面向制造执行的工艺过程模型与工艺设计技术

     随着信息技术的发展和制造业信息化工程实施的深入，企业对计算机辅助工艺过程设计(Computer-aided Process Planning ,CAPP)系统的全局优化能力及柔性应用要求越来越高,无论是手工编制工艺还是采用传统CAPP系统，在工艺设计阶段生成的是单一、刚性的工艺路线，由于未能有效地考虑车间设备瓶颈、材料短缺、其他任务占用及设备故障等随机动态情况，将造成加工等待，甚至无法加工，使工艺路线不得不重新修改或使某些资源重复选用，而另外一些资源却很少利用，因此，缺乏柔性的工艺难以支持生产调度系统做出全局优化的加工进度安排和作业调度。
    
     为解决上述问题，企业函需建立适合制造企业实际情况的集成化CAPP系统，要求CAPP不仅要实现产品零部件工艺过程的设计，同时要实现柔性的工艺表达、相关零件和工艺信息的查询、统计和修改，以保证数据的一致性和更改的灵活性，满足工艺信息管理的集成性要求。集成化的CAPP系统不仅可把工艺设计人员及工艺管理人员从大量的重复劳动中解放出来，还可通过与其它单元技术如企业资源计划系统(Enterprise Resource  Planning,ERP)和制造执行系统(Manufacturing Execution Systems, MES)等实现信息集成，避免零部件及其工艺信息多次在工艺及制造执行系统中输人而可能产生的信息错误，从而实现工艺与设计，工艺与制造的全面集成。
         
     本文提出了一种面向制造执行的工艺过程模型，以该模型为核心，建立了集工艺设计与工艺管理为一体的面向产品及管理的制造工艺信息集成系统，系统综合检索、变异和实例推理等混合决策技术，覆盖企业中典型零部件的工艺设计，实现了工艺设计与工艺管理的计算机化和信息化，同时实现产品工艺信息与MES系统的全面集成。
    
     1 工艺过程模型的建立及表达方法
    
     针对企业信息化发展的实际需求，本文以过程集成为中心提出面向制造执行的工艺过程模型，本模型通过多工艺路线的可视化表达与统一工艺过程信息来解决MES车间柔性调度及CAPP与MES工艺过程信息表达不一致等集成问题。面向制造执行的工艺过程模型与CAPP}ERP和MES等系统间的关系如图1所示。
    

     1.1零件加工的多工艺路线
    
     在生产实际中，一个零件的加工常常可以通过多种工艺过程实现，即1个零件可以有多条加工工艺路线。多工艺路线的不同之处在于工序数量的不同、工序顺序的不同以及加工资源的可替换性等等。事实上，多工艺路线是零件加工的一个本质特征，但目前常用的CAPP系统很少考虑到多种可行工艺路线的生成，对于每一个加工零件只提供单一的加工工艺路线，产生工艺路线的方法未考虑设备故障、生产任务堵塞等动态因素，较好的情况是仅考虑了部分生产调度的静态因素，很大程度上限制了零件工艺表达的柔性，因此如何建立灵活关联的零件多工艺路线以满足加工车间生产调度的柔性是解决CAPP/MES全面集成的关键。本文提出了基于工艺过程模型的工艺设计方法，实现了在CAPP中多工艺路线自由设计的同时满足MES的车间柔性调度。
    
     1.2统一工艺过程信息
    
     许多制造工程和企业应用软件都要使用过程模型，包括生产调度、工艺规划、工作流、企业经营过程重组、仿真、过程建模和项目管理，其中的每一个应用都有其相应的表达过程模型的方法，在开发一种用于交换过程信息的标准时，遇到的主要困难是这些不同的应用过程赋予相同术语的意思各不相同。因此，如何解决过程信息集成是产品数据集成问题之后面临的又一难题，本文提出的统一工艺过程信息主要从以下3个方面出发。