CAPP新的应用趋势—结构化工艺设计

前言

对绝大多数制造业企业来说，对于CAPP产品的印象几乎等同于工艺卡片，工艺卡片式CAPP以其易学易用，适用范围广泛以及“所见即所得”的优势迅速发展，并一度成为制造业信息化建设过程中国特色的代表产品。

然而笔者认为工艺卡片为主的工艺设计模式在制造业企业中应用有点类似“买椟还珠”的行为，问题在于过于关注作为工艺设计成果的卡片，而没有真正实现工艺设计过程的信息化辅助，对于工艺设计过程中的隐性知识的积累和应用也几乎无能为力，因此卡片式CAPP应用对于提升企业工艺研发管理能力，提高工艺设计水平效用是非常有限的。

另一方面，卡片式工艺设计的模式多是前苏联粗放式生产管理对国内制造业残留影响的体现，以卡片为核心的工艺设计模式，在应对制造工艺的多样性与复杂性管理需求上愈发勉强，更遑论应对国内制造业企业转型升级智造与创新的需求。

在中国制造也转型的当下，在制造企业重视研发创新，拥抱互联网和数据为王的精细化管理趋势下，企业在工艺研发阶段的信息化选型上，是时候抛弃卡片，转而采用更为先进的工艺信息化设计模式了。

工艺卡片工艺设计模式难以为继

工艺卡片有其独到的优势，然而在制造业企业竞争压力加剧的今天，产品上市周期缩短，研发创新增多，工艺技术难度提升，协同研发更增加了工艺管理难度，工艺卡片为主的传统CAPP在应对上述挑战难以为继，主要体现在：

1、忽视了对工艺规划及设计过程的管理。

工艺规划和设计也是产品研发的重要阶段，然而工艺规划与设计过程在业内有“管理黑洞”的说法。相较于产品设计阶段应用PDM实现全过程管控，传统卡片式为主的CAPP系统在对工艺设计研发阶段的过程管理方面存在较大的不足，也难以基于实际的工艺研发需求提供必要的资源及数据辅助支持。此外，产品研发阶段更改频繁，不能对研发变更进行有效的数据传递与过程跟踪，极大的影响了工艺阶段信息化应用的效率。

2、抑制了工艺过程数据在产品研发生命周期中的枢纽作用。

工艺卡片这种相对封装的数据组织方式，一方面割裂了工艺设计数据与产品设计数据，弱化了产品结构在工艺阶段的核心数据传递（BOM）；另一方面，基于卡片的实例化数据也增加了工艺阶段向生产系统（ERP）数据集成的难度。

3、加剧了工艺系统的数据冗余。

研究表明，工艺阶段的数据量是设计阶段的10～100倍。此外由于工艺本身的灵活性以及复杂性：多工艺方案，多级协同工艺，多厂协同工艺，大量的设计变更，以及产品本身的复杂结构与配置，都增加了工艺阶段数量复杂性。工艺卡片实例化而未经抽象的数据组织方式决定了这种模式下工艺数据将会随着企业应用时间的增加而不断的创造和复制大量的工艺卡片数据，无法实现工艺数据的有效积累和复用。

结构化工艺崭露头角发挥优势

结构化工艺并不是一个新的概念，事实上这种工艺设计模式在发达制造业国家，以及国内欧美合资制造业企业中已经得到普遍的认同和较深入的应用。结构化工艺设计模式实质上是产品生命周期管理在工艺阶段的应用，它面向生产技术准备全过程，为该阶段的工艺规划、设计、制造过程的进行管理，为工艺制造相关数据的创建，验证及协同提供支持。结构化工艺内涵包括包含三层涵义：

●制造工艺数据和过程管理平台，通过平台管理制造工艺过程的所有业务和流程数据，支持系统使用者以有效、及时的方式准确对制造工艺进行创建、验证和沟通。

●构建工艺过程数模结构化设计模式，通过对制造工艺阶段主数据的抽象，实现产品、工艺、工厂和资源（P3R）四大数据的有机关联和结构化组织，保证数据的一致、有效和重用。同时为后续对制造工艺的可视化、分析和优化提出数据基础和支持机制。

●面向业务的专业功能构件扩展，基于以四大数据为核心的结构化工艺设计数据基础上，可以面向不同的工艺专业及业务环节形成功能应用构件，并基于工艺规划过程进行集中地管理、协同和互操作。

从下面的结构化工艺应用模型图来简单看下结构化工艺的应用模型：

图1 结构化工艺应用模型示意图

如上述模型图所示，在结构化工艺设计与管理平台中，将制造工艺过程中的物料、资源、工装设备、工艺过程等数据模型化、对象化，通过创建模型数据间的关系实现有效的关联，扩展了对各类主数据模型数据复杂性的管理（如图中产品结构在工艺阶段的多视图），有效的减少了数据冗余，提高了数据的一致、有效和重用，解决了传统CAPP模式下工艺数据和设计数据割裂的问题：

●制造工艺过程基础业务数据对象化，在贴合工艺规划和设计业务的同时，更为工艺制造领域业务扩展提供了可能，例如针对工艺过程不同层级（过程/工序/工步）不同工艺专业的工艺设计辅助工具集的扩展等，更好地支持工艺的复杂性。

●基于结构化数据组织方式，有效降低了数据冗余，实现了数据源的一致，所有的工艺文件报表均来源为统一的工艺过程结构数据，在减少了重复编辑工作的同时，更为更改关联提供技术和数据支持，减少变更可能出现的错误。

虽然传统的卡片式CAPP有自身的局限，结构化工艺也具备这样那样的优势。但是我们认为并不是所有的企业都适合应用结构化工艺。结构化工艺项目的实施应用通常适用于复杂产品的装配制造业，如整车、动力总成、航空航天等行业。

结构化工艺应用实例

华天软件自2007年革新性的推出结构化工艺解决方案，在公司的战略合作客户中进行推广应用，经过将多年推广、验证与完善，截止目前公司结构化工艺设计解决方案客户已近10家，包括奇瑞、华晨、福迪等。

以奇瑞汽车为例，自09年开始实施应用华天CAPP系统，经过不断地扩展与深化应用，已经形成了成熟的结构化工艺管理平台。结构化工艺设计模式也切实解决了复杂工艺设计与管理中的难题，包括：

支持协同工艺设计：支持奇瑞规划院与乘用车的两级协同工艺设计与管理，针对工艺研发过程以及二级单位之间的数据协同应用提供了完善的解决方案；

提供专业的工艺设计辅助：面向整车冲、焊、涂、总四大工艺提供了的专业的工艺设计辅助功能，并为乘用车公司提供了完善的体系化结构化工艺文件管理方案。

实现工艺的有效复用：结构化工艺设计与管理模式，支持可配置的复杂产品工艺的快速结构快速创建，增加了工艺复用效率，减少了大量数据冗余。

解决多工厂多工艺问题：结构化工艺设计模式配合工艺结构多视图机制，解决了异地工厂多工艺的问题。

解决单车精确工艺输出问题：通过工艺配置功能，有效的解决了单车工艺的快速输出问题；

实现结构化的TS16949解决方案：将结构化的思路延伸至TS16949体系文件，实现TS16949核心文件，过程流程图、PFMEA以及控制计划的结构化设计与管理，确保数据的一致性、准确性与复用。

实现企业制造资源规范管理和制造知识的积累：通过分类管理的基础功能，帮助企业逐步规范制造资源的管理，并实现资源的特性管理，为未来智能化应用以及汇总分析等功能奠定基础；通过知识管理、典型工艺等功能，帮助奇瑞实现制造知识和经验不断积累。

图2结构化工艺基础上三维工艺设计

奇瑞汽车是率先应用结构化工艺设计与管理模式，较全面的印证了结构化工艺解决工艺研发中各种复杂问题的能力。但结构化工艺的魅力不局限于此，在数字化制造不断深入发展的今天，它还有一个非常重要的延伸应用价值，就是三维数字化工艺设计。基于结构化工艺模型机制，有效组织与管理产品三维数模以及三维在制品模型，三维工艺动画，电子化三维作业指导书等。目前通过华天自主SView浏览器的紧密集成国内首创实现了三维工艺设计辅助与可视化管理的整体解决方案，我们期待在不就的将来，华天软件的三维工艺整体解决方案能够为更多的企业创造价值。