[摘]广义企业级PDM系统下的PPM（工艺规划管理）
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http://www.mie168.com/PDM/2003-11/7068.htm
当前在企业管理手段的需求中最热门的概念或软件产品莫过于ERP、CRM、SCM这些了，但是对于制造业企业而言，PDM也许最适合和最迫切需要上的软件，作为一种面向产品资源，以及管理所有与产品有关数据的软件工程体系，我们有必要弄清楚，PDM到底能作什么？它能带给企业什么样的改变？随着计算机应用的日益广泛和深入，人们发现，只有当CAD系统一次性输入的信息能在后续环节（如CAPP、CAM）中一再被应用才是最经济的。目前，PDM系统是最好的3C集成平台，它支持分布、异构环境下的不同软硬件平台、不同网络和不同数据库，不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需的信息，再把结果放回PDM中，从而真正实现了3C的无缝集成。 PDM的实施不是只有软件就可以的，随着PDM功能越来越强大，结构也变的复杂，提供PDM服务越来越重要，服务的费用已经远远大于软件本身的费用。其中最需要的是与产品生命周期相关的所有信息的集成，PDM是信息集成的核心，使得将PDM系统提升到广义企业级的概念上来（PLM——Product Life cycle Management，产品生命周期管理；或cPDm——collaborative Product Definition management，协同产品定义管理）。 而在制造型企业中相对产品数据信息来说比较复杂、变化比较大且快，与企业需求、价格、文化背景等方面的适应性比较突出的问题就是产品工艺信息数据的处理。一个原因是产品工艺数据的管理在处理衍生产品信息数据的同时也必须处理相关的过程控制管理信息，另一个原因是企业产品的开发过程开始由单一企业自主开发向虚拟企业协同开发的发展以及电子商务和面向产品全生命周期管理的需要，使得PDM与ERP的功能会相互渗透，从而增加了产品数据的信息量、变化量和时效性。因此说工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对其使用环境的依赖就必然导致工艺设计的动态性和经验性。 当前就制造型企业的工艺生产类型来区分，大体上基本分为两种： 离散型制造企业：以产品结构的物料资源的综合配套工艺为生产重点的装配制造型企业，例如：海尔集团公司、长虹电子集团公司、波音集团公司、福特集团公司等； 流程型制造企业：以产品供应链中某些相近属性的物料资源的专业制造为生产重点的工艺流程型企业，例如：香港德昌电机公司、台湾富士康公司、美国Intel公司、瑞士SKF轴承公司等； 另外还有一类综合型制造企业，也就是所谓“大而全”或“小而全”类型的企业，在工艺类型方面基本具备以上两种类型，但基本属于我国原来传统经济体制下的产物，目前正在随着市场经济的冲击逐步演变为上述两种企业类型之一。 二、目前国内企业应用CAPP技术的现状 通过对国内部分设计院、企业所做的调研，大部分企业对CAPP系统的应用情况并不令人乐观。企业应用CAPP系统最具代表性的情况有如下几种： 一些企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。 部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或AutoCAD上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做CAPP，但此类CAPP所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件，企业无法对工艺数据进行有效地管理。 少部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由于企业对CAPP的认识还存在一些误区，因此，CAPP的应用还不尽人意。 目前大部分企业都已意识到了CAPP技术应用的必要性，但企业在CAPP系统的选择和应用上还存在较多的误区和较大的盲目性；主要表现在盲目追求设计自动化、最优化，而不注重基础数据的准备，基础技术的稳固发展和人员素质的提高。 误区之一：认为CAPP就是由计算机自动生成工艺规程。 首先，工艺设计是一个典型的复杂问题，所涉及的因素是大量的，而且是错综复杂的，它涉及到零件信息、制造资源、工艺专家知识等众多信息（数据）的组织和管理，它不仅涉及到单纯的数值运算，也要处理图象、字符、表格等复杂的数据，因此，CAPP系统的核心和难点都是数据的处理。其次，由于工艺设计对使用环境有着极大的依赖性，且工艺设计中许多工艺知识不具备精确的定义和严密的数学模型，许多问题是非确定性的，至今工艺设计仍处于经验决策阶段，这就导致工艺设计的动态性和经验性。正是由于以上原因，自动化的CAPP系统目前只能针对某种特定零件，如回转体；通用的自动化的CAPP系统还只能处于研究阶段，而无法应用到实际当中。目前CAPP当中的A是辅助（Aided）而不是自动化（Automatic）。 误区之二：认为CAPP基于零件即可，而不必基于产品结构。 在企业中，所有生产活动都是围绕着产品结构而展开的，一个产品的生产过程实际上就是这个产品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，工艺文件也应在工艺设计计划的指导下，围绕着产品结构展开，这样就可以清晰地描述产品的装配关系，并可直接读取产品的明细表数据文件将CAD中的产品设计数据自动带入到CAPP系统中。因此，基于产品结构的CAPP系统更适应企业的生产环境。 误区之三：认为CAPP只是解决工艺卡片的填写和生成，而不注重工艺数据的生成和管理。 工艺卡片的填写和生成是CAPP系统必须要解决的问题，但在计算机集成制造系统中，CAPP是连接CAD与CAM之间的桥梁与纽带。集成化的CAPP系统应能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关的工艺文件，并以工艺设计的结果和零件信息依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM的系统的集成，其核心是数据库。因此，CAPP系统必须能够生成工艺数据并进行管理而不只是完成工艺卡片的填写。 误区之四：要求各部门间数据的管理、传输、任务的分配等本应由PDM完成的工作由CAPP系统完成。 CAPP系统所解决的是企业工艺设计的全过程，并为企业的其它系统准备数据。就目前国内企业的制造环境而言，设计事后数据的管理、传输等最适宜由PDM系统来解决。所以在企业级PDM管理下的PPM系统是最科学、最容易实现产品全生命周期管理的。 三、工艺过程规划管理的概念 在计算机辅助工艺设计发展史上具有里程碑意义的是于1976年推出的CAPP——Computer’sAutomatedProcessPlanning系统。CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，于1973年推出世界上第一个商品化的CAPP系统AUTOPROS。 我国对CAPP的研究始于80年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的CAPP系统已有50多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的CAPP系统还不多。手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程： 根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求； 了解产品生产的纲领及批量； 进行工艺决策，确定加工方法（或组装方法）和工艺路线； 按企业的实际情况，具体确定设备类型、工艺参数、工艺装备以及工时定额等； 按规定格式生成正式工艺规程（包括工艺装配大纲、工艺加工路线、工艺过程卡片、工艺汇总表等等）。 目前我国制造业解决此类计算机辅助工艺过程设计的方法大多数是以传统工艺过程的工艺报表或工艺卡片为对象的CAPP，可以大略分为以下几种： 使用Word、Excel、AutoCAD、二次开发或自主开发的CAPP系统。此类CAPP系统所生成的工艺文件是以文本文件的形式存在的，无法生成工艺数据，更谈不上工艺数据的管理。 常规的数据库管理系统，工艺卡片使用Form、Report或在AutoCAD上绘制卡片的CAPP系统。此类CAPP系统所生成的工艺卡片是由程序设计生成的，工艺卡片的填写无法实现所见所得，如果企业的卡片形式需要更新的话就需要更改原程序。且各类工艺综合信息数据无法被其他生产、财务管理系统（如MRPⅡ、ERP）所利用。 注重工艺卡片的生成，工艺卡片的形式可以由用户自己定义，但工艺数据的管理功能较弱的CAPP系统。此类CAPP系统的工艺数据是分散在各个工艺卡片当中的，很难做到对工艺数据的集中管理。 采用"所见所得"的交互式填表方式＋工艺数据管理、集成的综合式CAPP系统。此类系统的填表方式更符合独立工艺部门的工艺设计人员的工作习惯，便于管理产品的工艺数据。但是此类CAPP依然是独立于CAD、CAM、MRPⅡ、ERP系统的数据库，却做了相当多的PDM范畴的管理工作，使得企业其他部门的信息化工作出现重复建设，且信息管理仍不够完善和准确的为ERP等系统提供有效的生产和管理用的工艺数据。 工艺过程规划管理就是以PDM的产品综合信息数据为对象的PPM（Process Planning Management工艺过程规划管理）。在欧美先进制造型企业基本上是以PPM为工艺信息的主要管理手段，在以产品的综合集成信息为手段的制造业中，PDM（或ERP）中的基本上都是将工艺资源和产品工艺数据容纳在PDM数据（或ERP数据）中，同时也与CRM、SCM数据产生了交融。 同时工艺过程规划管理的基本原理正是基于企业级产品全生命周期概念而进行产品工艺设计的过程及需要解决的问题而提出的。从广义企业级PDM的角度来阐述工艺过程设计应该是这样的： 产品设计数据信息（零件、部件信息）应能利用，主要通过PDM中CAD建立的产品信息数据库共享（而不是提取），从而实现产品设计数据变更的实时性； 制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源库和工艺参数库，并进入PDM中受到管理和监控； 工艺人员的工艺经验、工艺知识能够建立企业自己特色的工艺知识库，同样被PDM管理，并能够得到充分的利用、共享和补充； 充分利用产品综合信息数据库（包括产品结构数据库、企业制造资源库、工艺参数库、工艺知识库等）中相对标准（典型）的数据进行合理组合、统计、计算，按照一定的工艺规则生成企业各个部门需要的各类工艺文件和报表。 由此可以看出站在企业级PDM的产品全生命周期的数据库的角度上，PPM可以解决上述传统CAPP软件所解决不了的问题，同时工艺过程规划设计的管理还渗透了任务流程管理、圈阅审批管理、标准化与质量管理、人力与组织资源等过程。 四、工艺过程规划管理技术的设计理念 工艺过程规划管理PPM系统的实施应能提高工艺设计的质量，缩短生产准备周期，并将工艺设计人员从大量繁琐、重复的劳动中解放出来。综上所述，适应于目前制造型企业的工艺生产情况的PDM系统下的PPM应具备如下特点： 从设计、管理、集成等多方面解决企业的工艺设计问题； 从工艺设计平台（数据平台）解决工艺设计问题，而不是围绕工艺卡片（图形平台）； 采用简单的用户定制工具，由用户定义或定制工艺报表和工艺卡片（如Excel）； 采用定义工艺流程规则的交互式操作方式（例如向导方式），符合Windows的使用风格和习惯； 能够智能化地利用企业制造资源，解决工艺数据的利用和管理； 采用开放的体系结构，方便用户进行二次开发和接口贯通； 基于数据库，能与其它系统集成（MRPⅡ、ERP），共享产品数据库和权限数据库。 就制造型企业的两种工艺生产类型来分析，离散型制造企业的工艺过程特点是以产品结构的物料资源的综合配套为生产工艺重点的，也就是说，以装配物料组合过程为重点，那么就必然与供应链管理、库存管理有着不可剥离的关系；流程型制造企业的工艺过程特点是以产品供应链中某些相近属性或种类的物料资源，作为专业制造对象的工艺流程来确定生产工艺重点的，那么就必然与零件（或部件）的原料状态、工艺装备、专业工艺方法和工艺参数（专业工艺知识）有着不可剥离的关系。 无论上述哪种生产工艺性质的企业的产品形成过程，基本都是可以分解为树状结构，如下图：
可见这两种工艺性质企业产品的总工艺过程大体上是相同的，只是工艺内容重点不同而已，在生产工艺计划管理中均需要建立如下步骤和体系： 第一步：确定产品或零部件的生产大纲、工艺决策和工艺路线，例如产品装配大纲、零部件加工地点流动方式、工艺成本预算、制造能力评估等；（从工艺经验知识库中确定） 第二步：确定产品或零部件的生产工艺程序——工序、工步；（从工艺经验知识库中确定） 第三步：确定每个工序、工步的上级原料状态，例如装配件的组成属性、原材料的属性和定额计算等；（从产品结构信息和属性信息库中确定，也许需要确定原材料库的某些属性[牌号、性能指标需要设计员确定，规格等需要工艺员确定]） 第四步：确定每个工序、工步所需要的制造资源，例如装配流水线工位、加工设备、工艺装备刀夹量具等；（从企业制造资源库中确定） 第五步：确定每个工序、工步所需要的工艺参数，例如切削用量、压力、时间、电流电压、温度等工艺参数；（从工艺参数库中确定） 第六步：确定每个工序、工步所需要的工时定额参数；（从工艺参数库中确定，基本都需要形成简单的运算规则） 第七步：确定每个工序、工步所需要的工艺附图，例如装配爆炸视图、加工定位夹紧示图、切削用量示图、电路布线示意图等；（通过进入相应的与PDM系统集成下CAD软件系统中均可以实现工艺附图的绘制——AutoCAD、Inventor、SolidEdge、ProE、Protel99……） 第八步：确定和汇总整个工艺规程的信息数据，选择企业标准的工艺表格模板，通过报表生成管理器，自动生成一套合格的工艺规程报表和卡片（包括工艺路线表、工艺过程卡片、材料定额汇总表、工时定额汇总表等等）。其中工艺过程卡片与工序附图完全可以分离处理，由PPM数据库管理对应关系，这样就避免了软件系统的不同性质造成的形式主义（即使打印出图也是这样），同时跳出了传统CAPP“貌似神离”的状态。 当然，实现PDM管理下的PPM工艺设计，不仅要建立在产品设计数据信息库的基础上，还必须建立在相应的工艺信息库基础上，即工艺经验知识库、企业制造资源库、工艺参数库和各类工艺卡片报表模板，同时这些数据库的访问权限也是受到PDM中人员角色权限的控制的。一般说来，工艺信息库的建立和变更都是由企业信息化部门或标准化部门建立的。另外，工艺设计经验知识库的建立应由具有丰富生产经验的工程师负责，作为一个好的工艺设计工程师必须具备： 具有丰富的生产经验； 熟知企业各种设备使用情况； 熟知企业内各种生产工艺方法； 熟知企业内各种与生产加工有关的规范； 熟知与生产管理有关的各种规章制度； 能与有关各方保持友好协作。 具有丰富经验的工艺工程师在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。 工艺信息资源是企业真正的智慧资源，只有在不断发现问题、更正问题、完善问题中不断重复，才能将企业的工艺过程规划管理逐步提高到一个较完美的层次。在PDM管理下的PPM就是通过工艺规划设计的管理过程来将这些宝贵的企业工艺信息资源保存和管理在PDM的工艺经验知识数据库中。 在PDM管理下的PPM中，工艺信息的整合、搭配、管理工作均由PDM系统监控执行，同时融入了任务流程管理、圈阅审批管理、标准化与质量审核管理、人力与组织机构协调管理等过程，而创作性的工艺设计工作会成为工艺设计人员主要工作内容，从而将工艺设计人员从大量繁琐、重复的劳动中解放出来，并提高工艺设计的质量，缩短生产准备周期。 |
