航空產品工藝過程管理系統研究

袁永建

（中航工業空空導彈研究院，洛陽 471000）

0 引言

隨著制造業信息化工程的不斷深入，產品數據管理(Product Data Manage，PDM)、計算機輔助工藝過程(Computer Aided Process Planning，CAPP)、制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)等先進技術的深入應用，航空企業生產過程的信息化管理水平得到不斷的提高。但這些系統是針對制造過程中的某一階段的需求而建立的，雖然能夠很好的支持特定部門的信息管理工作，但由于各個應用系統之間信息模型相互獨立，造成制造過程中無法統一協調和管理，企業生產中信息流、物質流和價值流流通不通暢，割裂了產品信息在全生命周期中的一致性和完整性，從而無法從全局和整體的角度提高效率和管理水平[1]。

本文通過對航空產品制造工藝過程的深入研究，構建面向制造全過程的物料清單，協調業務流程管理，有效解決工藝過程管理中存在的數據流轉不暢、業務流程混亂等問題，滿足激烈的競爭環境下企業生產方式的變革，達到產品的快速生產和個性化定制的需求。

1 工藝過程數據管理

在產品的全生命周期中，BOM信息是核心的基礎數據，是產品信息數字化定義的重要內容，是連接產品工程設計和生產經營管理的橋梁。BOM信息在生產過程中存在多種表現形式，保證BOM數據的完整性、正確性和一致性具有重要的意義。

1.1 工藝過程中BOM的劃分

在產品全生命周期過程中，不同的部門結合生產過程中的需要將制造過程中不同階段的產品信息劃分為不同的BOM信息，主要有如下幾種[2]：

在產品設計階段，設計工程師從圖紙上獲得用來組織和管理生產某種產品所需的零部件物料清單，即設計BOM ( Engineering BOM，EBOM)；在工藝準備階段，工藝設計部門在EBOM的基礎上，根據企業工藝裝備特點，編制產品零部件和最終產品制造的工藝規程，產生工藝BOM (Process BOM，PBOM)；在制造準備階段，企業制造部門在EBOM和PBOM基礎上，通過一定的轉換規則產生制造和生產管理過程中生產某種產品所需的零部件清單，即制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)。

1.2 EBOM/PBOM/MBOM的轉換

通常情況下設計人員根據設計圖紙構建EBOM，通過PDM系統進行統一的管理，此時BOM信息描述了產品的設計信息、零部件之間的邏輯裝配關系、零部件總體信息（名稱、代號、數量、材料等）、零部件形狀信息（尺寸信息、尺寸位置關系等）、零部件制造信息（表面粗糙度、尺寸公差、精度等級、材料特性）等信息。

PBOM是工藝部門以EBOM數據為基礎，首先進行工藝分解，對EBOM中零組件結構關系進行局部調整，依據工藝路線分工計劃、零部件在實際制造中的加工與裝配過程的要求，通過EBOM中添加虛擬零部件（在設計BOM 中出現，但在實際生產中并不制造，也不儲存的零部件）、中間零部件（在設計BOM 中不出現，但在實際生產中因為工藝要求，既要制造又要儲存的零部件）、工藝合件（因設備、材料、可裝配性等因素將一個零件分開制造或多個零件合并制造）調整EBOM的零部件裝配關系，并設置零部件的交接狀態。最后根據工藝組件及其重新定義裝配結構關系，確定零組件制造方案，編制工藝路線。PBOM主要用于產品工藝設計和制造過程管理，跟蹤零組件的制造方法、地點、人員、物料和過程。

圖1 BOM的轉換關系圖

MBOM是在PBOM數據結構的基礎上，首先進行產品裝配單元的劃分，并對每個裝配單元再細分為若干個生產單元，確定生產單元中需參加裝配的零組件，對每個生產單元編制裝配工藝；按照產品裝配單元結構關系，確定各裝配單元的裝配層次，形成裝配單元結構樹，按照裝配順序，確定裝配層次，形成關系結構樹。裝配單元結構樹和裝配關系結構樹關聯形成工藝流程結構樹[3]；從PBOM獲取每份裝配工藝中需參加裝配的零組件工藝分工路線及零組件的工藝信息，最終形成完整的MBOM信息。

其他種類的BOM是為了某種具體要求，以工藝BOM為基礎，對制造BOM的某些的方面信息進行統計匯總或特殊處理獲取到的。圖1表示產品BOM信息在工藝過程中不同階段的轉換過程。

產品的數據管理是企業生產的基礎數據，采用統一的產品數據管理模式，能夠在整個企業范圍內快速的獲取各種與產品相關的信息，保證產品全生命周期中BOM的數據完整性、正確性和一致性，滿足工藝過程中業務流程管理和系統集成等方面的要求。

2 工藝過程業務管理

航空產品的制造過程是按階段順序進行的，從產品的工藝設計、加工制造、銷售及售后服務，各個部門根據自身的工作需要，很少考慮其他部門的需求。這種串行化的制造模式不能準確快捷的反映產品在整個生命周期內的各種需求，不能及時發現制造過程中存在的問題，導致對方案的反復修改，甚至返工，延長制造周期。因此，構建以BOM信息為基礎，工藝業務流程為主線的工藝過程管理模式，對于指導工藝工作具有重要的現實意義。

工藝過程業務流程中關鍵內容主要有發布EBOM、工藝總方案設計、詳細工藝設計、工裝設計與制造、工藝仿真以及工藝的現場應用，具體流程如圖2所示。

2.1 發布EBOM

產品設計部門根據項目任務書，產品設計的標準規格，產品的功能，企業技術條件等因素，結合工藝、工裝等部門的建議確定產品的總的設計方案，經過專家評審通過后發布產品的設計BOM，即EBOM。

圖2 工藝過程業務流程

2.2 工藝總方案設計

工藝部門接收EBOM后，結合工裝部門，零部件制造車間，根據車間生產技術條件及物資儲備情況制定產品的工藝設計總方案。該方案包含工裝選擇方案設計，工藝分工方案設計，裝配協調方案設計，零件制造方案設計等。工藝總方案經過評審通過后發布。

2.3 詳細工藝設計

工藝人員根據產品工藝分工計劃進行任務分工，機加部門根據零部件的交接狀態制定零部件的加工工藝規程；裝配部門將本部門承擔的任務進一步分解為更小的裝配單元，指定專人負責編制裝配工藝規程。工藝設計中添加詳細的工序信息、材料定額、工時定額信息以及工裝、加工設備等信息。

2.4 工裝設計與制造

根據工藝總方案設計中的工裝設計信息以及工藝規程中工裝技術條件制定工裝詳細的設計方案，根據工裝設計方案開展工裝結構建模及結構分析。工裝設計完成后發布設計圖樣并下發到工裝制造車間進行制造，經檢驗、試用合格后轉交生產部門應用。

2.5 工藝仿真

工藝仿真包含零件加工過程仿真以及產品裝配過程仿真。根據零件設計模型，應用CAM系統進行零件加工過程仿真，包括刀具路徑規劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真及校驗、刀位文件的后處理等；在三維數字化虛擬環境中，應用設計產品的輕量化模型，加入工裝、夾具的模型進行裝配過程仿真，包括裝配路徑設計、裝配路徑仿真、裝配干涉檢查等。通過工藝仿真驗證工藝的正確性以及合理性，經確認無誤后發布到生產現場指導生產。

2.6 工藝的現場應用

工藝規程發布到生產現場后，現場操作人員根據工藝的詳細內容，結合數字化的虛擬環境進行零部件加工及分組件、組件、部件以及產品的裝配工作。當生產過程中出現質量問題時及時反饋給工藝人員及產品設計人員處理。

通過對工藝過程業務流程進行統一管理，構建貫穿計劃、設計、工藝、制造和管理全過程的協同工作環境，對生產過程中的產品信息、工藝信息、資源信息進行統一協調管理，實現與生產相關的信息順暢流通，實現產品數據、工藝數據和資源數據的共享，提高產品制造過程各個環節的信息反饋能力，達到生產過程中信息的一致性和規范化，從而解決工藝過程中的反復以及銜接不順暢等問題。

3 工藝過程管理系統設計

3.1 系統架構

采用三層軟件架構設計的思想，整個系統劃分為用戶應用（界面）層、業務邏輯層和數據層三部分。

用戶界面層為客戶端提供對應用程序的訪問，即用戶和系統的接口界面，主要面向用戶對數據的錄入與查閱，并進行一些簡單的數據校驗工作。

業務邏輯層實現工藝過程中的各種業務規則，避免用戶直接操作數據庫。

數據層存儲制造過程管理系統所有的信息，并為業務邏輯層提供數據服務，實現數據庫的動態連接、存儲過程的調用以及進行數據的存取等操作[4]。

3.2 系統功能

根據工藝過程管理系統的功能要求，系統劃分應用層、業務邏輯層以及數據層三部分。系統功能如圖3所示。

圖3 系統軟件架構及功能圖

1）應用層為工藝過程管理綜合業務平臺，該平臺是用戶進行各種操作的媒介，用戶能夠方面快捷的進行各種業務的操作，比如數據的錄入，信息的瀏覽等。

2）業務邏輯層由基礎信息管理和工藝業務管理兩個模塊組成。基礎信息管理包括BOM數據管理、資源管理、知識管理功能；工藝業務管理包含工藝設計、流程審簽、工藝管理、工裝設計制造、工藝仿真、工藝現場應用、計劃管理以及配套管理等功能。

3）通過集成接口設計使系統具有與CAPP、MES等系統集成的能力。系統產生的所有數據由PDM系統進行統一的組織和管理，并且能夠向CAPP、MES系統傳遞數據。

4）數據層是存儲、管理系統需要的各種數據，包含基礎數據、BOM數據以及資源數據等。數據業務管理是各個模塊與數據層交互的媒介，實現數據查詢、數據更新、數據檢索以及安全管理等功能。

4 結束語

通過對航空產品制造過程的深入研究，并結合目前企業信息管理現狀，針對產品不同階段BOM轉化、衍生關系的分析，建立以BOM信息為基礎，業務流程為主線，支持工藝過程全面管理的工藝過程管理平臺。有效解決工藝管理過程中數據管理斷層，業務流程管理模糊的問題，滿足在競爭日益激烈的環境下，航空產品的生產模式從傳統的“少品種、批量生產”革新為“多品種、多系列生產”的要求，提高產品質量，降低生產成本，提高資源的利用效率。

[1] 袁永建,許建新.基于BOM的飛機制造工藝業務管理系統研究[J].機械制造,2010,4:63-66.

[2] 劉曉冰,黃學文,馬躍,等.面向產品全生命周期的xBOM研究[J].計算機集成制造系統,2002,8(12):983-987.

[3] 譚茂春,等.BOM通用要求.HB 7802-2006.中國航空工業集團公司.

[4] 袁永建.基于BOM的飛機制造工藝過程管理系統研究[D].西安:西北工業大學,2010.