马鸿炜 龙镎
中国电子科技集团公司第二十研究所 陕西西安 710068
摘 要：目前在用工艺管理系统由于开发年代久远，长期运行积累的数据庞大，系统面临较多隐患故障，严重影响部门业务开展。按照需求分析，流程优化，信息共享原则，兼顾解决当前急需，适应未来数字化发展，梳理现有需求，优化流程功能，提出分步实施的工艺综合管理系统解决方案，解决了当前工艺管理系统问题，完善了工艺设计和工艺信息化管理。
关键词：需求分析，流程优化，分步实施，工艺综合管理系统
1 现状与需求
工艺综合管理系统隶属于二十所PLM的统一构架中，自2003年起使用KMEDM系统，依据产品整件明细表，手动录入建立产品结构树，完成工艺设计任务流程管理，利用KMCAPP完成产品工艺规程的设计。十余年来积累了大量产品工艺数据，成为工艺部门基本业务工作平台。
随着产品数据不断积累，现有系统在使用过程中出现了工艺文件无法入库、数据查询变慢、系统频繁死机等故障，严重影响了部门业务工作的正常进行。工艺管理系统潜在的隐患问题突显，系统一旦崩溃后果不堪设想。
鉴于目前工艺部门信息化发展现状，实施三维工艺应用尚为时过早，PLM系统中TCM子模块缺乏，其优势在短期内难以发挥。为此工艺部门组织人员走访调研了相关单位工艺信息化情况，重新梳理了工艺内部活动流程，编写完成《工艺信息化管理系统需求分析报告》，开始着手《工艺综合管理系统解决方案》的制定。
结合二十所信息化规划，将工艺信息化需求概括为工艺数据管理、工艺业务流程、三维工艺、工艺设计辅助工具、系统集成以及安全保密等6个方面。
2 工艺综合管理系统解决方案
对照当前工艺管理需求，梳理现有问题见表1所示。大部分工艺信息化需求尚未实现或者部分实现，导致工艺设计模式落后，工艺设计效率低下，难以满足日益增长的业务需求。
表1 当前工艺系统对各信息化需求的实现情况及存在的问题
需求 实现情况 现存问题
工艺数据管理信息化需求 工艺数据存储和查询 部分实现 数据无法存储，数据检索慢，系统频繁死机
工艺历史数据迁移 - -
工艺数据结构化 部分实现 工序、工步信息结构化存储尚未实现
设计数据导入 未实现 EBOM、设计图纸无法导入工艺管理系统
工艺产品结构树管理 部分实现 EBOM、PBOM、MBOM之间不能转化
工艺知识管理 未实现 工艺知识缺乏有效管理，重用率低
制造资源管理 未实现 制造资源缺乏管理，不能满足工艺设计需求
工艺数据组织 已实现 -
工艺数据输出 部分实现 打印纸质输出，与其他系统数据不能共享
工艺业务流程管理信息化需求 工艺性审查 未实现 工艺文件纸质流转审查，会签效率低下
工艺任务分派 已实现 -
工艺设计 已实现 -
工艺变更管理 已实现 -
工艺项目管理 未实现 无法继承一级计划并跟踪工艺活动工作
工装管理 未实现 工装缺乏有效管理，导致重复设计
工时定额 未实现 人工查表进行工时定额，效率低下
工艺设计辅助工具需求 线缆设计仿真 未实现 手工布线，效率低下，容易出错
PCB可制造性分析 未实现 不能适应PCB设计文件越来越复杂的趋势
电装工艺优化及制程 未实现 电装工艺手工设计，效率低下
数控程序仿真优化 未实现 数控程序调试周期长，通过率低，效率低下
三维工艺信息化需求 三维零件工艺 未实现 不能适应未来三维工艺发展的趋势
三维装配工艺 未实现
三维工艺仿真 未实现
系统集成信息化需求 与PLM的集成 未实现 无法将EBOM、设计图纸自动导入工艺系统
与生产管理系统集成 未实现 工艺路线需要手工重新录入
与DNC系统集成 未实现 无法将PBOM自动导入DNC系统
与项目管理系统集成 未实现 无法将计划信息传入工艺管理系统
与公共资源池集成 未实现 无法将工艺路线等信息导入公共资源池
经设计工艺综合管理系统由工艺管理系统、三维工艺设计工具、工艺设计辅助工具、数据交换平台以及安全保密等五大部分组成，整体架构如图1所示。对应实现工艺业务流程、工艺数据、计算机辅助以及三维工艺设计、系统集成、安全保密功能。工艺性审查功能流程由西门子Teamcenter 完成，不在此方案中体现，其工作数据传递给工艺综合管理系统。
.png)
结合二十所目前信息化推广应用现状，按照循序渐进，分步实施，控制成本，降低风险原则，提出工艺综合管理系统方案分两阶段实施进行。第一个阶段从2016年起，解决工艺管理的急迫需求，建设工艺管理系统、工艺设计辅助工具和数据交换平台，达到工艺数据的结构化、工作管理流程化、工艺文件发布系统化的目标。第二个阶段是在2020年后，提升工艺管理水平，提高对工艺数据管理、工艺业务流程管理和系统集成需求的满足能力，构建一个行业领先的，面向制造的设计、结构化工艺、体现三维设计思想的数字化工艺综合管理系统，将工艺和设计、制造融合到西门子同一集成平台上。
3.1 第一阶段方案（2016年-2020年）
第一阶段的目标是：一是重建工艺设计和管理平台，完成工艺信息化管理系统建设。排除现有工艺管理系统隐患，实现工艺设计流程、工艺数据、工艺技术状态、项目计划的管控；二是完成数据交换平台建设。实现工艺数据与PLM系统的信息交互共享。
3.1.1 工艺管理系统建设
目前实施的PLM系统，完成了PLM与KMCAPP的接口，实现了将离散的工艺卡片存储到PLM中，但是目前系统中并未包含TCM模块，仅能够支持基本的工艺设计工作和工艺数据存储功能，不具有PBOM管理功能，无法支持基于产品结构树开展工艺业务流程管理及数据管理功能，无法开展相应的任务分派、流程控制跟踪、结构化工艺设计、分批次技术状态控制、转阶段技术状态控制、工艺数据汇总、数据流、信息流的传递等相应的核心工艺管理和并行设计工作。
第一阶段重点是全面实现对工艺设计任务流程管理和工艺数据管理。其中，涉及到数据交互的部分，经论证选用新版KMEDM系统，开发相应的数据接口，用于将PLM中的设计数据导入到工艺信息化管理系统中。工艺数据管理的功能模块包含：工艺数据存储和查询、工艺历史数据迁移、工艺数据结构化、设计数据导入、工艺产品结构树（PBOM）管理、工艺知识管理、制造资源管理、工艺数据组织和工艺数据输出。
以上功能模块中，工艺历史数据迁移、工艺数据存储和查询、工艺知识管理、工艺数据组织和工艺数据输出（数据汇总）是工艺数据管理的基本要求，工艺数据结构化是逐步实现的功能，第一阶段可保留原有的工艺过程卡及工艺设计模式，由结构化工艺设计模式逐渐取代传统的工艺卡片设计方式。工艺业务流程管理功能模块包含工艺设计、工艺路线规划、工艺任务分派、工艺变更管理、工艺项目管理、工装管理和工时定额，是第一阶段亟需实现的重点功能。
3.1.2 数据交换平台建设
数据交换平台建设主要用于实现工艺与设计、项目管理、公共资源池等环节的数据交换。实现产品数据以及相应科研计划管理信息的交互传递，并通过公共资源池实现与生产管理系统、物流系统的数据交换。如图2所示。
.png)
本阶段将建设工艺管理系统同资源池的数据交换接口，用于从资源池中读取设计BOM、设计图纸信息、工艺性审查人员、工艺性审查结果、设计更改信息、计划、部门计划信息，同时将工艺系统产生的工艺路线、工艺更改、工艺BOM、数控程序、任务完成信息等输入到资源池。
除此之外，还需配套开发PLM系统、项目管理系统、生产管理系统以及DNC系统同资源池的数据交换接口。除了数据读取和数据写入功能之外，各个数据交换接口还要能够实现资源池的数据同步，在工艺设计信息变更、工艺分析结果变更等情况下，资源池的数据应保证实时同步更新，在发生变更时仍然能够保证数据的一致性。数据交换接口建设时，需要相应软件开放数据交换接口，且能够提供资源池的数据交换格式。
该阶段能保持5年稳定，适应同期二十所信息化规划及发展需求。
3.2 第二阶段方案（2020年起）
第一阶段信息化目标完成之后，依据工艺信息化规划，配合PLM系统二期在第二阶段进一步提升工艺设计能力、工艺管理水平和系统集成能力，在2020年后，实施第二阶段的解决方案。目标是全面打通从设计、工艺到制造的全数字化信息流，构成产品生命周期管理PLM系统平台的有机组成部分，全面实现产品设计研发、工艺和生产的协同，实现产品设计、工艺数据与生产的有效衔接，按照结构化工艺设计模式实现三维工艺设计。
第二阶段规划补充完善工艺管理系统、购置工艺设计辅助工具、仿真优化工具、三维工艺设计工具和完善数据交换平台四个方面，该期因资金原因尚未实施。
两阶段方案实施路线如图3所示。
.png)
4 总结
经过上述分析论证，针对目前工艺部门信息系统存在的问题，结合需求分析，选择分步实施工艺信息化管理系统方案。第一阶段解决2016年-2020年的工艺信息化需求，通过建设开目工艺管理系统，实现对工艺数据和工艺业务流程的管理；通过建设数据交换接口，实现工艺管理系统、PLM系统、生产管理系统、DNC系统数据、项目管理系统同公共资源池的数据交换。第二阶段解决2020年以后的工艺信息化需求，通过建设工艺设计辅助工具、三维工艺设计工具，提升工艺设计能力。
本方案第一期工程已验收，达到预期目标。既及时解决工艺管理系统短期潜在故障隐患，满足当下工艺信息化管理需求，又充分考虑未来发展，与二十所设计业务信息化推进衔接，没有发生颠覆性方案反复，能够逐步实现构建一个协同的工艺设计和管理平台，从而实现产品设计研发、工艺和生产的协同，使二十所的工艺研发能力再上新台阶，为提升工艺水平和制造能力提供有力保障。
参考文献
[1] 葛光荣，工艺信息化及CAPP应用浅析，2015年
[2] 邓必应，王龙军，蔺玉琪等，工艺信息化的实践与思考，2011年
[3] 周芸，程晓祥，航天总装工艺工作信息化的探索与实践，2010年
[4] 雷有声，工艺信息化过程中的问题及对策，2008年
[5] 陈宗舜，工艺信息数字化的内涵及其在企业信息化中的作用，2007年
[6] 梁艳芬，浅谈企业设计工艺信息化的发展，2006年