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1 轴承行业业务特点和需求分析
轴承产品设计与工艺设计较复杂，计算工作量大，易出错，但其数学模型相对统一，设计流程标准化程度高，特别适合于应用计算机辅助设计。轴承制造过程中，生产工序多、工艺流程复杂，且每一种工序都有严格的规定和检验记录，信息交换量大，但轴承产品工艺有明确的分类，工艺相似性好，规律性强，如果能通过总结工艺特点，形成参数化工艺设计，将大大提高设计效率和准确性。
承产品的材料特殊，各工艺环节技术难度比较大，对工艺要求比较高，需要有一套严格的质量保证体系，并对这一质量控制过程进行全面的监控。目前大多数主机厂都按照TS16949的标准来进行质量控制。襄阳轴承需要为每个轴承产品编制完整的TS16949质量体系文件，并且这些文件可能会因主机厂的不同而采用不同的格式。这些文件的编制工作同样具有工作量大，重复性高的特点。
结合以上特点，轴承产品设计与工艺设计方面具有下述典型需求：
（1）提高设计的效率
轴承的工艺技术文件、锻坯工艺、热处理工艺、机加工工艺，以及TS16949的工艺流程图、FMEA、控制计划、检验基准书等基本采用手工编辑。而轴承产品的工艺重复性高，需要充分利用已有的工艺信息。并且在设计过程中存在大量的各类计算。工艺师的大部分工作是在进行重复性劳动，没有足够精力致力于工艺改进和新工艺研究，既影响了工艺师们的工作积极性，也影响了企业整体工艺水平的提高。
改进建议：在技术部门搭建轴承知识管理平台并建立参数化设计和工艺系统，利用参数化设计和工艺平台进行计算机辅助设计和工艺规划。
（2）推进TS16949管理体系的建设
作为汽车零部件企业，轴承厂需要执行汽车行业TS16949质量标准，需要编制完整的TS16949质量体系文件，并且这些文件可能会因主机厂的不同而采用不同的格式。这些文件的编制工作同样具有工作量大，重复性高的特点，因此，企业需要有一套完整的工具来实现工艺技术文档以及工艺质量管理文件的自动生成，把工艺人员从简单的重复劳动中解放出来，集中更强的力量用于工艺创新和工艺改造，从而提高企业的整体工艺水平。是企业的一个迫切需求。
改进建议：在产品和工艺部门建立以TS16949体系为核心的开发过程、资料管理体系利用知识管理平台的工作流管理和项目管理功能，提高工作流程的规范性和效率。
（3）推动工艺标准化工作的开展
受信息化推广应用所限，很多轴承企业的工艺文件仍然采用AutoCAD、OFFICE等软件填写，没有建立规范的工艺术语库、工种库、材料库、工艺装备库、设备库等，企业典型工艺没有建成共享的资源库。工艺的标准化、规范化工作做得很不够，不利于信息的交流和工艺资源的有效利用。
改进建议：各工艺人员都使用工艺资源中定义的工艺术语、工种、材料规格及牌号、工艺装配和设备的编号等信息，保证数据的规范性。
2 开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统
开目公司基于知识的参数化设计与工艺管理系统（简称“开目于知识的参数化设计与工艺管理系统”）针对轴承行业的产品设计和工艺设计特色以及信息化需求，提供专业化的解决方案，能够有效解决轴承行业的设计效率、质量等问题。该系统通过对企业知识财富的积累和高效利用，能够有效提高设计效率和质量，提高企业的市场竞争力。能够将经验丰富的设计师从简单的事务性劳动中解放出来，从事更有创造力的工艺创新与改进工作。同时为年轻的设计人员提供学习平台，快速提高企业整体工艺水平。
开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统总体架构如图1所示。
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图1 开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统总体架构 3 系统在襄阳汽车轴承股份有限公司的应用
开目基于知识的参数化设计和工艺管理系统在襄轴的应用主要包括以下几个方面：
3.1 建立襄阳轴承知识管理平台
开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统搭建的轴承产品知识管理平台为企业提供轴承产品知识管理解决方案，能够帮助襄阳轴承构筑产品信息数据库，统一电子资料存放规则，有效组织技术资料，建立一个统一的产品研发系统平台。同时也为工程师提供了丰富的知识管理功能，在这个平台上所有参与设计的人员可以共享所有的设计、工艺、质量等文档与信息，使得工程师在安全准确的状态下，建立、编辑、浏览以及控制文档，使得企业能够在并行工程环境下，共享信息，协同设计，并更好地进行产品的创新和维护。
3.2 智能化轴承设计计算工具
轴承产品结构相对较简单，设计过程中较多涉及到各类轴承特征值的计算，例如根据主机的技术参数和支承部位结构，初选轴承的类型和尺寸，计算作用于轴承上的负荷；根据负荷计算当量动负荷；再根据轴承额定寿命公式计算轴承的寿命；最后还需要验算额定静负荷和极限转速。
开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统中提供轴承计算辅助工具，设计人员可以预先进行各类计算公式的定义，然后通过输入的参数，选择合适的公式进行自动分析与计算，以验证设计的合理性。
3.3 基于知识的轴承参数化工艺设计
开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统中提供参数化工艺平台主要实现工艺参数定义、工艺流程定义、编译解释等功能。
3.3.1 工艺参数定义
参数定义是特征编码的归纳、提取和定义属性值的过程，定义正确与否将会直接影响到流程的定义和解释工作的进展。在襄阳轴承参数化工艺设计工具提供多种参数取值类型：直接输入型、给定选择项型、参数计算型、查工程数据表型、查数据库表型。以襄轴GZ_71062型轴承的工艺为例，为其定义直径、高度、滚道直径、角度、外圆大小端倒角尺寸等工艺参数，如图2所示。
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图2 轴承参数化工艺设计——工艺参数定义 3.3.2 工艺流程定义
流程定义是整个流程的直接实现，可以把企业中优秀工艺师的经验用实例的方式存储起来。流程定义决定并影响了实际工艺形成的正确性。流程的定义包括两个部分的工作：流程图的绘制、流程图中图元的属性确定。流程图的绘制是确定流程内容，以及确定流程工序之间的先后关系以及流程工序的走向。流程图元属性表示流程图中每个图元的作用，以及在该图元中需要完成的工作。
以襄轴GZ_71062型轴承的车削工艺过程为例，根据轴承的材料、验收方法、工艺特征、加工参数等工艺参数，可定义如下的工艺流程。
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图3 轴承参数化工艺设计——工艺流程定义 3.3.3 编译解释工具
编辑解释工具的主要作用是输入工艺参数，系统通过编译解释工具，对工艺知识进行推理判断，生成符合条件的工艺过程和工艺内容。解释流程是变量驱动技术的实现过程。
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图4 参数化工艺数据写入工艺文件（一）：工艺过程信息 （图片）
图5 参数化工艺数据写入工艺文件（二）：工艺图形信息 （图片）
图6 参数化工艺数据写入工艺文件（三）：工艺参数信息 3.4 支持TS16949质量体系的工艺设计
为提高效率和准确性，开目公司为襄阳轴承建立了支持TS16949质量保证体系的参数化工艺设计辅助系统，帮助企业完成工艺知识和质量知识的积累，以及相关质量体系文件的快速编制。支持TS16949质量体系的参数化工艺设计系统可以编制、计算和汇总出襄阳轴承整套TS16949工艺文件。系统业务流程如下图所示：
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图7 支持TS16949质量体系的参数化工艺设计流程示意 主要功能包括：
3.4.1 建立TS16949的知识库
TS16949质量体系是在长期的生产过程中对生产过程进行仔细的分析，对关键过程加以控制和改进，以实现产品质量的持续改进。在此过程中，会产生大量的数据，这些数据都需要积累作为企业的知识库，并且可以方便地查找、使用、管理和扩充。因而，襄阳轴承参数化工艺设计系统中需要建立TS16949知识库。主要包括：
a.产品特征参数库
b.关键工序和重要工序库
c.控制计划和控制方法库
d.量检具清单库
e.FMEA知识库
f.检验基准方法库
3.4.2 工艺数据组织形式科学，效率高
遵循TS16949的工艺系统中，象关键产品特性这类信息有多种表现形式，过程流程图中的关键产品特性检验基准书中的技术要求、工艺装配清单的特性值、工夹具清单的规格及说明，以及其它很多信息都是相互关联的，襄阳轴承参数化工艺设计系统能够科学组织工艺数据，从而保证数据一处录入，全程共享，保证了数据的一致性和完整性。
3.4.3 自动提取产品特征属性
a.可以通过序号、特性类型、特性名称、特征内容等参数，描述关键产品特性。
b.可以通过产品参数表，生成产品特征特性清单。
c.可以将关键产品特性自动提取到检验基准书和检验指导卡中。
d.在修改了产品参数表中的产品特征后，采用增量方式提取，保证产品特征特性清单、工序简图中的关键产品特性与检验基准书和检验指导卡中的一致。
3.4.4 编制控制计划、FMEA、和检验基准书
根据工艺流程图中的工序以及加工参数，设计人员可以参考知识库中的相关表，编制每一道工序的控制计划、FMEA。同时读取产品参数表中的参数信息，根据关键产品特性以及对应的检验基准方法、检验值生成检验基准书，以表格的形式直观表现，便于全面、正确地控制关键产品特性，保证产品质量。
襄阳轴承参数化工艺设计系统中所有质量体系文件用工序号作为关联约束，保证数据的正确性。
3.4.5 参数化驱动自动生成工艺过程卡和工序卡
目前襄阳轴承的传统工艺文件和TS16949的质量体系文件是并存使用的。并且工序卡需要提交给主机厂。襄轴参数化工艺设计系统可以通过产品参数表中尺寸、材料以及加工要求等加工参数驱动生成工艺过程卡，并且会根据工艺设计原则中的加工余量和公差等的设计原则，自动根据产品图倒推出各工序的毛坯尺寸和加工尺寸。同时还可以驱动生成工序简图。
对关键工序，还需要编制工序操作指导卡和检验指导卡。襄阳轴承参数化工艺设计系统会自动根据工序名称和工序内容，结合控制计划和检验基准书，生成与工序对应的操作指导卡和检验指导卡。
4 结束语
开目公司围绕襄阳轴承的核心设计、工艺与制造工作，在襄轴已有信息化工作的基础上，通过开目基于知识的参数化设计与工艺管理系统的应用与推广，为襄轴创造了良好的经济效益。
在前期的合作过程中开目公司与襄轴已结成良好的战略合作伙伴关系，目前一期项目已成功验收，二期项目已顺利展开。双方共同对襄轴的信息化建设进行了总体规划和持续推进，在襄轴大力推广应用先进的信息技术，这必将不断拓展襄轴信息化应用的广度和深度，有效提高襄阳轴承产品研发的效率和管理水平，缩短产品技术准备周期，提高企业反应能力，增强企业的综合实力。
3/6/2012
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