1 引言

在整个生产过程中,工艺工作总是贯穿其中,并发挥极其重要的作用。工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等,甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约,其中的任何一个因素发生变化,都可能导致工艺设计方案的变化。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。因此,本文将对动态capp系统进行研究,提出动态capp 的网络体系结构,动态capp 系统的功能模块和流程图。所开发的动态capp 系统能够对发生变化的车间工况环境能够作出及时的响应和反馈,及时调整工艺路线,能够对生产实际作出正确的指导。

2 capp 系统的发展

2. 1 问题的提出

自从第一个capp 系统诞生以来,各国对使用计算机进行工艺的辅助设计进行了大量的研究,并取得了一定的成果。计算机辅助工艺过程设计在很大程度上改变了传统工艺过程设计在整个生产活动中的地位和功能。传统的工艺过程设计仅仅是生产技术准备中的一个环节,主要为车间提供指导制造活动的技术文件(工艺规程) 。在此思想指导下,开发了许多针对特定生产对象、甚至特定车间、特定设备和特定功能需求的capp 系统,系统适用性差。在传统的生产组织中,技术文件与生产过程的联系不是实时的,技术文件的制定是在投入生产之前进行的,没有考虑到当前的制造资源约束和车间的实际工况。传统的capp 系统之所以适用性差(见图1) ,这是因为: ①工艺是在不考虑车间动态信息的情况下生成的,因此是静态的和刚性的,这种没有可选性的工艺必然受到许多限制,有时甚至不符合生产实际。②工艺设计时认为,现有的车间资源(如原材料、机床、刀具、夹具和操作人员等) 可供无限使用,而实际上由于材料短缺、设备故障或其他任务占用等原因,要求的制造资源可能无法保证。③当工艺规程中选定的某台机床设备被占用或者某些工装设备出现故障时,工件只能排队等待,不能按照车间的实际情况,实时调整工艺路线。此外,工艺规程上规定的工时定额总是与实际情况有所出入,很难在生产计划和控制中起到应有的作用。为了解决这些实际问题与难点,作者提出了具有实时优化功能的动态capp 系统模型。

2. 2 工艺计划与生产调度集成的意义及必要性

由于传统的生产过程缺乏柔性,不能达到生产过程全面优化从而导致生产过程稳定性差。针对这种工艺环节上的内在缺陷,从而提出将工艺过程设计与生产计划调度集成起来,使信息相互沟通和协调,是解决上述问题的有效方法。从工艺过程设计及生产计划调度工作的特点看,二者在很多方面有着密切的联系: ①一个零件的加工通常有多种加工方案,一个特征往往有多种加工方法,在工艺设计时如果能考虑零件的交货期及车间的实际加工状态(如资源可用性) ,实时合理地选择加工方法和资源,对提高调度柔性,保证生产的顺利进行是很有意义的。②在调度过程中,如果能根据工艺的难易程度、是否容易出现废品等技术参数进行综合分析,合理地确定零件的投放时间,对保证调度质量、提高生产稳定性很有好处。③工艺过程计划的一个非常重要的任务就是按照零件的工艺特征选择合理的车间资源,而生产计划调度的任务是把指定零件的某工序分派给确定的车间资源,并满足开工完工的时间要求。所以二者在这一点上有共同的任务和目标。工艺过程计划与生产计划调度在功能上既有各自内在的功能特点,又存在着许多相互联系,这些联系就构成了系统集成的基础。

3 动态capp 系统的体系结构

3. 1 动态capp 系统的网络框架体系结构

根据传统capp 开环系统所存在的问题,可以利用生产计划调度与capp 系统的有机集成,解决实际生产中存在的问题。

在分析capp 系统的特点的基础上,充分考虑动态变化的制造环境和加工对象对capp 体系结构的影响,采用基于网络的分布式工艺设计策略和动态信息集成技术。该动态capp 系统的网络体系结构如图2 所示,它是典型的基于browse/server模式的三层分布式体系结构。

⑴客户层用户通过浏览器完成工艺设计过程的工作流管理。

⑵web 服务器层用于存放capp 功能组件和应用程序。该层是系统的资源组织和功能实现层。

⑶数据库服务器层用于存储各种产品知识数据、工艺数据和设备数据等通用制造资源数据。

同时将生产计划调度软件安装在局域网内的任何一台机器上,通过交换机与数据库相连,达到动态加工信息的数据共享。

3. 2 动态capp 系统的功能体系结构

在动态capp 系统中,如何保证制造信息的动态性是本系统的核心。动态capp 系统保证工艺编制的正常进行的前提下,确保工艺文件的及时性和有效性。而本系统所讨论的动态性实际上指的是利用生产计划调度分析预期生产中出现的机床负荷问题,通过计算能够明确机床的负荷分布情况,并将这些信息传递给工艺编制人员。另一方面工艺编制人员将最终生成的新工艺文件传递给生产计划调度部门,便于作业计划的安排。动态capp 系统的功能体系结构如图3 所示。

4 动态capp 系统的实现

4. 1 psi 生产计划调度软件概述

psi 是一个生产计划调度软件,能够监测和调配每天的生产计划,能够预知生产中的瓶颈问题。无论是原材料迟到,或是员工请假,机器故障,又或者有紧急的订单,psi 都能作出相应的分析计算,给出最优化的生产作业计划。

4. 2 动态capp 系统的组成单元

动态capp 系统模型是建立在最新企业内部制造资源基础之上的,利用与生产计划调度软件( pps: produktion planning &scheduling) 的有机集成,解决由于制造资源因素变动下的工艺设计问题。因此,动态capp 系统模型粗略地可以由以下两个单元组成:

(1) 传统capp 系统单元:该单元从cad 系统或人机交互输入得到设备信息、工装信息、产品信息(零件信息) 等等,根据派生法capp 系统或者创成法capp 系统,利用工艺逻辑规则,生成工艺规程和工时及成本数据。

(2) 生产计划调度单元:该单元按一定的排序准则将规定的任务按周、日、小时具体分配给指定的工作地点极其设备进行加工,确保完成生产计划的要求。作业计划包括分配各种零件的投入期和产出期,并规定完成这些加工工序的地点。实际上该单元由两部分组成:机床负荷的确定和作业排序。

4. 3 动态capp 系统的总体流程图

从动态capp 系统流程图4 上可以看到,登录界面具有两个通道:系统管理员和企业用户。系统管理员主要负责系统资源和企业用户的维护。企业用户通过请求web 页面与web 服务器交互。服务器提供用户通过web 浏览器进行工艺过程编制:从企业系统资源的定制,包括制造资源,加工对象的确定;零件基本信息和尺寸信息的描述;安排合理的加工顺序;确定加工余量和毛坯,计算工序尺寸和公差;选用合理的切削用量;计算时间定额和加工成本;最后编制适合生产的工艺文件资料。在进行工艺详细设计的过程中,可以从psi 软件调入相关信息进行协调。pps 软件安装在局域网内的任何一台机器上,通过交换机与服务器相连。编制vb 程序,安装在机器上。通过该vb程序将pps 软件生成的有关当前状态下的生产设备的负荷情况及相关信息调用到服务器的数据库上,使通过pps 软件分析的数据信息能够供企业用户调用。当工艺详细设计完成之后将生成的工艺文件通过vb 程序导入到pps 软件对应的数据库,以便作业计划人员进行作业计划的安排。通过上述步骤可以使pps 软件和工艺编制达到有效的集成。

系统运行特点:由于系统各部分是在充分考虑了交货日期、车间资源状况及零件的工艺要求的基础上工作的,所以生产过程的稳定性和可取性增加了,当生产中出现偶然性因素(如机床故障、刀具折断、生产任务变化等)致使生产进度不能披计划进行时,实时调度与控制,及时修改进度计划,保证生产过程能够继续进行。

5 结论

具有实时优化功能的capp 系统不仅仅是在科室中完成的技术准备工作,它将与作业生产计划编制、生产调度和工况数据采集系统集成在一起。在整个生产活动中,构成一个技术文件和生产指挥活动的动态拟合系统,明显提高了capp 系统的实时性、指导性和可操作性,以及capp 系统提供的数据的可信度。

实时的、动态的、自优化的capp 系统能够根据设备负荷情况自动修改工艺路线,从而提高机床利用率,它还能够按照工况数据采集系统提供的实际工时,进行统计和回归分析后,自动修改工时定额,使作业计划的安排更为合理,更符合生产实际情况,促使整个生产活动的效益和效率明显提高。根据上述原理,在项目资助下,开发了基于网络联盟制造的动态capp 的原型系统,试用验证,效果良好。这里限于篇幅,具体例子不再赘述。