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汽车制造行业CAPP应用解决方案
耿俊浩 孔宪光 贾晓亮 许建新 张振明
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目前，由于WTO产业保护期结束的日子临近，国内汽车市场的国际化的进程加快，以及国外汽车巨头纷纷登陆中国等因素影响，国内汽车生产企业面临着更为激烈市场竞争。急需通过信息化手段改善内部的经营管理水平，进一步降低成本和提高质量，并结合国内企业的实际情况，实现企业信息化以适应瞬息万变的市场动态和竞争环境。
计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP）是联系产品设计和产品生产的重要纽带，在汽车制造企业中，工艺设计是重要的生产准备工作之一，因此工艺信息化也是企业信息化中的关键环节。CAPP不仅可以提高工艺规程设计效率和设计质量，缩短技术准备周期，而且可以保证工艺设计的一致性、规范化，有利于推进工艺的标准化。同时CAPP产生的加工方法和工艺资源等信息是企业进行生产控制、生产计划、资源配置等工作的重要基础数据。另一方面，CAPP的应用可以解决工艺部门本身存在复杂的工艺工作协调和管理，并带来工艺信息管理整体工作的高效率。因此建立一个适合本企业生产及管理环境的CAPP系统，不仅可以促使工艺工作上水平、上台阶，而且可以提高企业的核心竞争力。
1、行业特点和CAPP需求
汽车制造属于典型的离散制造。主要是通过对原材料物理形状的改变、组装，成为产品，使其增值。采用多品种配置、中小批量生产、面向订单的生产组织方式。另外还具有以下几个鲜明的特点：
产品结构复杂，零部件种类繁多，工艺路线和设备配置非常灵活，临时插单现象多。生产设备不是按产品而是通常按照工艺进行布置，与工艺设计联系紧密。产品的质量和生产率很大程度上依赖于工艺设计水平和工人的技术水平，自动化主要在单元级，如数控机床等。
通过加工或装配过程实现产品增值，整个过程不同阶段产生若干独立完整的部件、组件和产品，加工与装配过程中工艺依靠工艺指令进行操作。
生产过程以离散制造为主，但同时具有一部分的流水线作业。
面对日趋激烈的竞争和顾客的需求多样化，汽车制造趋向多品种、小批量生产，产品信息呈爆炸性的增长。如何快速满足顾客需求，全面管理产品信息，是企业信息化的首要任务。对于工艺信息化来讲，快速的工艺设计以及全面的产品工艺信息管理是对CAPP软件的基本要求，同时智能化工艺设计以及全过程工艺信息管理是深入开展工艺信息化的重要保证。此外企业还强调CAPP系统的可重构性、可重用性和可扩充性，使工艺信息系统能快速适应多变的市场需求和应用环境。
1.1工艺设计需求
1）快速化：在工艺资源约束的条件下，通过对制造资源进行快速配置，快速规划产品
制造过程和工艺设计流程。
2）智能化：在工艺设计过程中通过人工的干预和引导，综合运用交互式、检索修订式和创成式等方法，实现工艺设计的局部智能化、自动化。
3）多样化：支持种类繁多、具有不同的表现形式、包含多种数据格式（如文字、图形、图像等）等工艺符号级文件的编辑。
4）规范化：建立各种工艺数据的统一术语、符号、代号和格式，避免人为的错误，提高工艺设计质量与效率。
5）合理化：能够对工艺资源动态、合理的选用，动态的了解工艺资源的状态，从而编制合理、优化的工艺规程。
1.2工艺管理需求
1）全过程工艺信息管理：能够对产品工艺进行全过程的管理，使得工艺信息在产品的全过程中发挥应有的作用，能够对产品进行整体的优化。
2）全方位工艺信息管理：综合管理产品工艺相关信息，实现与产品设计、生产的全面集成。
3）快速的工艺信息建模：在对企业进行工艺分析的基础上，兼顾管理、集成和扩展的需要，快速建立工艺信息模型，实现工艺信息系统的快速实施。
4）灵活的产品配置管理：能够快速、灵活的根据市场和用户的需求对产品结构进行配置，从而形成品种丰富的产品系列。能够实现EBOM、PBOM、MBOM的动态转化。
5）高效的工艺知识管理：实现对工艺知识的有效获取、工艺知识的有效表示与有机组织的基础上，提供工艺知识的录入、检索、共享、使用、一致性维护和安全性控制等管理功能，促进工艺知识的转化与再利用。
6）强大的角色/权限管理：实现基于角色划分和权限分配的用户管理，保证用户的合理划分和操作，实现工艺数据的安全访问。
7）自定义数据统计与查询：通过面向对象的方法以及统计汇总脚本的编写可以快速、方便的进行自定义的统计汇总与查询。
2、汽车制造行业CAPP解决方案
CAPPFramework是一个“以工艺知识库/产品工艺数据库为核心，集成工艺知识库管理工具等应用支持工具以及专家系统等智能应用，并提供丰富的二次开发工具，能广泛应用于各种类型的企业以及企业不同层次、企业的不同工艺部门，并在不同应用层次上实现全面集成化”的专业化CAPP应用框架与开发平台。CAPPFramework针对企业对CAPP的需求，由传统的计算机辅助填卡片式CAPP系统向工艺规范化、标准化、集成化及工艺设计与信息管理一体化发展，在国内率先提出“以交互式设计为基础的综合智能化、以产品数据为核心、工艺设计与管理一体化”的CAPP方法论和应用解决方案。具有“面向制造业的专业化工艺设计、基于PDM思想的工艺信息管理、与工程数据库的动态集成共享、基于对象/规则的独有智能决策、易于扩充的开放体系结构”等显著特点，全面支持企业制造工艺信息系统的构建。
汽车制造行业目前大致可以分为两种类型：零部件制造企业和整车制造企业。其中零部件制造企业进行汽车零部件的加工制造或者汽车总成件的简单装配，目的是为整车制造企业提供装配单元。整车制造企业主要利用零部件供应商提供的零部件，并采用部分自制的零部件装配形成最终面向用户的整车。
通过对汽车制造行业的深入分析，结合CAPPFramework面向对象的综合智能化工艺设计与管理功能，通过专业化的设计与扩充，建立了面向汽车制造行业的CAPP基础解决方案。同时针对整车制造、零配件制造企业的不同情况，利用CAPPFramework强大的扩展能力和二次开发功能，推出了CAPP扩展解决方案。
2.1汽车制造行业CAPP基础解决方案
1）面向整个产品、面向整个工艺领域、面向工艺生命周期
可以处理机加、装配、钣金、锻造、铸造、热处理、检验等产品各种工艺类型
实现工艺分工、BOM管理、材料定额、工艺设计、工艺管理、文档管理、流程控制、工时定额等各种管理
适合产品试制、单件、小批及定型生产工艺设计与管理，工艺优化、工艺更改及经验积累
2）面向集成共享的工艺信息数字化
围绕产品结构信息，以结构化、模型化的产品工艺数据为核心
全面与PDM、CAD/CAM、MIS、ERP、工程数据库、工装/刀具设计管理系统等进行信息及功能集成
促进工艺的规范化、标准化
3）快速专业化工艺设计
与CAD/PDM集成，快速建立产品结构树
基于知识的快速检索、设计，可视化、树型结构组织的典型工艺
参数化工艺、典型工艺、典型工序、工步、常用术语、电子化工艺技术手册
工艺信息检查、判断和计算，工艺资源信息的动态扩充
产品/零部件之间工艺借用，工艺更改、版本管理
材料定额与工艺设计紧密集成
4）基于PDM思想的工艺信息管理
基于产品结构的管理、工艺信息的设计与管理一体化
工艺信息的统计、汇总、报表
工艺工作流程管理与控制、工艺文档的快速浏览和审批
用户角色、权限管理
5）开放的体系结构
完善的体系框架、强大的二次开发工具
基于数据库平台、计算机网络、开放的接口技术（ODBC/DAO/ActiveX）

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2.2整车制造企业CAPP扩展解决方案
整车装配企业中，主要进行零部件的装配工作，同时自制少量的冲压或焊接件，整车制造企业中装配、焊接、冲压、涂装为四种主要工艺类型，涂装工艺与其它类型的工艺有较大的差别，主要体现在以下方面：
l 工艺内容基本不变：涂装工艺是生产线工艺，由于生产线较为固定，只是在改造或者更改设备时作一些调整，所以相对应的工艺也基本不变，工艺内容相对固定，不同于其他工艺随产品或者零件变化而变化。同时其操作规程更是依据生产线，作为基本不变的说明性文件而存在。
l 处理对象不区分车型和具体零件：涂装生产线处理的涂装件是依据生产路线来进行处理的，在处理过程中只是根据涂装件的不同特征分别交由不同的生产线处理，并不依据车型或者零件来划分，这与其他工艺零件不同工艺也不同的特征也有区别。
l 工艺文件变化的主体不是工艺内容：涂装工艺编制的过程中，工艺文件内容保持不变，只是随着生产批次和工艺路线涂装零件一览表发生变化，而涂装零件一览表并不是工艺文件的主要内容。
因此针对整车装配企业，添加涂装工艺设计与管理包，形成整车装配CAPP扩展解决方案。鉴于涂装工艺具有以上的特殊性，我们认为必须采用虚拟件的方式来解决。简单地说就是将实际产品中的涂装件经过处理，组合成一个虚拟的工艺合件交由涂装生产线处理并编制其工艺，同时这些转化过的涂装件也用以作为涂装零件一览表的数据来源。考虑到工艺人员要求既要能够自动生成零件一览表，又要能够方便的浏览和管理虚拟的工艺合件，可以建立如下的虚拟产品结构：

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2.3零配件制造企业CAPP扩展解决方案
零部件供应商侧重于制造，遵循QS9000质量体系。QS9000质量体系对CAPP有两方面的影响，一方面是对工艺文件的管理模式的影响，一方面是对工艺数据的集成应用的影响。这两方面对于CAPP的工作模式和架构都有比较重要的影响，并不仅仅是简单的外来文档管理。
目前CAPPFramework面向汽车零部件制造企业，提供了支持QS9000质量体系的功能和管理方式，从文件和数据两个层次上支持QS9000体系对工艺系统的要求。同时，凭借先进的系统架构，CAPPFramework系统能够快速的满足用户的后续需求，根据用户增长的需求，随时扩充和定制系统功能。
（1）文件管理
l 支持对PPAP文件包的管理
l 支持工艺流程图的编制与工艺流程的管理
l 支持测量系统分析的编制与自动计算
l 支持控制计划的编制以及控制项目的管理
（2）数据集成
l 支持直接提取工艺流程信息到作业指导书目录中，作为工序编制的参考信息
l 支持工序编制时从作业指导书目录中提取工序信息
l 支持从控制计划中提取控制项目到工序作业指导书的检验项目
3、应用案例分析
3.1中国第一汽车集团青岛汽车厂CAPP应用案例
中国第一汽车集团青岛汽车厂，是中国第一汽车集团公司全资子公司，国家大型企业。1995年开始大批量生产解放牌平头柴油载货汽车及其系列产品。至今已累计销售六万余辆，产品已进入国际市场；1997年在国家技术监督局进行的全国中卡质量检测中获第二名，同年通过ISO9001国际质量体系认证。列入青岛市重点发展的十大企业集团之一。
2002年7月中国第一汽车集团青岛汽车厂决定实施CAPPFramework软件。该系统的实施实现了中国第一汽车集团青岛汽车厂工艺编制的全面计算机化，并与WindChillPDM系统集成，实现了信息的共享与交换。
通过系统实施，中国第一汽车集团青岛汽车厂建立了丰富的机床设备库、工艺装备库、生产资源库、特殊字符库、常用术语库、典型实例库，并可根据企业的实际需要，方便快捷的进行补充完善；强大的知识库支持，实现了工艺的快速、半智能化编制；图示化典型工艺的应用使工艺编制效率得到了极大提高，并严格保证了工艺数据的一致性和完整性。该系统实现了整个产品范围内工艺信息数据的共享，具有强大的工艺信息统计汇总功能，数据的一致性得到完全保证。基于Windows的用户界面，简洁、直观，使工艺人员快速掌握了系统的功能，并能熟练操作，缩短了系统的使用磨合期。
目前，CAPPFramework软件已经全面应用于中国第一汽车集团青岛汽车厂的工艺编制，覆盖材料定额、工时定额等综合工艺和机加工艺、装配工艺、焊接工艺、冲压工艺、热处理工艺、高频热处理工艺、涂装工艺、软化件工艺等所有专业工艺，并实现了工装、工具、产品BOM、材料定额、工时定额等各类统计报表的自动生成，不仅极大提高了工艺文件的编制效率，而且能够最大限度的减少不必要的人为失误，使工艺人员从繁重、重复性的工作中解脱出来，把精力投入到产品的创新中去。同时系统具有专家系统的自动推理功能，在知识库的支持下实现了常用工艺设计的自动推理，此外系统提供动态交互知识获取功能，使得工艺人员在编制工艺时可以随时向知识库库中添加知识，从而实现知识库的动态扩充，把工艺人员的宝贵经验逐步积累下来。同时，CAPPFramework与WindChillPDM的集成实现了工艺数据的共享、工艺文档管理数字化、工艺工作流程数字化，有望可以达到工艺管理无纸化。
随着系统的不断开发和应用，在实际的生产过程中，它的价值得到了充分体现，产品工艺准备周期缩短到原来的一半，工艺质量大幅度提高，减少了工艺人员的工作量，随着工艺知识库的的不断完善，使得工艺人员有更多的时间投入到新车型的研制和开发中，从而不断推动企业的发展。工艺文档和工作流程的数字化大大提高了工艺管理的效率。CAPPFramework的使用，大大缩短了车型的研制周期，提高了工艺质量，保证了工艺规范化，增强了中国第一汽车集团青岛汽车厂的产品开发能力和市场竞争能力，产生了较大的经济效益和社会效益。
3.2北京天纬油泵油嘴股份有限公司CAPP应用案例
北京天纬油泵油嘴股份有限公司，于1993年4月在原北京油泵油嘴厂基础上改造成立，1994年12月又实现了外商投资股份有限公司性质的改造，是我国唯一从德国博世（BOSCH）公司全套引进长油嘴，下置弹簧喷油器及A型喷油泵制造技术的企业。产品有A系列（含AD）、P系列、M、PM系列单、多缸泵、VE型分配泵、各型喷油器总成及喷油嘴、栓塞、出油阀三附偶件。主要配套玉柴、湖动、大柴、锡柴、朝柴、扬柴、云内、北内、石建、华柴、谓柴、潍柴等中、轻型车用柴油机及各型直喷式单缸机。产品品质优良享誉全国。1993年获机械部油泵油嘴可靠性工作先进单位符号。1994年被权威部门推荐为汽车零部件首批推荐商品。1997年取得ISO9001质量认证，随后又通过了QS9000质量认证。
通过针对汽车零部件制造企业扩展的CAPP解决方案，除了实现基础CAPP解决方案的基本功能外，经过系统扩展与二次开发，北京天纬油泵油嘴股份有限公司CAPP系统还实现了以下具有特色的面向QS9000质量管理体系的工艺设计与管理系统。
面向QS9000的部分特征如下所示：
能够将QS9000的文件作为一个单独的文件包进行独立管理，从而明确权限、保证安全
能够根据流程节点自动绘制所有的流程图，同时可以对流程信息进行新增、插入、删除、更新等管理操作
能够将根据输入的测量数据自动计算出所有的中间和最终结果，供分析人员判断测量系统是否可用
提供约束选取等方式辅助快速编制控制计划，同时能够存储控制计划信息，用以提供对工序检验项目编制的参考
能够从工艺流程图中提取流程信息，直接自动生成指导书目录的主干
能够从指导书目录中提取工序信息，用来自动填充工序作业指导书，提高效率、降低错误几率
能够根据工序号自动将相应的控制计划项目信息提取到当前工序中的检验项目，降低劳动强度、提高效率

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4、结束语
结合汽车制造行业的工艺信息化需求，通过CAPPFramework工艺信息化平台，建立支持汽车制造行业工艺系统业务管理、全过程全方位的工艺信息管理、简化系统的部署与应用、满足企业持续发展的工艺信息化平台。这不仅满足汽车制造行业工艺信息化目前的迫切需求，也时有助于大力推进离散制造行业工艺信息化，增强企业的核心竞争力。 2/22/2006

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