工艺数据管理

1工艺数据管理
 
    工艺数据管理是指对工艺设计过程中所使用和产生的数据进行管理，既包括对工艺设计过程中所用到的工艺知识(包括工艺资源、工艺决策知识等)的管理，也包括对工艺设计结果主要是各种工艺卡片和工艺卡片上工艺数据的管理。目前，各种商业化的CAPP系统主要分为两种:一种是基于图形系统的工艺卡片填写工具，强调工艺设计的“所见即所得”，完全以文档为核心，忽视了工艺数据管理的重要性；另一种支持对工艺数据的管理，通过开发单独的数据库管理工艺数据，但工艺作为产品开发的中间阶段，单独开发的工艺数据库与企业其他应用平台产生信息管理冲突，导致数据冗余，一致性难以维护。
 
    20世纪90年代PDM/PLM技术的出现，为CAPP产生的工艺数据提供了良好的数据管理平台。PDM/PLM技术是管理与产品相关的数据和过程的技术，具有:1)产品数据管理功能一一也就是管理与产品相关的数据，包括产品零部件信息、产品结构配置、CAD设计文档、审批信息等；2)工作流程管理功能一一也就是对产品相关过程的定义和管理，包括设计文件的审批和分配等。由于工艺数据主要是在工艺设计过程中产生，利用PDM/PLM的流程管理功能可以实现对工艺设计过程的管理。因此，以PDM/PLM作为企业集成框架平台与CAPP系统集成，管理工艺设计过程中的工艺数据，是目前工艺数据管理的发展趋势。
 
    针对工艺数据管理中工艺数据与设计数据、生产数据等产品数据间的一致性和集成性问题，合肥工业大学刘明周等提出了面向产品的工艺数据管理模型，以产品设计数据为数据源建立了工艺BOM与其他BOM间的映射关系，保证了工艺数据与产品数据的一致性。这些研究改进了以往的工艺数据管理以零件或组件为主体展开描述、缺乏从整个产品的角度研究产品相关数据的集成和共享，有效实现了产品全生命周期中工艺数据的纽带作用及产品数据的一致性控制，但其通过单独开发的数据库管理工艺数据，与企业其他应用平台产生信息管理冲突，容易导致数据冗余，工艺数据集成、共享、使用均不方便。河北理工大学路春光，孟丽丽等针对动态环境下LAPP系统的高柔性、可重构性和易操作性等特点，采用基于工作流和集成化BOM树的方法来构建LAPP系统，改善了工艺设计与管理过程，提高了工艺文件编制的质量。在该研究中工艺数据仍然存在于工艺文件上、通过工艺文件与BOM树中节点的连接实现对工艺文件的管理，工艺数据没有提取到数据库中进行管理，不易为企业生产提供快速、准确的数据源。
 
    针对PDM系统与CAPP系统集成管理工艺数据的问题，武汉理工大学盛步云、冯站峰等研究了在PDM集成框架下LAPP从PDM数据库中获取CAD数据和信息编制工艺，并把工艺数据存储于PDM共享数据库中，供CAM等其他应用系统使用，实现了CAPP和PDM的数据交换和信息集成。在该研究中工艺数据仍然存在于工艺文件上、通过工艺文件挂接在产品结构树中对应的产品设计文档下、利用PDM系统的电子仓库管理工艺文件，工艺数据没有提取到数据库中进行管理，不易为生产过程提供准确、完整、高效、一致的工艺数据。
 
    从支持企业信息产品全生命周期管理的角度出发，研究并开发了基于PDM平台的集成化工艺管理信息系统InteCAPP,利用PDM的版本管理、产品结构管理、工程变更管理等功能，来管理设计、工艺、制造信息，并协调解决了设计、工艺和制造数据之间的一致性冲突问题。在该研究中虽然提到了通过相应的 API接口函数将工艺数据从工艺卡片上提取出来、以关系数据的形式存储在PDM数据库中，但并没有具体说明工艺数据的提取过程、及所用到的技术和方法。
 
    针对工艺知识管理问题，四川大学高伟、殷国富等提出了辅助型工艺知识库的概念，研究了用语义匹配、文本聚类、关联规则和序列模式等数据挖掘技术从企业工艺数据中自动获取工艺知识，辅助工艺人员进行工艺设计。采用这种方法从工艺数据中获取工艺知识前，由于工艺数据存在于工艺文件中，需要利用数据库技术将工艺文件上的工艺数据提取、过滤、处理、转换为统一的存储方式，降低了工艺知识获取效率。
 
    针对工艺变更管理问题，北京航空航天大学史晓健，乔立红等针对工艺变更管理中普遍存在的问题，结合军工制造企业研制生产的特点，研究了基于工作流理念建立工艺变更过程的建模方法和控制方法，提出了一种基于PDM进行工艺变更过程管理的方案。在该研究中工艺数据仍然存在于工艺文件上，工艺变更过程管理了工艺文件却没有管理工艺数据。
 
2.2存在的不足
    纵观CAPP系统、PDM/PLM技术与工艺数据管理的研究现状，当前的工艺数据管理或者通过开发单独的工艺数据库实现对工艺数据的管理，或者通过PDM系统对工艺设计过程生成的工艺数据进行管理，通过CAPP系统与作为企业信息系统集成平台的PDM系统的集成来同时实现工艺设计过程和工艺数据的管理，但仍存在一些不足，主要表现在下列方面:
 
    (1)单独开发的基于数据库的CAPP系统，虽然能起到管理工艺数据的作用，但工艺作为产品开发过程的中间阶段，单独开发的工艺数据库与上下游信息系统集成困难，导致数据冗余，一致性难以维护；
 
    (2)虽然可以通过PDM系统管理工艺设计过程中产生的数据，但目前主要还是通过PDM系统的文档管理功能管理工艺设计过程生成的工艺文件，并没有将工艺文件中的工艺数据提取到数据库中，没有实现对工艺数据的全面管理，工艺数据统计汇总、数据集成、共享、使用均不方便。
 
    PDM系统本身具有管理产品数据的功能，且其提供的文档管理、版本管理、流程管理、属性集管理等功能能够很好的实现对工艺文件、工艺数据和工艺设计过程等的管理，基于PDM的工艺数据管理系统不仅拓展了PDM系统本身的工作内容，而且以PDM作为企业信息管理平台，易于实现与其他信息系统的一致性管理和控制。
 
    因此，本文基于PDM系统实现对工艺数据的管理，并且，由于CAPP己广泛应用，在工艺设计完成时，将CAPP卡片中的工艺数据自动提取到数据库中，以PDM的数据管理功能管理工艺数据，以PDM提供的流程管理功能进行工艺设计过程和工艺变更的管理，实现对工艺数据动态性的控制，保证工艺设计过程与工艺数据管理的集成和统一，减少工艺人员的重复劳动，为生产部门提供准确、完整、高效、一致的工艺数据。
 
1.3研究的主要内容
    本文研究的主要内容有:
    1.在产品的工艺设计过程中，基于cAPP己广泛应用、并主要作为PDM系统的卡片式编辑工具辅助工艺人员进行工艺设计，探讨了如何在工艺设计完成时将CAPP工艺卡片中的工艺数据提取到数据库中。
 
    2.在分析了工艺数据管理的内容和方法之后，基于BOM的方式实现对工艺数据的管理，并分别从工艺属性管理、工艺路线管理、材料定额管理、工时定额管理、装配工艺管理、关键工序查询等六个方面讨论了工艺数据管理的内容、方法和实现过程。
 
    3.在对工艺数据动态性的控制进行分析的基础上，根据工艺设计过程和工艺变更过程的工作流特性，通过PDM系统的流程管理功能管理工艺设计过程和工艺变更过程，实现了工艺数据管理和工艺过程管理的集成和统一。
 
    4.结合工艺数据管理系统的特性，采用基于PDM系统的方式实现对工艺数据的管理。根据基于BOM的工艺数据管理模型建立的各工艺数据关系表，扩展PDM系统己有的功能模块，实现了对工艺设计过程和工艺数据的管理。
 
1.4研究的目的和意义
    构建基于BOM的集工艺数据管理、工艺设计过程、工艺变更管理为一体的交互式工艺设计和工艺管理系统，具有如下的目的和意义:
    (1)在工艺设计过程中，基于CAPP己广泛应用，在工艺设计完成时将工艺卡片上的工艺数据提取到工艺数据库中，有利于减轻工艺设计人员繁重、重复的劳动，降低工艺设计过程中的成本，缩短生产准备周期。
    (2)通过构建来自单一产品数据源的BOM组织工艺数据，可以保证产品设计数据和工艺数据的一致性，为生产经营活动提供一致的、组织良好的工艺数据，切实提高企业生产效率，降低生产成本。
 
    (3)基于PDM提供的强大的流程管理功能实现对工艺设计过程和工艺变更过程的管理，保证了工艺数据的完整性、准确性和有效性，有利于实现企业内部资源信息的合理分配、利用和管理。
 
    (4)运用PDM的产品数据管理功能管理工艺数据，将工艺数据存储在关系型数据库中，能够满足生产过程中不同部门对工艺数据的不同需求，为不同生产部门提供相应的工艺数据统计信息，有利于提高企业生产效率，和企业对市场变化的响应速度和竞争力。
 
2.工艺数据的提取
2.1
    基于cAPP己得到广泛应用、工艺数据存在于cAPP产生的各种卡片中，PDM系统主要管理了工艺卡片却没有管理工艺数据，要实现对工艺数据的管理，需要在当前工艺设计方法的基础上，将CAPP卡片上的工艺数据提取到数据库中，实现工艺数据的存储和管理。CAPP卡片上包含哪些数据，如何将所需要的工艺数据提取到数据库中，是需要解决的一个问题。
 
2.2工艺卡片上的工艺数据分类
    在制造企业中，工艺文件是组织生产、指导工人操作和进行质量管理的技术文件，是企业工艺工作的载体。工艺文件也叫工艺卡片，包括机加工工艺过程卡、装配工艺过程卡、热处理工艺过程卡、焊接工艺过程卡、冲压工艺过程卡、机加工工序卡、焊接作业指导书等类型。
 
    针对工艺数据在工艺文件上的描述问题，有学者己经对工艺文件上工艺数据的结构和组成进行了分析和研究。文献提出工艺数据的4段式结构描述法，工艺文件中的数据由类型、表头、正文和脚注等4段组成。类型段数据记录了工艺卡的类型，并存储工艺卡片模板的参数数据，但不显示在卡片上；表头段显示表头数据(包括零件、文件、材料等信息)；正文段采用多行来显示工艺设计数据；脚注段主要显示更改、人员与日期等脚注信息。文献提出将工艺文件上的单元格分为静态格、动态格、循环格和对象格4种类型。
 
    静态格显示公司标记等固定不变信息；动态格显示零件名称、零件图号等只有一行记录的信息；循环格显示工序内容等多行记录的信息；对象格显示图形或者其他复杂数据的信息。本文根据工艺文件类型不同及所具有的信息是否能显示多行，将工艺文件上的数据分为三部分:工艺类型，一维属性信息，二维属性信息。一维属性信息只能添加并显示一行，二维属性信息能够添加并显示多行。
 

    如图2.1所示，是工艺卡片的数据组成及工艺卡片与工艺文件类型、工艺文件模板、工艺数据库之间的关系。借鉴前面的4段式结构描述法，工艺卡片包含四部分的数据内容:类型，表头，内容，表尾。类型段数据记录了工艺卡片的类型，并存储工艺卡片模板的参数数据，但不作显示。表头段显示表头数据，包括:企业名称，卡片名称，产品信息，零件信息，文件编号，文件版本，材料信息，毛坯信息及其他数据等。内容段采用多行来显示工艺设计数据，包括:工艺编号，工艺名称，工艺内容，机床，辅具等信息。表尾段显示设计、更改、审批、人员与日期等信息。
 
    根据CAPP卡片上工艺数据能否填写并显示多行，将卡片上工艺数据分为一维属性信息和二维属性信息，一维属性信息包含表头段和表尾段数据，二维属性信息包含内容段数据。一维属性信息和二维属性信息都要提取到工艺数据库中，以实现工艺数据的存储和管理，方便工艺数据的统计汇总和使用。

   
 
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