面向异地协同的工艺设计应用研究

-1-面向异地协同的工艺设计应用研究方建国（武汉开目信息技术有限责任公司，湖北武汉430023）摘要:大型制造企业，产品设计、工艺设计和产品制造会分布在不同的地域，工艺设计是产品设计和产品制造的桥梁，为了快速地响应柔性制造和敏捷制造，工艺员会分配在不同的地域设计工艺，并进行现场生产指导。工艺设计不仅需要参考设计文档，还要参考其它工艺文档；为保证工艺设计的质量，工艺文档还需要经过校对、会签、审批等，这就需要一个高效的异地协同工艺编辑管理平台。本文将从软件架构及功能上介绍在工艺管理系统中是如何解决这些应用需求的。关键词:异地协同；权限控制；可追溯性；柔性平台1系统概述我们在实施大型制造业企业的工艺管理系统时，会遇到企业的生产基地和研发中心分布在不同的地域，而距离可能上千公里，为了快速响应生产，企业还会根据生产需要将冷工艺设计室、热工艺设计室、焊接工艺设计室分放在不同的地区，在一些生产车间还配置了相应的工艺员，而很多工艺的编辑又需要多个工艺员共同来完成，为此我们设计了一个跨区域的网络集成工艺管理系统，网络结构见图1，它将各地、各部门的工艺文档进行统一的管理，各地、各部门的工艺设计人员及工艺管理人员在统一的平台上工作，相关的人员都能及时了解其人员的工作进度，并能实时查看完成的工艺内容，通过工作区管理模式，使相关工作人员能实时异地协同工作，大大的提高了工艺的编辑效率和工艺的设计质量，通过消息机制，使生产车间能实时知道工艺的更改情况，并及时调整生产过程，以保证产品的生产质量。本系统中产品的零部件结构信息来源于PDM的产品明细，这些数据是通过后台接口自动获取，能实时与已审核完毕的产品明细数据保持一致。工艺设计以结构化数据形式存在数据库中，通过网络集成平台提供的标准接口，企业的其它软件系统（ERP、物流系统、生产作业系统等）可以无障碍获取工艺设计数据，从而能使先进的生产车间实现无纸化生产。本系统不仅能管理工艺文档，还能管理WORD格式的技术文档、DWG格式的设计文-2-档等各类型的文件，为了保证工艺数据的可控性和安全性，系统提供了一套完整的安全管理机制。用静态授权对需要保密的文档进行严格的操作控制；用动态授权来控制文档在流程中工艺员的操作权限；用版本管理和操作日志，保证文档数据和文档操作的可追溯性。图1系统网络结构2系统体系架构为了有效的存取工艺数据，采用了柔性数据库平台连接技术，工艺编辑及工艺管理都是通数据库平台进行数据交互的，较好地屏蔽数据库类型的差异,使软件的底层数据访问与上层业务有效分离，实现数据访问的高效和优化，使用数据库内存对象技术,充分利用客户端硬件性能,使数据库应用程序对数据的查询、更新等操作在客户端内存中进行,降低了后端服务的负载,实现应用程序对数据的快速访问.从而使异地协同工艺编辑可以实时展开。系统的体系架构见图2。-3-图2体系架构图-4-在一个协同的设计环境中，需要解决系统中的工作冲突和数据冲突问题，这就要处理好数据管理、工作流的管理，以及协作方的组织与管理等。建立文档和版本的主键索引，利用数据平台的快速存储机制，解决数据冲突；根据企业的工作模式，对各类工艺文档定制柔性的操作流程，并利用动态权限管理机制，解决操作冲突；用户进入系统后，在数据库后台进行登记，防止同一用户多次登陆，造成控制混乱；建立本地工艺数据应急存储机制，防止因网络故障造成工艺员当前编辑的工艺数据丢失。企业有很多工艺数据是保密的，如果不加以控制，将会给企业带来巨大的损失，所以建立了权限和日志管理机制。权限控制是一把双刃剑，控制太严会造成工作不便，控制太松数据又不安全，所以根据工艺文档的重要程度进行分级管理，对一般性工艺文档少加控制或者不控制，对重要的工艺文档进行严格管理，这样既保证了工艺设计的方便性，又保证了工艺数据的安全性。对文档的各种操作都进行日志记录，便于系统监控和追查，另外采用密码定期更改机制，防止用户密码外泄。为了便于系统的管理，将工艺设计的主模块（工艺数据编辑）和辅助工具分离，系统管理主要用于主模块，辅助模块可以独立运行，主模块通过接口可直接取得辅助工具生成的工艺数据，这样既简化了工艺设计的管理，又丰富了工艺设计的手段。3系统设计3.1工艺数据的结构设计为了便于工艺数据的存取，以及与其它系统的数据集成，基于虚拟现实建模语言]，将工艺数据进行结构化处理。首先按工艺规程类型在系统中建立工艺对象类，并设置相应的对象属性。再根据每一种工艺规程的数据特征，建立统一的工艺结构模板，这些模板可以根据企业的工艺发展进行调整。根据ISO9001要求，文档必须有具有可追溯性，所以采用版本管理机制，工艺员在统一的模板中进行工艺设计，数据库平台按工艺文档的版本ID（数据库后台记录号）进行有序的工艺存储。获取工艺数据也是以工艺文档的版本ID为主线从数据库中读取，数据的存取使用的是数据库平台的内存对象技术。3.2工艺数据管理用产品的工艺结构来组织和管理工艺文档，工艺文档分别与相对应的零部件进行关联，工艺结构来自产品的设计结构。采用触发机制，当PDM的产品结构设计完成后，在工艺系统中自动生成工艺结构，当PDM的产品结构数据发生变化（零部件属性更改、零部件增加、零部件删除）后，工艺结构数据也随之做相应的修改，工艺结构数据也可以根据需要手工进行修改（有权限控制）。工艺员新建工艺文档时，首先要找到相应的零部件，而企业的产品数据是非常大的，且开目软件2011年用户大会—论文篇-5-又是远程数据操作，所以客服端不宜加载所有的产品工艺结构，而是采用分步式加载方式，只加载当前用户所需的产品工艺结构及其零部件列表。在工艺编辑时，将零部件的设计信息自动传到工艺文档中，既避免工艺员的重复劳动，又提高了工艺文档中零部件信息的准确性。3.3协同工作方式当工艺的管理结构确定后，就要建一个协同工作环境，通过对企业工艺编辑业务的分析，相关的工艺员以产品为单位，将经过相同工艺路线的一组零部件汇集在一起，然后共同完成这些零部件的工艺设计任务，为此给系统设计了工作区模式，工作区的结构见图3，类设计见图4。工艺员要编辑工艺时，按产品和工艺类型创建个人工作区，系统根据工艺路线将需要做工艺规程的零部件明细加载到工作区，由于一份工艺是需要多人来共同完成，工艺员将他创建的个人工艺区发送给其它人员，并授予相应的权限。系统还支持其格式的文档，如WORD编辑的技术要求、AUTOCAD绘制的设计图纸等，各类文档根据权限的设置来控制工艺员的操作。工艺文档、技术要求文档及设计文档都放在相应的零部件节点下，供相关人员参考或审核。不同地域的工艺员可及时查看到其它人员的工作进度及完成的工作内容，这样多人就可以使用同一个工作区通过异地协同来完成工艺编辑任务，工艺主管也可以远程浏览及审批工艺文档。图3工作区结构图4工作区类结构3.4工艺流程管理工作流管理（WorkflowManagement，WFM）是在工作任务相互衔接、自动进行，所有的过程处于受控状态，实现过程控制自动化的系统，它定义了开发流程与流程监控，主要内容为业务流程建模及运行控制。-6-分析企业工艺编辑过程，不同的工艺文档类型在编辑过程经过的阶段不一定相同，既使同一种工艺文档类型在新建、版本修改、临时处理时经过的阶段也可能不同，所以要建一个柔性工作流的模板，企业根据每一个工艺文档类型的特点来配置它的流程，流程经过的阶段可以根据需要进行设定，工作流程见图5，虚框中的流程步骤系统管理员是可以设置的，在工艺文档的编制过程中，工艺员可以根据情况进行选择性的跳转。图5工艺编辑流程图3.5静态与动态相结合的权限管理由于企业各部门在同一个平台中协同工作，就要对文档的操作进行实时的控制，另外有些文档是相对保密的，只能针对特定的人给予特定的权限（编辑、浏览、打印）。本系统以工艺规程类型为基准，按工艺的重要性分为受控工艺规程和非受控工艺规程，对于非受控工艺规程只采用动态权限进行控制，当工艺员的权限和文档所处的阶段相一致时，工艺员才能对文档作相应的操作。对于受控工艺规程，采用静态权限和动态权限相接合的方式进行文档操作控制，静态权限高于动态权限，如工艺员对某一工艺文档没有浏览权，那他就不能对此工艺做任何操作。企业的管理是复杂多变的，如某一个工艺员对于某一种工艺类型没有操作权限，但有时要又要临时使用此类工艺规程的一些文档，权限的管理就要灵活，因此在系统中设计了一个文档授权功能，使管理人员可以通过文档授权功能将相应文档的操作权以时间限制的方式授开目软件2011年用户大会—论文篇-7-给此工艺员，超过了设定的时间范围，系统会让工艺员对相应文档的操作权限自动失效。3.6文档的版本及有效性管理在工艺设计过程中，工艺文档的修改是不可避免的，为了保证工艺数据的可追溯性，系统采用版本管理方式，工艺文档的一个版本发布后，不允许任何人再对它进行编辑处理，要修改工艺内容只能在原有版本的基础上创建新的版本，当文档新的版本发布后，系统自动通知相关的生产部门，用新的工艺指导生产。对不再使用的工艺文档。系统管理员可以将文档设置为无效性，生产车间就查到该文档，也就不会把它用于生产，在需要它的时候，系统管理员又可以重新设置它为有效。3.7用户可扩展系统功能在程序的窗体上预留自定义功能菜单，用户可以在后台数据库配置自己菜单及功能项。程序启动后，动态加载用户自定义菜单，当使用这些菜单时，系统会调用用户开发的功能，并传递相关的参数；这些功能可以用系统提供的二次开发语言来编码完成，代码编写方便、快捷，对工艺数据的处理效率高；也可以采用VB、VC开发的组件，用户根据情况来选择最佳开发的手段。4应用及效果研发、部署的工艺管理系统目前在某大型制造企业中得到了良好的应用，见图6，将该企业以前零散的工艺数据进行了统一、标准化的管理，实现了企业工艺内容、工时、材料、工艺图形的一体化管理的需求，通过异地协同的工作模式，大大提高了工艺编辑的效率，保证了工艺的编辑质量，及时给各地的生产车间提供准确的工艺数据，并与企业的其它系统实现了无缝集成（PDM系统、生产作业系统等），避免了数据的重复输入，防止了数据的不一致性，及时准确的数据交互，提高了企业信息集成的应用效益。结构化的数据格式、标准的流程和安全的控制，使工艺数据具有可靠性和可追溯性。安全有效的控制，使企业的相关人员既能方便及时的访问到正确的工艺数据，又能确保工艺数据的完整性、一致性和保密性。还帮助企业建立了良好的工艺知识体系，借用已有的工艺知识进行有效复用和快速创新。柔性、开放的系统平台，具有高度可扩展性。通过二次开发，可以实现快速功能定制，满足企业的个性应用要求，并能很好的适应用户需求的变化，支持企业持续的工艺管理改进。-8-图6工艺文档管理界面5结束语这套工艺管理系统适用于大型制造企业，工艺的完成需要多人协作。通过这一异地协同工作平台，工艺员可以实时的进行工艺数据交互，大大提高了工艺设计速度，生产厂间也能及时将工艺应用到产品造制中，把企业从工艺文件传递中解放出来，既为企业节约了大量的时间，又避免了工艺文件在传递过程中人为造成的差错。该系统不仅为企业提供了一种产品工艺数据管理和工艺过程控制的手段，而且为企业的生产应用系统提供了一个数据集成纽带。从实施的效果来看，这套系统的应用是相当成功的，随着企业信息化应用的深入，系统还会做进一步改进和优化，功能也会逐步增加。