GS-CAPP系统在电子行业的应用

 

吕强 王炜迪 杨平芳 谈冶梁   中国电子科技集团公司第三十六研究所

 

一.  前言

中国电子科技集团公司第三十六研究所是一家专业从事电子产品研究、设计和制造的综合性研究所，专业范围不仅涉及到电子电路专业，而且还涉及到机械制造与加工专业。

我所的机械制造工艺设计是连接机械设计和制造的桥梁。通过工艺设计把设计设想转化为一个个工艺流程，以便安排、组织生产，指导工人操作。工艺文件是反映机械工艺师对产品制造认识的具体表现，工艺师通过工艺文件输出，把制造思想传递并贯彻到整个加工制造过程中。完整的工艺文件包含了大量与工艺流程、加工方法、设备、工装夹具、材料定额、工时定额、检验以及产品有关的信息。

计算机辅助工艺规划（简称CAPP）技术是我所在计算机辅助设计（简称CAD）技术得到普及应用后，新引进的、重点解决工艺设计“瓶颈”问题的一种新技术。它的应用降低我所工艺设计人员的劳动强度、提高工艺设计效率、规范工艺设计思想、实现工艺资源和数据共享，为我所整合企业资源、重组业务流程、提高设计质量创造了良好、互动的基础技术平台。

二.     CAPP应用的前提和相应的技术准备

我所机械工艺研究室在引进CAPP技术前，工艺设计工作按照单人或数人负责一个产品或系统的工作方式，通过手工或采用计算机文字处理软件，进行工艺设计和编制工艺文件，所形成的技术文件基本上为纸质或电子文档的形式保存在技术档案室或分散保存在个人计算机中，给技术管理工作和资源的重复使用带来一系列问题。这些问题主要反映在以下几个方面：

1.       工艺文件中大量信息不能加以有效利用。例如，无法进行材料定额、工时定额明细和汇总表的自动统计；

2.       工艺文件本身不能实现及时有效的共享。以文件夹实现共享的方式，有很多局限性。首先，不能保证每个人都能及时将全部文件实现共享，其次，不能进行方便有效的查询。

3.       由于信息不通畅，对同一种类型的零件可能会采用不同的工艺设计，或相同的工序内容采用不同的表述方法；

4.       工艺设计文件存放在个人计算机上，文件得不到安全有效的管理，一旦计算机硬盘出现故障，或人员发生变动等情况，将很可能造成工艺设计文件全部丢失的严重后果；

5.       计划人员不能及时了解到工艺设计工作按计划执行的情况。

为了解决上述问题，根据我所信息化技术应用和管理的要求，迫切需要建立一个以数据库为操作后台，能够实现工艺数据共享的工艺设计软件平台。2001年，我所以信息中心和机械工艺研究室为主的CAPP技术调研小组，对包括杭州浙大大天信息有限公司在内的几家国内有知名度的CAPP软件进行技术调研。通过对软件功能、使用方便性、用户使用情况、供应商售后服务情况、商品价位等诸多方面的综合对比，认为杭州浙大大天信息有限公司开发的GS-CAPP2002综合式工艺设计与管理系统比较满足和适合我所的工艺设计与管理的需要。

引进CAPP技术与引进CAD技术不同，技术环境除需要计算机以及相应打印设备外，还要进行工艺资源（数据）的准备，以便在引进后对CAPP系统进行适应性改造，形成具有用户特色的CAPP系统。同时，对计算机运行环境还需要建立以Server/Client构架的局域网和数据库管理环境。

三.  GS-CAPP系统的主要功能

1.        结构和界面

图 1

GS-CAPP系统分为服务器系统和客户端系统，服务器系统主要是维护SQL-Server数据库及网络通讯，客户端系统是采用数据库开发软件编写的，提供用户进行操作。系统采用浮动的License控制用户节点数，用户在输入用户名和密码登入后，在如图1所示的共同界面下进行操作。左边是产品结构树窗口，右边是工艺设计窗口。设计窗口采用多窗口技术，用户可以打开任意多个工艺文件进行设计、修改和保存。所有的工艺设计文件通过客户端软件设计完成后，都以记录的形式自动保存到服务器上的电子仓库中。在数据安全性方面，服务器电子仓库中的全部数据通过每天、每周、每月定时进行自动备份，一旦出现意想不到的情况，可以进行及时恢复，减少损失。与设计所有者相关的数据是通过所有者权限和授权的管理来保证，未经授权的非所有者只能进行浏览，不能对工艺文件、数据进行修改、保存、打印或删除文件的操作。权限和授权由系统维护员在GS-CAPP系统的用户安全管理模块中进行管理。

考虑到在使用GS-CAPP系统以前，已经有成千上万使用计算机文字处理软件设计的工艺文件，靠人工方式将这些工艺文件重新输入到

图2

GS-CAPP数据库中，有极大的工作量。为此，我们利用GS-CAPP系统的工艺文件（电子）格式转换工具，将多种格式、多个文件的工艺文件（电子文档）中的数据一次性逐一提取出来，自动以批处理的方式存放到指定的数据库中，使用非常方便，如图2所示。利用这个工具我们已经将十几个单机、几百个工艺设计文件转换到GS-CAPP数据库中。

2.        基于产品树的工艺设计和管理

图 3

在GS-CAPP系统中，产品树不仅反映了零部件之间的装配关系，而且还描述了构成产品零部件的主要属性，包括产品代号、产品名称、零件名称、零件图号、材料牌号、数量和零件类型等。在GS-CAPP系统中，工艺设计是在产品树中找到该零部件的位置后，按右键，并选择新建工艺，再选择工艺卡，最后选择一种具体的工艺文件格式进行设计，如图3所示。设计完成后，该零部件的节点上会增加一个“+”，表示该零部件已经经过工艺设计。在一个零部件上，相同类型的工艺文件可以建多个，分别用1、2、3¼数字进行版本标识。

在进行工艺设计前，首先要建产品结构树。建立产品结构树有两种方式，一种是手工建立，在产品树维护窗口中，将零部件的属性逐一输入。另一种自动建立，利用CAD软件、档案管理软件或PDM软件的输出文件，通过转换工具自动在GS-CAPP系统中形成产品结构树。

所有的零件在数据库中是以图号进行唯一性标识的，因此，产品结构树中的零件的图号要求是唯一的。在用手工建立时，当输入同图号零部件时，会提示已经有同图号零部件存在，并要求输入其他零部件，在自动建立时，遇到同图号零部件，自动将重复的零部件作为借用件处理。

工艺卡有工艺过程卡、装配工艺卡片等9种卡片，主要用于零部件的工艺设计；管理文件有工艺文件明细表、工时定额明细表、材料消耗工艺定额明细表等8种卡片，主要用于单机级、整件级的统计管理。

新建工艺文件时有图4所示四种设计方式：（1）基于产品树检索即在产品树中移用类似工艺；（2）基于典型工艺检索即在典型工艺中移用类似工艺；（3）基于零部件名称检索如图5所示，图中以“盒体”名称命名的零部件代号都已经列在上面，任选其一后，按浏览键，就

图 5

图 4

可查看该零件的工艺文件，按确定键，即移用该零件的工艺文件；（4）交互式即不移用其他工艺，重新进行设计。

图 6

采用移用的设计方式，只需对要修改的内容作必要的修改，零部件名称、图号、所属产品代号等内容不需要修改，系统会根据当前零部件的属性自动进行调整。在新设计工艺时，零部件的属性也会自动填写到文件中，而工序名称、工序内容、设备、工装夹具等内容可以在资源库中进行选择，软件自动将所选的内容填写到工艺文件中，如图6所示。资源库中的内容由工艺人员归纳总结后，由系统维护人员进行维护。

3.        工艺查询

保存在GS-CAPP数据库的工艺文件可以用各种方法进行工艺文件的查询。在如图7所示的查询窗口中，设置了卡片类型、人员、产品名称、产品代号、零部件名称、零部件代号、设计日期、工艺属性条件等5个大类查询条件。

图 7

通过对查询条件的设置，可以方便地检索到某个产品代号（单机工号）下的全部工艺文件，可以检索到某个工艺师设计的全部工艺文件，也可以检索到某一段日期内设计的工艺文件等等。由于工艺文件的内容是以数据库记录的形式保存的，因此，工艺文件中全部字段的内容都可以作为查询的条件。例如，要查找零件名称是“衬垫” 、材料牌号为“导热绝缘橡胶板”的工艺过程卡，按查询后就检索出能同时满足上述两个条件的工艺文件。由于在数据库中只有零部件代号是唯一的，所以只要知道零部件代号，就能准确查到这个零部件下的工艺文件。在查询窗口的右下角，可以对检索结果目录中的卡片进行打开、删除、预览、授权、查看权限等操作。

4.     自动统计

工艺文件内容保存到数据库中，除了查询方便外，另一大优势就是进行各种工艺数据的自动统计，生成各种明细表和汇总表。在使用自动统计功能前，首先要为每一个统计表制定一个对应的管理规则文件，在这个管理规则文件中指定对哪些工艺文件的哪些内容进行怎么样的统计。例如，材料消耗工艺定额明细表管理规则文件中指定对工艺过程卡中的图号、名

图8

称、材料名称及牌号、下料尺寸等字段进行统计，通过直接查询、间接查询、数据分割、过滤、数值累计、删除冗余、数值保留（或保留原有设置）和排序规则等八类数据统计处理的方式，得到了的材料消耗工艺定额明细表的管理规则文件。通过自动统计得到的如图8所示的材料消耗工艺定额明细表可以提供给物资部门进行下料。同样，通过自动统计工时定额明细表和工时定额汇总表可以提供给核价部门使用。有了这些自动统计功能，工作效率得到了极大提高。

5.     工艺资源管理

图10

图9

工艺资源是成功设计工艺文件必备的条件之一。在CAPP技术应用中，成熟而完备的工艺资源将直接影响CAPP技术实施的效果和工艺设计人员对该项技术接受的程度。我所在引进GS-CAPP系统前，针对我所制造环节上的实际情况，将现有的机床、刀具、量具、工装等等与制造有关的设备进行整理，形成文本文件，在实施GS-CAPP系统时，以批处理的方式一次性输入到GS-CAPP系统的资源管理器中，如图9所示。

典型工艺和典型零部件的应用，是提高工艺设计速度和维护工艺设计质量的手段之一。我所的产品结构上有许多相同类型的机构，工艺路线和工艺方法类似。建立如图10所示的典型零部件体系不仅规范产品设计，而且会减少工艺设计的失误。GS-CAPP系统的典型零部件管理模块从编码范畴的角度对工艺进行规范，使其包含零部件自身的设计信息、工艺信息、工艺文件、工艺附图。

图11

典型工艺和典型工序是一个企业的技术关键，是经过多年或数人智慧的结晶。我所有许多典型工艺文件和典型工序，在产品制造过程中得到运用。但是，这些经典工艺随着工艺设计师和技工的退休，逐步失传。通过应用CAPP技术，我们将涉及到我所产品制造、设备维修、检验技术、试验调试等等经典工艺进行总结和归类，在工艺资源库中建立典型工艺和典型工序库，使这些资源在日常工作中得到运用和修正，如图11所示。

四.  应用效果

自2002年下半年开始实施CAPP技术后，我所现有的工艺人员均采用GS-CAPP系统设计和编制工艺文件，工艺文件计算机出图率达100%。工艺数据，如工装（含刀具、量具等）、工艺定额（含材料、工时）等等，统计完全采用计算机自动统计，同时，还通过GS-CAPP系统进行工艺路线调配。

GS-CAPP系统除完成工艺设计外，通过专项接口与我所使用的三维设计软件和PDM系统相连，直接从三维设计软件中提取产品设计数据和图形，并把工艺数据输入到PDM系统中去，由PDM系统对工艺文件进行管理。

五.  结束语

目前商品化的CAPP系统，主要有基于文件和基于数据库这两种类型，基于数据库类型的CAPP在查询和自动统计这两方面比基于文件类型的CAPP有不可比拟的优越性，对提高工作效率起到了关键性的作用。同时，基于数据库类型的CAPP系统可与PDM和ERP系统共享同一数据库，系统之间的接口更加容易实现，从而达到数据流的无缝对流。

GS-CAPP系统从5.0版本以后，利用GS-ZDDS二维参数化设计和绘图系统（大天产品）的核心技术，增加了所见即所得的功能，用户可以直接在自己定制好的工艺文件格式的界面上进行工艺设计，改变了以前只能采用统一固定表格形式进行设计输入的方式，符合了人性化设计的要求。这一改变使GS-CAPP系统具备了前台是文件，后台是数据库，具有广阔应用前景的CAPP系统。SPAN lang=EN-US>CAPP技术，我们将涉及到我所产品制造、设备维修、检验技术、试验调试等等经典工艺进行总结和归类，在工艺资源库中建立典型工艺和典型工序库，使这些资源在日常工作中得到运用和修正，如图11所示。

四.  应用效果

自2002年下半年开始实施CAPP技术后，我所现有的工艺人员均采用GS-CAPP系统设计和编制工艺文件，工艺文件计算机出图率达100%。工艺数据，如工装（含刀具、量具等）、工艺定额（含材料、工时）等等，统计完全采用计算机自动统计，同时，还通过GS-CAPP系统进行工艺路线调配。

GS-CAPP系统除完成工艺设计外，通过专项接口与我所使用的三维设计软件和PDM系统相连，直接从三维设计软件中提取产品设计数据和图形，并把工艺数据输入到PDM系统中去，由PDM系统对工艺文件进行管理。

五.  结束语

目前商品化的CAPP系统，主要有基于文件和基于数据库这两种类型，基于数据库类型的CAPP在查询和自动统计这两方面比基于文件类型的CAPP有不可比拟的优越性，对提高工作效率起到了关键性的作用。同时，基于数据库类型的CAPP系统可与PDM和ERP系统共享同一数据库，系统之间的接口更加容易实现，从而达到数据流的无缝对流。

GS-CAPP系统从5.0版本以后，利用GS-ZDDS二维参数化设计和绘图系统（大天产品）的核心技术，增加了所见即所得的功能，用户可以直接在自己定制好的工艺文件格式的界面上进行工艺设计，改变了以前只能采用统一固定表格形式进行设计输入的方式，符合了人性化设计的要求。这一改变使GS-CAPP系统具备了前台是文件，后台是数据库，具有广阔应用前景的CAPP系统。