0 引言
傳統的制造工藝是在設計完成之后依靠經驗、知識由工藝人員編制完成，不僅浪費時間，而且會造成設計人員與制造人員的溝通不暢，急需一種新的管理方式來進行數據及工藝的規劃及管理。
產品的數據管理以及工藝優化是伴隨著信息化制造而迅速發展起來的一個新的領域，計算機輔助工藝設計(computer aided process planning，CAPP)借助于計算機軟硬件技術和支撐環境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等功能來制定零件機械加工工藝過程。CAPP是將產品設計信息轉換為各種加工制造、管理信息的關鍵環節，是企業信息化建設中聯系設計和生產的紐帶，同時也為企業的管理部門提供相關的數據，是企業信息交換的中間環節。
1 CAPP存在的不足
由于計算機集成制造系統(computer integrated manufacturing system，CIMS)的出現，計算機輔助工藝規劃上與計算機輔助設計(computer aided design，CAD)相接，下與計算機輔助制造(computer aided manufacturing，CAM)相連，是連接設計與制造之間的橋梁。設計信息只能通過工藝設計才能生成制造信息，設計只能通過工藝設計才能與制造實現功能和信息、的集成。
自從1965年Nieble首次提出了CAPP的思想，迄今30年以來，CAPP領域的研究得到了極大的發展，涌現出了很多CAPP原型系統和商業化系統。但是依然存在著一些不足和問題，而且更多的是管理思路和方式的問題：
②過分追求自動化，而忽略“輔助”的內涵等等。
以某汽車零配件公司的生產設計狀況為例，在工藝規劃和設計方面，仍是由制造工程部負責工藝分析評估、工藝規劃，制造技術管理與協調，使得整個生產制造準備過程中，工藝和裝備的設計占了近三分之二的時間，主要的制約因素有：
①所有的規劃過程都以傳統的手工整理方式進行；
②工藝人員獨立進行設計，處于孤立分散的狀態；
③相關工藝的查詢和傳輸，基本以紙樣和磁盤為介質；
④工藝和設計相互孤立，不能并行設計，浪費開發時間。
為了改變現狀，公司實施PDM/PLM項目，基于Teamcenter Engineering中Manufacturing的這一模塊來構建工藝規劃系統。通過二次開發和配置，很大程度上解決了CAPP當前出現的一些問題，實現了無縫的產品開發制造流程，將為企業帶來巨大的經濟效益。
2 基于PDM/PLM工藝規劃系統的開發環境
根據某汽車零配件公司的現狀以及與上游的PDM系統的相容性，系統采用Teamcenter Engineering(TC)作為工藝規劃系統的開發環境。TC是UGS PLM software中一套成熟的系統，提供了一整套全方位的數字化生命周期管理解決方案，涵蓋了數據管理、權限管理、產品結構配置管理以及工作流管理等方面；并且提供了一種用于行業協同的文檔格式JT，這種格式具有高性能、輕便和柔性的特點，使得數據的存儲和保密變得簡單，并且可以消除不同部門、不同企業之間交換信息出現的障礙。
Manufacturing是TC中的一個模塊，包括3個方面的內容：工藝設計、工藝管理、系統集成(如圖1)，并且具有一個有柔性的制造數據模型，保留了所有的PDM系統的功能。
圖1 TCM功能
雖然TC的功能已經很強大，但從數據類型和功能性角度出發，仍有必要對工藝系統進行二次開發及配置。對于數據及權限的管理有兩種方式：
①使用有足夠權限的賬戶登錄，直接進行設置；
②使用TC自帶的BMIDE開發包進行配置。但是對于一些數據類型、流程節點及報表輸出功能的開發，簡單的配置達不到企業的要求。
TC采用的是胖客戶端一服務器(client-server，CS)兩層架構。胖客戶端包含用戶在PC上運行的應用程序，用戶可以查看并操作數據、處理業務規范，同時提供豐富的用戶界面做出響應；服務器端負責管理對數據的訪問并負責業務規則：簡而言之，即胖客戶端負責邏輯運算，而服務器端負責數據信息的存儲。客戶端用JAVA語音開發，同樣它的二次開發也是用JAVA語音；服務器端的二次開發利用ITK及C語音。因為TC版本的升級可能導致所開發程序需要改寫并重新編譯，所以二次開發的原則是盡可能利用TC已有的功能，減少二次開發量�；谝陨峡紤]，二次開發的重心放在客戶端，盡量利用服務器端已有的功能。
3 工藝系統架構
項目中，工藝規劃系統分為專機和工藝兩大部分。專機是由夾具和專用設備組裝而成的，用于加工車燈的設備，是工藝的載體；工藝部分是包括工藝的審批、驗證、更改以及節點的管理等方面，是系統的核心部分，伴隨著EBOM-PBOM-MBOM之間的互相轉換以及知識在不同階段的重用，構成了整個PDM/PLM系統(如圖2)。
圖2 系統總體架構圖
3.1 專機
在TC的組織下，專機下掛有夾具、設備、PLC程序等，夾具部件下掛有對應的三維模型、二維圖紙和外購件清單(如圖3)。
圖3 產品數據組織模式
將專機常用的資源分為標準件庫、外構件庫、標準設備庫、標準模塊庫四類，而在分類管理模塊，TC將數據分為結構和數據兩類(如圖4)。
圖4 分類結構樹
①結構是層次化的業務對象，如外購件包括氣動元件、電動元件。由管理者搭建。
②數據是放入到系統的數模及其屬性的管理，有工程師操作錄入。
通過一定的流程，將專機信息發布，供工藝規劃階段使用。
3.2 工藝
將設計轉化為產品的最重要的一個步驟就是工藝設計，一個完整的工藝計劃需要考慮到專輯信息、工位信息、每一工序時間的估計等等。TC中對工藝的規劃管理，主要是在協同關聯、MSE(manufacturing structure editor)中完成。結構化工藝設計借助TCM(TC manufacturing)中的3PR(product-process-plant-resource)模型，不僅僅包括了產品BOM，同時包括了工藝BOM及工廠BOM(如圖5)，很好地實現了在資源有限的情況下分車間加工工藝，即在工藝系統中，相關信息會被自動處理，產品結構的變化會及時反映到匯總表中。
圖5 3PR模型
4 工藝規劃
工藝規程分為零件工藝和裝配工藝，根據企業的實際情況，將工藝設計過程分為三大階段：過程策劃、試生產、批產。在策劃階段，首先由研發部創建EBOM；其次由工藝科在協同關聯模塊關聯EBOM與MBOM，并進行對比檢查，且在MSE模塊中，創建工序、工藝、工步，并與產品及工廠信息關聯；最后通過流程審批，分派，進入試生產階段，經過工藝節點的審批進入最后的批產階段。
本系統創造性地采用了綜合式的工藝管理方式，結合了CAPP對工藝規劃的基本方式檢索式、派生式和創成式，將更有助于開發出智能的CAPP系統，并將焦點集中于“輔助”而不是“完全替代”：
①檢索式是針對標準工藝的，將設計好的零件標準工藝進行編號、命名，存儲在系統中，方便調用。
②派生式即利用“零件有相似性，相似的零件有相似的工藝過程”這一原理，通過檢索相似典型的工藝過程，加以編輯而派生一個新零件的工藝過程。系統中通過零件工藝base模板來進行工藝的規劃，但會受制于零件的相似度(如圖6)。
③創成式即根據輸入的零件信息，依靠系統中的工程數據和決策方法自動生成零件的工藝過程。TC中通過Item Revision來讀取零件的信息，通過邏輯推理、算法等，做出工藝決策而自動生成零件的工藝規程，不依賴于零件的相似度，但可靠性方面還有待加強(如圖7)。
圖6 派生式工藝設計流程圖
圖7 創成式工藝設計流程圖
綜上，在對相似度較大的零件工藝規劃時，采用派生式方式；而對一些大量的、特定的零件(例如，專機中的反射鏡組裝機)采用創成式工藝規劃，可以在保證準確度的情況下，大大減輕工藝人員的工作量。
5 結語
CAPP系統雖然已經存在幾十年了，但在數字化制造的領域卻是發展最遲的部分。雖然也推出了一些商業化的系統，但由于關鍵技術的不成熟，實用化程度普遍不高。筆者從實際情況出發，并不一味地強調“自動”而是將系統的實用性放在首位，將系統放置于“輔助”的地位，并且結合某汽車零配件公司的現狀，開發出了一套面向生命周期管理的、基于三維數模的、可重構的工藝規劃系統，大大節省了產品開發時間，消除了設計、制造的孤島，并對不同層次的工藝規劃人員都有所幫助。伴隨著三維可視化建模的普及，三維可視化仿真及工藝的規劃也將漸漸成為未來CAPP系統的改進方向。
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