袁永建

（中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，洛陽 471000）

0 引言

隨著制造業(yè)信息化工程的不斷深入，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Manage，PDM)、計算機輔助工藝過程(Computer Aided Process Planning，CAPP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)等先進技術(shù)的深入應(yīng)用，航空企業(yè)生產(chǎn)過程的信息化管理水平得到不斷的提高。但這些系統(tǒng)是針對制造過程中的某一階段的需求而建立的，雖然能夠很好的支持特定部門的信息管理工作，但由于各個應(yīng)用系統(tǒng)之間信息模型相互獨立，造成制造過程中無法統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，企業(yè)生產(chǎn)中信息流、物質(zhì)流和價值流流通不通暢，割裂了產(chǎn)品信息在全生命周期中的一致性和完整性，從而無法從全局和整體的角度提高效率和管理水平[1]。

本文通過對航空產(chǎn)品制造工藝過程的深入研究，構(gòu)建面向制造全過程的物料清單，協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)流程管理，有效解決工藝過程管理中存在的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢、業(yè)務(wù)流程混亂等問題，滿足激烈的競爭環(huán)境下企業(yè)生產(chǎn)方式的變革，達到產(chǎn)品的快速生產(chǎn)和個性化定制的需求。

1 工藝過程數(shù)據(jù)管理

在產(chǎn)品的全生命周期中，BOM信息是核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是產(chǎn)品信息數(shù)字化定義的重要內(nèi)容，是連接產(chǎn)品工程設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)營管理的橋梁。BOM信息在生產(chǎn)過程中存在多種表現(xiàn)形式，保證BOM數(shù)據(jù)的完整性、正確性和一致性具有重要的意義。

1.1 工藝過程中BOM的劃分

在產(chǎn)品全生命周期過程中，不同的部門結(jié)合生產(chǎn)過程中的需要將制造過程中不同階段的產(chǎn)品信息劃分為不同的BOM信息，主要有如下幾種[2]：

在產(chǎn)品設(shè)計階段，設(shè)計工程師從圖紙上獲得用來組織和管理生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需的零部件物料清單，即設(shè)計BOM ( Engineering BOM，EBOM)；在工藝準備階段，工藝設(shè)計部門在EBOM的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)工藝裝備特點，編制產(chǎn)品零部件和最終產(chǎn)品制造的工藝規(guī)程，產(chǎn)生工藝BOM (Process BOM，PBOM)；在制造準備階段，企業(yè)制造部門在EBOM和PBOM基礎(chǔ)上，通過一定的轉(zhuǎn)換規(guī)則產(chǎn)生制造和生產(chǎn)管理過程中生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需的零部件清單，即制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)。

1.2 EBOM/PBOM/MBOM的轉(zhuǎn)換

通常情況下設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計圖紙構(gòu)建EBOM，通過PDM系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理，此時BOM信息描述了產(chǎn)品的設(shè)計信息、零部件之間的邏輯裝配關(guān)系、零部件總體信息（名稱、代號、數(shù)量、材料等）、零部件形狀信息（尺寸信息、尺寸位置關(guān)系等）、零部件制造信息（表面粗糙度、尺寸公差、精度等級、材料特性）等信息。

PBOM是工藝部門以EBOM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先進行工藝分解，對EBOM中零組件結(jié)構(gòu)關(guān)系進行局部調(diào)整，依據(jù)工藝路線分工計劃、零部件在實際制造中的加工與裝配過程的要求，通過EBOM中添加虛擬零部件（在設(shè)計BOM 中出現(xiàn)，但在實際生產(chǎn)中并不制造，也不儲存的零部件）、中間零部件（在設(shè)計BOM 中不出現(xiàn)，但在實際生產(chǎn)中因為工藝要求，既要制造又要儲存的零部件）、工藝合件（因設(shè)備、材料、可裝配性等因素將一個零件分開制造或多個零件合并制造）調(diào)整EBOM的零部件裝配關(guān)系，并設(shè)置零部件的交接狀態(tài)。最后根據(jù)工藝組件及其重新定義裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系，確定零組件制造方案，編制工藝路線。PBOM主要用于產(chǎn)品工藝設(shè)計和制造過程管理，跟蹤零組件的制造方法、地點、人員、物料和過程。

圖1 BOM的轉(zhuǎn)換關(guān)系圖

MBOM是在PBOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進行產(chǎn)品裝配單元的劃分，并對每個裝配單元再細分為若干個生產(chǎn)單元，確定生產(chǎn)單元中需參加裝配的零組件，對每個生產(chǎn)單元編制裝配工藝；按照產(chǎn)品裝配單元結(jié)構(gòu)關(guān)系，確定各裝配單元的裝配層次，形成裝配單元結(jié)構(gòu)樹，按照裝配順序，確定裝配層次，形成關(guān)系結(jié)構(gòu)樹。裝配單元結(jié)構(gòu)樹和裝配關(guān)系結(jié)構(gòu)樹關(guān)聯(lián)形成工藝流程結(jié)構(gòu)樹[3]；從PBOM獲取每份裝配工藝中需參加裝配的零組件工藝分工路線及零組件的工藝信息，最終形成完整的MBOM信息。

其他種類的BOM是為了某種具體要求，以工藝BOM為基礎(chǔ)，對制造BOM的某些的方面信息進行統(tǒng)計匯總或特殊處理獲取到的。圖1表示產(chǎn)品BOM信息在工藝過程中不同階段的轉(zhuǎn)換過程。

產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理是企業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模式，能夠在整個企業(yè)范圍內(nèi)快速的獲取各種與產(chǎn)品相關(guān)的信息，保證產(chǎn)品全生命周期中BOM的數(shù)據(jù)完整性、正確性和一致性，滿足工藝過程中業(yè)務(wù)流程管理和系統(tǒng)集成等方面的要求。

2 工藝過程業(yè)務(wù)管理

航空產(chǎn)品的制造過程是按階段順序進行的，從產(chǎn)品的工藝設(shè)計、加工制造、銷售及售后服務(wù)，各個部門根據(jù)自身的工作需要，很少考慮其他部門的需求。這種串行化的制造模式不能準確快捷的反映產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的各種需求，不能及時發(fā)現(xiàn)制造過程中存在的問題，導(dǎo)致對方案的反復(fù)修改，甚至返工，延長制造周期。因此，構(gòu)建以BOM信息為基礎(chǔ)，工藝業(yè)務(wù)流程為主線的工藝過程管理模式，對于指導(dǎo)工藝工作具有重要的現(xiàn)實意義。

工藝過程業(yè)務(wù)流程中關(guān)鍵內(nèi)容主要有發(fā)布EBOM、工藝總方案設(shè)計、詳細工藝設(shè)計、工裝設(shè)計與制造、工藝仿真以及工藝的現(xiàn)場應(yīng)用，具體流程如圖2所示。

2.1 發(fā)布EBOM

產(chǎn)品設(shè)計部門根據(jù)項目任務(wù)書，產(chǎn)品設(shè)計的標準規(guī)格，產(chǎn)品的功能，企業(yè)技術(shù)條件等因素，結(jié)合工藝、工裝等部門的建議確定產(chǎn)品的總的設(shè)計方案，經(jīng)過專家評審?fù)ㄟ^后發(fā)布產(chǎn)品的設(shè)計BOM，即EBOM。

圖2 工藝過程業(yè)務(wù)流程

2.2 工藝總方案設(shè)計

工藝部門接收EBOM后，結(jié)合工裝部門，零部件制造車間，根據(jù)車間生產(chǎn)技術(shù)條件及物資儲備情況制定產(chǎn)品的工藝設(shè)計總方案。該方案包含工裝選擇方案設(shè)計，工藝分工方案設(shè)計，裝配協(xié)調(diào)方案設(shè)計，零件制造方案設(shè)計等。工藝總方案經(jīng)過評審?fù)ㄟ^后發(fā)布。

2.3 詳細工藝設(shè)計

工藝人員根據(jù)產(chǎn)品工藝分工計劃進行任務(wù)分工，機加部門根據(jù)零部件的交接狀態(tài)制定零部件的加工工藝規(guī)程；裝配部門將本部門承擔的任務(wù)進一步分解為更小的裝配單元，指定專人負責編制裝配工藝規(guī)程。工藝設(shè)計中添加詳細的工序信息、材料定額、工時定額信息以及工裝、加工設(shè)備等信息。

2.4 工裝設(shè)計與制造

根據(jù)工藝總方案設(shè)計中的工裝設(shè)計信息以及工藝規(guī)程中工裝技術(shù)條件制定工裝詳細的設(shè)計方案，根據(jù)工裝設(shè)計方案開展工裝結(jié)構(gòu)建模及結(jié)構(gòu)分析。工裝設(shè)計完成后發(fā)布設(shè)計圖樣并下發(fā)到工裝制造車間進行制造，經(jīng)檢驗、試用合格后轉(zhuǎn)交生產(chǎn)部門應(yīng)用。

2.5 工藝仿真

工藝仿真包含零件加工過程仿真以及產(chǎn)品裝配過程仿真。根據(jù)零件設(shè)計模型，應(yīng)用CAM系統(tǒng)進行零件加工過程仿真，包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真及校驗、刀位文件的后處理等；在三維數(shù)字化虛擬環(huán)境中，應(yīng)用設(shè)計產(chǎn)品的輕量化模型，加入工裝、夾具的模型進行裝配過程仿真，包括裝配路徑設(shè)計、裝配路徑仿真、裝配干涉檢查等。通過工藝仿真驗證工藝的正確性以及合理性，經(jīng)確認無誤后發(fā)布到生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)生產(chǎn)。

2.6 工藝的現(xiàn)場應(yīng)用

工藝規(guī)程發(fā)布到生產(chǎn)現(xiàn)場后，現(xiàn)場操作人員根據(jù)工藝的詳細內(nèi)容，結(jié)合數(shù)字化的虛擬環(huán)境進行零部件加工及分組件、組件、部件以及產(chǎn)品的裝配工作。當生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題時及時反饋給工藝人員及產(chǎn)品設(shè)計人員處理。

通過對工藝過程業(yè)務(wù)流程進行統(tǒng)一管理，構(gòu)建貫穿計劃、設(shè)計、工藝、制造和管理全過程的協(xié)同工作環(huán)境，對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品信息、工藝信息、資源信息進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，實現(xiàn)與生產(chǎn)相關(guān)的信息順暢流通，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)的共享，提高產(chǎn)品制造過程各個環(huán)節(jié)的信息反饋能力，達到生產(chǎn)過程中信息的一致性和規(guī)范化，從而解決工藝過程中的反復(fù)以及銜接不順暢等問題。

3 工藝過程管理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

采用三層軟件架構(gòu)設(shè)計的思想，整個系統(tǒng)劃分為用戶應(yīng)用（界面）層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層三部分。

用戶界面層為客戶端提供對應(yīng)用程序的訪問，即用戶和系統(tǒng)的接口界面，主要面向用戶對數(shù)據(jù)的錄入與查閱，并進行一些簡單的數(shù)據(jù)校驗工作。

業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)工藝過程中的各種業(yè)務(wù)規(guī)則，避免用戶直接操作數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)層存儲制造過程管理系統(tǒng)所有的信息，并為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的動態(tài)連接、存儲過程的調(diào)用以及進行數(shù)據(jù)的存取等操作[4]。

3.2 系統(tǒng)功能

根據(jù)工藝過程管理系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)劃分應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)層三部分。系統(tǒng)功能如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)及功能圖

1）應(yīng)用層為工藝過程管理綜合業(yè)務(wù)平臺，該平臺是用戶進行各種操作的媒介，用戶能夠方面快捷的進行各種業(yè)務(wù)的操作，比如數(shù)據(jù)的錄入，信息的瀏覽等。

2）業(yè)務(wù)邏輯層由基礎(chǔ)信息管理和工藝業(yè)務(wù)管理兩個模塊組成。基礎(chǔ)信息管理包括BOM數(shù)據(jù)管理、資源管理、知識管理功能；工藝業(yè)務(wù)管理包含工藝設(shè)計、流程審簽、工藝管理、工裝設(shè)計制造、工藝仿真、工藝現(xiàn)場應(yīng)用、計劃管理以及配套管理等功能。

3）通過集成接口設(shè)計使系統(tǒng)具有與CAPP、MES等系統(tǒng)集成的能力。系統(tǒng)產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)由PDM系統(tǒng)進行統(tǒng)一的組織和管理，并且能夠向CAPP、MES系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)。

4）數(shù)據(jù)層是存儲、管理系統(tǒng)需要的各種數(shù)據(jù)，包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、BOM數(shù)據(jù)以及資源數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理是各個模塊與數(shù)據(jù)層交互的媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢索以及安全管理等功能。

4 結(jié)束語

通過對航空產(chǎn)品制造過程的深入研究，并結(jié)合目前企業(yè)信息管理現(xiàn)狀，針對產(chǎn)品不同階段BOM轉(zhuǎn)化、衍生關(guān)系的分析，建立以BOM信息為基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)流程為主線，支持工藝過程全面管理的工藝過程管理平臺。有效解決工藝管理過程中數(shù)據(jù)管理斷層，業(yè)務(wù)流程管理模糊的問題，滿足在競爭日益激烈的環(huán)境下，航空產(chǎn)品的生產(chǎn)模式從傳統(tǒng)的“少品種、批量生產(chǎn)”革新為“多品種、多系列生產(chǎn)”的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高資源的利用效率。

[1] 袁永建,許建新.基于BOM的飛機制造工藝業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)研究[J].機械制造,2010,4:63-66.

[2] 劉曉冰,黃學(xué)文,馬躍,等.面向產(chǎn)品全生命周期的xBOM研究[J].計算機集成制造系統(tǒng),2002,8(12):983-987.

[3] 譚茂春,等.BOM通用要求.HB 7802-2006.中國航空工業(yè)集團公司.

[4] 袁永建.基于BOM的飛機制造工藝過程管理系統(tǒng)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2010.