電子作業指導書在數字化工廠中的應用

趙曠世，張 騰，苑 鑫，周學理

(中國船舶重工集團公司第七〇三研究所，哈爾濱 150078)

0 引言

企業面臨著全球化的競爭和挑戰，為了改善企業管理狀況，提高產品研發能力，各企業相繼引入產品全生命周期管理PLM(Product Lifecycie Management)平臺[1]。Teamcenter的電子作業指導書(EWI)解決方案是基于Web的應用，幫助工人在制造現場獲取所有工藝信息，包括工步、二維圖紙、三維模型、批注、標準文檔和三維標注信息等。車間工人能夠通過一種簡單的導航、直觀展示的用戶界面來登入電子作業指導書。EWI用戶界面支持觸摸屏幕導航，用于移動終端，它的輕量化結構確保其不需要占用終端的大量計算資源。另外，電子作業指導書與Teamcenter數據庫直接連通，當產品設計或制造工藝出現任何更改時，都將通過EWI立即反映在車間的終端上。

1 電子作業指導書技術

電子作業指導書是基于Web的在線作業指導，它能夠直接從Teamcenter服務器獲取工藝內容，展示內容包括工藝結構、工藝流程圖、工步描述、工藝資源、零組件配套表，包含PMI的三維工序模型和機加、裝配仿真動畫，也可以在Web上直接下載或打開瀏覽工藝附件中的NC代碼文件、刀具清單文件、數控加工指導書、快照等。電子作業指導書能夠做到實時更改，立即貫徹，可以在網頁上直接發起更改申請流程。

2 傳統工藝卡片及其缺點

過去使用的傳統工藝卡片，工藝文件按照設計部門給出的設計圖紙在工藝員本地電腦上利用CAD軟件進行工藝卡片編制，編制完成后再打印成冊進行線下的“編制-校對-審核-標準化檢查-會簽-批準-用戶代表確認”等流程審批環節，當發生設計變更時，要先將工藝員本地電腦中的CAD文件進行修改，再將裝訂成冊的所有紙質工藝進行手動更改、蓋章，對于改動較大的部分要將受影響的工序頁重新打印并對所有已經成冊的工藝文件進行替換，工作量大，效率較低，還存在較高的出錯可能，無法保證所有紙質工藝版本的統一。

工藝卡片及零件圖是多要素內容的綜合表達，要想正確識讀零件圖及工藝卡，不但需要掌握識讀方法，還需要理解各要素之間的宏觀結構及內在聯系，預計加工過程中可能會出現的問題[2]。由于二維紙質工藝卡片在信息傳遞方面的局限性，使得現場操作者的識讀只能停留在紙面的文字和符號上，信息輸入模式急需優化升級。

3 典型制造業用戶的應用分析

3.1 某企業的產品研發過程

某企業研制的產品從整機方案設計開始，依據成熟度標準在各階段設計完成時進行設計工藝評審，設計完成后，下發至生產運行中心進行工藝分工，工藝部門依據編制任務計劃開始結構化工藝的編制工作。通過電子流程簽審發布，供生產制造端查看。

3.2 企業遇到的困惑和需求

傳統工藝卡片的特點是信息扁平和靜態，執行效率很低。現場工人除了工藝文件外，還需要仔細翻閱大量的關聯圖紙、標準，且工藝卡片上的描述往往很簡單，需要結合自身經驗消化理解。執行過程中，工人具有一定自主性，會導致整個制造生態過于依賴工人經驗和技能，從而可能影響產品定型和質量。另外，傳統制造模式中，更改多、貫徹慢、貫徹難，這些都是影響產品質量、研制周期和成本的管理型問題。傳統的作業指導也是造成這一結果的重要原因，紙質卡片不便于修改、刪除、插入，打印之后在空間上分布也很廣，導致更改不及時，貫徹不徹底[3]。

上線Teamcenter工藝管理系統后，通過和MES系統的集成接口，將在TCM中編制的工藝數據傳輸至MES系統，并在車間的終端上通過MES系統界面進行工藝展示。但是此方式需要數據轉換，并不是直接訪問TCM系統的數據庫，無法將設計變更和工藝變更實時反映到車間生產現場。在MES系統中額外保存全部的工藝和設計信息，造成了極大的資源浪費。

3.3 企業EWI項目的實施過程

某企業于2015年12月開始數字化工廠項目的實施，在PLM系統改造的同時，將企業原有的Teamcenter從10.1.2升級到10.1.5，先后部署安裝了AWC3.0和EWI3.0。在2016年7月，數字化工廠項目上線后，采用新的工藝編制方式，按照總工藝---主工藝---子工藝的層級關系編制結構化工藝，所有主工藝和子工藝全部采用系統默認的MEProcess類型，以最大限度地貼近EWI默認設置，更好地契合軟件自身邏輯規則。

3.4 企業EWI的定制應用

通過Teamcenter和MES系統的集成，操作人員在車間掃描生產訂單上的二維碼后，即可以在車間終端機上通過瀏覽器直接查看EWI中當前加工工序的工藝規程界面。為了使現場終端機上展示的工藝規程能夠顯示所有操作者需要的信息且便于查看，在EWI應用過程中，通過Teamcenter中的首選項(preference)和渲染文件(XMLRenderingStyleSheet)對EWI進行了定制化的配置和應用，幾類典型需求的定制應用方法如下。

通過修改EWI相關首選項EWI_Mfg0BvrOperation.DisplayTitle，在“值”中添加“{bl_sequence_no}{bl_rev_object_name}”字段，實現了在工序頁面中展示工序號和工序名稱。

通過在業務建模器(BMIDE)的業務對象ImanItemBOPline上添加復合屬性(如“設備型號”)，在首選項EWI_ToolsTableColumnShown的值中寫入該復合屬性(Compound)，將“工具”類零組件上自定義的如“設備型號(EquipmentModel)”等屬性顯示在EWI的“工具”標簽下。

通過在業務建模器的業務對象ImanItemBOPline的屬性標簽上添加復合屬性(如“機型”)，在首選項EWI_Mfg0BvrProces.DisplayTitle的值中寫入語句以顯示零件名稱、版本和復合屬性信息“{bl_rev_object_name}({bl_rev_item_revision_id})版 機型: {t6DFProductModel1}”，效果：“XXX工藝(001)版 機型:XXXX”。將工藝對象上的自定義屬性(如“機型”)顯示在EWI的工藝名稱、工藝版本的后面。

通過在業務建模器的業務對象Bomline上添加復合屬性(如“圖號”、“材料牌號”)，之后在首選項EWI_package_header_product_properties中添加該復合屬性(t6DFMaterial、t6DFDrawingNo)，將制造目標零組件的屬性添加到工藝名稱、版本等信息的右側，方便直接進行查看。

圖1 EWI中某制造工藝的80工序

通過在首選項EWI_package_header_process_properties中添加“awb0RevisionRelStatusList:狀態”，將工藝發布狀態也顯示在工藝名稱、版本等信息右側，方便直接進行查看，確認該工藝為已發布的固化版本。

經過以上在業務建模器、首選項和渲染文件中的配置，將電子作業指導界面按照企業需求定制為便于現場操作者閱讀的顯示風格，并且能夠直觀顯示出項目、零件、工藝、工序、工步、工藝資源、圖紙、技術文檔、三維模型、機加仿真和裝配仿真指導動畫等信息。

4 結論

通過EWI在數字化工廠中的應用，使企業在生產制造端通過Web訪問數字化定義包和技術數據包,通過工藝部門和信息化部門的配合，對EWI進行配置和開發，使操作人員和管理者關注的信息能夠直觀顯示在車間的終端上，有效提高了現場執行效率，提升了現場管理水平，提高了產品質量，縮短了研制周期[3]。