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(dòng)力和各種信號(hào)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(qiáng)，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(jì)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(shí)現(xiàn)線束設(shè)計(jì)信息化、工藝過程自動(dòng)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(shí)庫將線束的規(guī)劃、工藝信息的生成與導(dǎo)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(diǎn)

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(dòng)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(jì)手冊(cè)。對(duì)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(dòng)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(xì)工藝文件、線束圖設(shè)計(jì)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(diǎn)結(jié)合工藝文件嚴(yán)格按順序進(jìn)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(cè)人員根據(jù)檢驗(yàn)卡要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合格性檢查。這類企業(yè)的工藝文件特點(diǎn)是：多類型、文件按接單的產(chǎn)品歸檔。企業(yè)各個(gè)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(yán)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(jìn)行手工工藝任務(wù)分配卡設(shè)計(jì)；2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)沒有實(shí)現(xiàn)共享，工藝專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)沒有實(shí)現(xiàn)積累；3)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程缺乏管理和控制；4)工藝資源沒有實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。

2 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)CAPP系統(tǒng)的功能分析

通過汽車線束制造企業(yè)的實(shí)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(jì)、管理、集成等多方面來解決企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)都是圍繞產(chǎn)品而展開的。基于線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，可以直觀、方便、快捷地查找和管理工藝文件，有效地指導(dǎo)車間線束組裝生產(chǎn)。

(2)汽車線束工藝設(shè)計(jì)：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(jì)的完成，主要包括線束工序流向編制、汽車線束圖的繪制、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算等。

(3)線束資源的利用：在工藝設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn))，參考工藝技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。各個(gè)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(duì)線束圖材料消耗和工時(shí)計(jì)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(dá)標(biāo)線束的有效保障。

(5)線束工藝設(shè)計(jì)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(duì)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(dǎo)工人生產(chǎn)以及倉庫物料的準(zhǔn)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(shí)充分考慮設(shè)計(jì)對(duì)象即線束的特點(diǎn)和線束制造企業(yè)的實(shí)際需要，實(shí)用性與先進(jìn)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(jì)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(tái)數(shù)據(jù)庫，在工藝設(shè)計(jì)員端進(jìn)行常規(guī)工藝線束圖設(shè)計(jì)，在倉庫和車間終端顯示工藝文件等信息指導(dǎo)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(yùn)行的關(guān)鍵。具體的工作是：將用戶分為設(shè)計(jì)員、管理員等多種類別，根據(jù)權(quán)限進(jìn)行判斷和設(shè)置系統(tǒng)各種功能使用權(quán)，確認(rèn)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(jì)

? 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(duì)主線束的繪制，然后進(jìn)行包覆件、表面包覆、插接件等必要線束零件設(shè)計(jì)，產(chǎn)生真實(shí)形象線束來指導(dǎo)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(jìn)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(shí)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(duì)生產(chǎn)線束的各種基本物質(zhì)資料的管理。例如對(duì)電線、包覆件、插接件、表面包覆的基本信息進(jìn)行增加、刪除、修改、篩選等功能。

3．5線束圖管理模塊

?? 主要實(shí)現(xiàn)對(duì)線束生產(chǎn)車間、倉庫等終端，以Web方式呈現(xiàn)出指導(dǎo)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(jì)

?? 圖形數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的線束圖形特征的靜態(tài)描述，在整個(gè)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(duì)設(shè)計(jì)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(shí)的布局情況。而對(duì)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(dǎo)自己的工作。依據(jù)AutoCAD自身數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)，提取圖形旬柄和自定義圖形標(biāo)記作為識(shí)別圖形的標(biāo)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(diǎn)號(hào)。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(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、父節(jié)點(diǎn)、距離、節(jié)點(diǎn)句柄、節(jié)點(diǎn)號(hào)句柄、距離句柄、線句柄，其中旬柄是AutoCAD記錄圖形的標(biāo)志性屬性，通過它可以對(duì)圖形進(jìn)行修改、刪除、移動(dòng)等操作；線束產(chǎn)品圖號(hào)表示整張線束圖的圖號(hào)，節(jié)點(diǎn)號(hào)、父節(jié)點(diǎn)、距離表示線束圖中節(jié)點(diǎn)的特征。總結(jié)圖3的信息，各種句柄信息由AutoCAD 生成，j0沒有父節(jié)點(diǎn)，jl的父節(jié)點(diǎn)是J0、距離是200單位，j2的父節(jié)點(diǎn)是jl、距離是300單位，j3的父節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)單的"線性批處理"過程模型№1，它將整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過程按任務(wù)內(nèi)容劃分成幾個(gè)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(jì)、線束圖設(shè)計(jì)、工藝生成與工藝數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jì)分析都是針對(duì)線束圖設(shè)計(jì)一次性地(即批處理式)進(jìn)行。由于這一模式?jīng)]有反映出工藝過程設(shè)計(jì)的本質(zhì)，以此開發(fā)的CAPP系統(tǒng)存在許多問題。

?? 對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來說，設(shè)計(jì)工藝并不是按照固定的順序來進(jìn)行，相反，子任務(wù)之間常常并行交叉，是一個(gè)反復(fù)調(diào)整的過程，工藝設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)出并發(fā)交叉，是個(gè)反復(fù)調(diào)整的過程，工藝設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)出并發(fā)性。例如一般線束的工藝設(shè)計(jì)是按照線束剝頭、鉚壓、穿插接件、單配、終配順序進(jìn)行，對(duì)于熟悉的設(shè)計(jì)人員，可以根據(jù)線束圖先穿插接件，再進(jìn)行剝頭、鉚壓、單配等工序。其次，工藝人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行零件設(shè)計(jì)及其他輔助工藝，最后進(jìn)行整個(gè)圖形的整體設(shè)計(jì)。

?? 這里線束設(shè)計(jì)采用漸進(jìn)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(jìn)行線束圖形設(shè)計(jì)，從而漸進(jìn)地完成整個(gè)零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)。

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(jì)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(diǎn)所共享P1，用戶可在各種運(yùn)行線束CAPP系統(tǒng)的工作站點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)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(jì)系統(tǒng)的服務(wù)器共享資源。但是不同點(diǎn)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(jì)，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(shí)現(xiàn)

5．1系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)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(jì)條件和實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。根據(jù)汽車線束制造企業(yè)自身的特點(diǎn)及對(duì)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(tái)，結(jié)合C／S和B／S的混合模式的特點(diǎn)，采用ObjectARX2006降1在Visual C++．Net環(huán)境下開發(fā)。CAPP系統(tǒng)客戶機(jī)平臺(tái)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(duì)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(jì)和訪問

? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)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(duì)表進(jìn)行合理的約束設(shè)置。為了實(shí)現(xiàn) CAPP系統(tǒng)對(duì)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(jìn)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(jì)部、質(zhì)量檢測(cè)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(jì)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(jì)和線束圖和工藝，獲取工藝信息；零件設(shè)計(jì)部利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的線束圖和工藝數(shù)據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)；倉庫利用系統(tǒng)觀察工藝數(shù)據(jù)，進(jìn)行線束物料的準(zhǔn)備。經(jīng)過多月的使用，該廠的工藝設(shè)計(jì)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(duì)外競(jìng)爭(zhēng)力。

7 結(jié)語

?? 通過對(duì)線束企業(yè)的實(shí)際調(diào)研，總結(jié)出汽車線束制造企業(yè)工藝文件的特點(diǎn)，對(duì)汽車線束制造企業(yè)的CAPP系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，設(shè)計(jì)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(jì)和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)在某線束制造有限責(zé)任公司得到了實(shí)際應(yīng)用，并取得了很好的應(yīng)用效果。實(shí)踐證明，對(duì)汽車線束制造企業(yè)的線束工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有重要的作用