工艺更改是指在工艺设计活动中工艺员对已经生效的工艺过程技术内容进行改变的一种行为，是制造企业产品研制和生产活动中的一项重要业务。
在产品研制过程中，许多企业都已经实施了基于PDM的工艺文件更改过程管理。但是到目前仍然存在不少问题，主要如下：工艺更改过程控制不够严密；工艺文件对象模型包含信息不完整；将工艺文件更改单与工艺文件分离，易导致要求更改的内容与实际更改的内容不一致；有关工艺文件更改的版本管理与控制机制不完善；工艺文件更改单包含信息不完整，数据结构化程度较低；更改不完全导致PDM中的产品工艺信息和ERP、MES等系统中的产品工艺信息不一致；工艺更改过后没能形成企业内部有关技术性关键内容的工艺更改知识库。
本次研究以某航空企业的产品制造工艺相关工程项目为背景，结合当前存的在问题以及航空复杂产品自身的特点，对基于Teamcenter 8（以下简称TC）与CAPPFramwork 2007（以下简称CAPPFramework）协同工艺设计模式下的航空复杂产品的工艺更改过程管理做了进一步研究。
1 航空制造企业的工艺更改特点及分类
通过对一些航空制造企业调研分析，我们得出目前最普遍的工艺更改过程。首先由工艺设计人员根据实际工艺更改需求编制工艺文件更改单，经同组的其他工艺人员校对，由主管工艺员对工艺文件更改单进行审核，再由相关单位负责人批准，档案部门对工艺文件更改单进行发放；工艺人员根据发放的工艺文件更改单对原有的工艺文件进行更改；最后档案部门对更改的工艺文件再次发放，整个工艺文件更改过程结束。
相比一般零件的工艺更改，航空复杂产品的零件具有零件结构复杂、数量多、可靠性要求高的特点，这使得航空复杂产品对工艺更改提出了更高的要求。其次，航空制造企业工艺设计和更改涉及多团队、多部门、多领域的参与合作，需要在协同的工作模式下并行展开工作。整个工艺的编制过程需要主制单位和多个协作单位的并行协作。在主制工艺编制过程中，主制单位根据车间级产品工艺工作计划来制定包含协编/扩编工序在内的工艺路线。主制单位负责工序内容的详细定义。企业内部各术语定义包括：
①主制单位和主制工艺：工艺编制任务的承接单位以及任务的发起单位，其编制的工艺称为主制工艺。
②协作单位和协编工序：在主制工艺编制过程中由于专业分工的原因将某道工序交给其他部门的人员来编写，收到任务的部门成为协作单位，其编制的工艺称为协编工序。
③扩编工序：扩编工序指的是某道工序内容复杂，将其独立出来由其他人编写形成一份单独的工艺文件。
当每道协编/扩编工序审批完成后，进行主制工艺文件合并（将协编/扩编工序“装订”到主制工艺文件中）。
为了更好地对不同类型的工艺文件的更改进行有效地管理，我们结合航空企业的实际应用情况对工艺更改进行分析归类。有时工艺文件需要更改的内容非常少，而且更改部分对整个工艺文件的影响不大，往往是笔误或者错别字等原因，可现场对工艺文件进行划改，将此类工艺文件更改称之为临时超越更改；当工艺文件需要更改的内容非常多，几乎相当于重新编写一份工艺文件时，称之为换版更改；当工艺文件需要更改的内容不多，仅需要修改部分工序内容就可实现时，视其为普遍工序更改。由于协编/扩编工序是由除主制工艺人员以外的其他人员编写的，所以其更改过程也和主制工艺文件不同。据此，普遍工序更改又包含主制工序更改、协编工序更改和扩编工序更改。
2 航空复杂产品的工艺更改模型
工艺更改管理涉及到的3个主要方面是工艺更改过程本身、与工艺更改过程相关的工艺文件数据以及参与到工艺更改活动中的人员。本次研究结合航空复杂产品的特点，针对目前工艺更改过程管理中所存在的问题给出了如图1所示的工艺更改模型。
图1 工艺更改模型
2.1 工艺更改过程模型
为了高效严密地执行不同类型的工艺文件更改审批任务，本次研究针对不同的工艺文件类型提出了不同的更改过程模型。
对于不涉及协编/扩编工序的普遍工艺更改，其对应的过程模型如图2所示。该过程模型也适用于不含协编/扩编工序更改的换版工艺更改。对于临时超越更改，考虑到它对审批流程快捷方便性方面的要求，其过程模型可省略检验会签、定额审查和批准环节。
图2 普遍性工艺更改过程模型
协编工序和扩编工序的工艺更改，其过程模型相对比较复杂，具体如图3所示。首先完成协作/扩编工序的更改编制任务及其审批流程，然后将协作/扩编工序再次合并到主制工艺文件中。
图3 协编/扩编工序的工艺更改过程模型
2.2 人员组织与权限管理模型
2.2.1 人员组织模型
在航空制造企业中，人员的组织比较庞大复杂。为确保在整个工艺更改过程中的每一项具体的工作任务都是由预先指定的某一工作组中的某一个拥有足够权限的工作人员来完成的，我们提出了如图4所示的人员组织模型。
图4 人员组织模型
用户ID是人员在TC中的唯一标识。工作组往往对应了实际企业中设立的部门或者项目组，它在企业PDM中对应的是一组选定的可用角色列表。权限指的是对PDM系统中的所有资源和操作功能访问能力大小的限制。每一个角色对应的是一个权限列表。一个组中可以有多个角色，一个角色可以在多个组内出现，组内的某一个用户也可以有多个角色。引入角色的人员组织模型对于工艺更改过程中的安全访问控制意义重大。其它信息可根据实际应用需求进行添加。
2.2.2 安全访问控制模型
应确保在工艺更改过程中每一个拥有指定角色的参与人员在指定的流程节点对每一份具体的工艺文件拥有足够的操作权限，即除了考虑角色对权限的影响因素之外，还应当考虑流程和具体操作对象对权限的影响。为满足这样的安全访问控制应用需求，我们提出了如图5所示的安全访问控制模型。
图5 安全访问控制模型
用户元数据指人员组织模型中的用户ID、工作组、角色等；对象元数据主要指工艺文件及其相关联文档数据的基本信息，例如工艺文件类型、所有者、所处状态、所属项目、流程信息等；访问控制列表(ACL)用来描述符合指定条件的工艺更改参与人员所具有的权限，规则树用来描述何时将访问控制列表应用到某一具体对象。规则树由很多规则条目构成，每一个规则条目由条件、值和一个控制列表组成，其组成形式为：条件(值)→控制列表名。该模型全面考虑了工艺更改参与人员角色、流程以及工艺更改操作对象对权限的影响，可以很好地满足航空复杂产品对工艺更改过程的严密控制要求。
2.3 文件对象模型
在工艺文件的更改过程中，为确保工艺更改的有效性、科学性和完整性，我们结合工艺更改过程管理需求分别构建了工艺文件对象模型、工艺文件更改单模型和工艺更改知识库模型。
2.3.1 工艺文件对象模型
工艺文件对象首先应包含工艺文件的基本属性信息，例如文件类型、所有者、对应零部件信息、创建日期等；其次，工艺文件对象应包含电子版工艺文件对象本身。根据应用需求我们还添加了关联工艺文件信息、图形对象文件信息、PBOM对象、工时属性信息、零部件信息、状态信息。构建的工艺文件对象模型如图6所示。
图6 工艺文件对象模型
在该模型中，基本属性表用来存储工艺文件对象基本信息；关联工艺文件包含协编/扩编工艺等信息；图形对象集存放工艺文件中所有的工序图形以便独立编辑管理；对应零部件信息指的是工艺文件所对应的零部件对象详细信息；状态信息是指工艺文件所处的状态，例如编辑状态、流程中状态以及方法归档状态。
在TC中对电子版工艺文件对象分版本存储。当每次对工艺文件对象更改的时候，就会对其进行升版，利用版本后缀标识符加以区别，使得用户在修改、保存工艺文件后能够追溯未修改之前版本。
2.3.2 工艺文件更改信息模型
为确保工艺更改记录的有效性、完整性，设计了完整工艺更改记录信息模型。
在实际工艺更改单生成过程中，根据以上的信息模型将工艺更改数据结构化，实现部分内容白动填写的功能，有利于提高工艺更改的效率和质量。同时，为了确保工艺更改单填写的有效性，工艺更改单手动填写部分内容应完整、清晰明了，突出重点。
一份工艺文件的一次更改对应一个更改单号，编号规则根据实际需求白行定义，例如“Gg”+更改分单位+产品型号+顺序号+更改年。
2.3.3 工艺更改知识库模型
从长远考虑，企业在进行工艺更改时，除了要满足当前生产需求，还应该积累工艺更改过程中的重要知识经验，建立属于自己的工艺更改知识库，用来指导企业未来的产品设计，不断减少或避免不必要的工艺更改，使得企业在进行工艺更改的同时能够吃一堑长一智，丰富企业的知识资源，增强自身的竞争力。
可以通过工艺更改单号、更改工序号和更改页一行确定某一次具体的更改记录。工艺文件名往往可以反映工艺文件的应用对象；关键字用于搜索查询；更改描述填写应清晰明了，能够反映工艺更改具体情况；为了表明实际工艺更改效果，我们添加了工艺更改评估项，一般在工艺更改实施一段时间以后由专门人员填写。
3 工艺更改体系构建及实现过程
通过对工艺更改的应用功能需求进行分析总结，基于西北工业大学的CAPPFramework 2007和西门子的Teamcenter 8协同应用平台构建了如图7所示的工艺更改体系。CAPPFramework具有工艺文件及更改单编辑、绘制工序图、提交工艺数据等功能，它与TC之间通过约定的XML格式的接口文件传输数据，依靠TC的产品数据管理、人员组织管理及工作流程管理实现整个工艺更改业务过程。该体系中的关联更改保证机制用于在工艺文件更改审批生效以后更新PBOM对象表、工时属性表等其它相关联信息，并向MES、ERP等应用系统发出消息通知，确保各系统中的产品工艺信息一致，保证生产顺利进行。
图7 工艺更改体系
在TC与CAPPFramework集成应用平台中，整个工艺更改处理实现过程如图8所示。
图8 工艺更改实现过程
4 结束语
本文针对某航空制造企业工艺更改业务需求现状和以往工艺更改方法的不足，结合航空复杂产品的特点，提出了面向PLM的协同工艺更改方法。以CAPP-Framework与TC集成开发为基础，构建了协同工艺更改体系，并对工艺更改在该集成环境下的实现过程进行了阐述。
实践表明本次提出的基于Teamcenter与CAPP协同应用的工艺更改方法切实可行。该方法在满足航空复杂产品对工艺更改的可控性、更改彻底性方面的严格要求的同时大大提高了工艺更改的效率和质量。
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