工艺设计信息全面数字化与标准化

工艺设计信息全面数字化与标准化作者：陈宗舜

1.工艺信息数字化的内涵

两化融合对设计信息全面数字化要求,一是要求工艺设计信息的优化,二是要求工艺设计信息必须为企业信息集成与建立数字化企业提供基础。本文主要就工艺设计信息必须为企业信息集成与建立数字化企业提供基础提出以下意见，供参考。在企业信息化调查中，了解到虽然目前企业使用CAPP进行工艺设计，有的还使用类似部门级PDM进行工艺文件、流程管理，由于没有考虑企业系统集成，CAPP输出工艺规程、文档的标准化与规范化程度很差，CAPP输出没有达到全面数字化要求，达不到企业系统集成的要求，如果要实现系统集成，原来存入计算机工艺规程、文档必须返工，造成极大时间、人力的浪费，成了企业信息集成与数字化的又一拦路虎，为此必须引起各企业的重视。为了使各企业完整了解工艺信息数字化的内涵及其在企业信息化中重要性，提出以下几点。

2．工艺信息数字化的由来

工艺信息数字化来源于CAPP技术的应用,CAPP技术应用于产品设计目前已是众所周知，CAPP系统输出人们看到的是计算机屏幕上的工艺规程及技术文件和用绘图仪、打印机输出常规的工艺规程、文件，其实这些屏幕上的工艺、图形、技术文件和输出常规的工艺规程、图纸、文件，存在计算机内部都是各种格式的数据，所以应用CAPP技术进行工艺规程设计，其设计过程和输出工艺规程、图形及技术文件以近入数字化范畴。

3．工艺设计信息数字化的发展

常规的CAPP技术已进入工艺信息数字化的范畴，对传统的产品设计要求或单独(非集成)CAPP系统,常规的CAPP技术已经能满足要求。由于市场经济的发展，企业竞争因素的变化，企业各方面都需要应用信息技术，因此出现了

CAD/CAPP/CAM等一系列CAX技术与MRP/MRP-II/ERP等一系列管理信息化技术。由于传统企业的产品开发、生产经营管理是按企业内部的分工由各部门分工进行的，互相之间以图纸、工艺、技术文件、计划、统计、报表、单据及各种通知、会议为手段组织企业生产经营。在开展“甩图纸”、“甩账本”示范工程后，由于CAD/CAPP/ERP都为孤岛，这种初级信息化解决不了传统企业的产品开发、生产经营管理数据信息的共享，系统不能集成运行,发挥不了企业信息化最佳效果。根据世界经济发展的经验，应用信息技术改造与提高传统企业是企业现代化的必由之路，为此制造企业要充分发挥信息技术的作用必须走系统集成的道路。按照系统集成的要求，常规的CAPP技术不能满足要求，因为常规CAPP的工艺规程、图纸、文件，存在计算机内部都是各种格式的数据，不需要输入到其它计算机系统中，其它系统也不会读取这些数据，这对单独(非集

成)CAPP系统已满足要求。但是在系统集成的要求下，CAPP系统的输出不能再是单一的纸质表格文件，还需要数字化的加工数据包括：加工顺序、加工机床、加工工装、加工内容以及材料数据、装配关系数据等等。因此单独(非集成)CAPP

系统,虽然已经将工艺规程、图样及一些文件部分信息数字化了，但是由于：一是所采用数字化格式混乱，二是表示方法以纸质工艺规程、图形数据为主，目前计算机还没有认识图形的功能，三是企业信息化系统已经研究了一些有效的描述产品工艺数据的方式与方法，这些方式与方法只要对常规的CAPP系统进行改造，就可以实现CAPP系统所需数据和所产生的数据与其它系统所需数据互相共享，因此要使常规的CAPP系统数字化满足企业系统集成与数字化的要求，必须进行改造。

4．集成条件下工艺设计信息数字化的要求

（1）CAPP系统内部工艺规程数据与文件、表格数据的集成。CAPP系统以完成纸质工艺规程为主，但是为了完整描述产品工艺，还须提供工艺文件、表格，如装配图上描述有关装配所需零部件数据，描述产品或部件的所需外购件及标准件以及产品或部件的所需通用件、借用件等等，还有每一零件的材料定额、每道工序的工时定额、零件工艺规程中各工序所需工装等都需按产品汇总，这些数据都有着互相关系，必须形成CAPP系统内部数据的共享。为此必须改进目前独立运行CAPP、材料定额、工时定额、工装管理等软件，并应用数据库技术，建立描述产品数据的数据库，为此必须实现工艺设计信息数字化，解决以上独立运行的数据与产品数据库的互联关系，实现数据共享。

（2）CAPP与CAM集成。CAPP与CAM集成的目的是在应用数控机床、加工中心等自动化设备时使数控编程（NCP）软件能读取CAPP数据，自动编制数控程序，实施制造数字化。

（3）CAD与CAPP集成。CAD与CAPP集成的目的是在设计编制工艺文件时能利用、读取CAD已形成的图形文件与数据，完成工艺设计与文件编制。由于工艺设计与文件种类较多，包括:CAD输出的零件图及数字化的零件基本属性数据(图号、名称、材质、热处理、零件外形尺寸、零件净重及技术要求等),数字化的产品物料清单，零件分类编码。而CAD系统需要CAPP输出的工艺信息,进行DFM/DFA。

（4）CAPP与ERP的集成。ERP运行需要CAPP输出数字化的工艺路线、工艺规程、材料定额、工时定额、工装等数据。CAPP系统需要ERP库存、价格、成本等数据。

5．工艺设计信息数字化的重要性

(1)工艺设计信息数字化是产品设计信息数字化与企业管理数字化（信息化）的桥梁

众所周知,信息技术的应用形成数字化企业,但其信息流程与人工作业一样，在产品设计完成后，必须进行工艺设计，把产品信息转换成工艺信息，才能进入生产计划与管理，所以运行CAD系统实现产品设计信息数字化后，必须运行CAPP 使工艺设计信息数字化后，才能运行ERP进行生产管理，这说明了不论人工作

业还是计算机作业，其信息流是一致的，在人工作业时工艺设计是产品设计与生产管理的桥梁，在数字化企业中用CAPP也是CAD与ERP的桥梁。

(2)从DFM/DFA的观点理解工艺设计数字化的必要性

DFA/DFM是先进制造技术与信息技术的发展中提出产品设计理念、思想与要求，产品设计目的是为了满足用户需求，但用户需求的是物化的产品，不是图纸，由图纸变为物化的产品必须进行工艺设计才能制造与装配，所以产品设计与工艺设计必须面向制造与装配，同理CAPP技术所输出工艺设计数据也必须满足CAM/ERP技术进行数字化制造与管理需求。

(3)工艺设计信息数字化必须为企业级的产品数据管理PDM/PLM提供条件、打好基础

前面已说明系统不能集成运行,发挥不了企业信息化最佳效果，产品数据管理PDM正从过去的图档资料管理的部门级管理向企业级的产品数据管理发展，是目前企业系统集成的理想平台，但PDM/PLM只提供产品数据管理的工具与环境，产品工艺设计信息数据内容、文件格式、数据组织等等能否在运行CAPP 以后信息系统提取、应用，必须有CAPP系统解决，这就是说CAPP系统输出产品工艺数据必须满足如前面所述企业信息系统集成运行的要求，只有符合这一条件PDM/PLM才能起到企业系统集成的平台。所以PDM/PLM能否成为企业信息系统集成运行的平台，必然决定于工艺设计信息数字化。

6．怎样才能使CAPP输出的产品工艺设计信息数字化数据内容、文件格式、数据组织等等能符合企业信息系统集成运行的要求，即作好企业信息化、数字化产品工艺设计的基础工作

（1）工艺设计的数据的标准化与规范化，为实现CAPP输出数字化打下基础

工艺设计的数据标准化与规范化是CAPP输出数字化的首要条件，CAPP输出工艺设计的数据要为企业其它信息化系统读取—可即读性，必须符合标准化与规范化的要求。CAPP是CAD与ERP的桥梁, 在机械制造中这一点是常识，所以CAPP应严格遵守行业标准和有关CAD与ERP标准与规范，只有严格遵守这些标准规范，CAPP输出数字化工艺设计内容不但能使设计、生产、管理人员等都能读懂，而且CAD/ERP统统能读取。因此CAPP输出工艺数据必须标准化与规范化。怎样才能达工艺数据标准化与规范化？首先是工艺设计文件格式、技术术语必须严格遵守国家标准、行业标准，其次是工艺数据及编码必须按统一的标准，填写必须完整（在工艺、技术文件任何位置填写必须保证唯一性），第三是技术文件上出现标准件、外购件编号、书写必须和产品设计统一、标准，为了保证唯一性，使用统一的编码。工艺设计的数据的标准化与规范化具体要求如下：

①工艺路线信息的数字化。工艺路线是传统组织生产的必需文件，也是ERP运

行能力平衡、安排单位生产计划、计算单位成本等不可缺少的数据，所以工艺路线信息必须数字化，在产品数据数字化模型中，工艺路线信息的数据是用工艺路线编码形成的ITEM表中的一个字段见图6。

②工艺规程。工艺规程不但是工人操作的依据，而且与计算工时定额、计算工序成本与材料定额有密切关系。在运行ERP时同样也是安排车间、班组（单元、机床）作业计划的依据，也是数控编程NCP必须信息，所以工艺规程信息必须数字化。为此首先必须实现工艺规程内容的标准化，包括加工路线（工序顺序）；加工方法；机床类型、规格的选择标准；装夹方法及工艺装备的选择标准；加工方法与加工精度的选择标准；加工余量选择标准；刀具、量具的选择标准；切削用量的选择标准。只有规范化、标准化工艺信息才能实现数字化。其次工艺规程信息的数字化必须实现代码化，因为工艺规程的内容有的是文字说明为了数据库的管理必须用编码表达，既使是用数字或英文字母表达的工艺规程信息，由于英文字母表达来源不一，这些信息必需进行标准化，采用统一规范的编码才能达到数字化的要求，工艺规程信息是构成PROCESS表的主要部分见图5。装配工艺还需形成装配BOM表（ABOM）。

③材料定额。这是加工前下料的必须数据，也是ERP产品原材料需求计划的基础数据（构成MBOM的必须数据，所以材料定额各项目名称必须数字化，定额数据必须标准化。是构成ITEM表中的一组数据见图8。

④工时定额。工时定额是按每道工序制订的，是制订各级生产计划也是运行ERP 的基础数据，上指企业的年度计划，细指车间、班组（单元、机床）作业计划，也是计算工序成本、质量成本的基本数据，所以工序工时定额各项目名称必须数字化，定额数据必须标准化。是PROCESS表中的一个字段见图5。

⑤工装设计数据。工装设计与产品设计类似，所以其数字化需求与产品设计数字化类同。

⑥工艺信息代码化与代码的规范化、标准化。以上5个方面提到是工艺设计内容的规范化、标准化，为了适应企业信息化要求，使CAPP系统不但能适应常规工艺工作的要求，也能起到为MRP－Ⅱ/ERP提供计算机内部的优化、规范、数字化的工艺设计信息，促进CAPP/MRP－Ⅱ/ERP的集成, 所以工艺设计的规范化、标准化必须包括工艺信息代码化与代码的规范化、标准化。因为目前我们使用计算机还是数字计算机，处理的信息基本是数字或字符，只有将信息代码化，才方便计算机处理。另一方面，企业信息化后，信息系统在计算机网络上运行，互相传递的信息不能再是传统的纸质文件，而是计算机内部规范化、标准化的代码及数据。

工艺信息代码包括：工艺路线代码、设备代码、工装代码、工序代码、工艺规程代码、零件加工分类代码、材料代码等。

⑦工艺文件格式及种类的规范化、标准化。企业信息化后，对原来传统手工作业条件下工艺文件格式及种类必须做相应调整，修改。由于企业信息化实现了数

据共享，除了与生产工人直接见面工艺文件保留纸质文件外，其他部门不再要纸质各种汇总表、只要提供计算机内的信息与数据。关于各种必须保留纸质文件格式也要方便计算机的处理。

⑧所有工艺图纸、表格中的备注栏的内容只能是供人阅读内容，不能作为计算机处理的内容。

⑨工艺设计图纸、表格、文档签署的统一。

⑩设计图纸、表格、文件已使用编码，在工艺设计图纸、表格、文档使用时必须保持一致。

只要达到以上要求的工艺设计信息数字化，不但解决了CAD/CAPP相互（双向）之间的数据共享、集成运行，而且CAPP与ERP的集成运行也就能实现。

（2）CAPP输出数字化工艺设计的数据格式、数据结构的标准化与规范化

①建立产品工艺设计数据的数字化标准表达方式的基础，CAPP系统既是编制工人使用工艺文件工具也是建立产品工艺数据的数字化标准表达方式的工具，为此CAPP系统必须符合以上输出数字化工艺设计的数据标准化与规范化要求;

②建立产品工艺设计数据的数字化标准表达方式，为了使CAPP输出设计的工艺数据能达到企业信息化系统共享，必然要使用数据库技术，因此工艺数据必须符合数据库管理系统的要求，首先是数据格式必须统一、规范，由其CAPP

图形数据格式必须与CAD采用图形系统版本也必须统一。对于产品工艺数据结构必须既能按照数据库管理系统的要求并能满足工艺数据的数字化模型结构。图1是CAPP运行后从工艺规程中提取工艺数据建立PROCESS（工艺数据）表的界面，也是运行工时定额计算后将工时定额记录在PROCESS表的界面，图2是从工艺路线编制中提取工路线数据建立ITEM表中工艺路线数据字段的界面。图3是CAPP运行后从工艺规程中提取工装数据建立工装BOM表的界面，图4是材料定额计算后在ITEM表中材料定额数据的界面。这些数字化标准表达方式能和ERP系统共享。

图2 CAPP及工时定额计算后提取工艺数据建立PROCESS表界面

图2 工艺路线编制建立ITEM表中工艺路线界面

图3 数据库中建立工装BOM表界面

图4 ITEM表中材料定额数据界面

（3）制订工艺设计信息全面数字化的标准与规范

从标准角度看：在手工作业有GB/T 10609.1-89(国际标准组织7200-1984) 技术制图标准与行业标准：JB/T9165 ～JB/T9169 、JB/ T8514 关于工艺文件，工艺管理等一系列工艺标准，控制产品，工艺设计的图样及文件，保证手工作业工艺设计正常运转，保证手工作业生产经营管理的正常运转。在计算机应用条件下（数字化企业）什么是符合计算机应用规范化与标准化的产品工艺数据？目前图形数字化有STEP标准，但无其它全面数字化条件下产品工艺数据标准，为了实现工艺设计信息全面数字化，按以上要求制订工艺设计信息全面数字化的标准与规范，并把标准与规范固化到CAPP及有关软件和数据库、图形库中，保证系统正常运行。(end)