用数据思维构建结构化产品工艺数据
前言
工艺数据是制造企业生产运营的核心数据,传统的工艺数据都是离散在各类工艺文件之中,不能被其它信息系统直接利用,从而造成数据的浪费。随着“中国制造2025”的提出，智能制造已经成为工业领域的热点和发展趋势，制造业正在加速向数字化、网络化、智能化方向延伸拓展，而上述的发展离不开工艺数据的高效合理利用。因此“用数据思维构建结构化产品工艺数据”，而不是采用传统功能架构的模式去治理工艺数据,真正使工艺数据成为一个链接设计、制造、检验等核心业务数据的有机整体，最终实现数据的有效共享和快速传递。
一定义
CAPP：计算机辅助工艺过程设计，作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，按当前的技术发展，狭义上讲CAPP专指二维CAPP，以各种卡片为编制对象，“所见即所得”的填写方式深受国内用户认可，并得到大规模推广应用 。
工艺要素：即对与工艺涉及到生产资源、检验要求、工艺措施等资源的统称。
结构化工艺：以知识库为载体，将传统工艺通过分解形成工艺要素为单位的数据结构。
二引言
早就想写一点关于工艺软件一些认识，其实从事工艺软件服务的公司和人员都比较小众，我也有幸做了几个工艺项目。在工业软件领域，相比CAD/PDM/PLM而言，CAPP/MPM系统是我们国内厂商唯一自主研发出的系统，CAPP系统和PDM系统诞生时间差不多，前者管理工艺业务,后者管理设计相关业务，在CAPP系统出现之前，工艺人员都是在纸上书写大篇的工艺文件，暂且先不评价工艺文件的编制水平，单拿书写几十页的文件，就占用了工艺人员的大量时间，所以简单概括一下，CAPP系统的作用就是“甩钢笔”，解放工艺人员的双手；CAD作用就是“甩图板”，不再描图。随着各种信息系统在企业的深入应用，工艺数据作为设计和工艺之间的桥梁，结构化工艺数据推广应用就应运而生。
结构化工艺相比传统的二维CAPP而言，为了方便理解结构化工艺，先大体说一下二维CAPP，对于没有接触过CAPP人员，我就打个比方，CAPP编辑页面就类似word的编辑界面，工艺人员填写数据都是在事先定义好的表格模板中录入，一般企业都有几十种表格数据需要填写，工艺数据离散在各类工艺文件当中,只是实现了工艺数据的电子化管理，但是工艺数据之间内部关系识别还不清晰，各类信息系统无法充分利用工艺数据，而结构化工艺正是应对二维CAPP的不足，同时跟进信息技术最新发展，融合设计、工艺、制造、三维数字化等技术发展起来的一项新工艺结构化设计技术。
三从数据角度构建结构化工艺
结构化工艺构建需要考虑方面比较多，一一而谈就是一个系统功能介绍，我选几点认识供大家参考学习，充分理解结构化工艺，有所侧重。
➢设计BOM向工艺BOM转化；
➢工艺路线结构化；
➢结构化工艺要素分析；
➢结构化工艺建模处理机制；
➢多结构化要素模式下工艺文件编辑；
➢多结构化要素技术状态管理；
➢基础数据结构化；
➢工艺知识结构化；
➢结构化工艺与PLM平台关系。
3.1工艺路线结构化在传统CAPP模式下，工艺人员直接在工艺卡上填写零部件工艺路线，定义各零部件在各车间流转路线。当前可通过工艺任务及工艺BOM批量及自动实现工艺路线结构实例数据定义，进而为后续的各专业工艺工序级路线合二为一做好规划。如下图：
设计BOM向工艺BOM提供信息，当前大多集成应用仅仅就是提供设计物料清单，早在10年前PDM与CAPP系统就能实现这样的数据传递，而在设计-工艺-制造业务深度融合的前提下，以设计BOM为源头的信息理应更加细化，设计BOM附带提供的信息更加丰富，充分指导下游的数据业务，笔者亲历一个项目，设计BOM为下游工艺BOM扩展数十个工艺特征数据，为后续的工艺流程自动化优选做好铺垫，如下图所示：
扩展特征属性见下表：
序号 | 属性名称 | 说明 |
1. | 是否表贴成型 | 是|否 |
2. | 是否表贴搪锡 | 是|否 |
3. | 是否插装搪锡 | 是|否 |
4. | 是否插装成形 | 是|否 |
5. | 是否手工焊 | 是|否 |
6. | 是否回流焊 | 是|否 |
7. | 是否波峰焊 | 是|否 |
8. | 是否选择性波峰焊 | 是|否 |
9. | 是否设备焊 | 是|否 |
10. | 是否主辅面 | 是|否 |
11. | N |
结构化工艺首先就是对结构化工艺要素进行分析，这个也是推行结构化工艺核心内容之一，而传统的CAPP基本没有这个概念。根据企业现行的工艺文件少加分析就可以定义所要填写的工艺文件模板，结构化要素分析定义就要站在工艺数据“为何而用”角度去分析和论证。比如从生产/检验数据反推不适为一个手段，另外也可以分析各类工艺文件共性和个性属性也可以提取分析，最后构建从零件模型-工艺-工序-结构化要素一个模型结构，参考如下：
工艺输出文件
|
共性要素 |
个性要素 |
XX工艺卡片 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 零件代号、零件名称、工序号、工序名称、工序内容、设备工艺装备、辅助材料、工时定额 |
外购件明细表 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 产品图号、编号、代号、名称、型号、规格、精度等级 |
标准件明细表 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 产品图号、代号、名称、标准号、名称、规格、材质、质量等级 |
质量控制卡 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 零件代号、零件名称、控制内容、工序号、工序名称、检测设备、检测器具 |
焊缝汇总记录表 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 零件代号、零件名称、焊缝编号、焊缝部位、 接头等级、 检验方法焊接标准、 焊缝质量评定结论、其他检测试验编号 |
更改单 | 产品代号、产品名称、校对、审核、批准、工艺文件编号 | 更改单号、更改原因、更改依据、影响范围、备注、更改标记 |
各家软件建模机制都不同，我认为结构化工艺首先从工艺开始独立建立工艺对象，按照工艺专业分属建立不同的工艺对象即可。同一工种可以建立一个独立对象，相同的子工艺继承父对象进行个性化调整，比如机加、装配、热处理、焊接（手工焊、氩弧焊、点焊、电弧焊）等，难点在与构建工序相关的结构化要素，工序级的结构化要素与不同的工艺建立关联关系，组合成一个结构化工艺，参考如下图：
序号 | 类型名称 |
1 | 资源分类 |
2 | 工艺装备 |
3 | 设备 |
4 | 工具 |
5 | 辅助材料 |
6 | 工艺关键特性 |
7 | 特殊要求 |
8 | 过程控制关键特性 |
9 | 检验要求 |
10 | 多媒体记录 |
11 | 质量控制点 |
12 | 关键工序 |
13 | N |
序号 | 属性名称 | 数据类型 |
1 | 序号 | 整型 |
2 | 过程控制关键特性名称 | 字符串型 |
3 | 过程控制关键特性数值（范围） | 字符串型 |
4 | 确定为过程控制关键特性的依据 | 字符串型 |
5 | 具体控制措施 | 字符串型 |
6 | 检验方法 | 字符串型 |
工艺结构结化带来的不好之一就是工艺文件编辑失去了CAPP模式“所见即所得”易用性，这个就需要各软件厂家做编辑优化，尽量把所有结构化要素放置到一个编辑界面之下，推行工艺设计向标准化、规范化方向发展，构建工艺知识库，点选方式录入工艺内容，同时让用户少点鼠标，一次就能定位选取相应工艺知识。
工艺人员按照设定好的工艺结构编制相应的结构化要素内容，相比以前的CAPP基本大多内容放到工序内容一个表格内完成，工序内容碎片化编写到各结构化要素内容里。如果工艺文件提交审批或工艺文件已经定版，这个时候某一个或多个结构化要素内容存在变更，就存在工艺文件应完整升版还是工序单独升版，或者只针对变更的结构化要素进行技术状态控制，这个就需要与企业方沟通好方案再行处理，鉴于上述问题，我认为现在软件提供方也没有好的处理方法，比如只调整“检验要项目及内容”，其它结构化要素内容没有修改，只好把完整工艺再送审一次审核流程，无法针对结构化要素分开送审，或者设定规则，那些可以单独送审，那些必须与整本工艺一起送审，这个都要考虑，不再展开叙述。
3.7基础数据结构化基础数据结构化，这个不再多谈，基础数据定义放在工艺系统还是其它系统，这个需要企业通盘考虑，根据多年工艺系统应用，大多企业都能整理出一套基础数据，让基础数据成为企业核心数据之一，这个就需要更高标准的规划和制定，比如快速、准确、规范打包为“工艺数据包”输出，而不是各自独立基础数据。
3.8工艺知识结构化结构化工艺最大的好处，就是使工艺知识结构化，不然毫无意义。从技术角度来论证，我们没有掌握三维CAD核心技术，基本都被国外平台垄断，我们唯一能做的事，就是深挖我们掌握的数据。如果这个财富被我们忽略了，我们能做的事就很少了。当前国内公司开展的三维工艺研发，也是在国外公司提供的插件基础上做的提升，效果不评价，反正有公司做这件事，都是有情怀的公司，起码没有去做互联网，工业软件研发更困难，走了一点偏题，回归正题。如何梳理工艺知识，变为有用。沿用常规的途径，收集知识→分析识别→编写具体内容→评审→归档入库。工艺知识构建以工艺-工序-结构化要素为主线，工序节点、结构化节点增加逻辑表达式做逻辑判断，形成可推理的结构化工艺知识。下图示例依次为，知识逻辑图，知识节点表达式定义、工艺流程筛选。
从2001年做工程软件服务到现在，初始入门就是通过PDM系统入门的，PDM各应用系统以功能架构为主，后续PLM系统推出，强化了系统建模能力和页面构建能力，系统功能可扩展性更强，设计-工艺一体化深入应用。我个人认为，要是企业不太强调“ 各类工艺卡的输出” ，完全可以在PLM平台构建一套结构化工艺系统，工艺功能采用插件的方式融合到PLM平台。
序号 | PLM平台 | 工艺插件 |
1. | 工艺任务划分 | 工艺知识库 |
2. | 工艺BOM管理 | 工艺规则定义 |
3. | 工艺报表汇总 | 结构化工艺编辑 |
4. | 工艺文件签署 | 提交工艺 |
5. | 工艺文件技术状态管理 | |
6. | 工艺文件归档及打印 |
四工艺数据管理发展趋势
（1）三维工艺应用发展：
三维工艺应用发展伴随三维CAD应用就已经开始起步了，比如数控加工+NC代码+CAM软件也算三维工艺一种，在数控加工上早已取得一定效果，企业投资做三维工艺，并不是技术上原因，而是成本投入，管理上是否需要，有些企业认为做到三维CAD图纸下车间，车间三维可视化浏览图纸已经达到目的，没有必要在三维工艺设计上去做更多的投入，有些装配企业，对重要部件装配做相应装配动画效果示例工人操作也行，而真正的三维工艺设计一定是伴随企业内在需求，而不是软件技术的发展，软件技术发展只有符合企业实际应用才可以取得长足发展，要不就是做些零星的试点和探索。
（2）智能工艺发展：
随着智能车间概念的提出，智能车间的搭建一定离开不开智能工艺，我认为智能工艺，首先就是对当前企业积累大量的工艺数据进行科学的分析，形成可逻辑判断的工艺知识，要不智能工艺从何处入手，工艺数据整理费时费力，更加需要工匠精神才切实可行。工艺分类五花八门，智能工艺应该由无数贴近企业实际业务的独立插件组成，融合到数据大平台构建之中。我亲历一个企业的工艺专业数据整理工作，从总师-工艺师-工艺员，花费长达3~6个月才论证、理顺出一个专业工艺标准化数据，后续总结经验和方法才去铺开其它专业数据整理，工艺数据标准化之路更加艰巨和长远。
（3）个人观点，
工艺具体工作往两个方向发展，融合到设计端或者制造端，工艺工作只保留工艺管理职能工作，工艺人员工作职能转换为向工艺研究方向发展，促使具体工艺内容标准化、规范化。
随着信息技术不断深入发展，结构化工艺也会与时俱进，由于我个人知识也有限，上述见解内容只代表我个人认识，供相关人员做参考之用，概括如下：
（1）结构化工艺构建可借鉴二维CAAP构建思路，但切记生搬硬套不加修改；
（2）结构化工艺构建一定围绕平台去构建，适用平台包括：数据建模扩展能力和各种结构化要素页面动态建模能力；
（3）平台性能：支持现行各种浏览器、胖客户端和瘦客户端编辑支持力度都要考虑；
（4）实现的目标要清楚，比如取代二维CAPP、深化各系统集成、三维工艺设计应用等，推行结构化工艺目标一定要定位明确，目标和投入成正比，量力而行；
（5）结构化工艺为智能工艺做前期的铺垫，就要研究模型、数据和各数据之间逻辑推理关系，使知识经验显性化；
（6）构建工艺数据大平台，而不是一个单一部门级的应用系统，要全面考虑设计、工艺、制造、检验等完整的工艺数据链条。
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