规划系统。 4 系统关键技术 4 1 产品零组件信息模型建立 产品零组件信息是工艺分工规划设计与管理的 基

12、础， 工艺路线设计的前提是建立适当而准确的产 品零组件信息模型。方便、 实用的零组件信息建模 是基于 P D M的工艺分工规划系统的关键。产品零 组件模型由管理信息、 技术信息和特征信息组成。 零组件的管理信息包括： 零件名称、 产品代号、 数量、 件号、 页次、 规格、 标准( 设计标准) 、 零件来源 ( 自制件、 外购件和标准件) 。 零组件的技术信息由毛坯、 材料信息、 工艺信息 和几何信息组成。包括材料类型、 材料牌号、 材料规 格、 热处理状态以及材料的硬度和强度信息。零组 件工艺信息包括零件类别( 外形上描述零组件， 一 般有回转体、 箱体、 杠件、 板件、 不规则体等几种零件

13、类别) 、 轮廓尺寸、 零件质量要求、 热处理要求、 加工 精度和表面粗糙度。零组件的几何信息包括零组件 的尺寸、 重量以及零组件类别。毛坯信息包括毛坯 种类、 毛坯尺寸和毛坯质量。零件特征信息包括特 征参数及其几何信息。零组件的特征信息包含单个 特征的描述信息和特征之间的约束关系。 工艺分工规划设计属于总体工艺设计阶段， 并 不涉及零组件的详细工艺设计过程。在保证零组件 信息模型准确、 完备的基础上， 同时要尽量简化信息 模型以降低系统的复杂度， 所以零件信息模型只需 包括影响工艺分工路线安排的主要零件信息属性。 图3 P D M系统中的树型零组件模型 基于P D M的工艺分工规划系统依托

14、P D M的产 品结构管理功能来建立产品零组件模型， 如图3 所示 为构建在 P D M系统中的树型零组件模型。为了将产 品结构中所有零部件能按层次关系全部显示出来， 使 产品及其构成的装配关系能够十分直观， 一般使用树 型结构来构造数据模型， 即产品结构树， 由产品、 部 件、 组件、 零件的相互依赖关系组成的树型结构， 可以 按层次进行展开。同时， P D M系统管理的与产品零 件相关的数据对象， 例如， 2 D设计图、 3 D模型等， 对 于工艺分工路线规划过程具有重要的参考意义。 4 2 系统数据组织 基于 P D M的工艺分 工规划 系统主要定 义了产 品、 工艺分工路线、 工厂和制

15、造资源4类对象。在 P D M系统上研究与实现工艺分工规划的一个主要 目的， 就是要解决产品、 工艺分工路线、 工厂、 制造资 源4 类对象之间的关系。利用 P D M系统提供的对 象管理机制， 根据企业的生产实际情况， 可以分别建 立产品、 工艺分工路线、 工厂和制造资源4 类对象的 信息模型。通过工艺分工路线， 产品、 工艺分工路 线、 工厂、 制造资源4类对象紧密联系在一起。 产品或零组件信息既是工艺分工规划系统的工 作对象， 又是系统的输入， 是工艺分工规划的基础， 与产品或零组件的工艺分工信息紧密联系在一起。 为了能够在进行工艺分工规划时能够直接获得产品 数据信息( 如零组件号、 图号、 零组件名称、 材料、 硬 度等) ， 工艺分工路线与产品对象之间应该具有直 接的关联关系。工厂由车间、 部门、 设备、 工作单元 和工作间等以一定的层次结构构成， 产品或零组件 第 5 期 刘小龙等 ： 基于 P D M的工艺分工规划系统 6 0 1 必须在特定的工作区， 使用具体的设备来完成。制 造资源包括机床、 夹紧装置、 固定装置、 定位装置、 切 削刀具、 计量器具 、 辅助工具 等 ， 进行工艺分工路线 设计时， 需要充分考虑制造资源的加工能力和状态。 利用 P D M的二次开发接口， 可以实现产品、 工厂、 资