1、17所结构化工艺设计管理建设方案V15 17所结构化工艺设计管理系统技术方案2017年5月1项目背景中国航天科工集团公司第四研究院十七所是固体运载火箭控制系统总体研究所，自1968年成立以来，长期从事控制系统及其电子设备的研究，负责控制系统抓总，先后完成国家多个重点型号运载器控制系统研制任务。十七所以国防建设需求为牵引，经过多年的型号研制和科技创新，取得了丰硕的研究成果。为了实现业务转型，提升研发制造核心竞争力，17所前期在管理信息化、制造数字化方面投入大量精力，先后实施了PDM、CAPP等信息系统和工具，解决了产品设计和工艺设计的信息化问题，具备了数字化制造信息化环境。但在工艺准备、制造管理
2、等中间环节尚处于传统的以纸质工艺文件和人工管理为主的状态，工艺人员未进行专业化分工，工艺数据的分享率不高，效率较低。此外，设计环节与制造环节之间的数据传递、分享都是分散操作、个人操作，缺乏统一的、集成的工具和接口，难以保证资料传递的及时性和数据的准确性，大大增加了产品从设计转生产的周期，难以快速响应用户的需求，进而影响到公司业务的拓展和管理水平的提升。1.1当前工艺设计与管理应用现状目前17所工艺部门分为两个部门：工艺技术中心和设计制造部。工艺技术中心负责型号、产品工艺，设计制造部下面三个生产组，分别是：机加、电装、调试，分别负责机加、电装、调试（含试验）等专业工艺。工艺管理模式为三级工艺管理
3、，工艺制造计划由工艺中心制定，报到设计制造部的大计划里面，工艺总方案在PDM系统中归档；工艺总方案同步策划时，由型号主管工艺师将工艺任务分配给产品工艺主管及专业工艺师，工艺任务基本由一个人负责完成，出现替换的情况较少。17所工艺设计管理部门主要业务流程如下：设计数据会签发布后，工艺人员通过PDM查看专业设计室的设计数据（接收纸质文件用于生产加工，工艺设计时在PDM中查看设计发布的电子数据）基于CAPP工具进行工艺的设计和管理；在涉及多专业工艺规程编制的过程中，通过线下评审会完成工艺的任务协调下发等工作；工艺人员手工完成工艺卡片和报表的输出，以人工的方式管理工艺设计结果和签审，工艺信息的传递主要
4、采用纸质或CAPP的卡片输出。1.2工艺设计与管理存在的问题缺乏一体化的数据关联管理：当前，工艺人员参与设计活动的唯一环节是工艺会签，会签结束后的设计文件发布和会签后的设计更改不能及时通知到工艺人员，缺乏设计和工艺一体化的数据关联管理。同样，当设计人员进行设计更改时，工艺人员仅参加其工艺会签，设计无法确定工艺是否落实，无法形成从设计文件到工艺文件的闭环。另外，进行工艺设计时的PBOM创建都是工艺人员根据模板进行手动逐条输入，未充分利用EBOM的相关信息，容易发生错误。基于纸质的二维工艺设计：型号工艺内容涉及机加、电装、调试等工艺类型。工艺设计人员的大部分工作时间用在工艺准备工作上 (如机加工艺
5、：分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，确定零件的加工方案，制定加工工艺路线、设计数控加工工序，选择并确定零件定位与夹具、刀具、切割用量，分配数控加工中的容差。对零件图纸的数字化处理、编写加工程序单、按程序单制作控制介质、程序的校验与修改等等)。而现有以二维图纸为主的工艺技术，完全依赖工艺人员的个人经验和技术水平，没有充分利用三维模型的直观表达能力，需要二次解读设计意图，容易出错，虽然型号产品设计部门基本上实现了基于三维模型的产品设计，但并没有实现完全的数字化信息的传递，这有悖于采用MBD的核心思想，不能做到17所各个部门均采用一致的产品数据开展工作。工艺资源管理不细：目前的工艺资源未能
6、创建统一的资源管理库，工艺人员在进行工艺设计时，不能充分了解企业的可用资源，导致对生产能力和效率的错误评估，导致效率不高。缺乏一体化的BOM关联管理：当前工艺部门的工艺人员主要基于二维图纸构建工艺结构，不能在三维可视化环境下进行工艺特性的分析，以及EBOM同PBOM的比对，难以保证PBOM的质量。同时，由于EBOM同PBOM缺乏关联性检查，当上游设计发生变化，不能在PBOM上快速获得变化指示，难以实现一体化的变更管理，这也使得当前17所仍做不到产品数据的全相关管理。缺乏一体化的数据关联管理：并且当前工艺路线卡片、材料消耗定额卡片、外购件汇总表等等均采用手工的方式在CAPP工具中完成，效率不高，
7、工艺规程卡片在CAPP中编制完成，这种状态导致工艺结构PBOM、工艺规程卡片、工艺路线卡片、工艺相关报表不具备相关性，当设计发生变化的时候，工艺不能及时得到变化通知，工艺改变后，不能自动生成工艺相关报表，从而难以提高快速投产效率。工艺设计管理集成过程繁琐：工艺均由CAPP编制及更改，然后人工审签归档，过程繁琐，并且基于CAPP手工生成报表，再人工进行审核归档，数据变化后需要重复该过程，不仅执行过程复杂，还带来产品数据的一致性难以保证等问题。通过结构化工艺设计管理系统的建设可以帮助解决以上问题，真正实现在数字化平台下完成设计与工艺过程，以MBD标注的三维模型作为设计、工艺、质量、制造等等相关部门
8、的工作依据，达到基于MBD的设计制造一体化工作模式。1.3项目需求分析结构化工艺设计管理系统作为17所信息化建设项目的重要系统，其影响深远并将成为17所高速发展的现代化工艺设计技术手段，它是17所进一步提升产品工艺设计能力和生产组织能力的必需基础。 结合在17所研发信息化项目的实施经验以及调研情况，我们发现17所目前在工艺信息化的提升上面临以下的业务瓶颈： 研发数据需要管理 17所研发数据来源于上游设计部门，如何准确、高效的利用和管理设计部门发布的设计数据已经成为当前亟待解决的问题。 PBOM还处于手工编制 目前 PBOM主要还是由工艺技术部型号主管来管理，通过手工方式向各车间分发，工作量较大
9、，而且数据再利用率较低。 工艺设计手段方式落后 虽然使用了CAPP进行工艺文件编制，但无法满足基于三维模型的工艺设计模式的要求：无法支撑基于三维模型的结构化工艺设计、加工模拟、三维装配动画等工艺设计要求。 技术状态管理困难 目前由上游设计部门频繁修改引发的变更在系统中管理困难，对变更的追溯困难。随着阶段和批次的不断变化，对某个批次的技术状态信息查询困难，需要查询大量的信息并进行比对才能确定某个批次的技术状态。 生产基础用料、库存、成本无法提取和自动核算目前17所在生产过程中所需的基础用料、库存和成本信息分散在各类工艺文件和纸质台帐中，只能人工进行统计和核算，不能直观快速的提取出来自动核算，导致
10、生产准备时间较长、成本核算不精确。ERP等系统与工艺系统未进行集成 目前ERP、MES、DNC等系统中需要工艺系统相关的产品工艺信息，还是用手工方式重新录入系统，效率低下，容易出错。需要建立系统之间的集成应用，使得工艺系统数据可共享到其它所需要的系统中。 2结构化工艺设计管理系统建设目标本次项目通过建设结构化工艺设计管理系统，实现在可视化环境下进行BOM关联转换的能力，以提高工艺规划与装配仿真能力；同时重点完成基于MBD标注三维模型以及二维工程图的结构化工艺设计和管理，进而完整实现17所基于MBD的设计制造一体化研制体系，有效缩短型号产品研制周期，改善生产现场工作环境，提高产品质量和生产效率，
11、使得17所的工艺研制水平跨上新的台阶。（一）实现设计数据直接下厂夯实目前17所设计部门三维设计的基础，通过建设结构化工艺设计管理系统，并与17所PDM系统集成，使得设计部门所有基于MBD设计规范发布的正式数据直接发布到工艺部门，保证所有下发数据的准确性、有效性和完整性。发布后的设计数据能够通过结构化工艺设计管理系统与PDM的集成接口，由数据发布流程自动下发到结构化工艺设计管理系统中，工艺人员可以基于发布的设计数据完成PBOM转换、工艺路线编制及工艺规程编制等工作。（二）实现结构化工艺设计和管理通过结构化工艺设计管理系统，建立结构化工艺设计管理体系，实现工艺部门所有型号、所有专业工艺工作的结构化
12、设计和管理，帮助工艺员从繁琐、重复的低层次劳动中解放出来，有更多的精力投入到工艺设计、试验和攻关工作，促进技术进步。同时能加快工艺员的培养,提高工艺部门的设计管理水平，提高工作效率。工艺人员可以在17所结构化工艺设计管理系统中完成电子化的工艺设计和管理等工作，所有的工艺数据（包括PBOM、工艺路线、工艺规程、工艺报表、工艺资源信息等）全部通过系统的数据库进行存储和管理，消除以往以Word文件方式保存和管理对数据准确性和安全性带来的影响。 （三）实现基于三维模型的工艺设计通过结构化工艺设计管理系统的建立，推进在17所内部基于MBD技术的模式普及，工艺设计时可以从设计三维模型上直接读取完整的产品定
13、义信息并直接应用于工艺中，缩短理解和转换时间，减少理解和转换错误，提高工艺设计效率；在装配工艺编制时，利用三维组件模型进行定向拆分，可以方便地形成正向装配过程动画或工步图形，进一步指导操作工人进行实际操作。工艺人员可以基于设计发布的三维模型在可视化环境中完成各个专业三维工艺设计、仿真验证和管理工作，输出三维的工艺卡片和装配动画。（四）实现数字化工艺资源管理建立工艺部门工艺资源库，将标准件、典型工艺、工装、设备、辅料等信息按照不同的分类在结构化工艺设计管理系统的数据库中进行结构化管理，工艺部门人员在编制工艺规程过程中可以对工艺资源信息进行快速查询、引用、复制等操作，系统能够实现工艺资源与工艺规程
14、的自动关联和应用。（五）实现数字化工装设计管理和应用在系统中建立工装申请和发布流程，工艺部门能够通过数字化的流程和管理模式对工装申请、设计、发布、更改等过程进行控制和跟踪，改变以往通过纸质方式对工作效率和数据准确性带来的影响；此外，电子化的工装数据在17所结构化工艺设计管理系统中能够被工艺员在工艺规程设计中快速调用，便于对零件加工和产品装配过程进行仿真验证。（六）实现工艺报表自动输出结构化工艺设计管理系统能够自动的、实时的输出工艺部门所需要的各类报表（包括物料明细表、汇总表、配套表等），减少以往手工输出对工作效率和数据准确性带来的影响。（七）支持工艺数据在生产现场的应用预留结构化工艺设计管理系
15、统与规划建设MES系统的集成接口，支持工艺部门设计的PBOM、工艺规程、工艺报表等数据通过集成接口自动发送到MES系统，便于未来生产部门在生产现场对相关数据进行查看和应用，提高生产效率和生产质量。3建设内容建立17所结构化工艺设计管理系统，实现结构化的工艺设计和管理能力，提升三维可视化环境下工艺设计能力，通过对工艺资源库的统一管理，实现基于产品设计结构的快速BOM关联转换能力，有效缩短型号产品研制周期，改善生产现场工作环境，提高产品质量和生产效率。3.1三维设计数据下厂基于17所PDM系统实现设计部门基于MBD设计规范的三维设计数据向工艺部门的直接下发，数据范围涵盖所有与业务相关的型号，使工艺
16、部门能够基于三维数据完成结构化工艺设计、管理和变更等工作，保证设计数据下发的完整性和准确性。3.2工艺BOM建立与管理结构化工艺设计管理系统中，工艺部门从制造装配的角度，按照制造分工和资源的组织将设计部门产生的EBOM重构为PBOM，系统自动继承设计部门添加的零件类型、材料信息、是否关重等工艺属性及参数内容。工艺员在PBOM产品结构中添加工艺制造所需的工艺路线、加工类型、胚料尺寸、可制件数等属性信息，最终构建满足工艺制造需要的产品结构树，并以该结构树为核心组织相关工艺信息。过程中工艺员利用结构化工艺设计管理系统的BOM重构工具，能够在可视化的BOM编辑环境下快速准确的基于产品EBOM创建出PB
17、OM产品结构。3.3工艺资源管理在工艺设计的过程中需要用到各种工艺资源，在系统中建立工艺设计资源和制造资源两大资源库，包括典型工艺、标准工艺、工艺术语、工艺参数、工艺规则、工段、工序、执行标准、禁限用工艺、设备、工装、工具、量具等可供共享和重复使用的工艺数据、工艺知识，在系统中进行管理并在使用过程中可以完善和扩充。建立工艺资源的分层分类结构，构建统一的工艺资源基础数据库，建立工艺资源与其它工艺信息对象（例如工序、工步对象）之间的关联关系，并对工艺资源和工序/工步之间关联关系的约束进行管理。系统提供标准工艺的管理能力，使得在以后进行型号类似工艺设计时，能够使用标准工艺作为参考或模板，进行快速的工
18、艺设计工作；提供典型工艺的管理能力，使得在以后工艺设计时，可直接引用典型工艺文件。3.4结构化工艺设计通过结构化工艺设计管理系统的建设，改变工艺部门以往通过纸质图纸和文件进行工艺设计和管理的模式。系统中以PBOM为核心将结构化的工艺数据以及工艺资源与PBOM关联，实现工艺设计的结构化；在结构化的工艺数据设计模式下，同时支持二维、三维的工艺设计，满足工艺部门的业务需求。同时，通过系统的数据库完成工艺数据的存储，实现工艺数据管理的结构化，实现细粒度的工艺设计和管理能力，使工艺设计数据和工艺变更数据更加清晰和准确。如下图，在PBOM中建立产品零部件的结构关系，在工艺规程中建立零部件各个专业工序和工步
19、的结构关系，在工艺资源中分别建立标准件、工装、机床、刀具、典型工艺、参考标准等的结构化关系。PBOM（工艺结构）作为结构化设计和管理的主线和第一层次关联应用；通过PBOM的结构层次，将不同零件与其对应的工艺规程相关联应用，在工艺规程中完成不同零件工序和工步的结构化管理，实现结构化设计和管理的第二层次关联；工艺规程中的工序和工步能够直接关联系统中的工艺资源和相关工艺文档、参考文档等内容，实现结构化设计和管理第三层次的关联应用。结构化工艺设计管理系统应提供专用的工艺规程管理器，实现与相关型号所有专业的结构化工艺策划和编辑，将以往传统文件形式保存的电装、机加、调试等专业的工艺卡片以结构化数据的方式在
20、数据库中进行集中存储，便于数据的合理组织和方便重用。融数据库、3D图形、2D图形、图像、表格、文字编辑于一体，图文并茂，实现可视化环境下的工艺结构及制造结构的构建。借助三维设计模型产生工艺简图，设计模型有关信息可直接使用，工艺模板相关数据一次输入，全程使用，关联工艺资源数据可快速获取。3.5三维工艺设计通过结构化工艺设计管理系统的建设，使工艺部门能够依据三维模型完成机加专业和装配专业的三维工艺编制和管理。机加专业工艺员可以根据三维模型完成数控代码的自动生成，生成三维工序模型，并可以利用零件、机床、刀具的三维模型完成零件的加工切削仿真验证工作，便于对现场的加工过程进行指导；装配工艺员可利用设计发
21、布的成品模型，在三维可视化环境下定义产品的装配顺序、装配步骤、验证装配干涉等，并将其录制成装配动画，发布到现场指导装配工作。3.6工艺审签工艺人员可以在系统中发起各类工艺审签流程，详细内容如下表所示（以最终确认流程为准）：类别内容相关人员PBOM及工艺路线签审流程编制校对审核会签标审批准产品工艺、部门领导、专业工艺、工艺总师工艺规程签审流程编制校对审核标准化会签标审批准产品工艺、专业工艺、标准化部门、质量部门、领导工艺变更流程编制校对审核标准化（会签）标审批准产品工艺、部门领导、专业工艺、质量部门、工艺总师在系统中能够对工艺规程的权限、版本、生命周期状态、配置及业务流程进行管理。当工艺规程设计
22、完毕，可以基于结构化工艺设计管理系统的工作流及权限控制管理，实现工艺规程的审核与批准发布管理，工艺审核的业务流程可以基于系统定义。3.7工艺报表输出结构化工艺设计管理系统支持二维、三维工艺数据的输出，能够满足多种工艺设计及管理报表的自定义扩展的需要。工艺设计结果能够与MES系统集成，将设计结果传送给MES系统，用以指导现场生产。结构化工艺设计管理系统应建立全套的符合QJ903B要求的工艺模板及标准工艺模板之外的自定义报表，输出的工艺数据包括管理性工艺文件、各类工艺规程和定制工艺表格三大类。4方案概述4.1方案说明有四点需说明：本文档是在前期业务访谈分析的基础上，依据行业最佳实践和实施经验，形成
23、的方案设计文档，供17所评审和确认。本文档对系统方案进行了详细的描述，将用于17所结构化工艺设计管理项目的实施工作。本文档界面仅仅作为功能示意，旨在比较形象和直观地让用户对将来的系统功能进一步的了解，并不代表系统实施后的实际页面。本文档将作为17所结构化工艺设计管理项目第一个里程碑的交付文档。只有本文档通过签署才能进入项目的下一个里程碑。4.2参考文档17所结构化工艺设计管理建设方案；前期项目资料；QJ903B标准；会议/调研纪要：-01_ 17所结构化工艺需求分析报告V1_20161031 -02_17所结构化工艺项目_方案汇报_会议纪要_201704065项目范围17所结构化工艺设计管理系
24、统本期的应用范围旨在通过全型号产品的结构化工艺设计管理的应用，改变以往通过文件及二维图纸开展工艺设计和管理的传统业务模式，提高17所工艺部门工艺设计和管理的质量和工作效率；在新业务模式应用成熟后，将在全部型号产品范围推广三维工艺设计管理应用。本期功能范围：(1)全型号三维设计数据的发送接收(2)EBOM到PBOM的自动转换(3)工艺路线规划(4)定额管理(5)工艺路线签审及工艺任务下发、接收(6)全型号所有专业结构化工艺编制，包括：机加、装配、电装、调试、电缆等。(7)工艺报表输出(8)工艺资源分类管理(9)与Creo工具集成(10)与Mentor工具集成(11)与ERP系统集成应用(12)与
25、MES系统集成应用(13)与DNC系统集成6总体方案6.1总体框架通过本期项目的建设，17所最终将形成基于MBD的数字化设计制造协同研制体系框架，如下图所示：图 基于MBD的设计制造协同研制体系框架17所设计部门在原有的PDM系统中完成产品的三维设计工作，工艺部门在PDM系统中对三维设计数据进行工艺会签，在结构化工艺设计管理系统中完成数据接收等操作，系统自动将技术状态确认的设计数据下发到结构化工艺设计管理系统中，工艺部门在结构化工艺设计管理系统中完成结构化工艺设计及管理工作。通过系统下的产品、人员、流程、资源等数据对象之间的全相关管理，实现从设计、工艺到生产制造的一体化研制模式。专业设计室主要
26、工作：基于形成的17所三维模型设计规范进行产品三维设计工作；基于MBD技术完成几何信息、尺寸信息、公差信息、相关产品制造等等信息的标注工作。设计与工艺部门的协作：设计部门将三维产品设计数据进行会签，工艺部门会签时候检查设计的工艺可行性及产品制造信息的完整性；设计部门将经过设计审核、工艺会签并得到确认的设计数据下发到，工艺部门在结构化工艺设计管理系统中确认接收，并将基于接收到的设计数据开展后期工作。工艺部门主要工作：在接收到的设计数据基础上，型号工艺人员在三维可视化环境下进行工艺结构的创建与编辑、工艺路线的定义、组织工艺路线会签、工艺任务向产品工艺的下发；产品工艺人员基于接收到的工艺任务进行结构
27、化工艺规程编制、加工仿真验证、装配动画仿真验证、材料定额制定、提交工艺规程审核等工作；工艺部门基于工艺结构自动生成工艺相关报表，用于投产；并将工艺结构及结构化的工艺信息发布到MES系统用于组织生产；车间制造加工时可以动态实时获取发布的结构化工艺信息用于指导生产操作。6.2功能框架依据本次项目的建设要求和目标，17所需要建立基于Windchill系统的结构化工艺设计管理平台，实现基于二、三维的工艺设计和管理，提高工艺设计的效率，降低工艺人员的劳动强度、缩短工艺开发周期；实现在可视化环境下一体化的工艺规划、工艺设计、工艺仿真、工艺发布等；实现基于三维模型进行三维/二维机加、电装工艺、装配工艺、调试
28、工艺等不同类型工艺文件的编制与输出，满足多专业工艺协同设计的需求，支持与PDM、MES、ERP等的集成应用。图 数字化工艺设计管理平台功能框架如图所示，底层为计算机支撑环境，包括网络和数据库等为数字化协同研制技术应用提供的基础环境。中间层为协同与管理的Windchill平台，该层是支持协同产品研制的核心。该平台层为各部门协同研制提供基本的协同技术，如协同工作室、并行工程团队、产品数据可视化、协同工作流管理、数据流管理、任务流管理组成。所有的数据和管理工作都由Windchill进行管控，通过产品数据在整个协同环境中实现共享和集成化控制，支持产品研发不同的角色在整个项目研制过程中协同工作，以提高整
29、个项目的研制效率。顶层为业务应用层，项目参研部门根据所承担的任务类型，各自采用相应的数字化工具进行产品的数字化设计/工艺/验证/生产支持等，整个型号研制过程和研制数据都被Windchill平台很好的管理起来。结构化工艺设计管理平台具有以下特点：1)统一的数据管理平台，消除信息孤岛，减少数据导入导出操作，提高工作效率，实现数据的快速浏览、查询和共享。2)统一的管理流程，规范业务活动，明确工作任务，协同设计工艺过程。3)统一的软件界面，减少应用人员的学习时间。4)可视化的工艺设计界面，易于发现工艺设计问题。5)结构化的工艺数据（工艺、工序、工步），易于提取并与其他系统集成。6)统一的工艺资源库，规
30、范设备、工具、工装、夹具使用，避免资源库的无序扩张。7)统一的工艺知识管理，建立企业工艺知识库。8)基于工艺设计的仿真，在虚拟环境中验证装配工艺的可行性，及早发现问题。结构化工艺设计管理平台以Windchill平台为数据中枢，Windchill平台下管理了基于MBD的产品设计数据、产品结构数据、结构化工艺数据、工艺制造资源数据、工艺知识数据、设计与工艺变更数据、工艺技术文件数据等等，这些数据对象具有全相关性，是将来生成数字化工艺规程、工艺统计报表、生产用数据的依据。在该数据中枢基础上将二维/三维设计过程与结果、工艺制造资源、结构标准工艺、结构化工艺编辑过程、工艺仿真与验证过程、工艺规程及生产数
31、据输出过程、工艺现场应用过程有机地管理起来，以实现结构化工艺设计与管理的能力。7结构化工艺设计管理系统详细方案7.1工艺设计总体业务场景1)工艺部门组织结构17所目前工艺部门组织结构主要包括三个部门的人员，具体职责分工如下图所示。图 工艺部门组织架构质量部负责制定所有型号的工艺总方案及型号总体工艺路线；工艺路线确定后，根据型号类型的不同分别由第一事业部工艺部门和第二事业部的工艺技术中心、集成测试中心的产品工艺制定具体产品的工艺路线并编制工艺文件的第一册；各部门专业工艺人员根据产品工艺的要求完成各专业工艺文件的编制并按要求成册签审、发布等。2)工艺任务下发流程管理线（现状）图 工艺任务下发流程（
32、图一）目前，工艺任务的流程为综合管理办公室通过计划下发任务到工艺技术中心，中心主任将具体任务分解并下发给工艺组长，由组长根据工艺任务类型指派工艺员完成产品工艺和专业工艺文件的编制。技术线（规划）图 工艺任务下发流程（图二）设计部门基于任务书完成型号设计工作，并将设计结果（EBOM、三维模型等）提交审批流程发布；质量部工艺人员接收设计部门发布的设计数据，基于EBOM完成PBOM转换，制定工艺总方案及型号工艺路线，并根据型号工艺路线将工艺任务下发给各个事业部工艺产品人员；各事业部产品工艺接收工艺任务，制定具体产品的工艺路线并编制工艺文件第一册，根据产品工艺路线将工艺任务下发给各专业工艺人员；各专业工艺
