CN105631581A - 一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，包括以下步骤：根据工艺对象确定工艺业务数据，建立工艺过程对象模型，进行结构化的工艺过程规划，设计相应的工艺过程；验证工艺过程对象与零组件的消耗关系、工艺过程对象与资源对象之间的指派分配关系和工艺零组件与资源对象的专用关系；在图形化环境中设计支持结构化工艺，建立图示化工具与已定义的业务数据之间双向交互关系；选择工艺过程节点，基于APQP对象生成过程流程图，创建PFMEA的工艺特性和控制计划。本发明面向企业生产技术准备全过程，保证数据的一致、有效和重用；同时为后续制造工艺的可视化、分析和优化提供数据基础和支持机制。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法。
背景技术
工艺技术及管理已从传统的生产技术准备为主，扩大到产品的全生命周期，并形成制造系统工程，集成了机械加工技术和管理技术，向着工艺管理与设计并行化、集成化的方向发展。传统的创成式CAPP系统片面追求工艺设计的自动化，难以在制造行业推广应用。而目前市场上的多数CAPP产品过分强调工艺规程卡片的编辑与管理，缺乏对工艺本身数据的分析，存在无法实现工艺积累，及避免工艺设计重复等问题，主要表现在：
1)忽视了对工艺规划及设计过程的管理，难以对研发变更进行有效的数据传递与过程跟踪；
2)抑制了工艺过程数据在产品研发生命周期中的枢纽作用，基于卡片的工艺数据封装模式，增加了工艺阶段向生产系统(ERP)数据集成的难度；
3)加剧了工艺系统的数据冗余，工艺卡片实例化而未经抽象的数据组织方式决定了这种模式下工艺数据将会随着企业应用时间的增加而不断的创造和复制大量的工艺卡片数据，无法实现工艺数据的有效积累和重用。
在结构化工艺设计与数据管理方面，通过对现有的文献及专利进行检索，发现北京卫星环境工程研究所发明一种面向航天器总装的三维结构化工艺设计系统。该发明基于工艺文件进行分册规划和工艺路线规划，构建了结构化的工艺文件结构树，实现工艺文件结构树与产品结构树的紧密关联，以典型工艺语句为模板提高工艺编制效率。这种结构化的工艺设计与数据组织方式，在一定程度上解决了工艺文件编辑和发放的不灵活问题，但还是受限于传统的工艺卡片文件限制，没有实现基于工艺规划设计对象的结构化，在工艺数据的创建和管理方面还是基于工艺文件进行了组合封装，没有从根本上解决工艺数据的管理冗余和上下游传递问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，本发明基于工艺业务数据对象的结构化工艺设计与数据管理模式，面向企业生产技术准备全过程，通过对制造工艺阶段主数据的抽象，实现产品、工艺、工厂和资源(P3R)四大数据的有机关联和结构化组织，保证数据的一致、有效和重用。同时为后续制造工艺的可视化、分析和优化提供数据基础和支持机制。在结构化工艺设计与管理模式中，将制造工艺过程中的物料、资源、工装设备、工艺过程等数据模型化、对象化，通过创建模型数据间的关系实现有效的关联，扩展了对各类主数据模型数据复杂性的管理，有效的减少了数据冗余，提高了数据的一致、有效和重用，解决了传统CAPP模式下工艺数据和设计数据割裂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，包括以下步骤：
(1)根据工艺对象确定工艺业务数据，建立工艺过程对象模型，并确定其与零组件对象、工厂位置对象和工艺资源对象的关联关系；
(2)基于底层的结构化工艺业务对象构建数据组织视图，根据工艺规划与设计业务过程选择不同的数据组织与展示视图，基于已定义的业务模型及其关联关系，进行结构化的工艺过程规划，设计相应的工艺过程。
(3)验证工艺过程对象与零组件的消耗关系、工艺过程对象与资源对象之间的指派分配关系和工艺零组件与资源对象的专用关系。
(4)在图形化环境中设计支持结构化工艺，建立图示化工具与已定义的业务数据之间双向交互关系；
(5)基于产品对象、工艺对象，设置定义结构化工艺设计过程中业务对象数据之间的配置关系；
(6)选择工艺过程节点，基于APQP对象生成过程流程图，基于工艺流程图与PFMEA的关联关系，创建PFMEA的工艺特性和控制计划。
所述步骤(1)的具体方法包括，基于工艺规划与设计业务分析，定义工艺业务过程典型对象，其中工艺过程对象，包括工艺过程、工序、作业、操作单元基本属性、层级、类型、系统属性和扩展属性，同时，通过实体关系数据模型，建立工艺过程对象与零组件对象的业务关联关系、工艺过程对象与工艺资源对象的业务关联关系、工艺过程对象与工厂位置对象的业务关联关系和零组件对象与工艺资源对象之间的业务关联关系，工艺业务数据对象模型及其关联关系是结构化工艺设计与数据管理的实现数据。所述步骤(2)中，根据不同专业工艺设计特征，基于结构化对象关系，在系统中内置以下两种数据组织视图，数据组织视图基于底层的结构化工艺业务对象构建：
(1)基于工艺过程结构的数据组织视图为结构化工艺设计的默认数据组织视图，以单个产品或总成或零组件的工艺过程结构为主线，数据视图中展示工艺过程对象的父子层级关系，工艺过程的消耗产出零组件或总成或产品，工艺过程对象所用工装设备信息和工艺过程对象加工位置；
(2)基于产品工艺BOM的数据组织视图为结构化工艺设计的可选数据组织视图，以产品BOM为主线组织结构化工艺数据，同时展示批量零组件的结构化工艺，零组件工艺所用的工装或设备的资源数据，工艺零组件的加工位置数据。
所述步骤(2)中，根据工艺规划与设计业务过程选择不同的数据组织与展示视图，基于已定义的业务模型及其关联关系，进行结构化的工艺过程规划以及工艺设计的具体方法包括：
(2-1)创建工艺过程结构，确定工艺过程对象的父子关系和前后顺序关系；
(2-2)创建工艺业务对象关系，支持用户创建工艺过程对象并维护工艺过程对象基本信息和工艺过程对象间前后顺序关系，通过调用工艺BOM选择工艺过程对象消耗零组件，通过调用资源库选择工艺过程所需资源，通过调用工厂结构选择工艺过程加工位置；
(2-3)编辑工艺过程对象信息，创建单个工艺过程对象的工艺信息，设置工艺过程基本参数，调用编辑工艺特殊符号，编辑工艺过程的附图信息；
(2-4)在工艺设计过程中通过已创建的数据之间的关联关系进行工艺设计过程必要数据的验证与分析。
所述步骤(2-4)中，具体步骤包括：
(i)校验工艺过程与工艺BOM之间的消耗关系，通过工艺过程对象与零组件的消耗关系，基于PBOM中数量以及路径信息进行校验分析，分析对应数据是否存在零组件的未完全分配，完全分配，部分分配以及过度分配情况；
(ii)工艺过程对象与资源对象之间，校验是否指派分配关系，校验资源指派是否符合已设置的过程对象类型或层级与工艺资源类型之间的关联关系，是否存在未指派情况；
(iii)工艺零组件与资源对象之间，通过零组件工装专用关系，进行校验分析。
所述步骤(4)中，在图示化的环境中进行工艺过程结构编辑，图示化环境中与默认工艺结构视图中数据实现双向交互，图示化环境中进行同一层级工艺过程对象的编辑，新建工艺过程对象，定义过程对象之间的顺序关系，定义过程对象与其他工艺业务数据对象之间的关联关系。
所述步骤(5)中，进行基于产品对象、设置产品与工艺的配置关系，具体方法包括：
(5-1)基于产品或总成或零组件对象，设置工艺过程对象之间的配置关系，基于同一制造目标创建多工艺过程；
(5-2)基于工艺对象，设置工艺过程对象之间的配置关系，创建工艺过程的组合；引用非当前工艺对象关联的产品或零组件工艺过程，创建配置工艺，形成新产品工艺过程；
(5-3)基于工艺对象，设置工艺与产品的配置关系：基于同一工艺过程对象，创建不同产品制造目标的配置关系；创建不同消耗件组合的配置关系；设置工艺过程与产品之间的配置关系。
本发明的有益效果为：
(1)本发明面向企业生产技术准备全过程，通过对制造工艺阶段主数据的抽象，实现产品、工艺、工厂和资源(P3R)四大数据的有机关联和结构化组织，保证数据的一致、有效和重用；同时为后续对制造工艺的可视化、分析和优化提出数据基础和支持机制；
(2)在结构化工艺设计与管理模式中，将制造工艺过程中的物料、资源、工装设备、工艺过程等数据模型化，对象化，通过创建模型数据间的关系实现有效的关联，扩展了对各类主数据模型数据复杂性的管理，有效的减少了数据冗余，提高了数据的一致、有效和重用，解决了传统CAPP模式下工艺数据和设计数据割裂的问题。
附图说明
图1为结构化工艺设计实现步骤的流程示意图；
图2为工艺配置设计实现步骤的流程示意图；
图3为APQP工具实现步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施样例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明具体包括以下步骤：
(1)基于对象定义工艺规划与设计过程中所需的工艺业务数据对象模型及其关联关系；
基于工艺规划与设计业务分析，定义工艺业务过程典型对象：工艺过程对象，包括工艺过程、工序、作业、操作单元基本属性、层级、类型、系统属性、扩展属性；工艺过程对象与零组件对象的业务关联关系；工艺过程对象与工艺资源对象的业务关联关系；工艺过程对象与工厂位置对象的业务关联关系；零组件对象与工艺资源对象之间的业务关联关系等。工艺业务数据对象模型及其关联关系是结构化工艺设计与数据管理的实现数据。
例如，产品A由零组件A1，A2，A3，A4装配形成，通过本方法设计产品A的装配工艺。需要在结构化工艺已有的对象和关联关系基础上，进一步定义装配工艺对象层级(工艺过程、工序、作业)以及装配工艺对象与资源对象的关联关系。
(2)实现基于工艺规划与设计业务过程的多视图数据组织与展示方式；
根据不同专业工艺设计特征，基于结构化对象关系，在系统中内置两种数据组织视图，数据组织视图基于底层的结构化工艺业务对象构建。
基于工艺过程结构的数据组织视图为结构化工艺设计的默认数据组织视图，以单个产品或总成或零组件的工艺过程结构为主线，数据视图中展示工艺过程对象的父子层级关系，工艺过程的消耗产出零组件或总成或产品，工艺过程对象所用工装设备信息；工艺过程对象加工位置等；
(3)基于产品工艺BOM的数据组织视图为结构化工艺设计的可选数据组织视图，以产品BOM为主线组织结构化工艺数据，同时展示批量零组件的结构化工艺，零组件工艺所用的工装或设备等资源数据，工艺零组件的加工位置数据；根据工艺规划与设计业务过程选择不同的数据组织与展示视图，基于已定义的业务模型及其关联关系，进行结构化的工艺过程规划以及工艺设计。
根据工艺业务特点选择的数据组织视图，如装配工艺，则选择基于工艺过程结构的数据组织视图，如为单个产品连续加工的工艺，则选择基于产品/工艺BOM的数据组织视图，进行结构化工艺数据的规划与设计，其步骤如下：
工艺过程结构快速创建，可支持通过标准化工艺过程模板，典型产品工艺过程，企业工厂布局结构等方式实现工艺过程结构树(包括过程对象间父子关系)的快速创建。
工艺业务对象关系创建，支持用户创建工艺过程对象基本数据，包括：维护工艺过程对象基本信息，工艺过程对象间前后顺序关系，通过调用工艺BOM选择工艺过程对象消耗零组件，通过调用资源库选择工艺过程所需资源，通过调用工厂结构选择工艺过程加工位置。
工艺过程对象信息编辑，创建单个工艺过程对象的工艺信息，可以设置工艺过程基本参数，调用编辑工艺特殊符号，编辑工艺过程的附图信息等。
在示例步骤(1)，根据装配工艺的特点，选择以工艺过程对象为主组织的工艺设计视图。并在该视图中创建产品A的装配工艺过程对象ProcessA，并创建ProcessA对象的下级子对象，装配工序1，装配工序2。根据已经定义的工艺过程对象树结构，结合产品A的BOM，将产品A中的零组件对象分别分配到装配工序1，装配工序2中；根据已定义的装配工艺对象与资源对象的关联关系，分别为装配工序1，装配工序2指派工序所使用的资源对象以及工序所在位置。
(4)在工艺设计过程中通过已创建的数据之间的关联关系进行工艺设计过程必要数据的验证与分析。
在工艺设计过程中基于已创建关联的工艺设计业务数据对象之间的关联关系，支持在工艺设计过程中进行校验分析，其实现如下：
工艺过程与工艺BOM之间，校验消耗关系，通过工艺过程对象与零组件的消耗关系，基于PBOM中数量以及路径等信息进行校验分析，分析对应数据是否存在零组件的未完全分配，完全分配，部分分配以及过度分配情况。
工艺过程对象与资源对象之间，校验是否指派分配关系，主要校验资源指派是否符合已设置的过程对象类型或层级与工艺资源类型之间的关联关系，是否存在未指派情况。
工艺零组件与资源对象之间，通过零组件工装专用关系，进行校验分析。
(5)根据示例步骤(3)编辑的结构化工艺数据，根据产品A的BOM关系，验证在工艺对象processA中的两个工序1，2中是否已经完全将产品A的组件分配完毕，是否存在遗漏或者过度分配的现象。验证在工艺对象processA中的两个工序1，2中是否正确指派了装配资源。基于流程图示化工具进行在图形化环境中支持结构化工艺设计，支持图示化工具与已定义的业务数据之间双向交互关系。
在图示化的环境中进行工艺过程结构编辑。图示化环境中与默认工艺结构视图中数据实现双向交互。图示化环境中可以进行同一层级工艺过程对象的编辑，新建工艺过程对象，定义过程对象之间的顺序关系，定义过程对象与其他工艺业务数据对象之间的关联关系。
根据示例步骤(3)中编辑结构化工艺数据时，可以调用图示化工艺编辑工具，利用类似Pert图的图示化形式编制产品A的装配工艺，定义装配工序对象，为其分配组件，指派资源，并设置工序间紧前紧后关系。
(6)如图2所示，设置定义结构化工艺设计过程中业务对象数据之间的配置关系，支持多配置的结构化工艺数据组织方式。
支持基于结构化组织的工艺过程数据进行工艺配置设置，主要包括基于产品对象，设置产品与工艺的配置关系：
基于产品或总成或零组件对象，设置工艺过程对象之间的配置关系：基于同一制造目标(产品)创建多工艺过程。
基于工艺对象，设置工艺过程对象之间的配置关系：创建工艺过程的组合；引用其他产品工艺过程，创建配置工艺，形成新产品工艺过程；
基于工艺对象，设置工艺与产品的配置关系：基于同一工艺过程对象，创建不同产品制造目标的配置关系；创建不同消耗件组合的配置关系；设置工艺过程与产品之间的配置关系。
基于工艺对象，设置工艺与资源/位置的配置关系：基于同一工艺过程对象，设置工艺过程对象与不同资源的配置关系；设置工艺过程对象与不同工作地位置的配置关系。
根据示例步骤(3)中编辑结构化工艺数据时，如果产品A的装配工艺中，装配工序2可以通过装配工具B进行装配，也可以通过装配工具C的方式进行装配，可以在装配工序2中根据设置配置变量，支持装配工具B和装配工具C两种配置关系。
(7)如图3所示，支持基于APQP对象：过程流程图，PFMEA、控制计划业务数据之间的结构化创建以及双向关联更改。
支持基于APQP对象化，实现过程流程图，PFMEA、控制计划业务数据之间的结构化创建以及双向关联更改。
根据已编辑完成的产品A的装配工艺，快速编辑产品A的APQP对象，根据装配工序1,2中的相关信息，抽取、创建过程流程图；根据过程流程图中的过程特性等特征，关联创建PFMEA对象，并基于已有的工艺知识库中相关潜在失效模式，实现产品APFMEA对象的自动创建；根据已创建完成的PFMEA对象中的失效模式等信息，获取创建相应的控制计划，最终完成APQP三大对象的辅助、快速编辑。
(8)结构化工艺数据编辑过程可通过内置浏览器实现全三维可视化浏览与编辑。
实现全三维可视化浏览与编辑，数据来源依据于产品工艺结构数据及其对应的可离散保存的零组件模型，功能实现依据：1)转换服务：将主流的格式的CAD转换成可支持内嵌三维浏览器浏览的格式SVL；2)OCX内嵌浏览器，基于结构化的工艺业务数据对象，将离散的零组件模型基于结构化组织的工艺业务对象模型实现对应展示；3)基于浏览器可支持三维工艺数据编辑，包括三维可视化技术图解，三维工艺仿真及动画编辑等。4)基于三维可视化格式SVL实现三维工艺数据的输出下发，三维工艺数据的输出下发也可以依据于结构化工艺数据。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)根据工艺对象确定工艺业务数据，建立工艺过程对象模型，并确定其与零组件对象、工厂位置对象和工艺资源对象的关联关系；
(2)基于底层的结构化工艺业务对象构建数据组织视图，根据工艺规划与设计业务过程选择不同的数据组织与展示视图，基于已定义的业务模型及其关联关系，进行结构化的工艺过程规划，设计相应的工艺过程。
(3)验证工艺过程对象与零组件的消耗关系、工艺过程对象与资源对象之间的指派分配关系和工艺零组件与资源对象的专用关系。
(4)在图形化环境中设计支持结构化工艺，建立图示化工具与已定义的业务数据之间双向交互关系；
(5)基于产品对象、工艺对象，设置定义结构化工艺设计过程中业务对象数据之间的配置关系；
(6)选择工艺过程节点，基于APQP对象生成过程流程图，基于工艺流程图与PFMEA的关联关系，创建PFMEA的工艺特性和控制计划。
2.如权利要求1所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(1)的具体方法包括，基于工艺规划与设计业务分析，定义工艺业务过程典型对象，其中工艺过程对象，包括工艺过程、工序、作业、操作单元基本属性、层级、类型、系统属性和扩展属性，同时，通过实体关系数据模型，建立工艺过程对象与零组件对象的业务关联关系、工艺过程对象与工艺资源对象的业务关联关系、工艺过程对象与工厂位置对象的业务关联关系和零组件对象与工艺资源对象之间的业务关联关系，工艺业务数据对象模型及其关联关系是结构化工艺设计与数据管理的实现数据。
3.如权利要求1所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据不同专业工艺设计特征，基于结构化对象关系，在系统中内置以下两种数据组织视图，数据组织视图基于底层的结构化工艺业务对象构建：
(a)基于工艺过程结构的数据组织视图为结构化工艺设计的默认数据组织视图，以单个产品或总成或零组件的工艺过程结构为主线，数据视图中展示工艺过程对象的父子层级关系，工艺过程的消耗产出零组件或总成或产品，工艺过程对象所用工装设备信息和工艺过程对象加工位置；
(b)基于产品工艺BOM的数据组织视图为结构化工艺设计的可选数据组织视图，以产品BOM为主线组织结构化工艺数据，同时展示批量零组件的结构化工艺，零组件工艺所用的工装或设备的资源数据，工艺零组件的加工位置数据。
4.如权利要求1所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据工艺规划与设计业务过程选择不同的数据组织与展示视图，基于已定义的业务模型及其关联关系，进行结构化的工艺过程规划以及工艺设计的具体方法包括：
(2-1)创建工艺过程结构，确定工艺过程对象的父子关系和前后顺序关系；
(2-2)创建工艺业务对象关系，支持用户创建工艺过程对象并维护工艺过程对象基本信息和工艺过程对象间前后顺序关系，通过调用工艺BOM选择工艺过程对象消耗零组件，通过调用资源库选择工艺过程所需资源，通过调用工厂结构选择工艺过程加工位置；
(2-3)编辑工艺过程对象信息，创建单个工艺过程对象的工艺信息，设置工艺过程基本参数，调用编辑工艺特殊符号，编辑工艺过程的附图信息；
(2-4)在工艺设计过程中通过已创建的数据之间的关联关系进行工艺设计过程必要数据的验证与分析。
5.如权利要求4所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(2-4)中，具体步骤包括：
(i)校验工艺过程与工艺BOM之间的消耗关系，通过工艺过程对象与零组件的消耗关系，基于PBOM中数量以及路径信息进行校验分析，分析对应数据是否存在零组件的未完全分配，完全分配，部分分配以及过度分配情况；
(ii)工艺过程对象与资源对象之间，校验是否指派分配关系，校验资源指派是否符合已设置的过程对象类型或层级与工艺资源类型之间的关联关系，是否存在未指派情况；
(iii)工艺零组件与资源对象之间，通过零组件工装专用关系，进行校验分析。
6.如权利要求1所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(4)中，在图示化的环境中进行工艺过程结构编辑，图示化环境中与默认工艺结构视图中数据实现双向交互，图示化环境中进行同一层级工艺过程对象的编辑，新建工艺过程对象，定义过程对象之间的顺序关系，定义过程对象与其他工艺业务数据对象之间的关联关系。
7.如权利要求1所述的一种用于离散制造业的结构化工艺设计方法，其特征是：所述步骤(5)中，进行基于产品对象、设置产品与工艺的配置关系，具体方法包括：
(5-1)基于产品或总成或零组件对象，设置工艺过程对象之间的配置关系，基于同一制造目标创建多工艺过程；
(5-2)基于工艺对象，设置工艺过程对象之间的配置关系，创建工艺过程的组合；引用非当前工艺对象关联的产品或零组件工艺过程，创建配置工艺，形成新产品工艺过程；
(5-3)基于工艺对象，设置工艺与产品的配置关系：基于同一工艺过程对象，创建不同产品制造目标的配置关系；创建不同消耗件组合的配置关系；设置工艺过程与产品之间的配置关系。
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2015
- 2015-12-18 CN CN201510961409.4A patent/CN105631581A/zh active Pending
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