计算机辅助工艺应用系统在集体落纱长细纱机生产制造中的应用

0 引 言

近年来计算机辅助工艺CAPP作为连接计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）和计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）的桥梁在生产中得到了广泛应用，但传统的CAPP大多面向零件加工，随着CAD在产品的研发过程中的广泛应用，产品结构也变得日趋复杂，装配在生产中所处的重要性也越来越大，用计算机来辅助编制装配工艺已渐渐成为一种必需。基于图形处理的CAD系统虽然都在装配中展现了强大的能力，但以不断上升的硬件系统支持为代价也给企业带来了沉重的负担，在这种情况下，产品数据管理系统PDM以一种网络数据库的形式进入了这一领域并且得到了飞速的发展，它提供了多人甚至多个团队并行设计的协同工作环境以及自上至下的过程控制数据管理。然而并行设计在拥有提高产品开发效率和缩短技术准备周期的优点的同时也有着随之而来且难以克服的弱点。在不断细化的设计分工中，每个角色势必会将其构建着眼于功能需要而经常忽视实际装配的工艺性，甚至有时候必须以放弃实际装配要求为代价，如果让生产迁就于设计结构则必然导致劳动力使用不合理以及成本居高不下，如果要将设计结构重组使其适合于实际生产不仅需要投入大量具有丰富经验的人力，而且不可避免地会产生很多因不受控的人为因素而导致的错误，甚至有可能导致正常生产次序的紊乱。因此对PDM系统进行二次开发，使数据库具备强大的计算能力和高度的控制能力，制作一套能面向装配的CAPP系统十分必要。本文针对集体落纱长细纱机开发的合同成台控制系统的研发过程进行进一步的探讨。

1 处理功能

纺织机械产品，特别是集体落纱长细纱机具有体积庞大的特点，所以在实际生产中除了车头和车尾在发货前进行总装、调试和分别装箱之外，其他部分都是以部件装配件（以下均简称部装件）以及零件的形式直接装箱的，所以需要合同成台控制系统生成的工艺文件主要包括部装件相关工艺、总装相关工艺和装箱相关工艺，其功能流程也相对复杂，如图1所示。

图1 功能流程

主要包括产品多级库、装配零件库、BOM（产品结构数据文件）汇总库和装箱汇总库四个功能数据库以及一些相应的处理操作模块。合同成台控制系统以合同为单位进行运作，在确定了所需编制的合同后系统首先会将原先PDM产品数据库中的所有相关于此合同装配的零件和层次结构导入产品多级库，然后由工艺人员负责将导入的数据以尽可能适应生产的结构一个一个重组编排成为部装件，并存入装配零件库，同时允许工艺人员给定部装件编码、部装件名称、设计父件、进行装配的小组等一系列相关于部装件的工艺信息；在重组完一个部装件后便对其采取数量处理，通过装配零件库与产品多级库之间的数量运算首先检验所编制的部装件有否数量缺失或多盈，接着系统便根据所编制的部装件中提供的特征自动计算此合同所需的此部装件的套数，并同重组编排时给定的工艺信息一起存入BOM汇总库，此外再将处理结果反馈给产品多级库，以记录编制进程和关联信息；在数量处理的过程中，如果在所编制的合同中已存在同样的部装件则启动自借用模块，借用原部装件的工艺结构和信息，如果在其他合同中存在有同样的部装件则启动他借用模块，借用原部装件的工艺结构和信息，从而利用PDM系统强大的数据共享特性保证工艺的唯一性；在完成数量处理后对部装件添加技术要求和相关使用工具等附加事项以结束一个部装件的编制工作，而当结束了整个合同所有部装件的编制后便可利用存放在装配零件库和BOM汇总库中的数据汇总并打印出所需的部装件相关工艺文件和总装相关工艺文件以供生产投放使用；接着进入装箱环节，将BOM汇总库中的部装件数据和产品多级库中的剩余直接装箱零件数据导入装箱汇总库，由工艺人员将导入的数据根据实际需要分流至不同的箱子存回装箱汇总库，完成后对装箱汇总库进行两次校对：第一次对分流的完整性进行校对，检验所有应该得到分流的数据是否已被分流，第二次对数据的正确性进行校对，将装箱汇总库中的数据与PDM产品数据库中的原始数据进行比较，以发现在前面一系列的模块运行中是否存在人机对话过程的因人为操控失误或者软硬件干扰等而导致的错误；校对通过之后进入被分流到的每一个箱子，由工艺人员编制装箱排放层次、包装编号和备注事项等一系列相关于装箱的工艺信息，当结束了一个箱子装箱工艺的编制后便可将相关数据存入装箱汇总库并由系统生成及打印出包装清单和装箱单，而当完成所有箱子的装箱工艺之后，整个处理功能的流程也便随之结束。

2 模拟功能

合同成台控制系统的处理功能提供了一个计算机编制集体落纱长细纱机装配工艺和装箱工艺的平台环境，严格控制装配装箱工艺的各个编制环节，使数据库具备了对工艺数据高度的控制能力，但是仅具备控制能力的系统是无法适应瞬息万变的市场需求的，新的合同随时随地都会出现，设计人员也会根据产品的发展乃至用户的需要，使用PDM系统选用一些原有可用的设计结构以及开发一些新的设计结构，在PDM产品数据库中建立起大量的产品信息，如果每个合同都需要工艺人员使用处理功能从头开始重新编制，那从实际意义上说这样的系统是不存在任何进步的，因此对于合同成台控制系统来说有能力自动判别出哪些是原有的设计结构，哪些是新的设计结构，以及哪些原有的工艺结构可以借用和哪些新的工艺结构需要重新编制，甚至哪些关系到的工作环节可以由计算机快速运算出来让工艺人员方便地完成编制工作便十分必要。合同成台控制系统的模拟功能就是为此而设计的，它赋予数据库强大的计算能力，其功能流程如图2所示。

图2 功能流程

它除了使用处理功能原有的四个功能数据库之外又新增了一个BOM汇总临时库，此外就是几个相应的模拟操作模块。与处理功能相同，在确定了所需编制的合同后系统首先会向产品多级库导入在原先PDM产品数据库中的所有相关于此合同装配的零件和层次结构，接着便可由工艺人员启动自动模拟过程；进入自动模拟过程，系统首先对产品的总设计结构进行分析，从产品多级库中找出与此合同的总设计结构最为相近的合同作为模拟的样板，然后将样板中所有与新合同相同的设计结构的所有相关部装件从BOM汇总库中导出，并核对他们在装配零件库中的相关零件是否存在于产品多级库中，无任何偏差的部装件将被认为是可以借用原有工艺结构的部装件而作为新合同的部装件被重新存入BOM汇总库，存在偏差的部装件将被认为是需要重新编制新的工艺结构的部装件而暂时存入BOM汇总临时库以待重新编制；在部装工艺模拟之后继续使用样板对装箱工艺进行模拟，将样板中所有与新合同相同的设计结构的所有相关部装件以及零件的装箱分流信息、装箱排放层次、包装编号和备注事项等相关于装箱的工艺信息从装箱汇总库中导出并作为新合同的装箱工艺信息重新存入装箱汇总库；完成了所有的样板模拟之后系统继续对因新合同与样板不同而没有被模拟到的设计结构进行进一步的扩展模拟，从产品多级库中找出与这些设计结构最为类似的结构，然后将被找到的结构中的所有相关部装件从BOM汇总库中导出，同样核对他们在装配零件库中的相关零件是否存在于产品多级库中，无任何偏差的部装件被认为是可以借用原有工艺结构的部装件而作为新合同的部装件被重新存入BOM汇总库，存在偏差的部装件被认为是需要重新编制新的工艺结构的部装件而暂时存入BOM汇总临时库以待重新编制；结束类似模拟之后系统便认为可以模拟导入BOM汇总库和BOM汇总临时库的部装件已全部导入，接着便对这些部装件在装配零件库中的数据进行自动数量处理，向BOM汇总库反馈新合同所需的每一个部装件的套数，向产品多级库反馈处理结果包括记录编制进程和关联信息，以及同时向装箱汇总库反馈各种装箱工艺牵涉信息；自动处理完BOM汇总库的部装件，系统便跳出自动模拟过程，接着便由工艺人员将暂时存放在BOM汇总临时库中的部装件一个一个地导出并进行相应的重新编制，使用合同成台控制系统的处理功能完成新合同中计算机无法自动完成、必须由工艺人员干预的新工艺结构编制，自此系统的模拟功能流程也已告完成。

3 更改功能

科技是不断地在发展的，技术是不断地在进步的，任何结构上的改良只有确实地体现在产品上才能够发挥它的效用，而改良的即时性也越来越成为企业发展好坏的标的之一，基于这一点集体落纱长细纱机的设计结构会不断向功能合理和结构完善的方向发展，并且会以更改的形式体现在PDM产品数据库中，因此如何再将PDM产品数据库中的更改即时地体现在相关的装配装箱工艺中便成为合同成台控制系统的一大挑战，此外除了设计结构，工艺结构也会不断向降低成本和易于管理的方向发展，所以在处理好设计结构更改的同时还必须兼顾工艺结构的易调整性，合同成台控制系统在处理功能和模拟功能的基础上又建立了更改功能以应对这一需要，进一步完善了自己的功能。更改后的功能流程如图3所示。

图3 更改后的功能流程

相对于处理功能流程它又加入了一个作为回收站的功能库和一些针对更改使用的功能模块。在调用已编制过的合同的时候，系统首先搜索PDM产品数据库中相关于此合同的所有更改纪录，比较它们与此合同在编制时的导入时间的先后，如果发现PDM产品数据库中有新增的更改纪录系统会询问工艺人员是否立即更改，工艺人员可以选择立即更改，如果此合同处于编制过程中工艺人员也可以选择暂缓更改；当工艺人员选择了立即更改，系统便会将在PDM产品数据库中的所有相关于此合同装配的零件和层次结构重新导入产品多级库，并将原先存放在产品多级库中的更改之前导入的所有相关于此合同装配的零件和层次结构转存入回收站，随后系统便对存放在产品多级库以及回收站中的这些零件和层次结构进行比较以确定更改记录所涉及到的具体设计更改细节，然后将在回收站中的没有发生更改的零件和层次结构的所有编制关联信息复制到产品多级库中相应的零件和层次结构记录中，并同时给回收站以及产品多级库中发生更改的零件和层次结构打上需要更改的标记以待更改；结束比较之后，由工艺人员根据回收站中和产品多级库中的标记实施更改编制工作，即将涉及到的部装件在装配零件库中相关的处于更改前状态的零件结构返回给回收站，然后将产品多级库中相关的处于更改后状态的零件结构调入编制并处理后重新存入装配零件库，并同样向BOM汇总库和产品多级库反馈关联信息，同时类似于PDM产品数据库留下更改记录。此外如果有需要进行自借用或他借用的情况出现的话同样自借用模块或他借用模块将被启动；接着通过汇总运算进入装箱编制环节，依次使用分流模块、校对模块和编制模块完成原先在产品多级库中带有需更改标记并且属于直接装箱的零件数据的装箱更改编制。如果前面的部装件的更改影响到装箱的也需要进行相应调整，而处理完回收站和产品多级库中所有的需更改标记也便意味着合同成台控制系统应对PDM数据库更改进行处理的流程结束；而针对工艺方面的更改要求，系统又提供了更改工艺结构模块允许工艺人员对装配零件库进行工艺结构更改操作、提供了更改技术要求模块允许工艺人员对BOM汇总库进行技术要求更改操作、提供了更改装箱工艺模块允许工艺人员对装箱汇总库进行装箱工艺更改操作，同样类似于PDM产品数据库给以上几种操作留下更改记录，继而便完成了整个合同成台控制系统的更改功能流程。

4 外围扩展

处理功能、模拟功能和更改功能组成了合同成台控制系统的核心，使数据库具备强大的计算能力和高度的控制能力。从装配到装箱，从数据建立到自动模拟，合同成台控制系统已初步达到纺织装配CAPP系统的设计要求。但是好的系统是不能忽视其外围扩展的，对于数据库来说预留了哪些数据段以供扩展也是相当重要的，合同成台控制系统在设计之初已考虑到多个条线的需要，预留了相当的数据段以供应用和统计，并且有相当大一部分已成功地完成了扩展：

生产计划准备条线系统扩展了月度商品出产顺序的编制和排列，提供了生产计划部门对每月合同计划节点的编排和控制的需要；系统扩展了齿轮箱单、装配调试用齿轮清单和车头用齿轮清单，提供了生产计划部门协调车间与外协作单位之间的先行齿轮收发和调配的要求，使车头传动齿轮、调试选用齿轮和用户选用的变换装箱齿轮都能以最有效的节点加工和配发；系统扩展了车尾选用带轮清单、车头装配用零件清单和车尾装配用零件清单，提供了生产计划部门根据装配次序需要调整甚至调配金加工出产的可能；系统扩展了部装件清单比较和合同部装件汇总比较，提供了生产计划部门合理调配工艺文件和有效指导生产运作的需要；系统扩展了备件、多备件和工具箱单，提供了生产计划部门控制备件、多备件和工具的准备和装箱的需要；系统还将要扩展装箱木箱规格汇总，提供生产计划部门对装箱从用料起的控制指导需要。这样便通过庞大的信息系统，把合同的生产信息准确地收集在一起，使生产计划调度人员对合同的细节了如指掌，从而合同与合同之间有了较好的互换性，也为企业的生产降本以及减少人力物力的浪费创造了有利的条件。

质量保证检验条线系统扩展了零件到部装件的单级反查和零件到部装件到装箱的多级反查，使质量检验部门能够了解零件或部装件的具体去向，扩展部装件到设计父件的反查、部装件到产品的反查和产品到合同的反查，使质量检验部门能够了解零件或部装件的具体出处，整个提供了质量检验部门对整个生产流程和具体零部件的来龙去脉的检验保证的要求；系统扩展了装配工艺卡、包装清单、装箱单和齿轮箱单的查询，提供了质量检验部门随时便捷地翻查工艺文件、提高检验工作效率的需要；系统还扩展了装配工艺汇总索引，提供了质量检验部门掌握装配工艺编制结构过程、编制所处状态和版本更新状态的可能。如此便通过系统将合同信息在设计、技术和质保之间串联起来，使得所有的合同技术文件处于受控状态，从而为企业的整体质量体系的水平提高提供了技术的保证。

工时定额、财务条线系统扩展了部装工艺定额、包装工艺定额和装箱工艺定额等定额控制模块，提供了工时定额部门调整工时、协调工人生产的需要；此外系统还将要扩展部装工艺、包装工艺和装箱工艺的财务成本核算和汇总，使相关于装配的成本核算脱离长期的不受控状态，提供了财务部门掌握精确生产成本以及精简企业生产成本的可能。可预见一般的，系统同样将在这些很少涉足的领域发挥其本领。

5 开发难点和关键

在整个合同成台控制系统的开发过程中遇到了很箱信息的模拟能力，经过不断尝试终于以一定的比例调和了样板模拟和类似模拟，也终于将模拟功能调试到了近乎最佳的状态。

对合同成台控制系统的开发已经取得了一定程度的成功，而下一步要进行的是对合同成台控制系统的铺开。大型企业不会只有单一的产品，从集体落纱长细纱机拓展到粗纱机、倍捻机乃至络筒机是合同成台控制系统应有的职责。

6 结 语

PDM系统的数据管理能力、网络通讯能力和过程控制能力在企业的制造过程中都发挥了巨大的作用，而基于PDM的装配CAPP系统的二次开发一直都存在着相当的难度，集体落纱长细纱机开发的合同成台控制系统的示例解析了PDM系统二次开发的设计思路，对于类似的基于PDM的装配CAPP系统的二次开发有着一定的借鉴作用。多难点也克服了很多困难，其中一个难点是处理功能中的进程处理模块，进程处理模块是在重组完一个部装件后便对其采取数量处理，通过装配零件库与产品多级库之间的数量运算首先检验所编制的部装件有否数量缺失或多盈，接着系统便根据所编制的部装件中提供的特征自动计算该合同所需的此部装件的套数，并同重组编排时给定的工艺信息一起存入BOM汇总库，此外再将处理结果反馈给产品多级库，以记录编制进程和关联信息的模块，但是其中如何将产品多级库中的设计结构同与之有着相当差异的装配零件库中的工艺结构之间的关系处理清楚反馈给产品多级库，并且同时还要考虑到工艺的修改性甚至返回到编制前的状态的可能性，此外装配零件库中的数据还要考虑到对其他参数配置的合同的处理适用性，任何一项都不是用简单的程序可以完成的，经过分析和研究，并且不断地调试程序，反复尝试终于把繁多的情况分散到几个大类和几个小类之中通过分流的程序处理攻克了这一难点。

开发过程中另一个难点在于模拟功能中的模拟方法，模拟可以采用样板模拟的方法，找出设计结构最为相近的合同作为样板，这样便可以模拟出相同的部装件、相同的结构关系、相同的结构信息甚至相同的装箱信息。但是采用样板模拟往往只能模拟出一部分甚至有时候只是一小部分的结构；模拟也可以采用类似模拟的方法，在整个数据库中泛找相同的或者最为相近的设计结构，这样便可以模拟出更多相同的部装件，甚至模拟出相近的部装件以供重新编制，但是相对损失了相同结构关系、相同结构信息和相同装

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