□ 楊志剛 □ 蔡 權(quán) □ 孫 麗
大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 遼寧大連 116028
工藝行程(Routings)又稱工藝路線,是描述物料加工、零部件裝配的操作順序以及位置的技術(shù)文件。工藝行程宏觀地描述產(chǎn)品或物料的制造過程,是進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和管理的重要依據(jù)。工藝行程不詳細(xì)說明加工技術(shù)條件和操作要求,主要說明加工裝配過程中的工序順序和經(jīng)過的工作中心等計(jì)劃信息。因此,工藝行程是一種計(jì)劃管理文件而不是加工工藝文件,貫穿產(chǎn)品從準(zhǔn)備生產(chǎn)到完成生產(chǎn)的整個(gè)生命周期[1]??茖W(xué)的工藝行程管理,對(duì)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障企業(yè)生產(chǎn)資源的合理利用、提高生產(chǎn)管理水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率、促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化發(fā)揮著重要的作用。
在制造企業(yè)中,一般由工藝部門根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM(Engineering BOM,EBOM)[2]進(jìn)行工藝行程設(shè)計(jì),并分發(fā)到生產(chǎn)計(jì)劃部門和產(chǎn)品制造涉及的工作中心。設(shè)計(jì)過程包括設(shè)計(jì)、校對(duì)、審批,當(dāng)生產(chǎn)資源發(fā)生變化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí),需要對(duì)工藝行程進(jìn)行變更。因此,應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工藝行程的設(shè)計(jì)與管理包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:其一,技術(shù)層面的輔助設(shè)計(jì);其二,管理層面的設(shè)計(jì)過程管理、變更管理、文件分發(fā)與歸檔等文件管理。
同任何活動(dòng)的管理一樣,工藝行程的設(shè)計(jì)與管理需要?jiǎng)澐殖龉ぷ鲉卧?,以便于合理地分配資源,更好地管理和控制。工藝行程設(shè)計(jì)與管理工作單元可以有三種劃分方式:①將完整產(chǎn)品作為工作單元;②將產(chǎn)品的每個(gè)零件作為工作單元;③將部件或具有裝配關(guān)系的一組零件(即零件集)作為工作單元。顯然,針對(duì)包含成千上萬個(gè)零部件的大型復(fù)雜產(chǎn)品,第一、二種方式的劃分要么過粗,要么過細(xì),不僅制約工作效率,延長生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,而且不利于并行工程(Concurrent Engineering,CE)的開展,與企業(yè)實(shí)際的工作方式也不相符。事實(shí)上,第一、二種方式是第三種方式的特例,按第三種方式定義工作單元不僅具有普適性,而且可以根據(jù)實(shí)際需求靈活地組織工藝行程設(shè)計(jì)與管理活動(dòng)。鑒于此,本文提出行程單元概念,以此為基礎(chǔ),提出基于行程單元的計(jì)算機(jī)輔助工藝行程設(shè)計(jì)與管理方法。
定義 1:行程單元 (Routing Unit)。
行程單元定義為一個(gè)三元組 (U,C,A)。U為單元的屬性集,包括單元標(biāo)識(shí)、名稱、版本、定義者、創(chuàng)建日期、更新日期等,其中,版本屬性用于支持單元的變更管理。C為產(chǎn)品設(shè)計(jì)子BOM,是具有裝配關(guān)系的零部件集合,對(duì)圖1示例的產(chǎn)品BOM,可定義m部件的零件集合為三元組的C元,C表示 為 C={m,a,b,c,c1,c2,d,d1,d2}。 A 為活動(dòng)集,描述該單元所涉及的設(shè)計(jì)與管理活動(dòng)承擔(dān)者、活動(dòng)狀態(tài)與反饋信息,A={m,s,i},其中,m 為活動(dòng)承擔(dān)者,s為活動(dòng)狀態(tài)集{未送校、送校、退校、送審、退審、送批、退批},i表示反饋信息,描述活動(dòng)處于退回狀態(tài)時(shí)退回的反饋意見。
行程單元定義描述了行程設(shè)計(jì)或管理活動(dòng)單元的活動(dòng)內(nèi)容、活動(dòng)對(duì)象、活動(dòng)范圍、活動(dòng)資源配置和活動(dòng)狀態(tài)。
定義 2:行程單 (Routing Order)。
行程單是針對(duì)某行程單元設(shè)計(jì)的工藝行程文件,包含行程單元中每個(gè)零部件的工藝行程及文件簽署信息。行程單與行程單元對(duì)應(yīng),是行程單元行程設(shè)計(jì)與管理活動(dòng)流程的信息載體,它描述了行程設(shè)計(jì)或管理活動(dòng)的輸出。
根據(jù)前述的定義,行程單元與行程單的E-R(實(shí)體-關(guān)系)[3]模型如圖2中的虛線框內(nèi)所示。
▲圖1 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)示例
如圖3所示,基于行程單元的工藝行程設(shè)計(jì)與管理流程,以行程單元為工作單元進(jìn)行工藝行程的設(shè)計(jì)與管理。首先根據(jù)設(shè)計(jì)BOM選擇某個(gè)部件或零件集定義行程單元,指派給設(shè)計(jì)師進(jìn)行行程設(shè)計(jì),之后進(jìn)行校對(duì)、審核、審批?;顒?dòng)由行程單元定義、設(shè)計(jì)、校對(duì)、審核和審批角色執(zhí)行,每個(gè)角色可由不同數(shù)量的人員承擔(dān)。流程中退回過程采用逐級(jí)回退方式,即審批退回到審核,審核退回到校對(duì),校對(duì)退回到設(shè)計(jì)。
前述流程中,涉及到行程設(shè)計(jì)、校對(duì)、審核、審批活動(dòng),活動(dòng)任務(wù)由具有特定角色的某個(gè)人員執(zhí)行。由于同一角色往往有多個(gè)人員,在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助行程設(shè)計(jì)與管理活動(dòng)中,需要用一種分配方法分配給特定角色的操作用戶執(zhí)行。針對(duì)某一活動(dòng),可以采用指派或搶選法[4]。一般行程設(shè)計(jì)需要工藝人員專門的設(shè)計(jì)知識(shí)、能力與經(jīng)驗(yàn)。行程的校對(duì)是按照校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工藝師設(shè)計(jì)的工藝行程在格式、文字、標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)慣例以及內(nèi)容完整性等方面進(jìn)行查對(duì),主要是查對(duì)是否有遺漏、是否符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。審核、審批往往由資深的工藝師或部門領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)。根據(jù)指派與搶選法的特點(diǎn),行程設(shè)計(jì)任務(wù)的分派適合采用指派法,校對(duì)、審核、審批則采用搶選法比較適宜。因此,綜合應(yīng)用指派、搶選方法進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)分派,適宜于大多數(shù)企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和人員配置。方法思想是:行程單元定義者定義完成行程單元后,在設(shè)計(jì)師角色人員名單中選擇指派設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)師完成設(shè)計(jì)后的校對(duì)、審核、審批活動(dòng),不指派特定人員,由相應(yīng)角色的人員搶選任務(wù),完成活動(dòng)任務(wù)。
方法的實(shí)現(xiàn)基于圖2中的“活動(dòng)”信息實(shí)體,指派法的實(shí)現(xiàn)比較簡單,只要在設(shè)計(jì)師角色人員列表中選擇某個(gè)設(shè)計(jì)師,置設(shè)計(jì)者ID(編號(hào))即可。搶選法以“活動(dòng)”表作為任務(wù)池[4],由校對(duì)、審核、審批人員從任務(wù)池中搶選任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的操作。為避免搶選沖突,采用文獻(xiàn)[4]中提出的搶選規(guī)則進(jìn)行約束。對(duì)于退校、退審、退批形成的二次活動(dòng)任務(wù),采取誰做誰承擔(dān)的方式,即原始是誰執(zhí)行的任務(wù),退回到由誰再次完成。
▲圖2 行程單元與行程單信息模型
▲圖3 基于行程單元的工藝行程設(shè)計(jì)與管理流程
某大型機(jī)車生產(chǎn)制造企業(yè)主要制造大型內(nèi)燃機(jī)車和貨運(yùn)電力機(jī)車,工藝部負(fù)責(zé)工藝行程的設(shè)計(jì)與管理,過去設(shè)計(jì)完成的工藝行程為紙質(zhì)文件,設(shè)計(jì)完成后下發(fā)到各單位執(zhí)行,當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)生變更或生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃有變更需求時(shí),工藝部組織對(duì)原工藝行程進(jìn)行變更,以變更通知單發(fā)放到使用單位執(zhí)行變更。針對(duì)該企業(yè)工藝行程設(shè)計(jì)、管理與使用中的諸多問題[5],采用了面向企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)的網(wǎng)上設(shè)計(jì)、管理、發(fā)放工藝行程的解決方案,方案以行程單元為活動(dòng)管理單元,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Web計(jì)算機(jī)輔助工藝行程設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu),TOMCAT為中間件,使用Oracle數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù),以J2EE技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。
網(wǎng)上工藝行程設(shè)計(jì)與管理模式涉及兩類用戶,一類是工藝行程設(shè)計(jì)、管理用戶;一類是使用工藝行程的生產(chǎn)管理與制造部門用戶。設(shè)計(jì)管理類用戶負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、校對(duì)、審核、審批、發(fā)布工藝行程;工藝行程使用用戶通過網(wǎng)絡(luò)查詢下載發(fā)布的工藝行程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)將各類用戶分類為不同的角色,對(duì)每個(gè)角色賦予相應(yīng)的權(quán)限。系統(tǒng)設(shè)置組織管理模塊,實(shí)現(xiàn)按層次結(jié)構(gòu)維護(hù)企業(yè)的組織架構(gòu),通過用戶所屬的組織,管理工藝行程的發(fā)放。設(shè)置角色管理模塊,對(duì)角色及操作權(quán)限進(jìn)行維護(hù)管理,設(shè)置用戶管理模塊維護(hù)管理登錄用戶,對(duì)登錄用戶通過所屬角色、所屬組織鑒權(quán)賦予功能使用權(quán)限和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。
▲圖4 計(jì)算機(jī)輔助工藝行程設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
如圖3所示,行程單元定義的基礎(chǔ)是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM。根據(jù)前述行程單元的定義,行程單元的定義操作過程即是針對(duì)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM,選擇確定某個(gè)子BOM作為行程單元,以約定特定的一次行程設(shè)計(jì)或管理活動(dòng)的對(duì)象。因此,需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM進(jìn)行處理,映射成便于操作的對(duì)象。映射處理過程將CAD系統(tǒng)的裝配圖零件信息表構(gòu)建成XML文件,并基于XML文件獲得產(chǎn)品 BOM信息[6]。 為采用樹形結(jié)構(gòu)描述BOM項(xiàng)之間的裝配關(guān)系,設(shè)置是否葉節(jié)點(diǎn)屬性(見圖2,是葉節(jié)點(diǎn),值為1,否則為0)用以描述BOM項(xiàng)是否為BOM樹的葉節(jié)點(diǎn),設(shè)置父件BOM_ID屬性(見圖2,值為父節(jié)點(diǎn)的BOM_ID)用以描述BOM項(xiàng)所屬的父節(jié)點(diǎn)。根據(jù)這兩個(gè)字段,采用目錄樹構(gòu)建方法[7]生成 BOM結(jié)構(gòu)樹,如圖 5所示?;贐OM結(jié)構(gòu)樹,瀏覽選擇BOM項(xiàng),實(shí)現(xiàn)對(duì)BOM項(xiàng)數(shù)據(jù)的查詢、修改、刪除等維護(hù)操作。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹圖形化描述了產(chǎn)品的構(gòu)成和裝配關(guān)系。結(jié)構(gòu)樹中有兩類BOM項(xiàng),一類是含有子節(jié)點(diǎn)的部件,可含有多級(jí)子節(jié)點(diǎn)(子部件)和葉節(jié)點(diǎn)(零件);一類是葉節(jié)點(diǎn)(零件),葉節(jié)點(diǎn)依存于部件節(jié)點(diǎn)。因此,行程單元定義可采用選擇部件節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)步驟如下。
步驟1:選擇產(chǎn)品,列示所有部件節(jié)點(diǎn)(葉節(jié)點(diǎn)屬性值為0的BOM項(xiàng))。
步驟2:在列表中選擇某部件,列示該部件的所有子部件及零件。
步驟3:勾選其中的BOM項(xiàng)作為零件集。步驟4:初始化行程單元頭及明細(xì)信息。
▲圖5 BOM結(jié)構(gòu)樹
▲圖6 工藝行程設(shè)計(jì)頁面
步驟5:顯示設(shè)計(jì)師角色列表,分派設(shè)計(jì)任務(wù)。
步驟6:初始化“活動(dòng)”表(見圖2)信息。
應(yīng)用單位的需求,零件的工藝行程采用代號(hào)字符串描述法。工藝行程中的工作中心和加工工序用代號(hào)表示,代號(hào)之間用“-”連接,形成一個(gè)表示零件加工工序和對(duì)應(yīng)工作中心的字符串。例如,某零件需經(jīng)過下料(代號(hào):X)、熱處理(代號(hào):R)、機(jī)械加工(代號(hào):J),工作中心經(jīng)過下料車間(代號(hào):下)、熱處理車間(代號(hào):熱)、機(jī)械加工車間(代號(hào):機(jī))。代號(hào)字符串為“下X-熱R-機(jī) J”。
行程設(shè)計(jì)采用基于實(shí)例的生成方法。設(shè)實(shí)例庫,其實(shí)體模型如圖2所示,示例某企業(yè)的產(chǎn)品BOM中,零部件編碼作為零部件唯一標(biāo)識(shí),將其作為主鍵進(jìn)行零件工藝行程實(shí)例的檢索和記錄?;趯?shí)例的行程單元工藝行程生成步驟與方法如下。
(1)根據(jù)登錄人員的ID,檢索“活動(dòng)”表,列示所有行程單元。
(2)選擇行程單元,檢索列示行程單元所有零件信息。
(3)針對(duì)每一零件,以零部件編碼檢索實(shí)例庫,如實(shí)例存在,列示檢索的工藝行程,如實(shí)例不存在,工藝行程置為空。
(4)編輯修改單元每個(gè)零件的工藝行程,形成行程單。
(5)提交行程單進(jìn)行校對(duì)、審核、審批。
(6)審批通過,針對(duì)行程單元的每個(gè)零件,更新工藝行程實(shí)例。
工藝行程設(shè)計(jì)界面如圖6所示。
工藝行程的變更有兩類,一類是單元零件集不變,即產(chǎn)品設(shè)計(jì)EBOM不變,單純變更工藝行程。這種情況往往由生產(chǎn)過程中工序順序調(diào)整或工作中心變更需求導(dǎo)致。另一類變更是單元零件集變更,即產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更,有3種:①裁減去掉一個(gè)或多個(gè)零部件;②新增一個(gè)或多個(gè)零部件;③一個(gè)或多個(gè)零部件屬性(如材料、規(guī)格、數(shù)量等)變化。變更通過引入行程單元版本及行程單版本實(shí)現(xiàn)。
單純變更工藝行程的實(shí)現(xiàn)步驟與方法如下。
(1)選擇待變更的行程單元對(duì)應(yīng)的行程單。
(2)初始化“活動(dòng)”表,行程單版本加1,初始化行程單信息,設(shè)計(jì)任務(wù)分配給上個(gè)版本的設(shè)計(jì)人員。
(3)設(shè)計(jì)人員登錄系統(tǒng),設(shè)計(jì)新版行程單,由于設(shè)計(jì)采用基于實(shí)例的方法,可檢索出上個(gè)版本的行程單進(jìn)行編輯修改,形成新的設(shè)計(jì)。
行程單元零件集變更的實(shí)現(xiàn)步驟與方法如下。
(1)根據(jù)EBOM變更,更新系統(tǒng)中的BOM結(jié)構(gòu)樹。
(2)選擇待變更的行程單元,更新單元零件集,置單元版本加1,初始化“活動(dòng)”表(對(duì)應(yīng)行程單版本缺省為0)、行程單頭、行程單明細(xì)和工藝行程設(shè)計(jì)師。
(3)設(shè)計(jì)人員登錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)新版行程單元的行程單。
本文針對(duì)制造企業(yè)的工藝行程設(shè)計(jì)與管理,提出了基于行程單元組織設(shè)計(jì)與管理活動(dòng)的思想,給出了行程單元與行程單的概念與模型,以此為基礎(chǔ),提出了基于行程單元的計(jì)算機(jī)輔助工藝行程設(shè)計(jì)與管理流程,給出了設(shè)計(jì)任務(wù)的指派與搶選綜合分派方法。結(jié)合某企業(yè)的需求,開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于行程單元的計(jì)算機(jī)輔助工藝行程設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng),介紹了實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)。所開發(fā)的系統(tǒng),基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的網(wǎng)上工藝行程設(shè)計(jì)與管理,取得了良好的應(yīng)用效果,實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了本文提出的理論和實(shí)現(xiàn)方法的可用性和可實(shí)施性。
[1] 王秀倫.現(xiàn)代工藝管理技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2004.
[2] 黃學(xué)文,范玉順.BOM多視圖和視圖之間映射模型的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(4):97-102.
[3] Jeffrey L Whitten,Lonnie D Bentley.Systems Analysis and Design Method[M].北京:高等教育出版社,2001.
[4] 楊志剛,李兵華,鄧貴仕.基于Web的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)分派與管理研究[J].機(jī)械制造,2004,42(12):59-61.
[5] 郭凱江.基于BOM的工藝行程管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].大連:大連交通大學(xué),2012.
[6] 田祿俊,王仲奇,張慧娜,等.基于XML的BOM多視圖映射方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2006,6(7):829-832.
[7] 張玉芳,胡向前,熊忠陽.在JSP中使用遞歸算法生成目錄樹[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2005(1):44-46.