制造工艺信息系统开发实施技术研究

    0 引言

    随着制造业信息化的发展与应用，传统的CAPP 系统将逐步向涵盖产品生命周期与工艺活动相关的制造工艺信息系统( Manufacturing Process Planning Information System , MPIS) 的方向发展，MPIS 是以传统的CAPP 系统功能为基础， 建立可重构、可扩展、可维护的系统体系结构，并扩展了信息建模、工艺知识管理、工艺数据管理、工艺管理、工艺工作流程管理等功能，以实现产品工艺设计与管理的一体化和集成化。由于不同制造企业所处的行业、制造环境、产品类型特点以及生产管理模式的不同，其对象模型、工艺知识等不尽相同，并且随着企业工艺水平的提高和生产管理模式的改变，MPIS 在企业的应用中会根据应用需求的变化对相关的对象模型、工作流程进行变更。因此， MPIS 的开发实施是一个渐进、动态的过程，这需要建立面向行业的MPIS开发实施标准规范体系，才能真正实现MPIS的快速开发和广泛、深入应用。

    1 制造工艺信息系统开发实施分析

    MPIS 可为制造企业信息化提供重要的工艺基础数据，但由于工艺数据和工艺管理的复杂性，MPIS 的成功开发实施首先必须清楚地了解企业的需求，并在开发实施中准确实现，同时保证系统的开放性和可维护性。

    MPIS 的开发过程是一个知识密集型的过程， 它贯穿于MPIS的开发、测试、应用实施、维护、服务等全过程。在MPIS的实施与应用开发中，经常会产生以下问题:

    (1)企业对应用系统的需求认识片面，而不能从整体上理解需求规范，使得开发人员对需求分析的结果无法确认，最终导致需求的不明确。

    (2) 系统实施与应用开发流程不规范， 开发人员对所开发系统的应用背景缺乏了解，即仓促进入系统的实现阶段。

    (3) 系统开发人员与用户对所描述的概念理解不一致，对管理流程认识不统一。

    (4) 由于企业本身工作管理的不规范性， 使得开发人员在系统分析阶段面临大量繁杂的信息及流程，不能进行有效的分析与表达，导致开发过程的混乱。

    (5) 不同的企业、制造环境、产品类型、生产管理模式，系统的工艺模型及工艺知识体系不尽相同。

    (6) 随着企业工艺水平的提高和生产管理模式的改变，工艺模型、工艺知识等体系会发生变化。

    (7) 随着技术的发展及系统应用水平的提高，对系统会提出更高的要求，系统的应用需求会发生变化。

    基于对MPIS开发实施过程中问题的分析，并考虑到不同企业都有不同的工艺标准和应用管理模式，这些都体现在具体的工艺类型、工艺卡片的种类和格式、工艺流程以及工艺管理的模式当中。正是由于这些差异决定了MPIS要在企业成功的应用，必须经过实施与应用开发的过程，这个过程完成的质量将直接决定所建立MPIS的质量。因此，制造企业的工艺信息化工作并不是一个简单的软件应用，而要对企业的工艺技术状况进行客观和精确的分析，需要做许多基础性的工作，并要对MPIS的开发实施进行系统化的研究，通过建立MPIS开发实施的标准规范方法与质量保证体系，保证MPIS长期有效的应用。

    2 制造工艺信息系统应用开发与实施

    基于CAPP开发平台进行MPIS的开发实施已成为目前企业应用的主流，由于CAPP开发平台确立了MPIS的基本框架、基本工作流程和基本功能，并提供相应的应用和开发工具集，并能随着系统应用需求的变化而不断扩充完善，为MPIS的开发提供基础支撑平台。

    基于CAPP开发平台的MPIS应用开发与实施可较好解决长期以来CAPP应用需求与MPIS 开发之间的矛盾， 是CAPP 技术广泛、深入应用的基础。在MPIS开发实施过程中，由于捞及具体企业的工艺标准、工艺业务流程、工艺管理流程等，为了形成正确的MPIS分析结果并映射为CAPP开发平台相应的软件功能，必须通过系统开发人员与企业人员密切合作，用规范化的方法保证对企业需求的理解。

    基于CAPP开发平台的MPIS的开发中，应用企业应首先确立MPIS开发的目标(包括阶段性的和长远的)。其中，首先应面向企业自身工艺工作的瓶颈，解决工艺工作的现实困难，而不能完全照搬其它企业的应用方案。总的来说，企业实施MPIS的目标可分为以下几个层次:

    (1)工艺数据的信息化

    ①实现工艺系统工作的信息化，包括工艺设计、工艺分工、材料定额编制、工时定额制订等，克服于工及传统CAPP系统功能局限、不合理、效率低、数据不能共享等问题。

    ②改变企业工艺系统的信息技术应用水平低的现状，为整个企业技术信息系统提供准确、一致的工艺基础数据。

    (2) 工艺管理的信息化

    ①在工艺系统内建立透明、一致的工作过程控制与管理，改变传统的作业流程与作业方式，实现基于信息网络统一的数据和过程管理。

    ②从工艺管理工作的各个方面提高工艺工作的质量和效率，实现各项工艺管理工作的自动化和信息化。

    (3) 工艺的标准规范化与工艺知识重用

    ①通过系统的实施与应用，真正实现工艺工作的标准化、规范化等基础性的工艺工作。

    ②在MPIS的应用支持下，不断积累和扩充企业宝贵的工艺知识、经验和工艺数据。

    (4) 工艺工作的集成化

    ①在企业信息化中全面提高工艺信息、过程的集成水平，解决信息重复、处理效率低的问题。

    ②在信息、过程集成的基础上，为企业技术信息系统之间的并行工作奠定基础。

    3 制造工艺信息系统应用开发与实施标准规范

    到目前为止，我国与制造企业工艺信息化有关的软件还没有真正形成产业，这其中非常重要的一个原因是没有制造企业工艺信息化软件应用标准、规范的有效支持。目前，国际上对制造业应用系统的标准化已十分重视，已制定关于企业产品信息标准、过程信息标准、数据交换与格式标准、图形标准及零件库标准等。但是，由于CAPP应用的复杂性以及与具体生产环境紧密相关的特性，有关MPIS 的需求寇义、功能框架、制造资掘库构建、工艺流程定义及MPIS通用技术规范等开发与应用的标准化问题多年来得到的重视程度不足。随着传统CAPP 系统向制造工艺信息系统的发展， 应用程度的不断深入，制造工艺信息系统实施与应用开发中的标准规范问题日益突出。由于缺乏相关的标准规范支持，许多现有的CAPP系统开发已不能适应应用需要，应用系统处于基本的计算机化和信息化阶段，致使系统的使用性较差，应用效益不突出，在技术协作中工艺信息的交换与管理困难。

    MPIS 应用开发与实施标准规范面向的是系统的实施与应用开发过程。本文基于CAPPFramework(863/CIMS 支持开发的CAPP 开发平台) 上的MPIS开发与实施的实践，以航空制造企业为背景，提出并建立了MPIS开发实施标准规范体系，包括MPIS系统的基本功能定义及系统框架， MPIS系统的性能与运行需求，工艺信息描述，工艺规程的编制、发放和使用维护流程，基于知识的工艺快速设计与管理规范， MB OM数据定义与管理规范，制造资源库构建规范，工艺文件管理与工艺数据交换规范， MPIS 通用技术规范体系以及MPIS与PDMlERP的集成规范。基于该标准规范体系，面向具体的行业，可形成行业MPIS 开发实施标准规范体系。对于具体企业的MPIS开发，可基于行业MPIS开发实施标准、规范，结合具体企业的需求分析，形成企业的MPIS应用标准与规范，指导企业MPIS的实施与开发，快速建立满足企业工艺信息化、网络化需求的MPIS，并支持多层次、分阶段的应用。MPIS的开发实施标准规范体系分为应用规范、管理规范和基础规范，如图l所示。

    图1 制造工艺信息系统实施标准、规范体系

    (1) MPIS 基本功能定义及系统框架

    面向我国制造企业对MPIS的需求，建立MPIS系统的功能定义集合和标准，并逐步细化、完善，建立适合各类制造行业的系统体系框架，解决如1PIS系统的功能定义标准化及系统体系框架描述标准化问题。

    (2) MPIS 的需求分析、运行与性能需求描述

    基于MPIS基本功能定义及系统体系框架，对企业MPIS的需求形成标准化和规范化的分析与描述，包括工艺设计与管理以及工艺信息集成等需求，解决企业在MPIS系统开发中对需求定义的完整性和一致性差的问题。