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沈飞集团:应用CAXA协同管理-工艺数据管理打造网上数字化沈飞

作者:    发布时间:2004-05-25
一、企业背景
    沈飞集团公司是生产多机种、整机零/组件生产、安装、调试的大型军工企业,承担着国家多个重点型号飞机的研制、生产、维修等重大任务。自1951年正式创建以来,创造了中国航空史上的一个又一个“第一”,为中国航空工业的发展和国防现代化建设做出了重大贡献,被誉为“中国歼击机的摇篮”。
  由于航空产品结构复杂、数据量大、工程更改频繁、工艺类型复杂、专业种类繁多,有其独特的工艺过程控制管理体系,因此,对工艺信息管理的要求更高。而自沈飞公司建厂几十年来,主要采用手工管理与计算机辅助管理相结合的方式编制、管理工艺规程及其它所有工艺文件等工艺信息,计算机管理以自行开发的工程信息管理系统、工艺计划管理系统等软件为主,但这些都是独立的、分散的,缺乏统一设计,形成了各自的“信息孤岛”,无法集成为统一的系统,随着生产规模的不断扩大以及计算机应用技术的日益发展,这些系统已无法满足目前多品种、高效率生产模式的需要,难以适应工艺信息数字化、网络化管理的需求,成为现代企业管理进一步发展的瓶颈,只有建立一套适合于航空企业的具有飞机制造特色的工艺信息系统,才能真正实现工艺信息管理的信息化、集成化,为其它部门和系统提供及时、准确的信息,对产品的整个设计制造过程进行有效的管理与控制,它对于缩短产品生产制造周期,提高市场竞争力有着重要的意义。
  由于市场上有很多CAPP产品,沈飞公司通过对CAPP 产品的功能、售后服务与支持、行业经验及成功案例、软件提供商的信誉和资质等多方面的调研、选型,比质、比价、比服务之后,最终于2001年6月,采用CAXA协同管理业务合作伙伴—陕西金叶西工大的工艺数据管理系统构建沈飞数字化工艺信息系统。
 
二、飞机工艺的特点
    1. 产品结构复杂
  飞机是一种高精尖产品,对设计和制造的要求想当严格,其产品结构与其它产品相比要复杂得多,不仅设计复杂,加工工艺也非常复杂,这些环节的质量将直接影响到飞机的性能。
  2. 工艺类型种类多
  沈飞的工艺主要分为冷、热工艺两大部分,冷工艺包括机加、钣金、数控、装配、总装、试飞等类型,热工艺包括锻造、铸造、焊接、热处理、表面处理、防锈等类型,可以说覆盖了几乎所有工艺类型。
  3. 数据量庞大
  由于飞机结构复杂,零组件的数量也就非常之多,一个机型下的全部零组件将近10万个,因此一种型号的工艺规程数量大约有5万份。沈飞公司现有大约10个机型的工艺数据需要管理,而且多机种产品在生产线并行开工,如何有效地组织、利用这些信息是航空企业面临的主要问题之一。
  4. 工艺过程控制独特
  由于航空产品的特殊性和复杂性以及更改频繁,覆盖设计、生产、质保、供应等诸多部门,因此就需要有一套完善的管理与控制体系,对飞机的构型、工艺的版次、文件的更改与审批、信息的交换等环节进行严格的控制,以保证数据的安全与信息的畅通。
  5. 信息交换频繁
  工艺信息既是飞机制造企业基础信息的源头,又是设计工程信息与企业制造、生产、质保、采购、劳资等信息的传递桥梁,而且不同工艺类型、不同人员之间也存在工艺信息的交换、共享与整合。
  综上所述, 针对飞机制造工艺信息化,CAPP软件不仅仅要满足计算机辅助工艺编制的需要,更应满足工艺信息集成的需要,成为工艺信息化的工具与平台,这样才能从根本上保证企业信息传递的准确、一致、快捷。
 
三、传统工艺设计方式的主要问题
    1. 设计效率有待提高
  由于工艺规程数量繁多,各车间工艺员要把大量的时间和精力消耗在纸面工艺文件的手工编制、更改及抄写的重复性劳动上,各种工艺数据的手工查询、统计汇总工作复杂繁琐,很难保证数据的准确性,并且由于产品的更新、更改频繁,使得现场使用的工艺文件的更改存在着不同程度的滞后性。尤其现在,军机产品改型日益频繁,多机种产品在生产线并行开工,工艺文件的手工编写方式不仅大大地增加了工艺员的工作量,延长了飞机制造的技术准备时间,也影响了公司飞机产品的制造周期。
  2. 标准化与规范化程度低
  工艺设计是一个复杂的决策过程,与具体的生产加工环境及设计人员的个人经验水平密切相关,由于工艺员的水平、经验不一致,对同一种事物的描述所使用的语言可能不同,因而就很难保证工艺规程的准确性、一致性、标准化和规范化,工艺设计质量也就难以提高,给生产加工带来了不便,也不利于公司工艺标准化体系的建立。
  3. 工艺过程缺乏优化、经验知识难以继承
  繁琐而重复的密集型劳动会束缚工艺人员的设计思想,妨碍他们更好地开展创造性工作,难以进行工艺过程的优化。更为重要的是工艺人员的知识与经验的积累太慢,而服务时间相对过短,当工艺人员退休后,他们在长期的工艺工作实践中所积累的大量知识和经验,难以有效保存下来,新的工艺人员需要从头积累工艺设计知识与经验,这无疑是企业财富的巨大损失。
  4. 各系统、各部门之间存在“信息孤岛”
  由于各部门自行开发的系统相对分散、相互独立,缺乏统一设计,因而形成了 “信息孤岛”,无法进行信息集成,已经成为企业信息集成及与生产、供应等部门进行数据传递的障碍。例如,材料定额对工艺计划更改的跟踪不及时或者是得不到有效控制,生产单位的材料信息更改不能及时跟踪,造成材料定额的统计汇总不准确等。
  5. 工艺过程管理方式难以满足实际需求
  一个完整的工艺设计过程不仅仅是一份工艺规程的编制、打印,而是包括从工艺方案制定到最终工艺文件输出、入库的完整工艺流程管理。飞机工艺流程中存在大量的信息交换、文件更改、审批等过程,传统的管理方式随意性比较大,过程即不透明又不受控,型号工艺总师很难掌握工艺设计的进度,也无法统计任务完成情况,无法适应飞机各项目的符合性检查、适航性检查等审计要求。
  6. MBOM提取困难
  由于飞机零组件数量繁多,无法做到在编制装配工艺规程时,通过装配车间工艺员按照实际装配顺序在EBOM中进行装配零件的选择,也就无法在EBOM和MBOM之间直接建立所装配零件的对比、核对关系,从而无法得到准确、有效全机MBOM信息。
 
四、工艺信息系统设计
    经过对沈飞工艺信息化需求进行的深入分析,并结合沈飞已有的软硬件资源,在充分发挥工艺数据管理系统强大优势的基础上,将工艺数据管理系统作为沈飞工艺信息化平台,并进行二次开发。系统总体结构图如图1所示。

  由于沈飞公司已经开发了工艺分工计划系统和材料编码系统,并运行良好,为了避免系统的重复开发和资源浪费,工艺信息系统中的分工和编码系统在原有系统上进行扩充、完善,并与工艺数据管理系统进行集成,材料定额与工时定额系统在工艺数据管理系统的基础上进行开发。工艺信息系统除了提供基本的设计与管理功能外,还根据沈飞的实际需求开发许多专用功能,主要有:
  1. 建立产品结构
  沈飞公司从设计所接收设计图纸,然后由分工计划室编制工艺分工路线计划,并将其传给工艺数据管理系统(CAPP),工艺数据管理系统接收EBOM信息,并建立产品结构树,由于飞机零组件数量庞大,为了方便工艺员在设计工艺时查找零组件,工艺数据管理系统将依据分工路线按分厂过滤零组件,工艺员登录系统后看到的是本厂的零组件,同时也可以浏览全部结构。
  2. 材料代码检索、校验
  为了便于对飞机材料进行管理,为实施ERP打好基础,沈飞公司将全部材料进行编码管理,工艺数据管理系统与材料编码系统动态集成,所有文件均统一使用材料编码。工艺员在设计工艺时可对材料代码进行模糊或精确查询,找到所需材料后,系统将材料代码、牌号、标准、规程等信息自动填到工艺卡片的相应位置上。工艺规程定版时,系统还要进行材料代码校验,以免造成人为错误。
  3. 材料定额设计
  为了保证数据源的一致性,规范工艺设计过程,减少材料定额员的工作量,材料定额系统从工艺数据管理系统(CAPP)中提取所需EBOM和材料信息,在此基础上进行材料定额设计与管理。
  4. 工艺知识管理
  工艺数据管理系统采用面向对象技术对工艺知识进行分类管理,根据沈飞公司的实际生产需要和现有资源状况分别建立了典型工艺库、典型工序库、常用术语库、工艺标准库、设备库、工装库、刀量具库等辅助资源库,为工艺设计提供动态支持;同时,工艺员在设计工艺时可随时(在授权情况下)将典型工艺知识、资源添加入库,实现工艺知识的动态扩充。
  5. 工艺信息检索、汇总
  工艺数据管理系统是一个完全基于分布式数据平库台,并将工艺信息结构化、模型化,统一储存与管理。上层领导可随时查询工艺文件完成情况,也可根据工装或零件信息反查工艺规程,并将查询结果以EXCEL格式输出;同时,也可任意定制查询条件,系统根据条件自动汇总,生成用户所需报表输出。
  6. 工艺文件合并
  为了便于工艺规程的设计与管理,沈飞公司的数控分厂采用常规工艺和数控工艺由不同工艺员分开编写的方式,常规、数控编制完成后,系统根据规程页码将其合并成一份工艺规程,并入库管理。
  7. MBOM自动提取
  工艺员设计工艺时,将装配需要的零组件信息(包括工艺虚件)填写在工序内容的最后,并用特殊标记加以区别,系统将自动将其提取,整理后添加到零件表页中,这样就避免了重复录入工作。当整机(或某一部件)的所有工艺规程编制完毕,系统就根据工艺信息及其零件表信息自动汇总、组合形成MBOM,清晰的反映出整机的真实结构、层次关系、父子关系、零/组件(包括成品、标准件)的类型、数量、承制单位等信息。

五、应用效益
    1. 周期缩短、质量提高
    由于用工艺数据管理系统(CAPP)替代了手工编制工艺规程,工作效率明显提高,原来需要一周到一个月才能编制出一份工艺规程,现在只需一天到一周就可完成,并且利用工艺数据管理系统的典型工艺与工艺借用功能,只需几分钟就可完成相似工艺的编制。因此,工艺员就可以把更多的时间用在工艺完善、优化工作上,从而不断提高工艺设计的质量。
    2. 工作规范、过程优化
    通过深入、广泛地应用工艺数据管理(CAPP)技术,将工序名称、标准文件、使用说明等归纳总结为常用术语,并入库管理,工艺员设计工艺时可进行动态检索选取或约束选取,一方面提高了工作效率,另一方面,最大限度减少手工方式的随意性造成的影响,逐步提高了工艺的规范化、标准化程度,从而不断的理顺工艺工作流程,优化工艺设计过程。
    3. 动态支持、协同设计
    借助于工艺数据管理系统的动态关联知识库功能,工艺员在设计工艺时,可以随时查询、利用知识库中已有资源,反之,利用系统的动态知识获取技术可将典型工序、工装设备等数据随时入库,以供其他工艺员或其它工艺使用;同时也可检索其它分厂的资源配置状态,为工艺设计提供可靠依据。另外,对于跨分厂的混合加工工艺规程,可分开并行编制,然后由系统进行按需合并。
    4. 信息检索方便、快捷
    通过系统的查询检索模块,项目负责人、部门领导和总工艺师均可随时通过网络了解项目进展状况,工艺编制完成状态等信息。工艺信息汇总也变得唾手可得,数分钟内就可统计生成各种所需清单,而需几个月才能整理出来的MBOM数据只需几个小时便可统计出来,极大地提高了信息获取速度。
    5. 数据传递及时、准确
    由于各个分系统均在工艺数据管理系统的平台上运行,工艺信息采用ORACLE数据库集中存储与管理,信息集成就变得游刃有余,工艺员可以及时获取EBOM信息和材料代码,材料定额员可随时从工艺规程中提取材料信息,工时定额员可随时从工艺规程中提取工时信息,并且所有数据采用统一数据源,保证了数据的一致性、准确性,提高了信息的重用性。

六、结束语

    系统经过一年多试运行和正式运行,已完成了重点型号飞机大部分工艺规程的编制工作,工艺设计的效率明显提高,并提高了工艺设计的水平和质量,积累了大量的工艺基础数据和工艺知识、经验,更重要的是通过工艺数据管理系统(CAPP)的实施,逐步建立了企业的设备库、工艺装备库、刀量具库、工艺术语库、典型工艺库等资源数据库,为快速工艺设计提供了便捷的辅助手段,并使工艺文件中的零件配套关系、材料、工艺过程、标准(定额)工时等基础工艺信息得到了有效的管理和综合应用,为沈飞公司未来多机种、系列飞机构型管理提供了良好的技术支持,为推进公司信息化建设的进程创造了非常有利的条件,使公司工艺信息管理居于航空系统内的领先地位。
    为了使工艺数据管理技术在公司军机和民机生产过程中得到进一步推广应用,发挥信息化管理的规模优势,现开始工艺数据管理系统二期工程的实施工作。对公司军机工艺数据管理系统进行升级,实现工艺文件的网上审签,并新增加300个节点,使节点数由现有的200个扩充到500个,保证工艺员的正常使用。

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