工艺分工规划是指产品或零部件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库的全部工艺过程及其顺序经历的车间，也称为车间分工路线或工艺分工计划⋯。工艺分工规划是整个工艺设计过程的起点，是对产品或零部件加工过程的宏观安排，是实施进一步详细工艺设计的前提条件，所以工艺分工规划在整个产品或零部件的工艺准备过程中占有重要的地位，对于合理利用制造资源、平衡企业产能、保证产品质量和高质量完成产品订单具有重要的意义。

    目前，国内外关于工艺分工规划问题研究的着眼点主要在于工艺分工规划算法研究上。主要是从工艺分工规划设计角度出发，研究工艺分工规划过程的决策、优化与评价问题。较少从企业信息化工作的整体出发，从企业信息流方向出发，进行工艺分工规划相关问题研究。

    进行工艺分工规划设计与管理的前提是获得产品的相关信息。目前，许多企业应用产品数据管理(product data management，PDM)系统来管理与产品相关的信息和过程，希望能够为产品的开发和制造提供—个并行的协作环境。所以，通常采用PDM系统与CAPP(computer aided process planning，CAPP)系统集成的方式来完成工艺分工规划的设计与管理工作。
 
    该方式虽然能够在一定程度上解决工艺分工规划设计与管理上的问题，但同时也带来了诸多问题。如CAPP系统中的设计BOM信息与制造资源信息如何与PDM系统中的相应信息保持一致，CAPP系统如何精确并及时反映PDM系统中相应信息的改变，如何保证CAPP系统与PDM系统间数据传递的安全性等问题。造成了工艺数据的冗余、一致性较差，信息共享度较低，系统执行效率低下等后果。

    本文介绍了如何在PDM提供的唯一、精确的产品数据源基础上，依据PDM管理的企业实际资源配置状况和工厂组织结构，构建基于PDM的工艺分工规划系统，以达到提高企业工艺分工规划水平、保证产品质量和缩短产品研制周期的目的。

    1 相关概念

    1.1 物理制造单元

    物理制造单元是指同一地点的、相对集中的、能满足某种加工工艺要求的若干台物理设备和工装附件的组合⋯。物理制造单元一般以零件族为基础进行设计，要求在制造单元内完成一个零件族主要或全部的制造过程。

    在工艺分工规划过程中，主要涉及的影响因素包括设备的运行状态、制造单元的生产能力、设备利用率以及设备布局等。

    1.2 逻辑制造单元

    逻辑制造单元是面向某类零件，根据某类零件的典型特征及加工要求初步确定的主要工序集合，指逻辑上对完成某种零件特征的加工能力的描述⋯。逻辑制造单元既包含对部分工艺信息的抽象描述，又包含对部分制造资源能力的描述。因而逻辑制造单元在制造资源和工艺分工规划之间起着重要的纽带作用。一般情况下，一个物理制造单元具有多种零件特征的加工能力，因此，物理制造单元可以分解为多个逻辑制造单元。

    1.3 逻辑工艺路线

    逻辑工艺路线表示一个零件逻辑上的加工工艺过程，是逻辑制造单元的有序组合，包含零件加工的质量、成本、时间要求等动态信息。是在不考虑具体制造资源配置的条件下进行零件逻辑上的工艺分工，是对零件的工艺分工路线的抽象，描述了零件的制造需求与约束。

    1.4 可执行工艺路线

    可执行工艺路线表示某个零件的全部或者部分加工过程，内含具体制造资源的详细信息，是逻辑加工路线经过与实际制造资源映射并进行优化评估得到的零件工艺路线。是物理制造单元的有序组合。

    2 工艺分工路线生成过程

    通过上述概念和定义的分析，可以将工艺分工规划分为3个主要过程：逻辑工艺路线设计、可执行工艺路线生成和工艺分工路线生成，如图l所示。

    首先，根据零件信息设计逻辑工艺路线；然后，通过逻辑制造单元与物理制造单元的映射生成可执行工艺路线；最后，依据一定的约束条件进行资源优化配置，生成工艺路线分工路线。根据制造资源优化配置情况，一个零件往往可以具有多个可执行工艺路线。通过对产生的多个可执行工艺路线按照约束条件进行优化评估，得出优化的零件工艺路线，再将其物理制造单元所在企业/车间添加到工艺路线，形成零件工艺分工路线。

 图1工艺分工路线生成过程

    3 系统体系结构

    基于PDM的工艺分工规划系统与传统的工艺分工规划解决办法不同，传统的解决办法是在CAPP系统中实现工艺分工路线的生成。首先，在CAPP系统中建立产品或零组件的信息模型，或者通过与PDM集成的方式获取产品或零组件的信息模型。接下来，根据积累的工艺知识，工艺人员从逻辑意义上划分零件加工必须经过的几个阶段，然后根据制造资源库里制造单元的资源情况和工艺能力，以时间、质量、成本几个元素的组合为准则为每个加工阶段选择合适的制造单元，制造单元的选择结果也可以反过来判断产品或零组件加工阶段划分的合理性和优劣性。该过程需要依据一定的工艺分工规则，可以通过在系统中构建工艺分工规则库实现对系统的支持。最终合理的制造单元选择结果可以作为工艺分工的输人，这些工艺数据和产品的订单要求一起成为产品制造的原始数据之一，对整个产品的生产制造过程的周期和质量具有决定性的影响。最后，可以依据企业的制造资源状况以及一定的优化算法，实现对可执行加工路线的优化配置，完成最终工艺分工路线的设计。

    在企业没有实施PDM系统的情况下，通过以上方式实现工艺分工路线的设计是完全合理并且可行的解决方案。然而，在企业实施PDM系统之后，以上解决方案会产生如下问题。首先，由于PDM系统会管理企业的产品数据，面实现工艺分工路线的前提是建立产品或零组件的信息模型，这样就会在PDM和CAPP系统中均存在一个产品或零组件的信息模型。从而造成企业数据的冗余，很难保证数据的唯一性。其次，如果通过CAPP系统与PDM系统集成的方式解决数据的唯一性问题，就需要实现数据的互操作，CAPP系统将通过集成方式获取PDM系统管理的产品或零组件信息，这样就会产生数据的准确性问题，以及CAPP系统与PDM系统的数据同步问题，CAPP系统很难精确并及时反映PDM系统中相应信息的改变。最后，如果PDM系统要实现对工艺分工路线信息进行管理，就要通过集成接口将CAPP系统产生的工艺分工路线信息纳入到PDM的管理体系中。这样，在需要更改产品或零组件工艺分工路线信息时，需要同时更改PDM系统和CAPP系统中的工艺分工路线信息。会产生复杂的逻辑控制问题，产生严重的系统同步问题，降低系统的执行效率。

    如图2所示为基于PDM的工艺分工路线规划系统结构。基于PDM的工艺分工路线规划系统根据用户输入调用PDM系统管理的产品或零组件信息，借助于构建在PDM系统内的工艺分工知识与规则，工艺人员完成特定工艺对象的逻辑工艺路线的设计，同时输入工艺对象在各个逻辑加工阶段的时间、成本、质量等要求。根据PDM系统管理的工厂结构、制造资源状况，完成工艺对象工艺路线的逻辑/物理映射过程，生成多条可执行加工路线。最后以成本、质量、时间等因素执行单目标或者多目标优化选择，最终确定一条最优的可执行加工路线作为确定工艺分工的依据。

 图2 系统体系结构

    由于工艺分工路线规划系统构建在PDM系统之上，系统直接使用PDM系统管理的产品或零组件的信息模型，从而保证数据的唯一性，也不会产生数据的冗余问题。其次，由于不需要与其它系统集成，不必进行数据的互操作，从而保证了数据的准确性和实时性。最后，由于不用与其它系统集成，同时产生的工艺分工路线信息会自然纳入到PDM的文档管理机制之下，勿需考虑系统信息同步问题，提高了系统的执行效率。同时由于系统构建在PDM系统之上，通过PDM系统的开发接口，可以充分利用PDM系统的原有功能，快速构建工艺分工规划系统。

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