工藝設計信息全面數字化與標準化

1、工藝設計信息全面數字化與標準化 作者：陳宗舜1.工藝信息數字化的內涵 兩化融合對設計信息全面數字化要求,一是要求工藝設計信息的優(yōu)化,二是要求工藝設計信息必須為企業(yè)信息集成與建立數字化企業(yè)提供基礎。本文主要就工藝設計信息必須為企業(yè)信息集成與建立數字化企業(yè)提供基礎提出以下意見，供參考。在企業(yè)信息化調查中，了解到雖然目前企業(yè)使用CAPP進行工藝設計，有的還使用類似部門級PDM進 行工藝文件、流程管理，由于沒有考慮企業(yè)系統(tǒng)集成，CAPP輸出工藝規(guī)程、文檔的標準化與規(guī)范化程度很差，CAPP輸出沒有達到全面數字化要求，達不到企 業(yè)系統(tǒng)集成的要求，如果要實現(xiàn)系統(tǒng)集成，原來存入計算機工藝規(guī)程、文檔必須返工，造

2、成極大時間、人力的浪費，成了企業(yè)信息集成與數字化的又一攔路虎，為此 必須引起各企業(yè)的重視。為了使各企業(yè)完整了解工藝信息數字化的內涵及其在企業(yè)信息化中重要性，提出以下幾點。 2工藝信息數字化的由來 工藝信息數字化來源于CAPP技術的應用,CAPP技術應用于產品設計目前已是眾所周知，CAPP系統(tǒng)輸出人們看到的是計算機屏幕上的工藝規(guī)程及 技術文件和用繪圖儀、打印機輸出常規(guī)的工藝規(guī)程、文件，其實這些屏幕上的工藝、圖形、技術文件和輸出常規(guī)的工藝規(guī)程、圖紙、文件，存在計算機內部都是各種 格式的數據，所以應用CAPP技術進行工藝規(guī)程設計，其設計過程和輸出工藝規(guī)程、圖形及技術文件以近入數字化范疇。 3工藝設計

3、信息數字化的發(fā)展 常規(guī)的CAPP技術已進入工藝信息數字化的范疇，對傳統(tǒng)的產品設計要求或單獨(非集成)CAPP系統(tǒng),常規(guī)的CAPP技術已經能滿足要求。由于市場經濟的發(fā)展，企業(yè)競爭因素的變化，企業(yè)各方面都需要應用信息技術，因此出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM等一系列CAX技術與MRP/MRP-II/ERP等 一系列管理信息化技術。由于傳統(tǒng)企業(yè)的產品開發(fā)、生產經營管理是按企業(yè)內部的分工由各部門分工進行的，互相之間以圖紙、工藝、技術文件、計劃、統(tǒng)計、報 表、單據及各種通知、會議為手段組織企業(yè)生產經營。在開展“甩圖紙”、“甩賬本”示范工程后，由于CAD/CAPP/ERP都為孤島，這種初級信息化解決 不了傳

4、統(tǒng)企業(yè)的產品開發(fā)、生產經營管理數據信息的共享，系統(tǒng)不能集成運行,發(fā)揮不了企業(yè)信息化最佳效果。根據世界經濟發(fā)展的經驗，應用信息技術改造與提高 傳統(tǒng)企業(yè)是企業(yè)現(xiàn)代化的必由之路，為此制造企業(yè)要充分發(fā)揮信息技術的作用必須走系統(tǒng)集成的道路。按照系統(tǒng)集成的要求，常規(guī)的CAPP技術不能滿足要求，因 為常規(guī)CAPP的工藝規(guī)程、圖紙、文件，存在計算機內部都是各種格式的數據，不需要輸入到其它計算機系統(tǒng)中，其它系統(tǒng)也不會讀取這些數據，這對單獨(非集 成)CAPP系統(tǒng)已滿足要求。但是在系統(tǒng)集成的要求下，CAPP系統(tǒng)的輸出不能再是單一的紙質表格文件，還需要數字化的加工數據包括：加工順序、加工機 床、加工工裝、加工內容以

5、及材料數據、裝配關系數據等等。因此單獨(非集成)CAPP系統(tǒng),雖然已經將工藝規(guī)程、圖樣及一些文件部分信息數字化了，但是由 于：一是所采用數字化格式混亂，二是表示方法以紙質工藝規(guī)程、圖形數據為主，目前計算機還沒有認識圖形的功能，三是企業(yè)信息化系統(tǒng)已經研究了一些有效的描 述產品工藝數據的方式與方法，這些方式與方法只要對常規(guī)的CAPP系統(tǒng)進行改造，就可以實現(xiàn)CAPP系統(tǒng)所需數據和所產生的數據與其它系統(tǒng)所需數據互相共 享，因此要使常規(guī)的CAPP系統(tǒng)數字化滿足企業(yè)系統(tǒng)集成與數字化的要求，必須進行改造。 4集成條件下工藝設計信息數字化的要求 （1）CAPP系統(tǒng)內部工藝規(guī)程數據與文件、表格數據的集成。CAP

6、P系統(tǒng)以完成紙質工藝規(guī)程為主，但是為了完整描述產品工藝，還須提供工藝文 件、表格，如裝配圖上描述有關裝配所需零部件數據，描述產品或部件的所需外購件及標準件以及產品或部件的所需通用件、借用件等等，還有每一零件的材料定 額、每道工序的工時定額、零件工藝規(guī)程中各工序所需工裝等都需按產品匯總，這些數據都有著互相關系，必須形成CAPP系統(tǒng)內部數據的共享。為此必須改進目 前獨立運行CAPP、材料定額、工時定額、工裝管理等軟件，并應用數據庫技術，建立描述產品數據的數據庫，為此必須實現(xiàn)工藝設計信息數字化，解決以上獨立 運行的數據與產品數據庫的互聯(lián)關系，實現(xiàn)數據共享。 （2）CAPP與CAM集成。CAPP與CA

7、M集成的目的是在應用數控機床、加工中心等自動化設備時使數控編程（NCP）軟件能讀取CAPP數據，自動編制數控程序，實施制造數字化。 （3）CAD與CAPP集成。CAD與CAPP集成的目的是在設計編制工藝文件時能利用、讀取CAD已形成的圖形文件與數據，完成工藝設計與文件 編制。由于工藝設計與文件種類較多，包括:CAD輸出的零件圖及數字化的零件基本屬性數據(圖號、名稱、材質、熱處理、零件外形尺寸、零件凈重及技術要求 等),數字化的產品物料清單，零件分類編碼。而CAD系統(tǒng)需要CAPP輸出的工藝信息,進行DFM/DFA。 （4）CAPP與ERP的集成。ERP運行需要CAPP輸出數字化的工藝路線、工藝規(guī)

8、程、材料定額、工時定額、工裝等數據。CAPP系統(tǒng)需要ERP庫存、價格、成本等數據。 5工藝設計信息數字化的重要性 (1)工藝設計信息數字化是產品設計信息數字化與企業(yè)管理數字化（信息化）的橋梁 眾所周知,信息技術的應用形成數字化企業(yè),但其信息流程與人工作業(yè)一樣，在產品設計完成后，必須進行工藝設計，把產品信息轉換成工藝信息，才能進 入生產計劃與管理，所以運行CAD系統(tǒng)實現(xiàn)產品設計信息數字化后，必須運行CAPP使工藝設計信息數字化后，才能運行ERP進行生產管理，這說明了不論人 工作業(yè)還是計算機作業(yè)，其信息流是一致的，在人工作業(yè)時工藝設計是產品設計與生產管理的橋梁，在數字化企業(yè)中用CAPP也是CAD與

9、ERP的橋梁。 (2)從DFM/DFA的觀點理解工藝設計數字化的必要性 DFA/DFM是先進制造技術與信息技術的發(fā)展中提出產品設計理念、思想與要求，產品設計目的是為了滿足用戶需求，但用戶需求的是物化的產品，不 是圖紙，由圖紙變?yōu)槲锘漠a品必須進行工藝設計才能制造與裝配，所以產品設計與工藝設計必須面向制造與裝配，同理CAPP技術所輸出工藝設計數據也必須滿 足CAM/ERP技術進行數字化制造與管理需求。 (3)工藝設計信息數字化必須為企業(yè)級的產品數據管理PDM/PLM提供條件、打好基礎 前面已說明系統(tǒng)不能集成運行,發(fā)揮不了企業(yè)信息化最佳效果，產品數據管理PDM正從過去的圖檔資料管理的部門級管理向企

10、業(yè)級的產品數據管理發(fā)展， 是目前企業(yè)系統(tǒng)集成的理想平臺，但PDM/PLM只提供產品數據管理的工具與環(huán)境，產品工藝設計信息數據內容、文件格式、數據組織等等能否在運行CAPP 以后信息系統(tǒng)提取、應用，必須有CAPP系統(tǒng)解決，這就是說CAPP系統(tǒng)輸出產品工藝數據必須滿足如前面所述企業(yè)信息系統(tǒng)集成運行的要求，只有符合這一條 件PDM/PLM才能起到企業(yè)系統(tǒng)集成的平臺。所以PDM/PLM能否成為企業(yè)信息系統(tǒng)集成運行的平臺，必然決定于工藝設計信息數字化。 6怎樣才能使CAPP輸出的產品工藝設計信息數字化數據內容、文件格式、數據組織等等能符合企業(yè)信息系統(tǒng)集成運行的要求，即作好企業(yè)信息化、數字化產品工藝設計的

11、基礎工作 （1）工藝設計的數據的標準化與規(guī)范化，為實現(xiàn)CAPP輸出數字化打下基礎 工藝設計的數據標準化與規(guī)范化是CAPP輸出數字化的首要條件，CAPP輸出工藝設計的數據要為企業(yè)其它信息化系統(tǒng)讀取可即讀性，必須符合標準 化與規(guī)范化的要求。CAPP是CAD與ERP的橋梁, 在機械制造中這一點是常識，所以CAPP應嚴格遵守行業(yè)標準和有關CAD與ERP標準與規(guī)范，只有嚴格遵守這些標準規(guī)范，CAPP輸出數字化工藝設計內容 不但能使設計、生產、管理人員等都能讀懂，而且CAD/ERP統(tǒng)統(tǒng)能讀取。因此CAPP輸出工藝數據必須標準化與規(guī)范化。怎樣才能達工藝數據標準化與規(guī)范 化？首先是工藝設計文件格式、技術術語必

12、須嚴格遵守國家標準、行業(yè)標準，其次是工藝數據及編碼必須按統(tǒng)一的標準，填寫必須完整（在工藝、技術文件任何位置 填寫必須保證唯一性），第三是技術文件上出現(xiàn)標準件、外購件編號、書寫必須和產品設計統(tǒng)一、標準，為了保證唯一性，使用統(tǒng)一的編碼。工藝設計的數據的標準 化與規(guī)范化具體要求如下： 工藝路線信息的數字化。工藝路線是傳統(tǒng)組織生產的必需文件，也是ERP運行能力平衡、安排單位生產計劃、計算單位成本等不可缺少的數據，所以工藝路線信息必須數字化，在產品數據數字化模型中，工藝路線信息的數據是用工藝路線編碼形成的ITEM表中的一個字段見圖6。 工藝規(guī)程。工藝規(guī)程不但是工人操作的依據，而且與計算工時定額、計算工序

13、成本與材料定額有密切關系。在運行ERP時同樣也是安排車間、班組（單 元、機床）作業(yè)計劃的依據，也是數控編程NCP必須信息，所以工藝規(guī)程信息必須數字化。為此首先必須實現(xiàn)工藝規(guī)程內容的標準化，包括加工路線（工序順 序）；加工方法；機床類型、規(guī)格的選擇標準；裝夾方法及工藝裝備的選擇標準；加工方法與加工精度的選擇標準；加工余量選擇標準；刀具、 量具的選擇標準；切削用量的選擇標準。只有規(guī)范化、標準化工藝信息才能實現(xiàn)數字化。其次工藝規(guī)程信息的數字化必須實現(xiàn)代碼化，因為工藝規(guī)程的內容有的是文 字說明為了數據庫的管理必須用編碼表達，既使是用數字或英文字母表達的工藝規(guī)程信息，由于英文字母表達來源不一，這些信息必

14、需進行標準化，采用統(tǒng)一規(guī)范的 編碼才能達到數字化的要求，工藝規(guī)程信息是構成PROCESS表的主要部分見圖5。裝配工藝還需形成裝配BOM表（ABOM）。 材料定額。這是加工前下料的必須數據，也是ERP產品原材料需求計劃的基礎數據（構成MBOM的必須數據，所以材料定額各項目名稱必須數字化，定額數據必須標準化。是構成ITEM表中的一組數據見圖8。 工時定額。工時定額是按每道工序制訂的，是制訂各級生產計劃也是運行ERP的基礎數據，上指企業(yè)的年度計劃，細指車間、班組（單元、機床）作業(yè) 計劃，也是計算工序成本、質量成本的基本數據，所以工序工時定額各項目名稱必須數字化，定額數據必須標準化。是PROCESS表

15、中的一個字段見圖5。 工裝設計數據。工裝設計與產品設計類似，所以其數字化需求與產品設計數字化類同。 工藝信息代碼化與代碼的規(guī)范化、標準化。以上5個方面提到是工藝設計內容的規(guī)范化、標準化，為了適應企業(yè)信息化要求，使CAPP系統(tǒng)不但能適應 常規(guī)工藝工作的要求，也能起到為MRP/ERP提供計算機內部的優(yōu)化、規(guī)范、數字化的工藝設計信息，促進CAPP/MRP/ERP的集成, 所以工藝設計的規(guī)范化、標準化必須包括工藝信息代碼化與代碼的規(guī)范化、標準化。因為目前我們使用計算機還是數字計算機，處理的信息基本是數字或字符，只有 將信息代碼化，才方便計算機處理。另一方面，企業(yè)信息化后，信息系統(tǒng)在計算機網絡上運行，互

16、相傳遞的信息不能再是傳統(tǒng)的紙質文件，而是計算機內部規(guī)范化、 標準化的代碼及數據。 工藝信息代碼包括：工藝路線代碼、設備代碼、工裝代碼、工序代碼、工藝規(guī)程代碼、零件加工分類代碼、材料代碼等。 工藝文件格式及種類的規(guī)范化、標準化。企業(yè)信息化后，對原來傳統(tǒng)手工作業(yè)條件下工藝文件格式及種類必須做相應調整，修改。由于企業(yè)信息化實現(xiàn)了 數據共享，除了與生產工人直接見面工藝文件保留紙質文件外，其他部門不再要紙質各種匯總表、只要提供計算機內的信息與數據。關于各種必須保留紙質文件格式 也要方便計算機的處理。 所有工藝圖紙、表格中的備注欄的內容只能是供人閱讀內容，不能作為計算機處理的內容。 工藝設計圖紙、表格、文

17、檔簽署的統(tǒng)一。 設計圖紙、表格、文件已使用編碼，在工藝設計圖紙、表格、文檔使用時必須保持一致。 只要達到以上要求的工藝設計信息數字化，不但解決了CAD/CAPP相互（雙向）之間的數據共享、集成運行，而且CAPP與ERP的集成運行也就能實現(xiàn)。 （2）CAPP輸出數字化工藝設計的數據格式、數據結構的標準化與規(guī)范化 建立產品工藝設計數據的數字化標準表達方式的基礎，CAPP系統(tǒng)既是編制工人使用工藝文件工具也是建立產品工藝數據的數字化標準表達方式的工具，為此CAPP系統(tǒng)必須符合以上輸出數字化工藝設計的數據標準化與規(guī)范化要求; 建立產品工藝設計數據的數字化標準表達方式，為了使CAPP輸出設計的工藝數據能達

18、到企業(yè)信息化系統(tǒng)共享，必然要使用數據庫技術，因此工藝數據 必須符合數據庫管理系統(tǒng)的要求，首先是數據格式必須統(tǒng)一、規(guī)范，由其CAPP圖形數據格式必須與CAD采用圖形系統(tǒng)版本也必須統(tǒng)一。對于產品工藝數據結構 必須既能按照數據庫管理系統(tǒng)的要求并能滿足工藝數據的數字化模型結構。圖1是CAPP運行后從工藝規(guī)程中提取工藝數據建立PROCESS（工藝數據）表的 界面，也是運行工時定額計算后將工時定額記錄在PROCESS表的界面，圖2是從工藝路線編制中提取工路線數據建立ITEM表中工藝路線數據字段的界面。 圖3是CAPP運行后從工藝規(guī)程中提取工裝數據建立工裝BOM表的界面，圖4是材料定額計算后在ITEM表中材料定額數據的界面。這些數字化標準表達方式 能和ERP系統(tǒng)共享。圖2 CAPP及工時定額計算后提取工藝數據建立PROCESS表界面圖2 工藝路線編制建立ITEM表中工藝路線界面圖3 數據庫中建立工裝BOM表界面圖4 ITEM表中材料定額數據界面（3）制訂工藝設計信息全面數字化的標準與規(guī)范 從標準角度看：在手工作業(yè)有GB/T 10609.1-89(