引言
信息化作为设计、工艺与生产信息化之间的桥梁，起到承上启下的重要手段。设计、工艺信息化是一个企业信息化工作的重要组成部分。随着信息技术的发展，航天产品综合程度不断提高。而航天产品的复杂程度和可靠性要求越来越高，这对如何提高产品设计、工艺设计的质量和效率，提升设计、工艺管理水平提出新的挑战。开发并应用适应航天产品制造业特点的信息系统是一条有效途径。
1 现状及发展趋势
目前，在我国大部分的航天研发与承制单位，还是依靠传统的产品设计、工艺设计工具与方法开展工作，人员在进行产品设计及工艺编制时往往陷入大量的文字处理和繁琐的数字计算工作中，大量时间花在了产品设计数据处理、工艺文件编制上，没有更多的时间进行产品创新设计、工艺技术研究和生产服务，这不仅不利于设计及工艺技术水平的提高，也很难提高设计及工艺文件编制本身的水平。另一方面熟练的设计及工艺人员日益短缺，而年轻的设计及工艺人员则需要时问来积累经验；在传统的设计和工艺工作方法下，老设计及工艺人员退休时很难将他们的“经验知识"完整保留下来，这些原因都使得产品设计及工艺设计成为航天产品制造过程中的薄弱环节。
国外，PDM（Product Data Management，产品数据管理）及CAPP(computer aided process panning，计算机辅助工艺过程设计)系统从60年代开始研制，到目前为止，已研制出多种PDM及CAPP系统，不少系统已投入生产实践使用。其中我国CAPP技术的研究开始于20世纪80年代，许多高校和公司相继开发推出了CAPP系统，形成了一部分面向制造的信息化平台应用构件，建立了部分重点行业的解决方案，提供动态建模和实施工具，许多实用的商品化的CAPP平台已在不同的企业得到成功的实施。这些信息化平台总体表现出以下特点：
●协调范围：从部门级应用转向跨部门和企业间协调；
●集成范围：从面向工程数据的集成延伸到面向工艺、制造数据的集成管理；
●应用层次：从面向部门的功能应用向基于项目的组织管理发展。
产品设计及工艺信息化是企业制造信息化的一个重要方面和关键环节。通过产品设计及工艺信息化，提高企业制造工艺部门“数字化率”、“集成化率”、“网络化率”、“信息覆盖率”，全面提高企业整体产品设计及工艺设计与管理的工作效率。PDM/CAPP技术的出现和发展，使利用计算机辅助工艺设计和管理成为可能。目前，许多研发与承制单位都在开展产品设计及工艺信息化建设工作。2006年，湖北三江航天万山特种车辆有限公司、武汉开目信息技术有限责任公司联合开展适应于航天产品制造业的设计及工艺信息系统研究。
2 项目目标
针对万山公司的设计及工艺现状，公司拟定项目的总体目标：即通过搭建采用标准、开放、动态可扩展架构的产品设计管理系统平台，结合CAPP工艺编制工具，建立面向航天产品制造的设计及工艺研发管理体系，满足航天行业产品设计、工艺、仿真、制造过程的数据共享、功能集成和过程协同的需求。所建的产品设计及工艺信息化系统要成为设计及工艺人员日常的工作环境，产品设计、产品设计流程管理、产品设计数据管理、工艺设计、工艺流程管理、工艺数据处理工作等均在该平台上完成。
3 项目应用功能需求
1)面向航天产品设计的信息化平台
搭建面向航天产品的信息化平台，在该平台上，可以根据按需要进行数据建模、过程建模，有行业专用工具集，能自定义各种形式的复杂查询、报表和数据视图。能方便的进行扩展，利用平台提供的接口可制定开发特殊的功能模块。具有良好的数据接El性能，易于实现与各类其它应用系统，如CAD、CAPP、CAE、CAM、ERP、CRM等的集成。
2)建立覆盖设计、工艺、仿真、测试、制造等的统一产品信息模型
建立能作为设计、工艺、仿真、测试、制造等的各个应用系统公共语言的统一产品信息模型，使万山公司的研发管理平台能与其它系统的底层数据级无缝集成。实现统一产品信息模型与产品数据直接的实时互动，做到信息紧密集成，为工艺、设计等人员提供一体化的集成设计环境。
3)软件开发管理工具的研究与应用
针对航天产品软硬件结合的设计特点，在现有的软件开发管理工具的基础上进行专业化的工具定制和开发，实现包括软件开发工具集成、软件配置管理、软硬件的关联关系和版本关系管理、软件开发过程规范的支持等辅助工具。
4)工艺设计工具的研发与应用
针对航天产品的特点，利用系统提供的开放式的二次开发平台，在现有工艺设计工具之上进行专业化工具开发，以形成更符合航天行业特点和应用模式的工艺设计工具。实现包括复杂的工艺的格式和图形处理能力、自动获取电子设计数据、智能化装配工艺生成、变型工艺的快速编制等功能。
5)行业知识库和工具集的开发与应用
设计了通用工艺库、典型工艺库、特征工艺库、公式管理器、行业标准件库等工艺资源和工艺知识库模块，构建航天行业的知识库和行业工具集。通过知识管理，降低对技术人员的经验性要求，大幅度提高了工作效率，提高了技术人员的技术创新能力。
6)支持跨部门协作的设计过程管理
航天产品的设计、分析、试验等需要多工种、多学科进行协同工作。在产品的研发过程中需要产品开发团队成员之间充分沟通，检查和评估产品信息，同时共同探讨问题并找出解决问题的方法。需要充分研究并集成实时通讯技术、数据保密技术、数据一致性检查和冲突消解等技术。因此，通过工作流管理和项目管理工具，为多学科开发团队构造一个协作的工作环境，处于不同地域的用户可以在这个环境中共同完成产品开发，以支持航天产品的创新开发。
7)编码中心（在企业实施编码管理系统，全面管理企业物料、设备、工装等编码）
针对三江航天集团的统一编码规则要求以及结合制造业自身对物料、设备等的管理要求，建立编码中心。对于编码的管理是必不可少，手工管理编码容易产生一物多码、编码错误、混乱的局面，不利于产品、材料、设备等等的管理与维护；在信息化发展日益膨胀的制造业，对于编码的规范管理显得越来越重要；编码的使用几乎涵盖了万山公司信息化的各种系统，同时一个企业，编码也融入到了各个部门的生产经营活动中，所以编码的管理是必须的、重要的，以达到快速、准确编码的目的，同时也要达到已编码的便捷管理与查询。
开目编码管理系统是用于定义、生成与管理编码，用户可根据自身需求定义生成规则，来生成编码。
8)PDM/DNC集成
针对万山公司实际情况，提高设计、工艺数据使用效率，结合现有DNC系统，将DNC中管理的NC程序纳入PDM系统的产品技术资料管理体系，对NC程序的管理要求与产品图纸、工艺文件类似，实现完善的审批流程控制、生命周期管理、安全管理，并维护NC程序与零部件、图纸、工艺数据之间的关联关系和版本匹配关系。
9)技术文件密级管理
设计资料、工艺资料等是每一个企业的最高商业机密。作为航天产品的承制单位，对于技术文件的保密必须保持高度警觉。根据国家及集团要求，必须实现所有资料的秘密等级，三权分立等机制来保证技术文件的绝对安全。
在功能研发过程中，充分了解航天系统的保密要求，利用KMPDM二次开发平台研制出符合万山公司的技术文件安全管理功能。有效的控制了技术文件的浏览、修改的控制，日志记录，三权分立（安全员、审计员、系统管理员）功能。
4 应用实施方案
4.1 数据管理
根据对自身的业务数据分析，把对数据的管理主要分为设计数据管理，工艺数据集成管理及工艺资源管理。工艺设计任务方便分派，编制工艺规程时可以自动获取零部件设计信息，典型工艺规程的充分利用等等，为高效进行工艺设计提供了强大的支持。同时，该系统的数据汇总能力非常灵活，可定义的BOM汇总工具，能轻松获得产品数据汇总报表和清单，如各类BOM表、定额汇总表。
4.2 设计数据集成管理
由于系统中的工艺数据需要继承产品数据中的某些属性信息，而且工艺数据需要与产品结构数据进行关联，使工艺数据能被组织成一个有机的整体，所以需要将产品结构数据导入到系统中，这样，在系统中需要对零部件进行相应的管理。其中产品结构数据以树状形式即产品结构树表示。而且，该系统紧密集成PROE及CAD应用系统，消除信息孤岛，杜绝数据重复输入。
4.3 工艺数据集成管理
工艺数据比较复杂，每种工艺规程中填写的业务数据都有区别，因此不同的工艺规程对应的存储方式也不同。通过对零部组件和工艺规程的关联设计，实现工艺的集成管理。针对每个零部件为其编制配套对应的各类工艺规程，可以手工指定与零部件关联的工艺规程，或者直接在关联节点上创建新的工艺规程，创建的工艺规程对象会被关联在零部件对象上。可以直接在关联对象上创建新的关联工艺等相关对象，此时可以实现设计数据属性自动向下传递。也可以引入已有的关联对象，实现不同零组件对工艺规程的复用管理，减少不必要的输入。这样就可以很容易的找到对象关联的各类其它设计数据，大大方便了查找和管理，建立了数据的内在逻辑关系。
4.4 工艺资源库的管理
资源管理器中工艺资源以树的形式表示。采用这样分级的方式可以很形象的表示出各种工艺资源之间的层次关系。工艺资源树就是由这些具有关联关系的节点总和组成。资源的添加方式有两种，一种是内部数据源添加记录，在工艺资源树种可以增加4种节点：父节点、子节点、兄节点、弟节点；另外一种是外部数据源添加记录，工艺部门一些标准数据如标准的工装数据、工序内容等，只要将现有的数据转换为通用数据表格式（如Excel格式），开目资源管理器就能利用这些已建好的数据库或表，不用再做重复性劳动。
4.5 工作流管理
根据需求，针对不同类型的设计及工艺文件定制不同的工作流程，针对在流程中设计及工艺文档的操作权限由所应用的流程模板控制。系统流程管理具有多级工作分解、进度计划安排、任务分派和任务监控四大功能，通过为工艺处创建一个协同工作环境，使得成员之间能共享资源、交流信息、解决冲突，推动项目顺利进行。工作流管理实现工艺业务流程的规范化和自动化，提高工作效率，减少错误的发生。
4.6 权限管理
由于所属行业的特殊性，因此工艺信息管理系统要提供可靠、全面的权限管理功能，该系统的权限管理主要分为静态权限管理和动态权限管理以及技术文件分级保护管理：
静态权限管理：系统通过各级、各类授权实现不同用户具有不同的权限，用户能安全稳定地进入系统，根据授权范围进行操作。提供功能授权：满足行政权限管理，可以把项目管理、图档管理、权限管理、邮件管理、系统配置、模板定义、日志管理、组织管理、功能授权这些管理权限分别授予不同的用户。并且可以基于角色与用户自定义权限的授权。
动态权限管理：动态功能授权确保产品数据在形成过程中也只能由合法用户授权访问，并且权限可随着工作流程的流转自动授予和回收，极大的减轻了授权管理的工作量。动态授权的具体控制方式在进行工作流建模时进行定制。
技术文件分级保护管理：为达到更高的保密要求，在静态以及动态权限基础上，实现技术文件密级管理，三权分立管理。
5 项目实现的关键业务价值
该系统作为万山公司设计、工艺集成平台，对企业自身的设计、工艺过程、工艺管理文档及其他技术资料等相关数据和相关过程进行管理，促进企业设计及工艺过程、工装过程设计、技术资料各阶段文档的标准化、规范化，适时监控工艺设计任务进展情况，提高了产品设计及工艺过程设计与过程管理的水平，确保万山公司能及时准确地为顾客提供合格产品，为万山公司带来了如下的企业价值。
5.1 价值点一：基于产品型号设计结构树进行工艺管理
目前工艺设计的编制过程中，工艺数据中某些来自设计数据的，比如产品代号，产品名称，材料名称等等，需要花大量的时间进行重复输入。针对万山公司的该业务要求，系统中的如下功能可以实现企业的“基于型号产品设计结构树进行工艺数据管理”的价值。PDM/CAPP系统具备手工建立产品结构树、与PROE\CAD集成自动建立产品结构树的功能，即系统管理员能够依据相应的型号产品组成图，手工工艺结构树或自动建立结构树。系统还支持通过读取PROE\CAD等辅助设计工具产生的图纸中的设计BOM结构，将产品结构树信息导入到开目数据管理系统，自动形成结构树。
5.2 价值点二：优化业务过程，提高设计效率
随着企业研发任务的增多，工艺面临的个性化设计任务越来越系统和繁重，在面临大量需要审核的产品数据时，为保证设计的进度，技术人员可能会牺牲数据审核的质量，让数据审核工作流于形式。而质量不高的过程控制必然会带来大量的后续数据更改工作。在系统实施过程中，和项目组拟定出合理、标准、规范的业务流程，并与开目公司合作将业务流程用系统软件固化下来，形成合理的工作节奏，使所有的工程技术人员都可以按照同一业务模式规范的进行产品工艺设计工作。通过系统对工程更改的有效控制，能消除由于工程更改活动造成的产品数据不完整、数据前后不一致、产品设计与生产指挥脱节、后期服务找不到正确的技术资料等严重影响产品和服务质量的问题，以上种种对业务过程的优化，都在一定程度上提高了设计效率。
5.3 价值点三：信息有效集成共享，减少重复劳动
现在的产品结构设计存在多次的重复录入，版本更新不及时。信息孤岛导致了大量数据的重复输入工作量，并且会产生数据的不一致性。该系统构建了企业级的数据平台，使企业基于数据库的产品数据汇总工作成为可能，降低技术人员手工进行数据汇总的工作量，并提高数据的正确性。并且该系统对企业的WORD、AUTOCAD、KMCAPP进行集成管理，通过对流程和权限的控制，使符合系统要求的上述单元软件可以在系统中实现数据的浏览、编辑、保存、修改、圈阅及自动签名，实现了信息的有效集成，减少了重复劳动。
5.4 价值点四：保障企业核心技术资料安全
设计行为比较多，电子资料的安全管理越来越受到重视。该工艺系统采用启动硬件加密保护策略，加密卡处理程序采用双随机数动态密匙算法防止非法者破译或更换程序；系统采用启动口令保护策略，为不同的用户设置不同的入口口令检查，即使拥有加密卡不知道口令也无法进入；提供日志管理功能，对用户在工艺管理系统中进行的操作进行完整的记录。提供组织管理功能，可以限定登陆到系统中的人员；提供权限管理功能，确认给予哪些用户，哪些岗位，哪类部门存取何种设计数据的权利，监测用户的操作行为，对所有数据操作都具备完整的日志记录，保障了企业核心技术资料的安全。
6 结语
通过近8个月的调研和开发，“面向航天产品设计与工艺管理信息系统”已基本设计完成，在万山公司已进入正式使用阶段，目前已实现典型型号产品完整的设计及工艺数据的设计输入和工艺管理，设计要求的各项功能均已实现。
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本文标题：面向航天产品设计及工艺信息化研究初探
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