引言
随着制造业信息化工程的不断深入，产品数据管理(Product Data Manage，PDM)、计算机辅助工艺过程(Computer Aided Process Planning，CAPP)、制造执行系统(Manufacturing ExecutionSystem，MES)等先进技术的深入应用，航空企业生产过程的信息化管理水平得到不断的提高。但这些系统是针对制造过程中的某一阶段的需求而建立的，虽然能够很好的支持特定部门的信息管理工作，但由于各个应用系统之间信息模型相互独立，造成制造过程中无法统一协调和管理，企业生产中信息流、物质流和价值流流通不通畅，割裂了产品信息在全生命周期中的一致性和完整性，从而无法从全局和整体的角度提高效率和管理水平。
本文通过对航空产品制造工艺过程的深入研究，构建面向制造全过程的物料清单，协调业务流程管理，有效解决工艺过程管理中存在的数据流转不畅、业务流程混乱等问题，满足激烈的竞争环境下企业生产方式的变革，达到产品的快速生产和个性化定制的需求。
1 工艺过程数据管理
在产品的全生命周期中，BOM信息是核心的基础数据，是产品信息数字化定义的重要内容，是连接产品工程设计和生产经营管理的桥梁。BOM信息在生产过程中存在多种表现形式，保证BOM数据的完整性、正确性和一致性具有重要的意义。
1.1 工艺过程中BOM的划分
在产品全生命周期过程中，不同的部门结合生产过程中的需要将制造过程中不同阶段的产品信息划分为不同的BOM信息，主要有如下几种：
在产品设计阶段，设计工程师从图纸上获得用来组织和管理生产某种产品所需的零部件物料清单，即设计BOM(Engineering BOM，EBOM)；在工艺准备阶段，工艺设计部门在EBOM的基础上，根据企业工艺装备特点，编制产品零部件和最终产品制造的工艺规程，产生工艺BOM(ProcessBOM，PBOM)；在制造准备阶段，企业制造部门在EBOM和PBOM基础上，通过一定的转换规则产生制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件清单，即制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)。
1.2 EBOM／PBOM，MBOM的转换
通常情况下设计人员根据设计图纸构建EBOM，通过PDM系统进行统一的管理，此时BOM信息描述了产品的设计信息、零部件之间的逻辑装配关系、零部件总体信息(名称、代号、数量、材料等)、零部件形状信息(尺寸信息、尺寸位置关系等)、零部件制造信息(表面粗糙度、尺寸公差、精度等级、材料特性)等信息。
PBOM是工艺部门以EBOM数据为基础，首先进行工艺分解，对EBOM中零组件结构关系进行局部调整，依据工艺路线分工计划、零部件在实际制造中的加工与装配过程的要求，通过EBOM中添加虚拟零部件(在设计BOM中出现，但在实际生产中并不制造，也不储存的零部件)、中间零部件(在设计BOM中不出现，但在实际生产中因为工艺要求，既要制造又要储存的零部件)、工艺合件(因设备、材料、可装配性等因素将一个零件分开制造或多个零件合并制造)调整EBOM的零部件装配关系，并设置零部件的交接状态。最后根据工艺组件及其重新定义装配结构关系，确定零组件制造方案，编制工艺路线。PBOM主要用于产品工艺设计和制造过程管理，跟踪零组件的制造方法、地点、人员、物料和过程。
图l BOM的转换关系图
MBOM是在PBOM数据结构的基础上，首先进行产品装配单元的划分，并对每个装配单元再细分为若干个生产单元，确定生产单元中需参加装配的零组件，对每个生产单元编制装配工艺；按照产品装配单元结构关系，确定各装配单元的装配层次，形成装配单元结构树，按照装配顺序，确定装配层次，形成关系结构树。装配单元结构树和装配关系结构树关联形成工艺流程结构树；从PBOM获取每份装配工艺中需参加装配的零组件工艺分工路线及零组件的工艺信息，最终形成完整的MBOM信息。
其他种类的BOM是为了某种具体要求，以工艺BOM为基础，对制造BOM的某些的方面信息进行统计汇总或特殊处理获取到的。图1表示产品BOM信息在工艺过程中不同阶段的转换过程。产品的数据管理是企业生产的基础数据，采用统一的产品数据管理模式，能够在整个企业范围内快速的获取各种与产品相关的信息，保证产品全生命周期中BOM的数据完整性、正确性和一致性，满足工艺过程中业务流程管理和系统集成等方面的要求。
2 工艺过程业务管理
航空产品的制造过程是按阶段顺序进行的，从产品的工艺设计、加工制造、销售及售后服务，各个部门根据自身的工作需要，很少考虑其他部门的需求。这种串行化的制造模式不能准确快捷的反映产品在整个生命周期内的各种需求，不能及时发现制造过程中存在的问题，导致对方案的反复修改，甚至返工，延长制造周期。因此，构建以BOM信息为基础，工艺业务流程为主线的工艺过程管理模式，对于指导工艺工作具有重要的现实意义。工艺过程业务流程中关键内容主要有发EBOM、工艺总方案设计、详细工艺设计、工装设计与制造、工艺仿真以及工艺的现场应用，具体流程如图2所示。
2.1 发布EBOM
产品设计部门根据项目任务书，产品设计的标准规格，产品的功能，企业技术条件等因素结合工艺、工装等部门的建议确定产品的总的设计方案，经过专家评审通过后发布产品的设计BOM，IipEBOM。
图2工艺过程业务流程
2.2 工艺总方案设计
工艺部门接收EBOM后，结合工装部门，零部件制造车间，根据车间生产技术条件及物资储备情况制定产品的工艺设计总方案。该方案包含工装选择方案设计，工艺分工方案设计，装配协调方案设计，零件制造方案设计等。工艺总方案经过评审通过后发布。
2.3 详细工艺设计
工艺人员根据产品工艺分工计划进行任务分工，机加部门根据零部件的交接状态制定零部件的加工工艺规程；装配部门将本部门承担的任务进一步分解为更小的装配单元，指定专人负责编制装配工艺规程。工艺设计中添加详细的工序信息、材料定额、工时定额信息以及工装、加工设备等信息。
2.4 工装设计与制造
根据工艺总方案设计中的工装设计信息以及工艺规程中工装技术条件制定工装详细的设计方案，根据工装设计方案开展工装结构建模及结构分析。工装设计完成后发布设计图样并下发到工装制造车间进行制造，经检验、试用合格后转交生产部门应用。
2.5 工艺仿真
工艺仿真包含零件加工过程仿真以及产品装配过程仿真。根据零件设计模型，应用CAM系统进行零件加工过程仿真，包括刀具路径规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真及校验、刀位文件的后处理等；在三维数字化虚拟环境中，应用设计产品的轻量化模型，加入工装、夹具的模型进行装配过程仿真，包括装配路径设计、装配路径仿真、装配干涉检查等。通过工艺仿真验证工艺的正确性以及合理性，经确认无误后发布到生产现场指导生产。
2.6 工艺的现场应用
工艺规程发布到生产现场后，现场操作人员根据工艺的详细内容，结合数字化的虚拟环境进行零部件加工及分组件、组件、部件以及产品的装配工作。当生产过程中出现质量问题时及时反馈给工艺人员及产品设计人员处理。通过对工艺过程业务流程进行统一管理，构建贯穿计划、设计、工艺、制造和管理全过程的协同工作环境，对生产过程中的产品信息、工艺信息、资源信息进行统一协调管理，实现与生产相关的信息顺畅流通，实现产品数据、工艺数据和资源数据的共享，提高产品制造过程各个环节的信息反馈能力，达到生产过程中信息的一致性和规范化，从而解决工艺过程中的反复以及衔接不顺畅等问题。
3 工艺过程管理系统设计
3.1 系统架构
采用三层软件架构设计的思想，整个系统划分为用户应用(界面)层、业务逻辑层和数据层三部分。用户界面层为客户端提供对应用程序的访问，即用户和系统的接口界面，主要面向用户对数据的录入与查阅，并进行一些简单的数据校验工作。
业务逻辑层实现工艺过程中的各种业务规则，避免用户直接操作数据库。数据层存储制造过程管理系统所有的信息，并为业务逻辑层提供数据服务，实现数据库的动态连接、存储过程的调用以及进行数据的存取等操作。
3.2 系统功能
根据工艺过程管理系统的功能要求，系统划分应用层、业务逻辑层以及数据层三部分。系统功能如图3所示。
图3系统软件架构及功能图
1)应用层为工艺过程管理综合业务平台，该平台是用户进行各种操作的媒介，用户能够方面快捷的进行各种业务的操作，比如数据的录入，信息的浏览等。
2)业务逻辑层由基础信息管理和工艺业务管理两个模块组成。基础信息管理包括BOM数据管理、资源管理、知识管理功能；工艺业务管理包含工艺设计、流程审签、工艺管理、工装设计制造、工艺仿真、工艺现场应用、计划管理以及配套管理等功能。
3)通过集成接口设计使系统具有与CAPP、MES等系统集成的能力。系统产生的所有数据由PDM系统进行统一的组织和管理，并且能够向CAPP、MES系统传递数据。
4)数据层是存储、管理系统需要的各种数据，包含基础数据、BOM数据以及资源数据等。数据业务管理是各个模块与数据层交互的媒介，实现数据查询、数据更新、数据检索以及安全管理等功能。
4 结束语
通过对航空产品制造过程的深入研究，并结合目前企业信息管理现状，针对产品不同阶段BOM转化、衍生关系的分析，建立以BOM信息为基础，业务流程为主线，支持工艺过程全面管理的工艺过程管理平台。有效解决工艺管理过程中数据管理断层，业务流程管理模糊的问题，满足在竞争日益激烈的环境下，航空产品的生产模式从传统的“少品种、批量生产”革新为“多品种、多系列生产”的要求，提高产品质量，降低生产成本，提高资源的利用效率。
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本文标题：航空产品工艺过程管理系统PDM研究
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