基于敏捷造船的工艺管理系统研究

    0引言
   
    随着造船业信息技术的发展，CAPP技术已经逐步在造船企业得到应用，如韩国的BAPPS系统和HYCAPP系统等。造船CAPP技术的应用极大提高了造船企业的生产率和造船质量，但是，造船CAPP技术从信息集成、过程集成和企业集成这个企业信息技术的发展趋势来看，现有的造船CAPP系统过于强调工艺设计的决策过程，对于造船过程中复杂的生产信息的管理重视不够，忽视了生产设计过程的合理化控制和协调，其结果是系统集成度不高，影响了造船CIMS的实施效果，不能够满足敏捷造船的工艺规划需求。
   
    基于以上分析，本文认为敏捷造船CAPP系统的研究与应用，必须从利于造船企业信息集成的角度出发，提供一种有效的工艺信息的管理手段，提供一个生产设计的良好支撑环境，以保证造船工艺数据的完整性、一致性，同时也让生产设计人员及其他相关技术人员能够迅速有效地应用和维护的工艺信息。
   
    1敏捷造船企业工艺信息管理需求分析
   
    敏捷造船企业的形成是以提高造船企业的快速反应能力，实现制造资源的快速重组为目的。因此，对工艺信息管理的需求主要体现在以下3个方面：
   
    (1)工艺信息管理提高工艺设计的重用度
   
    造船企业的生产特点是产品(船型)多，批量小，对企业的产品质量和敏捷性提出了比较高的要求。一种有效的产品工艺设计方法是能够有效地利用已经设计过的现成结果，从而降低设计费用和生产周期，但是船舶建造的生产特点决定了零部件数量非常大、种类非常多，工艺设计工作又是经验性非常强的工作，知识与经验要及时地保留和提炼比较困难，因此必须加以科学的组织，否则，产品的信息庞大而又无序，将阻碍信息重用的使用效果。
   
    (2)工艺信息管理能够提高企业工艺决策的敏捷性
   
    当今世界的造船市场是一个快速多变的市场，客户的要求也越来越特殊化。在此前提下，传统企业落后的工艺数据管理方式将给造船工艺设计在时间上和决策上带来难度，这是因为企业内部和合作企业的工艺师之间无法共享信息，CAD＼CAM＼CAPP＼PDM＼ERP之间的数据不能有效传递，存在严重的重复劳动和数据不一致性，而联盟企业间的工艺规程格式不统一，使得企业间的工艺交流困难。因此，以面向产品的集成工艺管理方式符合CAPP系统本身的实用化、集成化、网络化的发展趋势，提高了新形势下的造船CAPP系统敏捷性。
   
    (3)工艺信息管理能够提高工艺设计的协同性
   
    造船CAPP系统不仅需要信息的动态交换，同时也要求工艺活动过程能够有效的管理，通过对设计过程的有效控制，保证了工艺信息传递过程中的有效性和一致性。实施工艺管理能够有效的计划、控制整个造船工艺流程并及时全面了解工艺的流程状态，达到工艺设计协同高效，降低工作成本，提高造船企业的竞争力的目的。
   
    2面向敏捷造船的工艺管理系统
   
    2．1基于工艺管理的敏捷造flBCAPP系统的体系结构
   
    通过上面的分析，敏捷造船CAPP系统应是以造船工艺数据管理为中心的，集造船工艺设计与工艺管理为一体的集成信息系统。
   
    本文建立如图1所示的面向敏捷造船的集成CAPP体系结构模型。系统分为用户端和服务器端两部分。
   

    在用户端，核心功能是工艺决策。按造船作业类型分为船体、舾装和涂装三种具体工艺设计形式，用户助手是人机交互的界面，并提供通告、交谈等协同功能，协作控制是工作流系统的客户端模块，用于任务的评估和投标、任务的监控和文档的会签；信息共享实现CAD／CAPP／CAM／PPC之间的数据转换、传递和协调。
   
    在服务器端，主要实现工艺管理的功能，负责造船CAPP运行过程中的信息集成、功能集成和过程集成，运行于异构的网络环境中，完成产品工艺数据的统一管理和共享，并可以实现工艺过程进行管理和监控。其中，任务与过程管理除了支持企业内部的任务管理和过程管理功能外，也支持面向动态联盟的协同工艺设计；文档管理负责管理工艺设计过程中的文档管理；模型管理负责管理工艺对象的相关属性信息资源管理对造船企业的工艺术语、工艺手册、工艺装备、加工设备、建造方针、施工要领、焊接规范、材料信息、场地、人员、工艺实例和工艺规则等进行统一的管理。
   
    2．2工艺信息组织
   
    图2所示为基于产品结构的造船工艺信息组织模型。任何企业的生产活动都是围绕产品结构¨'21而展开的，一个产品的生产过程实际上就是这个产品的所有属性的生成过程。每一份工艺文件虽然是针对一个具体的零部件，但作为产品的属性之一，工艺文件也是围绕着产品结构展开的，如果工艺活动针对树型结构的节点进行，可以清晰地描述产品的属性关系，便于产品对象信息的组织和工艺文件的管理。涂装作业类型包含在船体和舾装的作业过程之中，所以造船CAPP产品结构建模应按船体和舾装分别来进行组织。
   
    定义l：造船CAPP产品结构模型SC-BOM表示为一个三元组：
   
    SC_BOM=<CenterP，Assem，Info>
   
    其中：CenterP表示船舶建造过程中的各级中间产品集合。以船体为例，包括分段、组件、部件和零件等对象集合，可进一步表示为{分段1，分段2，…分段N}；{组件1，组件2，…组件M}；{部件1，部件2，…部件P}；{零件1，零件2，…零件Q)。
   
    Assem是中间产品对象之间的装配关系的集合，可以表示为{Asseml，Assem2，…AssemG}，装配关系指的是零件、部件、组件、分段等产品之间的层次关系和隶属关系，一定程度上描述了中间产品的装配过程和装配顺序。
   
    Info是各个中间产品相关联的信息集合，信息的表达内容与具体的节点有关，在结构模型中与节点关联的工艺信息分为工艺模型信息、工艺文档信息和工艺过程信息三大类。其中工艺模型信息为产品结构树各节点的基本工艺信息，如零件的材料、尺寸、重量，部组件的明细表等。文档信息主要指与关联节点相关联的工艺文档，包括技术文件和工艺文件。工艺过程信息主要指树节点的工艺设计任务活动的角色、权限、任务状态等的过程控制信息。
   
    企业制造资源中的动态数据(如设备的使用)巳包含在工艺文件中，静态数据(如工艺手册等)与产品结构没有关系，因此，制造资源信息可以不用产品结构树进行组织和维护。
   
    2．3基于任务的工艺过程管理
   
    在敏捷造船模式下，工艺设计和工艺信息管理可以在一个船厂的不同部门之间以及组成联盟的企业的不同部门之间进行协同工作，面对这样一个异构、分布、松散耦合型的计算应用环境，需要建立一个使得相关工艺活动能够有效集中管理并有效控制的方式。因为造船的单件生产特点，更改流程相对于设计流程控制和管理简单，因此本文以工艺设计过程管理为主，建立如图3所示的敏捷造船工艺过程管理模型。
   
    工艺设计过程管理是对工艺设计任务的制定、发放、完成、提交和认可过程进行监控和调度，对各种控制信息进行管理，包括造船工艺设计过程中的任务管理、版本管理、权限管理和流程管理等方面的功能。
   

    2．4工艺文件管理
   
    在整个造船过程中会产生大量的文档和图档，如工艺路线表，材料定额，套料图、小票图、分段图、托盘管理表、协调会纪要、工作联系单等，这些文档和图档中包含着工艺基础数据，系统应基于产品结构树提供一个结构紧凑，表达清晰的方式，方便对这些工艺文件的查询、汇总和打印。
   
    工艺设计是一个反复迭代和不断选优的过程，因此，存在工艺文件的版本的合并、删除等操作，尤其是在敏捷化的协同工艺设计模式下，更需要合适的版本管理机制，本文将这一功能与工艺过程管理模块相协调，保证经过授权的用户能够访问到最新的版本信息，并能够对设计过程中的修改提供一致性的数据支持和文件操作的安全控制。
   

    3结论
   
    本文将敏捷造船思想融入造船CAPP技术的开发中，提出的集成化、敏捷化的工艺管理模型，能够很好满足敏捷造船对工艺设计协同设计和信息共享的要求，改变传统造船CAPP系统的专用性和局限性。随着研究开发的进一步深入，敏捷造船工艺管理系统将会得到进一步的完善和应用。