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理論需求
CAPP是連接產(chǎn)品設(shè)計與制造的橋梁|，產(chǎn)品的設(shè)計信息只有通過工藝設(shè)計環(huán)節(jié)才能用以指導(dǎo)生產(chǎn)。但傳統(tǒng)的CAPP作為工藝人員編制工藝時的輔助工具，屬于制造企業(yè)自成體系的一項單元技術(shù)，被定義為部門級軟件，其數(shù)據(jù)大多基于工藝文件封裝的概念進(jìn)行管理，導(dǎo)致在企業(yè)信息系統(tǒng)體系內(nèi)，工藝設(shè)計過程與生產(chǎn)、計劃、質(zhì)量等業(yè)務(wù)部門脫節(jié)，工藝數(shù)據(jù)相對獨立，難以保證為下游信息系統(tǒng)實時傳遞一致、有效的工藝信息。MES連接企業(yè)控制層與計劃層，主要針對車間級的生產(chǎn)作業(yè)管理，擁有控制包括物料、設(shè)備、人員等在內(nèi)各種資源的能力，在企業(yè)的整個生產(chǎn)經(jīng)營管理的縱向起著承上啟下的作用。但是隨著產(chǎn)品的多樣化及企業(yè)管理的精細(xì)化，MES在過程信息的有效挖掘、質(zhì)量缺陷分析等方而能力不足。
因此，如何在產(chǎn)品設(shè)計制造的橫向上有效共享整合工藝、物料狀態(tài)、質(zhì)量等信息，在制造過程的層面上統(tǒng)一業(yè)務(wù)，將過程管理系統(tǒng)化、平臺化，是具有現(xiàn)實意義的。一方面有助于發(fā)揮CAPP在整個成產(chǎn)活動中的信息中樞作用，設(shè)計信息可以及時向下傳遞，同時生產(chǎn)反饋信息可以及時向上傳遞，指導(dǎo)T藝設(shè)計優(yōu)化，最終實現(xiàn)工藝部門與制造部門的高效協(xié)同工作，縮短產(chǎn)品的整個設(shè)計一制造周期。
現(xiàn)實需求
壓力容器在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，一方面造福了人類；另一方面，壓力容器在運行過程中一旦失效，發(fā)生事故，將會造成災(zāi)難性后果。而壓力容器的制造質(zhì)量是保證其運行安全的首要關(guān)鍵因素之一。為此我國政府出臺制定了一系列法律法規(guī)、國家標(biāo)準(zhǔn)，對壓力容器的制造過程進(jìn)行嚴(yán)格控制。故相較于一般的裝備制造企業(yè)，壓力容器制造企業(yè)的制造過程管理更具有挑戰(zhàn)性。
壓力容器制造企業(yè)，其生產(chǎn)模式多為單件、小批量、多品種、訂單式，屬于典型的離散制造企業(yè)，生產(chǎn)柔性較強，制造周期較長，不確定性較多，加上傳統(tǒng)的職能管理模式，導(dǎo)致部門間信息交換不暢，生產(chǎn)過程管理效率較低，合同交貨期較難得到保障。且由于對產(chǎn)品制造質(zhì)量要求極高，過程控制十分嚴(yán)格，生產(chǎn)中會存在大量質(zhì)量問題。由于企業(yè)缺乏對質(zhì)量問題的深入分析的有效手段，導(dǎo)致重復(fù)性質(zhì)量問題出現(xiàn)率較高，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的保證和持續(xù)提高。
為此本文根據(jù)某壓力容器制造企業(yè)實際情況，有針對性地建立了基于MES與CAPP集成的制造過程管理體系框架，旨在通過CAPP中工藝數(shù)據(jù)與MES中制造數(shù)據(jù)的動態(tài)集成，提高產(chǎn)品制造過程中部門問信息交換與利用效率，增強企業(yè)對在制品的管控能力，同時通過對制造過程中質(zhì)量缺陷的追蹤溯源，提高企業(yè)內(nèi)MES的過程優(yōu)化能力及CAPP的工藝優(yōu)化能力。在提高企業(yè)內(nèi)部門間工作效率、縮短制造周期的同時，通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的充分挖掘利用，持續(xù)提升壓力容器制造質(zhì)量。
集成框架
產(chǎn)品的制造過程涉及產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)計劃制定、零部件加工與裝配、質(zhì)量計劃、質(zhì)量控制等諸多職能部門及業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，相關(guān)信息較為繁多且復(fù)雜。工藝設(shè)計過程與產(chǎn)品制造過程關(guān)聯(lián)性較強，通過建立CAPP和MES的集成框架，工藝信息與制造信息可以無縫傳遞與交換，企業(yè)可以對產(chǎn)品制造過程中物料、工藝、質(zhì)量、材料、設(shè)備、人員等信息及資源進(jìn)行實時跟蹤管理，合理調(diào)度生產(chǎn)資源，分析工藝執(zhí)行情況，及時診斷質(zhì)量缺陷，制定并實施整改措施。 兩系統(tǒng)集成框架如圖所示。
集成方案
根據(jù)前述理論，CAPP／MES系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享是實現(xiàn)基丁工藝信息的在制品跟蹤管理與基于過程信息的質(zhì)量缺陷溯源的基礎(chǔ)。
基于xBOM的系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成
在制造業(yè)中，一般通過BOM(Bill of Material，產(chǎn)品物料清單)來描述組成產(chǎn)品的零部件基本設(shè)計信息及之問的裝配關(guān)系。BOM是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)組織的基礎(chǔ)核心數(shù)據(jù)， 貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、計劃、采購等職能部門。故BOM成為系統(tǒng)間集成及模塊問信息傳遞的重要依據(jù)。
通常情況下所指的BOM為傳統(tǒng)BOM，也稱狹義BOM，其在功能上僅僅描述了產(chǎn)品中零部件的組成，是設(shè)計部門業(yè)務(wù)輸出的主要體現(xiàn)。基于BOM結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性，很多學(xué)者在制造企業(yè)各部門業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，論述了xBOM的概念。在產(chǎn)品的全生生產(chǎn)周期中，企業(yè)內(nèi)各部門圍繞最終產(chǎn)品，基于各自業(yè)務(wù)流程設(shè)計、使用和管理產(chǎn)品BOM。
從廣義的角度，BOM主要存在以下形式：
(1)設(shè)計BOM(Engineering BOM，EBOM)在產(chǎn)品設(shè)計階段，設(shè)計部門的主要工作是根據(jù)客戶需求及相關(guān)設(shè)計準(zhǔn)則確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。EBOM是設(shè)計部門從設(shè)計完成的圖紙中提取的用來表述產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。一般包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件幾何形狀、尺寸、重量、版本信息等設(shè)計信息。EBOM一般在設(shè)計工作全部結(jié)束后匯總得出。
(2)工藝BOM(Proeess Planning BOM，PPBOM)工藝部門根據(jù)EBOM及企業(yè)實際生產(chǎn)能力，制定EBOM中各種物料的加工、裝配的方法，確定加工設(shè)備、工裝輔具等工藝信息有時可能調(diào)整EBOM中零部件之間的父子關(guān)系，如添加工藝虛擬件等。PPBOM還應(yīng)包括工藝審核等流程管理信息。最終所有工藝設(shè)計完成后，在EBOM的基礎(chǔ)上便形成完整的產(chǎn)品PPBOM。
(3)制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)企業(yè)生產(chǎn)部門根據(jù)EBOM、PPBOM，添加組織生產(chǎn)所需的靜態(tài)數(shù)據(jù)(如流水號、生產(chǎn)計劃信息、關(guān)鍵工序信息等)及實際生產(chǎn)過程中實時采集的動態(tài)數(shù)據(jù)(如工序匯報信息等)，在全部生產(chǎn)完成后形成該產(chǎn)品完整的MBOM。
(4)質(zhì)量BOM(Quality BOM，QBOM)質(zhì)量管理部門在質(zhì)量活動中的靜態(tài)數(shù)據(jù)(如零部件的質(zhì)量要求、質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)等)及動態(tài)數(shù)據(jù)(如質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)等)共同構(gòu)成了QBOM。
(5)采購BOM(Buying BOM，BBOM)企業(yè)采購部門根據(jù)MBOM及PPBOM信息所制定的包括產(chǎn)品外購件、外協(xié)件和自制件原材料的采購清單，BBOM是組織采購活動的依據(jù)。
(6)成本BOM (Cost BOM，CBOM)企業(yè)成本核算部門匯總BBOM中的采購成本信息和MBOM中各種類型物料的制造成本信息，以及生產(chǎn)過程中的管理費用、設(shè)備折舊費用等企業(yè)的附加費用信息，最終形成產(chǎn)品的CBOM。
從上述描述中可以看出：(1)在各種形式的BOM中，EBOM和PPBOM凝結(jié)了產(chǎn)品設(shè)計人員與工藝設(shè)計人員的創(chuàng)造性工作，故EBOM與PPBOM屬一于原始BOM，其他BOM都是以此為基礎(chǔ)添加相應(yīng)環(huán)節(jié)信息的來的，稱為導(dǎo)出BOM。(2) MBOM是組織管理生產(chǎn)過程的重要BOM，也是QBOM，BBOM，CBOM等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(3)不同于傳統(tǒng)BOM的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，xBOM是隨著制造過程動態(tài)生成的。(4)PPBOM、MBOM、QBOM的生成過程涵蓋企業(yè)丁藝設(shè)計與生產(chǎn)過程管理環(huán)節(jié)，三者之間的轉(zhuǎn)換可以作為CAPP與MES之問的數(shù)據(jù)紐帶。
