□ 杨志刚 □ 蔡 权 □ 孙 丽

大连交通大学 机械工程学院 辽宁大连 116028

工艺行程（Routings）又称工艺路线，是描述物料加工、零部件装配的操作顺序以及位置的技术文件。工艺行程宏观地描述产品或物料的制造过程，是进行生产作业计划和管理的重要依据。工艺行程不详细说明加工技术条件和操作要求，主要说明加工装配过程中的工序顺序和经过的工作中心等计划信息。因此，工艺行程是一种计划管理文件而不是加工工艺文件，贯穿产品从准备生产到完成生产的整个生命周期［1］。科学的工艺行程管理，对企业在实际生产过程中保证产品质量、保障企业生产资源的合理利用、提高生产管理水平和劳动生产率、促进企业实现效益最大化发挥着重要的作用。

在制造企业中，一般由工艺部门根据产品设计BOM（Engineering BOM,EBOM）［2］进行工艺行程设计，并分发到生产计划部门和产品制造涉及的工作中心。设计过程包括设计、校对、审批，当生产资源发生变化、产品设计发生变更时，需要对工艺行程进行变更。因此，应用计算机辅助工艺行程的设计与管理包括两个方面的内容：其一，技术层面的辅助设计；其二，管理层面的设计过程管理、变更管理、文件分发与归档等文件管理。

同任何活动的管理一样，工艺行程的设计与管理需要划分出工作单元，以便于合理地分配资源，更好地管理和控制。工艺行程设计与管理工作单元可以有三种划分方式：①将完整产品作为工作单元；②将产品的每个零件作为工作单元；③将部件或具有装配关系的一组零件（即零件集）作为工作单元。显然，针对包含成千上万个零部件的大型复杂产品，第一、二种方式的划分要么过粗，要么过细，不仅制约工作效率，延长生产准备周期，而且不利于并行工程（Concurrent Engineering,CE）的开展，与企业实际的工作方式也不相符。事实上，第一、二种方式是第三种方式的特例，按第三种方式定义工作单元不仅具有普适性，而且可以根据实际需求灵活地组织工艺行程设计与管理活动。鉴于此，本文提出行程单元概念，以此为基础，提出基于行程单元的计算机辅助工艺行程设计与管理方法。

1 行程单元定义与信息模型

定义 1：行程单元 （Routing Unit）。

行程单元定义为一个三元组 （U，C，A）。U为单元的属性集，包括单元标识、名称、版本、定义者、创建日期、更新日期等，其中，版本属性用于支持单元的变更管理。C为产品设计子BOM，是具有装配关系的零部件集合，对图1示例的产品BOM，可定义m部件的零件集合为三元组的C元，C表示 为 C=｛m，a，b，c，c1，c2，d，d1，d2｝。 A 为活动集，描述该单元所涉及的设计与管理活动承担者、活动状态与反馈信息，A=｛m，s，i｝，其中，m 为活动承担者，s为活动状态集｛未送校、送校、退校、送审、退审、送批、退批｝，i表示反馈信息，描述活动处于退回状态时退回的反馈意见。

行程单元定义描述了行程设计或管理活动单元的活动内容、活动对象、活动范围、活动资源配置和活动状态。

定义 2：行程单 （Routing Order）。

行程单是针对某行程单元设计的工艺行程文件，包含行程单元中每个零部件的工艺行程及文件签署信息。行程单与行程单元对应，是行程单元行程设计与管理活动流程的信息载体，它描述了行程设计或管理活动的输出。

根据前述的定义，行程单元与行程单的E-R（实体-关系）［3］模型如图2中的虚线框内所示。

▲图1 产品BOM结构示例

2 基于行程单元的工艺行程设计与管理流程

如图3所示，基于行程单元的工艺行程设计与管理流程，以行程单元为工作单元进行工艺行程的设计与管理。首先根据设计BOM选择某个部件或零件集定义行程单元，指派给设计师进行行程设计，之后进行校对、审核、审批。活动由行程单元定义、设计、校对、审核和审批角色执行，每个角色可由不同数量的人员承担。流程中退回过程采用逐级回退方式，即审批退回到审核，审核退回到校对，校对退回到设计。

3 基于行程单元的行程设计任务分派方法

前述流程中，涉及到行程设计、校对、审核、审批活动，活动任务由具有特定角色的某个人员执行。由于同一角色往往有多个人员，在应用计算机辅助行程设计与管理活动中，需要用一种分配方法分配给特定角色的操作用户执行。针对某一活动，可以采用指派或抢选法［4］。一般行程设计需要工艺人员专门的设计知识、能力与经验。行程的校对是按照校对标准对工艺师设计的工艺行程在格式、文字、标准、符号惯例以及内容完整性等方面进行查对，主要是查对是否有遗漏、是否符合标准和规范。审核、审批往往由资深的工艺师或部门领导负责。根据指派与抢选法的特点，行程设计任务的分派适合采用指派法，校对、审核、审批则采用抢选法比较适宜。因此，综合应用指派、抢选方法进行设计任务分派，适宜于大多数企业的组织结构和人员配置。方法思想是：行程单元定义者定义完成行程单元后，在设计师角色人员名单中选择指派设计任务。设计师完成设计后的校对、审核、审批活动，不指派特定人员，由相应角色的人员抢选任务，完成活动任务。

方法的实现基于图2中的“活动”信息实体，指派法的实现比较简单，只要在设计师角色人员列表中选择某个设计师，置设计者ID（编号）即可。抢选法以“活动”表作为任务池［4］，由校对、审核、审批人员从任务池中抢选任务进行相应的操作。为避免抢选冲突，采用文献［4］中提出的抢选规则进行约束。对于退校、退审、退批形成的二次活动任务，采取谁做谁承担的方式，即原始是谁执行的任务，退回到由谁再次完成。

▲图2 行程单元与行程单信息模型

▲图3 基于行程单元的工艺行程设计与管理流程

4 基于行程单元的计算机辅助工艺行程设计与管理系统实现

某大型机车生产制造企业主要制造大型内燃机车和货运电力机车，工艺部负责工艺行程的设计与管理，过去设计完成的工艺行程为纸质文件，设计完成后下发到各单位执行，当设计发生变更或生产作业计划有变更需求时，工艺部组织对原工艺行程进行变更，以变更通知单发放到使用单位执行变更。针对该企业工艺行程设计、管理与使用中的诸多问题［5］,采用了面向企业内部网（Intranet）的网上设计、管理、发放工艺行程的解决方案，方案以行程单元为活动管理单元，设计实现了一个Web计算机辅助工艺行程设计与管理系统。系统采用B/S结构，TOMCAT为中间件，使用Oracle数据库存储与管理数据，以J2EE技术进行开发。系统功能结构如图4所示。

4.1 用户、角色与组织管理

网上工艺行程设计与管理模式涉及两类用户，一类是工艺行程设计、管理用户；一类是使用工艺行程的生产管理与制造部门用户。设计管理类用户负责设计、校对、审核、审批、发布工艺行程；工艺行程使用用户通过网络查询下载发布的工艺行程。系统设计将各类用户分类为不同的角色，对每个角色赋予相应的权限。系统设置组织管理模块，实现按层次结构维护企业的组织架构，通过用户所属的组织，管理工艺行程的发放。设置角色管理模块，对角色及操作权限进行维护管理，设置用户管理模块维护管理登录用户，对登录用户通过所属角色、所属组织鉴权赋予功能使用权限和数据访问权限。

4.2 BOM维护管理

▲图4 计算机辅助工艺行程设计与管理系统功能结构

如图3所示，行程单元定义的基础是产品的设计BOM。根据前述行程单元的定义，行程单元的定义操作过程即是针对整个产品设计BOM，选择确定某个子BOM作为行程单元，以约定特定的一次行程设计或管理活动的对象。因此，需要对产品设计BOM进行处理，映射成便于操作的对象。映射处理过程将CAD系统的装配图零件信息表构建成XML文件，并基于XML文件获得产品 BOM信息［6］。 为采用树形结构描述BOM项之间的装配关系，设置是否叶节点属性（见图2，是叶节点，值为1，否则为0）用以描述BOM项是否为BOM树的叶节点，设置父件BOM_ID属性（见图2，值为父节点的BOM_ID）用以描述BOM项所属的父节点。根据这两个字段，采用目录树构建方法［7］生成 BOM结构树,如图 5所示。基于BOM结构树，浏览选择BOM项，实现对BOM项数据的查询、修改、删除等维护操作。

4.3 行程单元定义的实现

产品结构树图形化描述了产品的构成和装配关系。结构树中有两类BOM项，一类是含有子节点的部件，可含有多级子节点（子部件）和叶节点（零件）；一类是叶节点（零件），叶节点依存于部件节点。因此，行程单元定义可采用选择部件节点的方式进行实现，实现步骤如下。

步骤1：选择产品，列示所有部件节点（叶节点属性值为0的BOM项）。

步骤2：在列表中选择某部件，列示该部件的所有子部件及零件。

步骤3：勾选其中的BOM项作为零件集。步骤4：初始化行程单元头及明细信息。

▲图5 BOM结构树

▲图6 工艺行程设计页面

步骤5：显示设计师角色列表，分派设计任务。

步骤6：初始化“活动”表（见图2）信息。

4.4 工艺行程设计与变更实现技术

应用单位的需求，零件的工艺行程采用代号字符串描述法。工艺行程中的工作中心和加工工序用代号表示，代号之间用“-”连接，形成一个表示零件加工工序和对应工作中心的字符串。例如，某零件需经过下料（代号：X）、热处理（代号：R）、机械加工（代号:J），工作中心经过下料车间（代号：下）、热处理车间（代号：热）、机械加工车间（代号：机）。代号字符串为“下X-热R-机 J”。

行程设计采用基于实例的生成方法。设实例库，其实体模型如图2所示，示例某企业的产品BOM中，零部件编码作为零部件唯一标识，将其作为主键进行零件工艺行程实例的检索和记录。基于实例的行程单元工艺行程生成步骤与方法如下。

（1）根据登录人员的ID,检索“活动”表，列示所有行程单元。

（2）选择行程单元，检索列示行程单元所有零件信息。

（3）针对每一零件，以零部件编码检索实例库，如实例存在，列示检索的工艺行程，如实例不存在，工艺行程置为空。

（4）编辑修改单元每个零件的工艺行程，形成行程单。

（5）提交行程单进行校对、审核、审批。

（6）审批通过，针对行程单元的每个零件，更新工艺行程实例。

工艺行程设计界面如图6所示。

工艺行程的变更有两类，一类是单元零件集不变，即产品设计EBOM不变，单纯变更工艺行程。这种情况往往由生产过程中工序顺序调整或工作中心变更需求导致。另一类变更是单元零件集变更，即产品设计变更，有3种：①裁减去掉一个或多个零部件；②新增一个或多个零部件；③一个或多个零部件属性（如材料、规格、数量等）变化。变更通过引入行程单元版本及行程单版本实现。

单纯变更工艺行程的实现步骤与方法如下。

（1）选择待变更的行程单元对应的行程单。

（2）初始化“活动”表，行程单版本加1，初始化行程单信息，设计任务分配给上个版本的设计人员。

（3）设计人员登录系统，设计新版行程单，由于设计采用基于实例的方法，可检索出上个版本的行程单进行编辑修改，形成新的设计。

行程单元零件集变更的实现步骤与方法如下。

（1）根据EBOM变更，更新系统中的BOM结构树。

（2）选择待变更的行程单元，更新单元零件集，置单元版本加1，初始化“活动”表（对应行程单版本缺省为0）、行程单头、行程单明细和工艺行程设计师。

（3）设计人员登录系统设计新版行程单元的行程单。

5 结束语

本文针对制造企业的工艺行程设计与管理，提出了基于行程单元组织设计与管理活动的思想，给出了行程单元与行程单的概念与模型，以此为基础，提出了基于行程单元的计算机辅助工艺行程设计与管理流程，给出了设计任务的指派与抢选综合分派方法。结合某企业的需求，开发实现了一个基于行程单元的计算机辅助工艺行程设计与管理系统，介绍了实现方法和技术。所开发的系统，基于企业内部网络，实现了数字化的网上工艺行程设计与管理，取得了良好的应用效果，实际应用验证了本文提出的理论和实现方法的可用性和可实施性。

［1］ 王秀伦.现代工艺管理技术［M］.北京：中国铁道出版社，2004.

［2］ 黄学文,范玉顺.BOM多视图和视图之间映射模型的研究［J］.机械工程学报,2005,41（4）:97-102.

［3］ Jeffrey L Whitten,Lonnie D Bentley.Systems Analysis and Design Method［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［4］ 杨志刚，李兵华，邓贵仕.基于Web的工艺设计任务分派与管理研究［J］.机械制造，2004，42（12）：59-61.

［5］ 郭凯江.基于BOM的工艺行程管理系统研究与应用［D］.大连：大连交通大学，2012.

［6］ 田禄俊，王仲奇，张慧娜，等.基于XML的BOM多视图映射方法研究［J］.科学技术与工程，2006，6（7）：829-832.

［7］ 张玉芳,胡向前,熊忠阳.在JSP中使用递归算法生成目录树［J］.计算机工程与设计，2005（1）:44-46.