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CAXA協同管理——工藝數據管理(CAPP)係統在汽車行業的應用

2004-07-25    作者:    來源:caxa

    目前,由於WTO產業保護期結束的日子臨近,國內汽車市場的國際化的進程加快,以及國外汽車巨頭紛紛登陸中國等因素影響,國內汽車生產企業麵臨著更為激烈市場競爭。急需通過信息化手段改善內部的經營管理水平,進一步降低成本和提高質量,並結合國內企業的實際情況,實現企業信息化以適應瞬息萬變的市場動態和競爭環境。
  計算機輔助工藝設計(Computer Aided Process Planning,CAPP)是聯係產品設計和產品生產的重要紐帶,在汽車製造企業中,工藝設計是重要的生產準備工作之一,因此工藝信息化也是企業信息化中的關鍵環節。CAPP不僅可以提高工藝規程設計效率和設計質量,縮短技術準備周期,而且可以保證工藝設計的一致性、規範化,有利於推進工藝的標準化。同時CAPP產生的加工方法和工藝資源等信息是企業進行生產控製、生產計劃、資源配置等工作的重要基礎數據。另一方麵,CAPP的應用可以解決工藝部門本身存在複雜的工藝工作協調和管理,並帶來工藝信息管理整體工作的高效率。因此建立一個適合本企業生產及管理環境的CAPP係統,不僅可以促使工藝工作上水平、上台階,而且可以提高企業的核心競爭力。

一、行業特點和CAPP需求
    陝汽車製造屬於典型的離散製造。主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝,成為產品,使其增值。采用多品種配置、中小批量生產、麵向訂單的生產組織方式。另外還具有以下幾個鮮明的特點:
  ● 產品結構複雜,零部件種類繁多,工藝路線和設備配置非常靈活,臨時插單現象多。
  ● 生產設備不是按產品而是通常按照工藝進行布置,與工藝設計聯係緊密。
  ● 產品的質量和生產率很大程度上依賴於工藝設計水平和工人的技術水平,自動化主要在單元級,如數控機床等。
  ● 通過加工或裝配過程實現產品增值,整個過程不同階段產生若幹獨立完整的部件、組件和產品,加工與裝配過程中工藝依靠工藝指令進行操作。
  ● 生產過程以離散製造為主,但同時具有一部分的流水線作業。
  麵對日趨激烈的競爭和顧客的需求多樣化,汽車製造趨向多品種、小批量生產,產品信息呈爆炸性的增長。如何快速滿足顧客需求,全麵管理產品信息,是企業信息化的首要任務。對於工藝信息化來講,快速的工藝設計以及全麵的產品工藝信息管理是對CAPP軟件的基本要求,同時智能化工藝設計以及全過程工藝信息管理是深入開展工藝信息化的重要保證。此外企業還強調CAPP係統的可重構性、可重用性和可擴充性,使工藝信息係統能快速適應多變的市場需求和應用環境。
1.1 工藝設計需求
  1)快速化:在工藝資源約束的條件下,通過對製造資源進行快速配置,快速規劃產品
製造過程和工藝設計流程。
  2)智能化:在工藝設計過程中通過人工的幹預和引導,綜合運用交互式、檢索修訂式和創成式等方法,實現工藝設計的局部智能化、自動化。
  3)多樣化:支持種類繁多、具有不同的表現形式、包含多種數據格式(如文字、圖形、圖像等)等工藝符號級文件的編輯。
  4)規範化:建立各種工藝數據的統一術語、符號、代號和格式,避免人為的錯誤,提高工藝設計質量與效率。
  5)合理化:能夠對工藝資源動態、合理的選用,動態的了解工藝資源的狀態,從而編製合理、優化的工藝規程。
1. 2 工藝管理需求
  1)全過程工藝信息管理:能夠對產品工藝進行全過程的管理,使得工藝信息在產品的全過程中發揮應有的作用,能夠對產品進行整體的優化。
  2)全方位工藝信息管理:綜合管理產品工藝相關信息,實現與產品設計、生產的全麵集成。
  3)快速的工藝信息建模:在對企業進行工藝分析的基礎上,兼顧管理、集成和擴展的需要,快速建立工藝信息模型,實現工藝信息係統的快速實施。
  4)靈活的產品配置管理:能夠快速、靈活的根據市場和用戶的需求對產品結構進行配置,從而形成品種豐富的產品係列。能夠實現EBOM、PBOM、MBOM的動態轉化。
  5)高效的工藝知識管理:實現對工藝知識的有效獲取、工藝知識的有效表示與有機組織的基礎上,提供工藝知識的錄入、檢索、共享、使用、一致性維護和安全性控製等管理功能,促進工藝知識的轉化與再利用。
  6)強大的角色/權限管理:實現基於角色劃分和權限分配的用戶管理,保證用戶的合理劃分和操作,實現工藝數據的安全訪問。
  7)自定義數據統計與查詢:通過麵向對象的方法以及統計匯總腳本的編寫可以快速、方便的進行自定義的統計匯總與查詢。
 
二、汽車製造行業工藝數據管理(CAPP)解決方案
CAXA協同管理業務合作夥伴—陝西金葉西工大的工藝數據管理係統是一個“以工藝知識庫/產品工藝數據庫為核心,集成工藝知識庫管理工具等應用支持工具以及專家係統等智能應用,並提供豐富的二次開發工具,能廣泛應用於各種類型的企業以及企業不同層次、企業的不同工藝部門,並在不同應用層次上實現全麵集成化”的專業化CAPP應用框架與開發平台。該工藝數據管理係統針對企業對CAPP的需求,由傳統的計算機輔助填卡片式CAPP產品向工藝規範化、標準化、集成化及工藝設計與信息管理一體化發展,在國內率先提出“以交互式設計為基礎的綜合智能化、以產品數據為核心、工藝設計與管理一體化”的CAPP方法論和應用解決方案。具有“麵向製造業的專業化工藝設計、基於PDM思想的工藝信息管理、與工程數據庫的動態集成共享、基於對象/規則的獨有智能決策、易於擴充的開放體係結構”等顯著特點,全麵支持企業製造工藝信息係統的構建。
  汽車製造行業目前大致可以分為兩種類型:零部件製造企業和整車製造企業。其中零部件製造企業進行汽車零部件的加工製造或者汽車總成件的簡單裝配,目的是為整車製造企業提供裝配單元。整車製造企業主要利用零部件供應商提供的零部件,並采用部分自製的零部件裝配形成最終麵向用戶的整車。
  通過對汽車製造行業的深入分析,結合工藝數據管理係統麵向對象的綜合智能化工藝設計與管理功能,以及專業化的設計與擴充,建立了麵向汽車製造行業的工藝數據管理(CAPP)基礎解決方案。同時針對整車製造、零配件製造企業的不同情況,利用工藝數據管理係統強大的擴展能力和二次開發功能,推出了工藝數據管理(CAPP)擴展解決方案。
2.1 汽車製造行業工藝數據管理(CAPP)基礎解決方案
  1)麵向整個產品、麵向整個工藝領域、麵向工藝生命周期
● 可以處理機加、裝配、鈑金、鍛造、鑄造、熱處理、檢驗等產品各種工藝類型
● 實現工藝分工、BOM管理、材料定額、工藝設計、工藝管理、文檔管理、流程控製、工時定額等各種管理
● 適合產品試製、單件、小批及定型生產工藝設計與管理,工藝優化、工藝更改及經驗積累
2)麵向集成共享的工藝信息數字化
● 圍繞產品結構信息,以結構化、模型化的產品工藝數據為核心
● 全麵與PDM、CAD/CAM、MIS、ERP、工程數據庫、工裝/刀具設計管理係統等進行信息及功能集成
● 促進工藝的規範化、標準化
3)快速專業化工藝設計
● 與CAD/PDM集成,快速建立產品結構樹
● 基於知識的快速檢索、設計,可視化、樹型結構組織的典型工藝
● 參數化工藝、典型工藝、典型工序、工步、常用術語、電子化工藝技術手冊
● 工藝信息檢查、判斷和計算,工藝資源信息的動態擴充
● 產品/零部件之間工藝借用,工藝更改、版本管理
● 材料定額與工藝設計緊密集成
4)基於PDM思想的工藝信息管理
● 基於產品結構的管理、工藝信息的設計與管理一體化
● 工藝信息的統計、匯總、報表
● 工藝工作流程管理與控製、工藝文檔的快速瀏覽和審批
● 用戶角色、權限管理
5)開放的體係結構
● 完善的體係框架、強大的二次開發工具
● 基於數據庫平台、計算機網絡、開放的接口技術(ODBC/DAO/ActiveX)

2.2 整車製造企業工藝數據部管理(CAPP)擴展解決方案
  整車裝配企業中,主要進行零部件的裝配工作,同時自製少量的衝壓或焊接件,整車製造企業中裝配、焊接、衝壓、塗裝為四種主要工藝類型,塗裝工藝與其它類型的工藝有較大的差別,主要體現在以下方麵:
● 工藝內容基本不變:塗裝工藝是生產線工藝,由於生產線較為固定,隻是在改造或者更改設備時作一些調整,所以相對應的工藝也基本不變,工藝內容相對固定,不同於其他工藝隨產品或者零件變化而變化。同時其操作規程更是依據生產線,作為基本不變的說明性文件而存在。
● 處理對象不區分車型和具體零件:塗裝生產線處理的塗裝件是依據生產路線來進行處理的,在處理過程中隻是根據塗裝件的不同特征分別交由不同的生產線處理,並不依據車型或者零件來劃分,這與其他工藝零件不同工藝也不同的特征也有區別。
● 工藝文件變化的主體不是工藝內容:塗裝工藝編製的過程中,工藝文件內容保持不變,隻是隨著生產批次和工藝路線塗裝零件一覽表發生變化,而塗裝零件一覽表並不是工藝文件的主要內容。
  因此針對整車裝配企業,添加塗裝工藝設計與管理包,形成整車裝配CAPP擴展解決方案。鑒於塗裝工藝具有以上的特殊性,我們認為必須采用虛擬件的方式來解決。簡單地說就是將實際產品中的塗裝件經過處理,組合成一個虛擬的工藝合件交由塗裝生產線處理並編製其工藝,同時這些轉化過的塗裝件也用以作為塗裝零件一覽表的數據來源。考慮到工藝人員要求既要能夠自動生成零件一覽表,又要能夠方便的瀏覽和管理虛擬的工藝合件,可以建立如下的虛擬產品結構:

2.3 零配件製造企業工藝數據管理(CAPP)擴展解決方案
  零部件供應商側重於製造,遵循QS9000質量體係。QS9000質量體係對CAPP有兩方麵的影響,一方麵是對工藝文件的管理模式的影響,一方麵是對工藝數據的集成應用的影響。這兩方麵對於CAPP的工作模式和架構都有比較重要的影響,並不僅僅是簡單的外來文檔管理。
  目前工藝數據管理係統麵向汽車零部件製造企業,提供了支持QS9000質量體係的功能和管理方式,從文件和數據兩個層次上支持QS9000體係對工藝係統的要求。同時,憑借先進的係統架構,工藝數據管理係統能夠快速的滿足用戶的後續需求,根據用戶增長的需求,隨時擴充和定製係統功能。
(1)文件管理
● 支持對PPAP文件包的管理
● 支持工藝流程圖的編製與工藝流程的管理
● 支持測量係統分析的編製與自動計算
● 支持控製計劃的編製以及控製項目的管理
(2)數據集成
● 支持直接提取工藝流程信息到作業指導書目錄中,作為工序編製的參考信息
● 支持工序編製時從作業指導書目錄中提取工序信息
● 支持從控製計劃中提取控製項目到工序作業指導書的檢驗項目

三、應用案例分析:中國第一汽車集團青島汽車廠CAPP應用案例
中國第一汽車集團青島汽車廠,是中國第一汽車集團公司全資子公司,國家大型企業。1995年開始大批量生產解放牌平頭柴油載貨汽車及其係列產品。至今已累計銷售六萬餘輛,產品已進入國際市場;1997年在國家技術監督局進行的全國中卡質量檢測中獲第二名,同年通過ISO9001國際質量體係認證。列入青島市重點發展的十大企業集團之一。
  2002年7月中國第一汽車集團青島汽車廠決定實施工藝數據管理係統。該係統的實施實現了中國第一汽車集團青島汽車廠工藝編製的全麵計算機化,並與WindChill PDM係統集成,實現了信息的共享與交換。
  通過係統實施,中國第一汽車集團青島汽車廠建立了豐富的機床設備庫、工藝裝備庫、生產資源庫、特殊字符庫、常用術語庫、典型實例庫,並可根據企業的實際需要,方便快捷的進行補充完善;強大的知識庫支持,實現了工藝的快速、半智能化編製;圖示化典型工藝的應用使工藝編製效率得到了極大提高,並嚴格保證了工藝數據的一致性和完整性。該係統實現了整個產品範圍內工藝信息數據的共享,具有強大的工藝信息統計匯總功能,數據的一致性得到完全保證。基於Windows的用戶界麵,簡潔、直觀,使工藝人員快速掌握了係統的功能,並能熟練操作,縮短了係統的使用磨合期。
  目前,工藝數據管理係統已經全麵應用於中國第一汽車集團青島汽車廠的工藝編製,覆蓋材料定額、工時定額等綜合工藝和機加工藝、裝配工藝、焊接工藝、衝壓工藝、熱處理工藝、高頻熱處理工藝、塗裝工藝、軟化件工藝等所有專業工藝,並實現了工裝、工具、產品BOM、材料定額、工時定額等各類統計報表的自動生成,不僅極大提高了工藝文件的編製效率,而且能夠最大限度的減少不必要的人為失誤,使工藝人員從繁重、重複性的工作中解脫出來,把精力投入到產品的創新中去。同時係統具有專家係統的自動推理功能,在知識庫的支持下實現了常用工藝設計的自動推理,此外係統提供動態交互知識獲取功能,使得工藝人員在編製工藝時可以隨時向知識庫庫中添加知識,從而實現知識庫的動態擴充,把工藝人員的寶貴經驗逐步積累下來。同時,工藝數據管理係統與WindChill PDM的集成實現了工藝數據的共享、工藝文檔管理數字化、工藝工作流程數字化,有望可以達到工藝管理無紙化。
  隨著係統的不斷開發和應用,在實際的生產過程中,它的價值得到了充分體現,產品工藝準備周期縮短到原來的一半,工藝質量大幅度提高,減少了工藝人員的工作量,隨著工藝知識庫的的不斷完善,使得工藝人員有更多的時間投入到新車型的研製和開發中,從而不斷推動企業的發展。工藝文檔和工作流程的數字化大大提高了工藝管理的效率。工藝數據管理係統的使用,大大縮短了車型的研製周期,提高了工藝質量,保證了工藝規範化,增強了中國第一汽車集團青島汽車廠的產品開發能力和市場競爭能力,產生了較大的經濟效益和社會效益。

四、結束語
    結合汽車製造行業的工藝信息化需求,通過工藝數據管理係統平台,建立支持汽車製造行業工藝係統業務管理、全過程全方位的工藝信息管理、簡化係統的部署與應用、滿足企業持續發展的工藝信息化平台。這不僅滿足汽車製造行業工藝信息化目前的迫切需求,也時有助於大力推進離散製造行業工藝信息化,增強企業的核心競爭力。

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