面向汽車電線束制造企業(yè)的集成化CAPP系統(tǒng)研究與開發(fā)

 汽車電線束素有汽車神經(jīng)之稱，是汽車動力和各種信號分配系統(tǒng)PASDS(Power and Signal Distribution System)的傳輸載體。就目前的技術(shù)水平而言，汽車的功能愈強，其線束的技術(shù)含量及復(fù)雜程度就愈高。目前有很大一部分線束生產(chǎn)企業(yè)仍然由工藝設(shè)計人員使用AutoCAD手工作線束圖，然后傳入車間生產(chǎn)。無疑這樣的從規(guī)劃線束到生產(chǎn)等一系列過程效率低，不易保證質(zhì)量，難于實現(xiàn)線束設(shè)計信息化、工藝過程自動化。面向汽車電線束制造企業(yè)的集成化CAPP系統(tǒng)結(jié)合工藝知識庫將線束的規(guī)劃、工藝信息的生成與導出、線束生產(chǎn)等融為一體，有效地解決了企業(yè)的生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品質(zhì)量不合格等問題。

1 汽車電線束生產(chǎn)企業(yè)工藝文件特點

工藝文件類型多樣，從文件的性質(zhì)來看可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種類型，其主要來源是已規(guī)范的工藝規(guī)程和工藝設(shè)計手冊。對于汽車電線束生產(chǎn)企業(yè)而言，靜態(tài)文件主要由線束生產(chǎn)規(guī)范、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)范等組成。動態(tài)文件由工藝任務(wù)分配卡組成，它是生產(chǎn)前編制的綜合詳細工藝文件、線束圖設(shè)計過程中的產(chǎn)物，供生產(chǎn)管理和調(diào)度用。大多數(shù)工序根據(jù)產(chǎn)品特點結(jié)合工藝文件嚴格按順序進行，少數(shù)工序由工人自己靈活決定。各種工序完成后，質(zhì)量檢測人員根據(jù)檢驗卡要求對產(chǎn)品進行合格性檢查。這類企業(yè)的工藝文件特點是：多類型、文件按接單的產(chǎn)品歸檔。企業(yè)各個部門之間的相互協(xié)調(diào)和溝通限制在紙質(zhì)文件方式，嚴重影響了企業(yè)效益的提高，這些主要表現(xiàn)在： 1)根據(jù)在AutoCAD上繪制成的線束圖形進行手工工藝任務(wù)分配卡設(shè)計；2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)共享，工藝專家的經(jīng)驗和知識沒有實現(xiàn)積累；3)產(chǎn)品設(shè)計過程缺乏管理和控制；4)工藝資源沒有實現(xiàn)優(yōu)化配置。

2 計算機輔助工藝過程設(shè)計CAPP系統(tǒng)的功能分析

通過汽車線束制造企業(yè)的實際調(diào)研和分析，確定汽車線束制造企業(yè)的CAPP系統(tǒng)的功能需求應(yīng)從設(shè)計、管理、集成等多方面來解決企業(yè)的工藝設(shè)計和生產(chǎn)問題。系統(tǒng)的功能流程圖如圖1所示。

圖1 功能流程圖
系統(tǒng)的功能主要有以下幾個方面：

(1)基于汽車線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：在企業(yè)中，一切生產(chǎn)活動都是圍繞產(chǎn)品而展開的?；诰€束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行工藝設(shè)計，可以直觀、方便、快捷地查找和管理工藝文件，有效地指導車間線束組裝生產(chǎn)。

(2)汽車線束工藝設(shè)計：這是工藝工作的核心工作，CAPP應(yīng)高效率、高質(zhì)量地保證工藝設(shè)計的完成，主要包括線束工序流向編制、汽車線束圖的繪制、標準工時計算等。

(3)線束資源的利用：在工藝設(shè)計的過程中，需要應(yīng)用工藝技術(shù)支撐數(shù)據(jù)(線束生產(chǎn)規(guī)范、國家／企業(yè)技術(shù)線束標準)，參考工藝技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。各個企業(yè)的資源是不同的，并且使用資源的方式也是不同的。

(4)線束工藝文件生成：是工藝工作的最后一步。它對線束圖材料消耗和工時計算的匯總，并且其中的電線壓接數(shù)據(jù)和單配圖是組裝達標線束的有效保障。

(5)線束工藝設(shè)計管理：這是工藝工作的管理部分，包括線束圖版本管理、物料編碼管理、線束工藝文件安全管理等，對于企業(yè)規(guī)范管理有著極為重要的意義。

(6)線束圖和工藝文件網(wǎng)絡(luò)化：局域網(wǎng)中，通過Web方式，依托Http協(xié)議將線束圖和部分工藝文件在生產(chǎn)車間和倉庫終端顯示，指導工人生產(chǎn)以及倉庫物料的準備。

3 CAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

  開發(fā)汽車線束CAPP系統(tǒng)，是在考慮汽車線束企業(yè)本身需求前提下，同時充分考慮設(shè)計對象即線束的特點和線束制造企業(yè)的實際需要，實用性與先進性并舉。

  系統(tǒng)以典型的C／S(Client／Server)結(jié)構(gòu)和B／S(Browse／Server)結(jié)構(gòu)為有效結(jié)合。即設(shè)計圖形和各種線束組成部分如插接件、包覆件等零件圖形，工藝信息及基礎(chǔ)物料信息等存放在后臺數(shù)據(jù)庫，在工藝設(shè)計員端進行常規(guī)工藝線束圖設(shè)計，在倉庫和車間終端顯示工藝文件等信息指導生產(chǎn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3．1系統(tǒng)管理

   此模塊是保障系統(tǒng)在安全可靠環(huán)境下運行的關(guān)鍵。具體的工作是：將用戶分為設(shè)計員、管理員等多種類別，根據(jù)權(quán)限進行判斷和設(shè)置系統(tǒng)各種功能使用權(quán)，確認線束文檔的檢入、檢出，統(tǒng)一打印輸出，工藝文檔信息等產(chǎn)品數(shù)據(jù)的安全。

3．2圖形設(shè)計

  該模塊是系統(tǒng)核心的組成部分，完成各種車型線束圖的繪制任務(wù)。通過對主線束的繪制，然后進行包覆件、表面包覆、插接件等必要線束零件設(shè)計，產(chǎn)生真實形象線束來指導生產(chǎn)。

3．3工藝信息模塊

  根據(jù)在系統(tǒng)上繪制的線束圖，生成相應(yīng)的工藝文件并進行必要的管理。它是系統(tǒng)核心的組成部分，包括以excel文件的格式得到生產(chǎn)線束中，所有材料和所需工時的消耗及需要注意的各種線束零件組裝順序和方向。

3．4物料管理模塊

  其功能是對生產(chǎn)線束的各種基本物質(zhì)資料的管理。例如對電線、包覆件、插接件、表面包覆的基本信息進行增加、刪除、修改、篩選等功能。

3．5線束圖管理模塊

   主要實現(xiàn)對線束生產(chǎn)車間、倉庫等終端，以Web方式呈現(xiàn)出指導生產(chǎn)和物料管理的相關(guān)資料。

4 CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4．1線束圖形數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

   圖形數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對設(shè)計的線束圖形特征的靜態(tài)描述，在整個集成化CAPP中起著"承上啟下" 的作用，主要包括電線、包覆件、插件等各種線束零件的信息。對設(shè)計員及管理員而言，他們能很清晰了解線束材料消耗以及組裝時的布局情況。而對于企業(yè)管理人員以及組裝人員，他們能通過圖形信息的載體即工藝信息來指導自己的工作。依據(jù)AutoCAD自身數(shù)據(jù)庫特點，提取圖形旬柄和自定義圖形標記作為識別圖形的標志。如圖3所示為CAPP系統(tǒng)所作的電線主線束，其中j0、jl、j2、j3、j4表示主線束上的節(jié)點號。在圖形數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該有這些字段來明確表示它：線束產(chǎn)品圖號、節(jié)點號、父節(jié)點、距離、節(jié)點句柄、節(jié)點號句柄、距離句柄、線句柄，其中旬柄是AutoCAD記錄圖形的標志性屬性，通過它可以對圖形進行修改、刪除、移動等操作；線束產(chǎn)品圖號表示整張線束圖的圖號，節(jié)點號、父節(jié)點、距離表示線束圖中節(jié)點的特征?？偨Y(jié)圖3的信息，各種句柄信息由AutoCAD 生成，j0沒有父節(jié)點，jl的父節(jié)點是J0、距離是200單位，j2的父節(jié)點是jl、距離是300單位，j3的父節(jié)點廚2、距離是400單位。

 
圖3 電線主線束
4．2工藝過程的生成

   大多數(shù)CAPP系統(tǒng)采用的是一種簡單的"線性批處理"過程模型№1，它將整個工藝設(shè)計過程按任務(wù)內(nèi)容劃分成幾個順序執(zhí)行的(即線性過程的)子任務(wù)，如物料錄入、線束零件設(shè)計、線束圖設(shè)計、工藝生成與工藝數(shù)據(jù)導出等等，子任務(wù)之間很少有反饋和迭代，并且每一子任務(wù)中的設(shè)計分析都是針對線束圖設(shè)計一次性地(即批處理式)進行。由于這一模式?jīng)]有反映出工藝過程設(shè)計的本質(zhì)，以此開發(fā)的CAPP系統(tǒng)存在許多問題。

   對于有經(jīng)驗的設(shè)計人員來說，設(shè)計工藝并不是按照固定的順序來進行，相反，子任務(wù)之間常常并行交叉，是一個反復(fù)調(diào)整的過程，工藝設(shè)計過程表現(xiàn)出并發(fā)交叉，是個反復(fù)調(diào)整的過程，工藝設(shè)計過程表現(xiàn)出并發(fā)性。例如一般線束的工藝設(shè)計是按照線束剝頭、鉚壓、穿插接件、單配、終配順序進行，對于熟悉的設(shè)計人員，可以根據(jù)線束圖先穿插接件，再進行剝頭、鉚壓、單配等工序。其次，工藝人員進行設(shè)計時不是一次性地分析、考慮畫線束圖的所有步驟，而是首先閱覽打印或傳真到的線束圖樣本，確定主要工藝，然后進行零件設(shè)計及其他輔助工藝，最后進行整個圖形的整體設(shè)計。

   這里線束設(shè)計采用漸進式模型。從分析線束零件信息入手，先建立工藝過程原形，即首先建立物料信息、線束零件信息及其圖形，通過工藝規(guī)則來進行線束圖形設(shè)計，從而漸進地完成整個零件的工藝規(guī)程設(shè)計。

4．3工藝過程的輸出及與Web信息系統(tǒng)的集成

(1)工藝數(shù)據(jù)庫。工藝數(shù)據(jù)庫是存放系統(tǒng)所生成的工藝設(shè)計結(jié)果的數(shù)據(jù)庫，包括工藝過程表、材料清單表和總工藝卡表。系統(tǒng)將工藝數(shù)據(jù)庫存放在服務(wù)器上，為局域網(wǎng)上的工作站點所共享P1，用戶可在各種運行線束CAPP系統(tǒng)的工作站點通過網(wǎng)絡(luò)，隨時調(diào)用查詢并可輸出線束零件信息、線束圖信息和材料清單。

(2)與Web Server的集成。通過Web Server存放線束圖、工藝數(shù)據(jù)，與線束設(shè)計系統(tǒng)的服務(wù)器共享資源。但是不同點是它主要面向線束生產(chǎn)企業(yè)的工廠和倉庫等部門而設(shè)計，為其提供必要的信息以保障線束一線生產(chǎn)和線束物料管理的效率。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

5．1系統(tǒng)技術(shù)平臺選擇

   系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的選擇不僅要考慮系統(tǒng)開發(fā)的需求，而且還要考慮企業(yè)的經(jīng)濟條件和實際運行環(huán)境。根據(jù)汽車線束制造企業(yè)自身的特點及對工藝信息保密性的要求程度，本系統(tǒng)以AutoCAD 2006為二次開發(fā)平臺，結(jié)合C／S和B／S的混合模式的特點，采用ObjectARX2006降1在Visual C++．Net環(huán)境下開發(fā)。CAPP系統(tǒng)客戶機平臺采用Windows XP Professional，服務(wù)器采用Windows 2000 Server。在CAPP系統(tǒng)中存在大量的工藝數(shù)據(jù)和圖形文件，這些文件在網(wǎng)絡(luò)用戶之間相互傳閱，對網(wǎng)絡(luò)性能提出了較高的要求，因而要求大容量數(shù)據(jù)庫和硬盤空間的支持。

5．2數(shù)據(jù)庫設(shè)計和訪問

  數(shù)據(jù)庫設(shè)計中由于工藝規(guī)程涉及到的關(guān)系多，需要建立ER圖，在數(shù)據(jù)處理上必須保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，必須對表進行合理的約束設(shè)置。為了實現(xiàn) CAPP系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的訪問，采用OLEDB技術(shù)。系統(tǒng)為基礎(chǔ)物料信息、線束分裝工藝卡片、線束系統(tǒng)管理、線束圖形、工藝文件分別建立了數(shù)據(jù)庫。

6 系統(tǒng)應(yīng)用

  系統(tǒng)在湖北某線束廠進行了應(yīng)用，效果良好。該廠屬中型線束及汽車配件生產(chǎn)廠，擁有工藝技術(shù)部、零件設(shè)計部、質(zhì)量檢測部、資料部、網(wǎng)絡(luò)中心、生產(chǎn)車間、倉庫等部門。將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫部署在網(wǎng)絡(luò)中心，C／S與B／S模塊部署在工藝技術(shù)部和零件設(shè)計部，B／S模塊部署在生產(chǎn)車間，C／S模塊部署在倉庫。工藝技術(shù)部利用系統(tǒng)設(shè)計和線束圖和工藝，獲取工藝信息；零件設(shè)計部利用系統(tǒng)設(shè)計線束圖中的零件，供工藝技術(shù)部使用；生產(chǎn)車間利用瀏覽器觀察工藝技術(shù)部設(shè)計的線束圖和工藝數(shù)據(jù)，指導生產(chǎn)；倉庫利用系統(tǒng)觀察工藝數(shù)據(jù)，進行線束物料的準備。經(jīng)過多月的使用，該廠的工藝設(shè)計效率大大提高，由原來的73％提高到 93％，產(chǎn)品不合格率也由原來的19％降至6％。最重要的是，該廠的線束生產(chǎn)周期縮短為原來的213，極大地提了企業(yè)接單效率和對外競爭力。

7 結(jié)語

   通過對線束企業(yè)的實際調(diào)研，總結(jié)出汽車線束制造企業(yè)工藝文件的特點，對汽車線束制造企業(yè)的CAPP系統(tǒng)進行了功能分析，設(shè)計出符合這些企業(yè)的 CAPP系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能模塊，研究和探討了CAPP系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計和實現(xiàn)。系統(tǒng)在某線束制造有限責任公司得到了實際應(yīng)用，并取得了很好的應(yīng)用效果。實踐證明，對汽車線束制造企業(yè)的線束工藝設(shè)計和生產(chǎn)具有重要的作用