基于PLM的制造业结构化工艺解决方案

【摘  要】本文主要阐述了在制造型企业中应用PLM系统，如何进行机加工工艺管理和组装装配工艺管理。并通过应用实例说明数据模型和基本业务流程，在推动数字化工艺管理系统在整机厂的广泛应用，缩短产品开发周期，完成数字化转型方面具有重要意义。

【关键词】产品生命周期管理;产品数据管理;结构化工艺

引言

结构化工艺是工艺管理的一个解决方案，能夠清晰的描述制造的过程。这样处理有利于将工艺分解。

往后看结构化工艺真正的目的是为了服务于后端的ERP计划，只有结构化了才可以真正做到与ERP系统的信息流集成，否则仍然需要传统的手工编制导入等繁杂工作。

往前看只有工艺结构化了才可以与设计结构进行信息集成，这样无疑将结构设计人员的工艺素养逐步提高，因为工艺人员需要他们在提交编制工艺的时候能够提供一定的工艺指导信息，而不是都由工艺人员后面补上，比如以下下料尺寸、材质信息。

往中间看，一个结构化的工艺是生动形象的，比起CAPP的枯燥表格来说要容易理解的多，而且结构化的好处是数据无限的扩展，只要找到合适的关系都可以无限扩展开枝散叶。这样就形成了一个工艺系统而不是一个工艺文件。

1.定义

1.1结构化工艺

将工艺操作规程中的工序结构化，即工序成为一个对象，工序对象之间组成BOP（Bill of Process）类似于BOM。其核心对象是产品Product，工艺Process，工厂Plant，资源Resource。

1.2 3PR数据模型

产品：需要进行制造的零件和装配。

工艺：制造零件和装配的步骤。

工厂：支持制造工艺所用到的工厂结构，物理工厂的结构，包含了产线、工位以及工位上的资源等信息。

资源：零件和装配工艺所必须的物理设备。

2.数据结构

以气缸盖的加工工艺为例，当BOP关联关系搭建好之后，就可以生成生产工艺的甘特图，类似标准作业组合票。标准作业组合票即人与机器的作业组合，重点明确各工序的手作业时间及步行时间、机器的加工时间，用于考察一个TT节拍内一个作业者能够承担的工序的范围是多大。多应用在一人多机作业。

（1）工厂工艺。以汽缸盖为例，机加工工艺属于工厂工艺，它关联了工厂和产品。工艺和工厂的双生关系。指的是相应的工艺活动，就一定对应着相应的物理区域。例如一个工位上的工艺活动，一定对应于某一个物理工位，一条产线上的工艺活动，一定对应某一个物理生产线。我们可以想象一下，左边的是A-1这条线上的工艺活动，例如由一系列的工序组成;而右边则是物理工厂结构下，某一个实际的生产线，是由许多实际的工位组成。如果左边的这些工艺活动是在右边的实际生产线上实施的，因此我们需要将它们关联起来。下面的工位工艺和物理工位同样也是对应的关系。

（2）工位工艺。以汽缸盖的粗铣底面和定位销孔加工为例，它关联了工位。工位工艺，在这里表示我们的工序op10。其实际含义是指一个工位所进行的工艺活动的集合，是某一道序。一道序下面有两部分，一部分是人工操作，一部分是设备操作。

（3）人工工序。以汽缸盖的粗铣底面时清理机床夹具为例，它关联了工具和辅料。

（4）设备工艺。以汽缸盖的粗铣底面时使用的粗铣刀盘，精铣刀盘，硬质合金阶梯钻头，切削液为例，它关联了辅料、刀具和辅具。在工艺这棵树上深入的看下去。以粗铣底面这个OP为例（工序），其中包含了附件信息。同时，再往下一层，应该包含更为具体的操作信息，例如设备的走刀、翻转、自动换刀等等。同时，我们可以根据这些信息计算设备的CT时间，以及生产能力等等。

（5）工人资源。以汽缸盖的粗铣底面时操作的工人为例，它是资源。

（6）设备资源。以汽缸盖的粗铣底面时使用的粗铣机床为例，它是资源。

（7）产线工位。以汽缸盖的粗铣底面时使用的工位为例，它关联了工装和设备。

3.业务流程

以气缸盖的加工工艺为例，当我们接受到设计发布的数据时，我们进行工艺规划，定出工艺的策略、大体的流程顺序等，以及可能存在的失效模式，PFMEA。在工艺规划的基础上，我们再来进行工艺的详细设计。针对FMEA进行编制控制计划啊，详细的定出操作步骤的方法，关联详细的资源等等，并最终输出工艺文件。后面就是提交评审和发布。在移交量产前，所有的更改由制造工程部进行，一旦移交量产，升版由工厂完成。

工艺规划：拿到设计数据，规划工艺顺序，选择工艺策略，识别工艺流程中存在的潜在风险，关注可制造性与合理性。

工艺设计：根据工艺规划成果，开展详细的工艺设计，定义每个操作步骤的方法、资源，关注对现场操作过程的指导。

系统角度：在系统中，也基本按照工艺规划、工艺详细设计，两段式的思路来进行机加工艺的结构化编制。

（1）定义工艺流程。在典型工艺模板库中选择合适的典型工艺，基于典型工艺快速生成新工艺结构。在典型工艺的基础上，可以删除、增加工序，也可以进行调整工序顺序。

（2）关联零件和工厂。关联零件为制造目标。关联产线为制造区域。

（3）定义PFMEA设备工艺。对过程失效模式及影响进行数据分析。

（4）定义控制计划。输出机加工控制计划文档。

（5）定义工序操作及工时。对每个详细步骤分配刀具，如粗铣刀盘、精铣刀盘、硬质合金阶梯钻头、硬质合金铰刀、切削液等;针对粗铣底面定义详细操作步骤，如上下料及定位加工、换刀、粗铣气缸盖底面、工作台正转90度、换刀、精铣气缸盖侧面、换刀、钻孔、换刀、铰孔、换刀、铣工艺槽;填写相应切削参数和辅助时间，以便于自动计算节拍和生产能力;自动计算设备节拍时间（CT时间），以及分析哪部分时间是增值时间，哪些为非增值时间。

（6）分配工艺资源。从资源库中选取相应的工具、刀具、量具、辅具以及辅料等资源。如果所添资源为辅料，则必须定义辅料用量。

（7）精益分析。通过山积图分析，平衡产线节拍，提升效率;通过分析增值/非增值时间，来不断优化操作，提升效率;基于MTM方法，根据实际业务需求，不断深入细化、标准化以及逐步优化操作步骤。

（8）定输出工艺文件。关于工艺文件的输出，这里主要是输出PFMEA＼控制计划以及机加作业指导书。

（9）提交审核。提交审核流程，相关查核表随着流程流转各个岗位，审核通过后发布冻结。

（10）工艺变更。建立相应灵活的应对变更的流程。

4.结论

本文给出了结构化机加工艺，定义典型机加工艺模板实现工艺重用，关联产品、工厂、资源等结构化信息;PFMEA和控制计划管理，基于操作步骤管理PFMEA和控制计划，基于唯一数据源，输出标准文件;电子流与版本管理，固化审签流程，管理版本历史;精益分析，基于操作步骤标准化，开展精益分析，利用山积表、甘特图、时间分析等工具优化操作步骤。

参考文献

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作者简介：汤晓俊，浙江杭州，310018。