計算機輔助工藝應用系統在集體落紗長細紗機生產制造中的應用

0 引 言

近年來計算機輔助工藝CAPP作為連接計算機輔助設計CAD（Computer Aided Design）和計算機輔助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）的橋梁在生產中得到了廣泛應用，但傳統的CAPP大多面向零件加工，隨著CAD在產品的研發過程中的廣泛應用，產品結構也變得日趨復雜，裝配在生產中所處的重要性也越來越大，用計算機來輔助編制裝配工藝已漸漸成為一種必需。基于圖形處理的CAD系統雖然都在裝配中展現了強大的能力，但以不斷上升的硬件系統支持為代價也給企業帶來了沉重的負擔，在這種情況下，產品數據管理系統PDM以一種網絡數據庫的形式進入了這一領域并且得到了飛速的發展，它提供了多人甚至多個團隊并行設計的協同工作環境以及自上至下的過程控制數據管理。然而并行設計在擁有提高產品開發效率和縮短技術準備周期的優點的同時也有著隨之而來且難以克服的弱點。在不斷細化的設計分工中，每個角色勢必會將其構建著眼于功能需要而經常忽視實際裝配的工藝性，甚至有時候必須以放棄實際裝配要求為代價，如果讓生產遷就于設計結構則必然導致勞動力使用不合理以及成本居高不下，如果要將設計結構重組使其適合于實際生產不僅需要投入大量具有豐富經驗的人力，而且不可避免地會產生很多因不受控的人為因素而導致的錯誤，甚至有可能導致正常生產次序的紊亂。因此對PDM系統進行二次開發，使數據庫具備強大的計算能力和高度的控制能力，制作一套能面向裝配的CAPP系統十分必要。本文針對集體落紗長細紗機開發的合同成臺控制系統的研發過程進行進一步的探討。

1 處理功能

紡織機械產品，特別是集體落紗長細紗機具有體積龐大的特點，所以在實際生產中除了車頭和車尾在發貨前進行總裝、調試和分別裝箱之外，其他部分都是以部件裝配件（以下均簡稱部裝件）以及零件的形式直接裝箱的，所以需要合同成臺控制系統生成的工藝文件主要包括部裝件相關工藝、總裝相關工藝和裝箱相關工藝，其功能流程也相對復雜，如圖1所示。

圖1 功能流程

主要包括產品多級庫、裝配零件庫、BOM（產品結構數據文件）匯總庫和裝箱匯總庫四個功能數據庫以及一些相應的處理操作模塊。合同成臺控制系統以合同為單位進行運作，在確定了所需編制的合同后系統首先會將原先PDM產品數據庫中的所有相關于此合同裝配的零件和層次結構導入產品多級庫，然后由工藝人員負責將導入的數據以盡可能適應生產的結構一個一個重組編排成為部裝件，并存入裝配零件庫，同時允許工藝人員給定部裝件編碼、部裝件名稱、設計父件、進行裝配的小組等一系列相關于部裝件的工藝信息；在重組完一個部裝件后便對其采取數量處理，通過裝配零件庫與產品多級庫之間的數量運算首先檢驗所編制的部裝件有否數量缺失或多盈，接著系統便根據所編制的部裝件中提供的特征自動計算此合同所需的此部裝件的套數，并同重組編排時給定的工藝信息一起存入BOM匯總庫，此外再將處理結果反饋給產品多級庫，以記錄編制進程和關聯信息；在數量處理的過程中，如果在所編制的合同中已存在同樣的部裝件則啟動自借用模塊，借用原部裝件的工藝結構和信息，如果在其他合同中存在有同樣的部裝件則啟動他借用模塊，借用原部裝件的工藝結構和信息，從而利用PDM系統強大的數據共享特性保證工藝的唯一性；在完成數量處理后對部裝件添加技術要求和相關使用工具等附加事項以結束一個部裝件的編制工作，而當結束了整個合同所有部裝件的編制后便可利用存放在裝配零件庫和BOM匯總庫中的數據匯總并打印出所需的部裝件相關工藝文件和總裝相關工藝文件以供生產投放使用；接著進入裝箱環節，將BOM匯總庫中的部裝件數據和產品多級庫中的剩余直接裝箱零件數據導入裝箱匯總庫，由工藝人員將導入的數據根據實際需要分流至不同的箱子存回裝箱匯總庫，完成后對裝箱匯總庫進行兩次校對：第一次對分流的完整性進行校對，檢驗所有應該得到分流的數據是否已被分流，第二次對數據的正確性進行校對，將裝箱匯總庫中的數據與PDM產品數據庫中的原始數據進行比較，以發現在前面一系列的模塊運行中是否存在人機對話過程的因人為操控失誤或者軟硬件干擾等而導致的錯誤；校對通過之后進入被分流到的每一個箱子，由工藝人員編制裝箱排放層次、包裝編號和備注事項等一系列相關于裝箱的工藝信息，當結束了一個箱子裝箱工藝的編制后便可將相關數據存入裝箱匯總庫并由系統生成及打印出包裝清單和裝箱單，而當完成所有箱子的裝箱工藝之后，整個處理功能的流程也便隨之結束。

2 模擬功能

合同成臺控制系統的處理功能提供了一個計算機編制集體落紗長細紗機裝配工藝和裝箱工藝的平臺環境，嚴格控制裝配裝箱工藝的各個編制環節，使數據庫具備了對工藝數據高度的控制能力，但是僅具備控制能力的系統是無法適應瞬息萬變的市場需求的，新的合同隨時隨地都會出現，設計人員也會根據產品的發展乃至用戶的需要，使用PDM系統選用一些原有可用的設計結構以及開發一些新的設計結構，在PDM產品數據庫中建立起大量的產品信息，如果每個合同都需要工藝人員使用處理功能從頭開始重新編制，那從實際意義上說這樣的系統是不存在任何進步的，因此對于合同成臺控制系統來說有能力自動判別出哪些是原有的設計結構，哪些是新的設計結構，以及哪些原有的工藝結構可以借用和哪些新的工藝結構需要重新編制，甚至哪些關系到的工作環節可以由計算機快速運算出來讓工藝人員方便地完成編制工作便十分必要。合同成臺控制系統的模擬功能就是為此而設計的，它賦予數據庫強大的計算能力，其功能流程如圖2所示。

圖2 功能流程

它除了使用處理功能原有的四個功能數據庫之外又新增了一個BOM匯總臨時庫，此外就是幾個相應的模擬操作模塊。與處理功能相同，在確定了所需編制的合同后系統首先會向產品多級庫導入在原先PDM產品數據庫中的所有相關于此合同裝配的零件和層次結構，接著便可由工藝人員啟動自動模擬過程；進入自動模擬過程，系統首先對產品的總設計結構進行分析，從產品多級庫中找出與此合同的總設計結構最為相近的合同作為模擬的樣板，然后將樣板中所有與新合同相同的設計結構的所有相關部裝件從BOM匯總庫中導出，并核對他們在裝配零件庫中的相關零件是否存在于產品多級庫中，無任何偏差的部裝件將被認為是可以借用原有工藝結構的部裝件而作為新合同的部裝件被重新存入BOM匯總庫，存在偏差的部裝件將被認為是需要重新編制新的工藝結構的部裝件而暫時存入BOM匯總臨時庫以待重新編制；在部裝工藝模擬之后繼續使用樣板對裝箱工藝進行模擬，將樣板中所有與新合同相同的設計結構的所有相關部裝件以及零件的裝箱分流信息、裝箱排放層次、包裝編號和備注事項等相關于裝箱的工藝信息從裝箱匯總庫中導出并作為新合同的裝箱工藝信息重新存入裝箱匯總庫；完成了所有的樣板模擬之后系統繼續對因新合同與樣板不同而沒有被模擬到的設計結構進行進一步的擴展模擬，從產品多級庫中找出與這些設計結構最為類似的結構，然后將被找到的結構中的所有相關部裝件從BOM匯總庫中導出，同樣核對他們在裝配零件庫中的相關零件是否存在于產品多級庫中，無任何偏差的部裝件被認為是可以借用原有工藝結構的部裝件而作為新合同的部裝件被重新存入BOM匯總庫，存在偏差的部裝件被認為是需要重新編制新的工藝結構的部裝件而暫時存入BOM匯總臨時庫以待重新編制；結束類似模擬之后系統便認為可以模擬導入BOM匯總庫和BOM匯總臨時庫的部裝件已全部導入，接著便對這些部裝件在裝配零件庫中的數據進行自動數量處理，向BOM匯總庫反饋新合同所需的每一個部裝件的套數，向產品多級庫反饋處理結果包括記錄編制進程和關聯信息，以及同時向裝箱匯總庫反饋各種裝箱工藝牽涉信息；自動處理完BOM匯總庫的部裝件，系統便跳出自動模擬過程，接著便由工藝人員將暫時存放在BOM匯總臨時庫中的部裝件一個一個地導出并進行相應的重新編制，使用合同成臺控制系統的處理功能完成新合同中計算機無法自動完成、必須由工藝人員干預的新工藝結構編制，自此系統的模擬功能流程也已告完成。

3 更改功能

科技是不斷地在發展的，技術是不斷地在進步的，任何結構上的改良只有確實地體現在產品上才能夠發揮它的效用，而改良的即時性也越來越成為企業發展好壞的標的之一，基于這一點集體落紗長細紗機的設計結構會不斷向功能合理和結構完善的方向發展，并且會以更改的形式體現在PDM產品數據庫中，因此如何再將PDM產品數據庫中的更改即時地體現在相關的裝配裝箱工藝中便成為合同成臺控制系統的一大挑戰，此外除了設計結構，工藝結構也會不斷向降低成本和易于管理的方向發展，所以在處理好設計結構更改的同時還必須兼顧工藝結構的易調整性，合同成臺控制系統在處理功能和模擬功能的基礎上又建立了更改功能以應對這一需要，進一步完善了自己的功能。更改后的功能流程如圖3所示。

圖3 更改后的功能流程

相對于處理功能流程它又加入了一個作為回收站的功能庫和一些針對更改使用的功能模塊。在調用已編制過的合同的時候，系統首先搜索PDM產品數據庫中相關于此合同的所有更改紀錄，比較它們與此合同在編制時的導入時間的先后，如果發現PDM產品數據庫中有新增的更改紀錄系統會詢問工藝人員是否立即更改，工藝人員可以選擇立即更改，如果此合同處于編制過程中工藝人員也可以選擇暫緩更改；當工藝人員選擇了立即更改，系統便會將在PDM產品數據庫中的所有相關于此合同裝配的零件和層次結構重新導入產品多級庫，并將原先存放在產品多級庫中的更改之前導入的所有相關于此合同裝配的零件和層次結構轉存入回收站，隨后系統便對存放在產品多級庫以及回收站中的這些零件和層次結構進行比較以確定更改記錄所涉及到的具體設計更改細節，然后將在回收站中的沒有發生更改的零件和層次結構的所有編制關聯信息復制到產品多級庫中相應的零件和層次結構記錄中，并同時給回收站以及產品多級庫中發生更改的零件和層次結構打上需要更改的標記以待更改；結束比較之后，由工藝人員根據回收站中和產品多級庫中的標記實施更改編制工作，即將涉及到的部裝件在裝配零件庫中相關的處于更改前狀態的零件結構返回給回收站，然后將產品多級庫中相關的處于更改后狀態的零件結構調入編制并處理后重新存入裝配零件庫，并同樣向BOM匯總庫和產品多級庫反饋關聯信息，同時類似于PDM產品數據庫留下更改記錄。此外如果有需要進行自借用或他借用的情況出現的話同樣自借用模塊或他借用模塊將被啟動；接著通過匯總運算進入裝箱編制環節，依次使用分流模塊、校對模塊和編制模塊完成原先在產品多級庫中帶有需更改標記并且屬于直接裝箱的零件數據的裝箱更改編制。如果前面的部裝件的更改影響到裝箱的也需要進行相應調整，而處理完回收站和產品多級庫中所有的需更改標記也便意味著合同成臺控制系統應對PDM數據庫更改進行處理的流程結束；而針對工藝方面的更改要求，系統又提供了更改工藝結構模塊允許工藝人員對裝配零件庫進行工藝結構更改操作、提供了更改技術要求模塊允許工藝人員對BOM匯總庫進行技術要求更改操作、提供了更改裝箱工藝模塊允許工藝人員對裝箱匯總庫進行裝箱工藝更改操作，同樣類似于PDM產品數據庫給以上幾種操作留下更改記錄，繼而便完成了整個合同成臺控制系統的更改功能流程。

4 外圍擴展

處理功能、模擬功能和更改功能組成了合同成臺控制系統的核心，使數據庫具備強大的計算能力和高度的控制能力。從裝配到裝箱，從數據建立到自動模擬，合同成臺控制系統已初步達到紡織裝配CAPP系統的設計要求。但是好的系統是不能忽視其外圍擴展的，對于數據庫來說預留了哪些數據段以供擴展也是相當重要的，合同成臺控制系統在設計之初已考慮到多個條線的需要，預留了相當的數據段以供應用和統計，并且有相當大一部分已成功地完成了擴展：

生產計劃準備條線系統擴展了月度商品出產順序的編制和排列，提供了生產計劃部門對每月合同計劃節點的編排和控制的需要；系統擴展了齒輪箱單、裝配調試用齒輪清單和車頭用齒輪清單，提供了生產計劃部門協調車間與外協作單位之間的先行齒輪收發和調配的要求，使車頭傳動齒輪、調試選用齒輪和用戶選用的變換裝箱齒輪都能以最有效的節點加工和配發；系統擴展了車尾選用帶輪清單、車頭裝配用零件清單和車尾裝配用零件清單，提供了生產計劃部門根據裝配次序需要調整甚至調配金加工出產的可能；系統擴展了部裝件清單比較和合同部裝件匯總比較，提供了生產計劃部門合理調配工藝文件和有效指導生產運作的需要；系統擴展了備件、多備件和工具箱單，提供了生產計劃部門控制備件、多備件和工具的準備和裝箱的需要；系統還將要擴展裝箱木箱規格匯總，提供生產計劃部門對裝箱從用料起的控制指導需要。這樣便通過龐大的信息系統，把合同的生產信息準確地收集在一起，使生產計劃調度人員對合同的細節了如指掌，從而合同與合同之間有了較好的互換性，也為企業的生產降本以及減少人力物力的浪費創造了有利的條件。

質量保證檢驗條線系統擴展了零件到部裝件的單級反查和零件到部裝件到裝箱的多級反查，使質量檢驗部門能夠了解零件或部裝件的具體去向，擴展部裝件到設計父件的反查、部裝件到產品的反查和產品到合同的反查，使質量檢驗部門能夠了解零件或部裝件的具體出處，整個提供了質量檢驗部門對整個生產流程和具體零部件的來龍去脈的檢驗保證的要求；系統擴展了裝配工藝卡、包裝清單、裝箱單和齒輪箱單的查詢，提供了質量檢驗部門隨時便捷地翻查工藝文件、提高檢驗工作效率的需要；系統還擴展了裝配工藝匯總索引，提供了質量檢驗部門掌握裝配工藝編制結構過程、編制所處狀態和版本更新狀態的可能。如此便通過系統將合同信息在設計、技術和質保之間串聯起來，使得所有的合同技術文件處于受控狀態，從而為企業的整體質量體系的水平提高提供了技術的保證。

工時定額、財務條線系統擴展了部裝工藝定額、包裝工藝定額和裝箱工藝定額等定額控制模塊，提供了工時定額部門調整工時、協調工人生產的需要；此外系統還將要擴展部裝工藝、包裝工藝和裝箱工藝的財務成本核算和匯總，使相關于裝配的成本核算脫離長期的不受控狀態，提供了財務部門掌握精確生產成本以及精簡企業生產成本的可能。可預見一般的，系統同樣將在這些很少涉足的領域發揮其本領。

5 開發難點和關鍵

在整個合同成臺控制系統的開發過程中遇到了很箱信息的模擬能力，經過不斷嘗試終于以一定的比例調和了樣板模擬和類似模擬，也終于將模擬功能調試到了近乎最佳的狀態。

對合同成臺控制系統的開發已經取得了一定程度的成功，而下一步要進行的是對合同成臺控制系統的鋪開。大型企業不會只有單一的產品，從集體落紗長細紗機拓展到粗紗機、倍捻機乃至絡筒機是合同成臺控制系統應有的職責。

6 結 語

PDM系統的數據管理能力、網絡通訊能力和過程控制能力在企業的制造過程中都發揮了巨大的作用，而基于PDM的裝配CAPP系統的二次開發一直都存在著相當的難度，集體落紗長細紗機開發的合同成臺控制系統的示例解析了PDM系統二次開發的設計思路，對于類似的基于PDM的裝配CAPP系統的二次開發有著一定的借鑒作用。多難點也克服了很多困難，其中一個難點是處理功能中的進程處理模塊，進程處理模塊是在重組完一個部裝件后便對其采取數量處理，通過裝配零件庫與產品多級庫之間的數量運算首先檢驗所編制的部裝件有否數量缺失或多盈，接著系統便根據所編制的部裝件中提供的特征自動計算該合同所需的此部裝件的套數，并同重組編排時給定的工藝信息一起存入BOM匯總庫，此外再將處理結果反饋給產品多級庫，以記錄編制進程和關聯信息的模塊，但是其中如何將產品多級庫中的設計結構同與之有著相當差異的裝配零件庫中的工藝結構之間的關系處理清楚反饋給產品多級庫，并且同時還要考慮到工藝的修改性甚至返回到編制前的狀態的可能性，此外裝配零件庫中的數據還要考慮到對其他參數配置的合同的處理適用性，任何一項都不是用簡單的程序可以完成的，經過分析和研究，并且不斷地調試程序，反復嘗試終于把繁多的情況分散到幾個大類和幾個小類之中通過分流的程序處理攻克了這一難點。

開發過程中另一個難點在于模擬功能中的模擬方法，模擬可以采用樣板模擬的方法，找出設計結構最為相近的合同作為樣板，這樣便可以模擬出相同的部裝件、相同的結構關系、相同的結構信息甚至相同的裝箱信息。但是采用樣板模擬往往只能模擬出一部分甚至有時候只是一小部分的結構；模擬也可以采用類似模擬的方法，在整個數據庫中泛找相同的或者最為相近的設計結構，這樣便可以模擬出更多相同的部裝件，甚至模擬出相近的部裝件以供重新編制，但是相對損失了相同結構關系、相同結構信息和相同裝

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