CAPP與MES集成必要性

CAPP是連接產品設計與制造的橋梁|,產品的設計信息只有通過工藝設計環節才能用以指導生產。但傳統的CAPP作為工藝人員編制工藝時的輔助工具,屬于制造企業自成體系的一項單元技術

理論需求
CAPP是連接產品設計與制造的橋梁|,產品的設計信息只有通過工藝設計環節才能用以指導生產。但傳統的CAPP作為工藝人員編制工藝時的輔助工具,屬于制造企業自成體系的一項單元技術,被定義為部門級軟件,其數據大多基于工藝文件封裝的概念進行管理,導致在企業信息系統體系內,工藝設計過程與生產、計劃、質量等業務部門脫節,工藝數據相對獨立,難以保證為下游信息系統實時傳遞一致、有效的工藝信息。MES連接企業控制層與計劃層,主要針對車間級的生產作業管理,擁有控制包括物料、設備、人員等在內各種資源的能力,在企業的整個生產經營管理的縱向起著承上啟下的作用。但是隨著產品的多樣化及企業管理的精細化,MES在過程信息的有效挖掘、質量缺陷分析等方而能力不足。


因此,如何在產品“設計——制造”的橫向上有效共享整合工藝、物料狀態、質量等信息,在制造過程的層面上統一業務,將過程管理系統化、平臺化,是具有現實意義的。一方面有助于發揮CAPP在整個成產活動中的信息中樞作用,設計信息可以及時向下傳遞,同時生產反饋信息可以及時向上傳遞,指導T藝設計優化,最終實現工藝部門與制造部門的高效協同工作,縮短產品的整個“設計一制造”周期。 
 

現實需求
壓力容器在日常生活及工業生產中發揮著重要的作用,一方面造福了人類;另一方面,壓力容器在運行過程中一旦失效,發生事故,將會造成災難性后果。而壓力容器的制造質量是保證其運行安全的首要關鍵因素之一。為此我國政府出臺制定了一系列法律法規、國家標準,對壓力容器的制造過程進行嚴格控制。故相較于一般的裝備制造企業,壓力容器制造企業的制造過程管理更具有挑戰性。


壓力容器制造企業,其生產模式多為單件、小批量、多品種、訂單式,屬于典型的離散制造企業,生產柔性較強,制造周期較長,不確定性較多,加上傳統的職能管理模式,導致部門間信息交換不暢,生產過程管理效率較低,合同交貨期較難得到保障。且由于對產品制造質量要求極高,過程控制十分嚴格,生產中會存在大量質量問題。由于企業缺乏對質量問題的深入分析的有效手段,導致重復性質量問題出現率較高,不利于產品質量的保證和持續提高。


為此本文根據某壓力容器制造企業實際情況,有針對性地建立了基于MES與CAPP集成的制造過程管理體系框架,旨在通過CAPP中工藝數據與MES中制造數據的動態集成,提高產品制造過程中部門問信息交換與利用效率,增強企業對在制品的管控能力,同時通過對制造過程中質量缺陷的追蹤溯源,提高企業內MES的過程優化能力及CAPP的工藝優化能力。在提高企業內部門間工作效率、縮短制造周期的同時,通過對現有數據的充分挖掘利用,持續提升壓力容器制造質量。


集成框架
產品的制造過程涉及產品設計、工藝設計、生產計劃制定、零部件加工與裝配、質量計劃、質量控制等諸多職能部門及業務環節,相關信息較為繁多且復雜。工藝設計過程與產品制造過程關聯性較強,通過建立CAPP和MES的集成框架,工藝信息與制造信息可以無縫傳遞與交換,企業可以對產品制造過程中物料、工藝、質量、材料、設備、人員等信息及資源進行實時跟蹤管理,合理調度生產資源,分析工藝執行情況,及時診斷質量缺陷,制定并實施整改措施。 兩系統集成框架如圖所示。 
CAPP/MES基本集成框架  
圖1  CAPP/MES基本集成框架 
 
集成方案
根據前述理論,CAPP/MES系統間的數據共享是實現基丁工藝信息的在制品跟蹤管理與基于過程信息的質量缺陷溯源的基礎。


基于xBOM的系統間數據集成
在制造業中,一般通過BOM(Bill of Material,產品物料清單)來描述組成產品的零部件基本設計信息及之問的裝配關系。BOM是企業進行生產組織的基礎核心數據, 貫穿于產品設計、工藝、制造、計劃、采購等職能部門。故BOM成為系統間集成及模塊問信息傳遞的重要依據。


通常情況下所指的BOM為傳統BOM,也稱狹義BOM,其在功能上僅僅描述了產品中零部件的組成,是設計部門業務輸出的主要體現。基于BOM結構的擴展性,很多學者在制造企業各部門業務流程的基礎上,論述了xBOM的概念。在產品的全生生產周期中,企業內各部門圍繞最終產品,基于各自業務流程設計、使用和管理產品BOM。
 

從廣義的角度,BOM主要存在以下形式:
(1)設計BOM(Engineering BOM,EBOM)在產品設計階段,設計部門的主要工作是根據客戶需求及相關設計準則確定產品結構。EBOM是設計部門從設計完成的圖紙中提取的用來表述產品設計結構的數據。一般包括產品名稱、產品結構、零部件幾何形狀、尺寸、重量、版本信息等設計信息。EBOM一般在設計工作全部結束后匯總得出。


(2)工藝BOM(Proeess Planning BOM,PPBOM)工藝部門根據EBOM及企業實際生產能力,制定EBOM中各種物料的加工、裝配的方法,確定加工設備、工裝輔具等工藝信息有時可能調整EBOM中零部件之間的父子關系,如添加工藝虛擬件等。PPBOM還應包括工藝審核等流程管理信息。最終所有工藝設計完成后,在EBOM的基礎上便形成完整的產品PPBOM。


(3)制造BOM(Manufacturing BOM,MBOM)企業生產部門根據EBOM、PPBOM,添加組織生產所需的靜態數據(如流水號、生產計劃信息、關鍵工序信息等)及實際生產過程中實時采集的動態數據(如工序匯報信息等),在全部生產完成后形成該產品完整的MBOM。


(4)質量BOM(Quality BOM,QBOM)質量管理部門在質量活動中的靜態數據(如零部件的質量要求、質控標準等)及動態數據(如質量檢驗數據等)共同構成了QBOM。


(5)采購BOM(Buying BOM,BBOM)企業采購部門根據MBOM及PPBOM信息所制定的包括產品外購件、外協件和自制件原材料的采購清單,BBOM是組織采購活動的依據。


(6)成本BOM (Cost BOM,CBOM)企業成本核算部門匯總BBOM中的采購成本信息和MBOM中各種類型物料的制造成本信息,以及生產過程中的管理費用、設備折舊費用等企業的附加費用信息,最終形成產品的CBOM。
 

從上述描述中可以看出:(1)在各種形式的BOM中,EBOM和PPBOM凝結了產品設計人員與工藝設計人員的創造性工作,故EBOM與PPBOM屬一于原始BOM,其他BOM都是以此為基礎添加相應環節信息的來的,稱為導出BOM。(2) MBOM是組織管理生產過程的重要BOM,也是QBOM,BBOM,CBOM等的基礎數據。(3)不同于傳統BOM的靜態結構,xBOM是隨著制造過程動態生成的。(4)PPBOM、MBOM、QBOM的生成過程涵蓋企業丁藝設計與生產過程管理環節,三者之間的轉換可以作為CAPP與MES之問的數據紐帶。 
 
 

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