基于动态制造资源信息的工艺决策研究

１４　２００８年３月　中国制造业信息化第３７卷第５期　基于动态制造资源信息的工艺决策研究　李晓雷，许建新，黄利江　（西北工业大学ＣＡＰＰ与制造工程软件研究所，陕西西安７１００７２）　摘要：为提高ＣＡＰＰ系统工艺计划的适用性和动态适应性，在对制造资源信息进行分类的基础　上，分析了动态信息对工艺决策的影响。给出了基于动态制造资源信息的工艺决策模型，使决策　结果更符合企业生产实际情况，企业资源得到合理选择。　关键词：制造资源；动态信息；ＣＡＰＰ；工艺决策　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—１６１６（２００８）０５—００１４一Ｏ４　工艺决策是ＣＡＰＰ系统的核心，它是根据产品　制造资源信息　设计信息，利用工艺经验和具体的生产环境条件确　定产品生产的工艺过程…１。工艺决策不仅与零件　工艺知识信息ｌ　ｊ　机床设备信息　¨］：具装备信息ｌ　Ｉ　材料信息　形状、尺寸精度、加工要求等因素有关，同时还受到　『：序知识信息　车床信息　企业制造资源种类数量、加工能力、生产状况、工艺　切削参数信息　铣床信息　夹具信息　ｌ刀具信息　Ｉ　ｌ毛坯材料信息　　ｌ　型材信息　知识水平、管理制度水平等的直接影响。这就要求　工序余塌信息　热处理设备信息　量具信息　ｌ　ｌ半成品信息　工时定额信息　特种加工设备信息　磨具信息　Ｉ　ｆ　…　ＣＡＰＰ系统的工艺决策必须面向企业动态制造资　源信息具备柔性、可行性、动态适应性。现在大多　图１制造资源信，　分类　数ＣＡＰＰ系统的工艺决策主要是基于企业的静态　ＣＡＰＰ系统中工艺决策考虑的制造资源信息　制造资源信息以及基于制造资源可供无限使用，而　包括与时间无关的信息即静态制造资源信息（如加　不去考虑企业动态信息情况，致使决策结果不符合　工特征信息、加工方法信息、切削参数信息、设备基　企业资源的实际情况。研究动态制造资源信息对　本属性信息等）和与时间有关的信息即动态制造资　工艺决策的影响，有利于企业进行合理工艺规划和　源信息（如产品变更信息、设备状态信息等）。静态　硬件资源的有效利用。　制造资源信息为工艺决策提供确定不变的资源信　息；动态制造资源信息则要考虑产品、车间资源状　１制造资源信息　态以及有限资源能力等因素，在制造资源状态变化　制造资源信息是指企业产品生产周期中所涉　的情况下为工艺决策内容的制定和调整提供信息　及的硬件及软件的抽象＿２，它支持企业功能的执　２＿支持。　行，是企业设计工艺规程、制定生产计划、控制产品　１．１工艺知识信息　制造等阶段的重要信息依据。制造资源作为工艺　工艺知识包括一些公共的工艺知识和企业自　决策不可缺少的重要组成部分，既提供对工艺路线　身多年实践经验总结出的工艺知识，它和企业自身　设计、工艺规程设计和制造的支持，又存在着对它　技术、设备、管理紧密联系，反映了企业的总体知识　们的约束。最佳的工艺决策需要了解企业资源的　能力。工艺知识信息类型多种多样，有反映产品属　类型、制造能力、状态等加工约束信息以及资源的　性的信息，有反映工艺技术条件和装备的信息，有　分布等情况，从而为决策提供具体的数据信息。制　反映加工的工艺路线、过程和步骤的信息。从信息　造资源不仅要包含各种硬件设备资源，还应包含为　内容是否变化来看，工艺知识信息可分为静态信息　决策提供支持的软件资源，如各种工艺数据知识　和动态信息两大类。静态信息主要是指工艺设计　等。制造资源可以分为４类：工艺知识资源、机床　手册上已经标准化和规范化的工艺数据，以及标准　设备资源、工具装备资源、材料，如图１所示。　工艺规程等，包括加工产品信息、标准工艺规程信　收稿日期：２００７—１２—０４　作者简介：李晓雷（１９７８一），男，￣ｌＪｔｌ江油人，西北工业大学硕士研究生，主要研究方向为制造业信息化。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・企业管理与信息化・　李晓雷许建新黄利江基于动态制造资源信息的工艺决策研究　１５　息、成组分类特征信息以及最终工艺规程信息等。　特种设备等。机床设备信息可分为静态和动态信　动态信息是指工艺设计规划过程中需要输入、编辑　息，其中静态信息是指机床设备固有的与具体使用　或产生的信息，以及由于制造对象与环境的变化而　情况无关的信息，而动态信息主要是指车间调度和　产生的信息，如工艺规程信息、工艺编制信息、中间　具体使用对设备状态产生的影响信息。机床设备　过程数据、工序图形数据、ＮＣ代码等。动态工艺知　资源是制造过程的物理载体，不同的企业拥有不同　识信息与产品信息、企业硬件资源信息联系紧密，随　的设备资源，即使在企业内部，不同时间内的机床　着这些资源信息的变化而变化，处于被动地位。例　设备资源状态也不相同（如设备是否正在运行，未　如，在生产过程中，如果出现机器故障、工具短缺、订　来时间段的任务计划，故障情况等）。因此在制定　单数量更改、交货期提前等突发事件时，不仅需要机　工艺路线和确定加工方法过程中以及进行生产计　床设备、工具设备、材料资源等硬件资源进行重新分　划、车间调度时，必须考虑本企业的有限机床设备　配和调整，大量的动态工艺知识信息（主要是工艺计　资源及其相关动态信息，以减少设备加工等待时　划中间过程信息）也必须做出相应调整。　间，提高设备资源的利用率。图２所示为机床资源　１．２机床设备信息　信息模型。机床资源的静态信息包括总体信息、结　机床设备是指企业生产过程中所需的硬件设　构形态信息、加工能力信息等　３，描述的是机床基　施，是企业制造能力的基础，反映了企业的潜在生　本信息、物理特性和功能组成；动态信息反映的是　产能力。它不仅包括车床、铣床、刨床等冷加工设　机床的实际状况，描述的是动态特性，如运行状况　备，还包括热处理设备（如回火炉、氮化炉等）、检测　（它决定了现行情况下能否实现设备资源的加工能　设备（如三坐标测量仪）、电加工设备、冲锻压设备、　力）、负荷状况等。　图２机床资源信息模型　１．３工具装备信息　１．４材料信息　工具装备信息主要包括刀具信息、量具信息、　材料是产品生产的物质基础，材料信息是进行　夹具信息、模具信息等。工具装备资源在加工过程　产品生产的首要信息。材料信息也分为静态和动　中有重要作用，各种参数信息直接影响加工过程和　态信息，静态信息包括材料型号、材料编号、生产厂　产品质量（如刀具信息会对切削参数产生直接影　家、购买日期等，动态信息包括现有库存材料规格、　响）。工具装备资源同机床资源一样，不仅仅包括　材料数量、表面质量、采购计划、任务计划等。企业　各工艺装备的静态参数信息（如名称、编号、零件　的生产材料无论是品种还是型号规格都不可能十　号、工序号、特征参数、精度等级等），还包括一些动　分齐全，往往只有生产上常用的型号规格，而且这　态信息（如磨损状况、状态信息、任务计划信息等）。　些材料的数量是随时变化的，因此在进行工艺决策　由于资源有限，企业一般不会为同类设备配置相同　和安排生产调度计划、采购计划时要获得材料的动　的工具装备，而是配置一定数量的相同工具装备供　态信息。　同类设备在需要时借调，特别是专用刀具、专用量　具、专用夹具等特殊工具资源。．因此工具装备的动　２基于动态信息的工艺决策　态信息对企业的工艺决策、车间计划调度、进度安　２．１决策流程　排、物料采购等有重要影响。　工艺人员制定工艺计划时应面向本企业，在现　维普资讯 http://www.cqvip.com １６　２００８年３月　中国制造业信息化第３７卷第５期　有制造资源基础上尽量满足零件的加工要求。根　据动态制造资源信息制定工艺决策，要求ＣＡＰＰ系　统必须和ＣＡＤ系统、ＣＡＭ系统、ＰＤＭ系统、ＥＲＰ　系统、企业动态资源库等实现集成，以获取零件的　特征信息、加工工艺知识信息和硬件资源设备的实　时动态信息。ＣＡＰＰ系统与其他系统进行集成的　工艺决策模型如图３所示。　工艺决策过程主要分以下几个步骤：（１）从　Ｉ动态信息　圆囤　一　信～　息一　＼、垫　．　ｒ　Ｉ　奇　ＣＡＰＰ系统辅助ｒ　艺决策　Ｉ　Ｉ加工特　信息　机床信息。　Ｉ切自０参数信息　！墨　垒Ｉ　Ｉ工岂矢¨　信息　ｒ装信息Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｊ　硬件资源信息库　啊Ｌ艺　｛资源痒　ＣＡＤ系统　ｌ　削参数信息　零件特征信息　ＣＡＭ系统　Ｉ加ｆ一参　Ｉ数信息　删　一Ｃ：　　Ｉ程序、　ｉｌ工艺ｌ艺｝工序说ｌ检验　检验Ｌ　型　ＰＤＭ系统　Ｉ戈　ＩＩ　Ｉ　—．里　＿厂Ｉ　图３　Ｇ　Ｐ系统工艺决策集成模型　ＣＡＤ系统获取零件特征信息，如特征类型、尺寸、加　工精度、表面光洁度等，根据特征匹配规则与典型零　件特征进行匹配。（２）根据典型切削参数和典型零　据动态制造资源信息和排序规则进行加工排序优　化。（３）根据典型零件特征信息、切削参数信息、机　床刀具信息等进行加工方法选择、切削参数确定，并　发送到ＣＡＭ系统进行加工仿真，生成ＮＣ代码。　（４）根据工件材料类型、工件尺寸、特征公差、特征表　面精度、加工方法等列出满足每一加工特征加工要　ＥＲＰ系统根据硬件设备资源的任务计划等动态信息　进行硬件设备资源状态更新。（６）ＰｃｌＭ系统根据加　工路线制定详细生产计划安排生产。　为了保证ＣＡＰＰ系统具有动态、自适应的能　力，必须实现制造资源的智能决策。专家系统由３　个部分组成：信息库、知识库和推理机。其中信息　库提供制造资源的静动态信息；知识库是进行推理　决策的基础和主要依据；推理机是专家系统的核　心，是专家系统的控制机构，它规定了如何从知识　件工艺知识信息生成多种加工特征排序结果，并依　２．２　工艺决策专家系统　圆圃　求的制造资源；同时根据ＥＲＰ系统提供的制造资源　的排队时间、运输时间和装夹时间等在线因素和资　源设备的计划任务等动态信息对满足每一加工特征　要求的所有制造资源进行优先排序，在加工计划中　库中选用适当的规则来进行工艺决策。推理机用　来协调各模块，以决定如何使用知识源的知识求解　子问题［　。基于知识的工艺决策推理机主要完成　工序工步排序等任务。机床设备、工具装备与切削　首先选取优先指标高的资源设备，并推荐备用预选　资源设备，以备在生产情况发生变化时做出调整。　用量选择推理机主要完成机床、工具以及切削用量　的选择工作。　（５）生成的工艺信息从企业动态资源库和ＥＲＰ系统　接受生产约束，根据制造资源的动态信息，进行资源　工艺决策基本由计算机自动完成，决策模块根　据一定的规则在动态资源信息的约束下对各种信息　决策、加工任务排序，产生动态工艺计划信息，并提　供给ＥＲＰ系统和ＰＤＭ系统。同时动态资源库和　进行优选，将决策结果推荐给用户，供用户方便地选　择。同时允许用户对选项进行必要的修改，使之更　维普资讯 http://www.cqvip.com

・企业管理与信息化・　李晓雷许建新黄利江基于动态制造资源信息的工艺决策研究　１７　好地解决企业实际问题。在工艺设计过程中，允许　４结束语　工艺人员（需要具有工艺知识库使用管理权限）通过　本文介绍了基于动态制造资源信息的工艺决　交互方式对已生成的工艺文件进行必要的编辑与修　策方法。在ＣＡＤ、　、Ｇ　Ｐ、ＰＤＭ、ＥＲＰ等系统　改后存人知识库，从而实现知识库的动态扩充。　集成基础上，根据企业动态制造资源信息做出灵活　３　示　例　的工艺规划和资源决策，克服了以往ＣＡＰＰ系统工　艺决策适应性、灵活性差的特点，使硬件制造资源　以机床选择决策为例，系统在进行机床类型判　负荷合理分配，工艺计划具有柔性，决策结果更符　别后，根据备选机床的加工能力和运行状态信息缩　合企业的生产环境和生产能力。　小选择范围，为工艺人员提供动态制造资源信息库　中的相关机床信息（如图４所示），允许工艺人员进　参考文献：　行选择修改。同时将已选车床的任务计划信息反　［１］王忠宾，王宁生，陈禹六．动态ＣＡＰＰ系统及其加工资源决策　馈给动态制造资源信息库。　方法的研究［Ｊ］．中国机械工程，２００４，１５（９）：７７９—７８０．　［２］裴丽．面向制造过程的工艺信息系统研究与实现［Ｄ］．西　安：西ｊＥ工业大学，２００６．　［３］盛步云．企业集成化动态制造资源建模［Ｊ］．武汉汽车工业大　学学报，２０００，２２（２）：１９—２０．　图４车床信息窗口　［４］王大康，刘永峰，石亚宁．智能化ＣＡＰＰ系统的工艺决策［Ｊ］．　ｊＥ京工业大学学报，２００３，２９（２）：１３０—１３１．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ　Ｍａｋｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｘｉａｏ—Ｌｅｉ。ＸＵ　Ｊｉａｎ—Ｘｉｎ。ＨＬ　Ｇ　Ｌｉ—Ｊｉａｎｇ　（Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｘｉ’ａｎ，７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ａｄｊ　ｕｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｌａｎ　ｉｎ　ＣＡＰＰ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ　ｃｌａｓｓｉ—　ｉｔｅｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｍａｋｉｎｇ，ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｍａｋｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｉｎｆｏｒ—　ｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ；Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；　ＣＡＰＰ：Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ　（上接第１３页）　２２９．　［５］陈玮，张小花，邓则名，等．基于动态联盟的制造业信息化　［７］ＫｉｍＹ，Ｋａｎｇ　Ｓ　Ｈ，ＬｅｅＳｈ，ｅｌ　ａ１．Ａ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ，ｏｐｅｎ，ｌｌｎｔｅｌｌｌｇｅｎｔ　［Ｊ］．机电工程技术，２００４，３３（１１）：３６—３８．　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｄａｔａ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　［６］Ｙｕｌｉａｎｇ　Ｌｉ，Ｘｉｎｙｕ　Ｓｈａｏ，Ｐｅｉｇｅｎ　Ｌｉ，ｅｌ　ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅ—　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｄｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２００１，１４（２）：２２４—２３５．　ｍｅｎｔａｔｌｏｎ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｃｅｓｓ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　［８］周亮，段国林，王红军，等．ｗｅｂ环境中基于ＰＤＭ协同设计　ｄｅｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ｉｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００４（５３）：２０５—　系统的研究［Ｊ］．机械科学与技术，２００５，２４（５）：５５９—５６１．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ＥＲＰ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ＷＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｊｕｎ，ＭＥＮＧ　Ｑｉｎｇ—ｇｕｏ，ＹＡＮ　Ｂｉｎｇ，ＬＩ　Ｙａｏ—ｈｕｉ，ＷＡＮＧ　Ｔｏｎｇ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３００２２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ　ａ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｗｅｂ　ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔ　ＥＲＰ　ｓｙｓｔｅｍ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｅｘｐａｎｄａｂｉｌｉｔｙ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　ｐｌａｔｋ）ｒｌＴｌ　ｆｏｒ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｍｏｎｇ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｅｓｓ，ｓｉｎｇｌｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｕｎｉｆｏｒｌＴｌ　ｕｓｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｉｔ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｕｐｄａｔｅ，ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＷＥＢ；ＥＲＰ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ