面向汽车电线束制造企业的集成化CAPP系统研究与开发

 汽车电线束素有汽车神经之称，是汽车动力和各种信号分配系统PASDS(Power and Signal Distribution System)的传输载体。就目前的技术水平而言，汽车的功能愈强，其线束的技术含量及复杂程度就愈高。目前有很大一部分线束生产企业仍然由工艺设计人员使用AutoCAD手工作线束图，然后传入车间生产。无疑这样的从规划线束到生产等一系列过程效率低，不易保证质量，难于实现线束设计信息化、工艺过程自动化。面向汽车电线束制造企业的集成化CAPP系统结合工艺知识库将线束的规划、工艺信息的生成与导出、线束生产等融为一体，有效地解决了企业的生产效率低和产品质量不合格等问题。

1 汽车电线束生产企业工艺文件特点

工艺文件类型多样，从文件的性质来看可以分为静态和动态两种类型，其主要来源是已规范的工艺规程和工艺设计手册。对于汽车电线束生产企业而言，静态文件主要由线束生产规范、企业生产规范等组成。动态文件由工艺任务分配卡组成，它是生产前编制的综合详细工艺文件、线束图设计过程中的产物，供生产管理和调度用。大多数工序根据产品特点结合工艺文件严格按顺序进行，少数工序由工人自己灵活决定。各种工序完成后，质量检测人员根据检验卡要求对产品进行合格性检查。这类企业的工艺文件特点是：多类型、文件按接单的产品归档。企业各个部门之间的相互协调和沟通限制在纸质文件方式，严重影响了企业效益的提高，这些主要表现在： 1)根据在AutoCAD上绘制成的线束图形进行手工工艺任务分配卡设计；2)产品数据没有实现共享，工艺专家的经验和知识没有实现积累；3)产品设计过程缺乏管理和控制；4)工艺资源没有实现优化配置。

2 计算机辅助工艺过程设计CAPP系统的功能分析

通过汽车线束制造企业的实际调研和分析，确定汽车线束制造企业的CAPP系统的功能需求应从设计、管理、集成等多方面来解决企业的工艺设计和生产问题。系统的功能流程图如图1所示。

图1 功能流程图
系统的功能主要有以下几个方面：

(1)基于汽车线束产品结构：在企业中，一切生产活动都是围绕产品而展开的。基于线束产品结构进行工艺设计，可以直观、方便、快捷地查找和管理工艺文件，有效地指导车间线束组装生产。

(2)汽车线束工艺设计：这是工艺工作的核心工作，CAPP应高效率、高质量地保证工艺设计的完成，主要包括线束工序流向编制、汽车线束图的绘制、标准工时计算等。 [p]

(3)线束资源的利用：在工艺设计的过程中，需要应用工艺技术支撑数据(线束生产规范、国家／企业技术线束标准)，参考工艺技术基础数据。各个企业的资源是不同的，并且使用资源的方式也是不同的。

(4)线束工艺文件生成：是工艺工作的最后一步。它对线束图材料消耗和工时计算的汇总，并且其中的电线压接数据和单配图是组装达标线束的有效保障。

(5)线束工艺设计管理：这是工艺工作的管理部分，包括线束图版本管理、物料编码管理、线束工艺文件安全管理等，对于企业规范管理有着极为重要的意义。

(6)线束图和工艺文件网络化：局域网中，通过Web方式，依托Http协议将线束图和部分工艺文件在生产车间和仓库终端显示，指导工人生产以及仓库物料的准备。

3 CAPP系统结构组成

  开发汽车线束CAPP系统，是在考虑汽车线束企业本身需求前提下，同时充分考虑设计对象即线束的特点和线束制造企业的实际需要，实用性与先进性并举。

  系统以典型的C／S(Client／Server)结构和B／S(Browse／Server)结构为有效结合。即设计图形和各种线束组成部分如插接件、包覆件等零件图形，工艺信息及基础物料信息等存放在后台数据库，在工艺设计员端进行常规工艺线束图设计，在仓库和车间终端显示工艺文件等信息指导生产。

系统结构如图2所示。

图2 系统结构图
3．1系统管理

   此模块是保障系统在安全可靠环境下运行的关键。具体的工作是：将用户分为设计员、管理员等多种类别，根据权限进行判断和设置系统各种功能使用权，确认线束文档的检入、检出，统一打印输出，工艺文档信息等产品数据的安全。 [p]

3．2图形设计

  该模块是系统核心的组成部分，完成各种车型线束图的绘制任务。通过对主线束的绘制，然后进行包覆件、表面包覆、插接件等必要线束零件设计，产生真实形象线束来指导生产。

3．3工艺信息模块

  根据在系统上绘制的线束图，生成相应的工艺文件并进行必要的管理。它是系统核心的组成部分，包括以excel文件的格式得到生产线束中，所有材料和所需工时的消耗及需要注意的各种线束零件组装顺序和方向。

3．4物料管理模块

  其功能是对生产线束的各种基本物质资料的管理。例如对电线、包覆件、插接件、表面包覆的基本信息进行增加、删除、修改、筛选等功能。

3．5线束图管理模块

   主要实现对线束生产车间、仓库等终端，以Web方式呈现出指导生产和物料管理的相关资料。

4 CAPP系统的关键技术

4．1线束图形数据库的设计

   图形数据库实现对设计的线束图形特征的静态描述，在整个集成化CAPP中起着"承上启下" 的作用，主要包括电线、包覆件、插件等各种线束零件的信息。对设计员及管理员而言，他们能很清晰了解线束材料消耗以及组装时的布局情况。而对于企业管理人员以及组装人员，他们能通过图形信息的载体即工艺信息来指导自己的工作。依据AutoCAD自身数据库特点，提取图形旬柄和自定义图形标记作为识别图形的标志。如图3所示为CAPP系统所作的电线主线束，其中j0、jl、j2、j3、j4表示主线束上的节点号。在图形数据库中应该有这些字段来明确表示它：线束产品图号、节点号、父节点、距离、节点句柄、节点号句柄、距离句柄、线句柄，其中旬柄是AutoCAD记录图形的标志性属性，通过它可以对图形进行修改、删除、移动等操作；线束产品图号表示整张线束图的图号，节点号、父节点、距离表示线束图中节点的特征。总结图3的信息，各种句柄信息由AutoCAD 生成，j0没有父节点，jl的父节点是J0、距离是200单位，j2的父节点是jl、距离是300单位，j3的父节点厨2、距离是400单位。

 
图3 电线主线束
4．2工艺过程的生成

   大多数CAPP系统采用的是一种简单的"线性批处理"过程模型№1，它将整个工艺设计过程按任务内容划分成几个顺序执行的(即线性过程的)子任务，如物料录入、线束零件设计、线束图设计、工艺生成与工艺数据导出等等，子任务之间很少有反馈和迭代，并且每一子任务中的设计分析都是针对线束图设计一次性地(即批处理式)进行。由于这一模式没有反映出工艺过程设计的本质，以此开发的CAPP系统存在许多问题。 [p]

   对于有经验的设计人员来说，设计工艺并不是按照固定的顺序来进行，相反，子任务之间常常并行交叉，是一个反复调整的过程，工艺设计过程表现出并发交叉，是个反复调整的过程，工艺设计过程表现出并发性。例如一般线束的工艺设计是按照线束剥头、铆压、穿插接件、单配、终配顺序进行，对于熟悉的设计人员，可以根据线束图先穿插接件，再进行剥头、铆压、单配等工序。其次，工艺人员进行设计时不是一次性地分析、考虑画线束图的所有步骤，而是首先阅览打印或传真到的线束图样本，确定主要工艺，然后进行零件设计及其他辅助工艺，最后进行整个图形的整体设计。

   这里线束设计采用渐进式模型。从分析线束零件信息入手，先建立工艺过程原形，即首先建立物料信息、线束零件信息及其图形，通过工艺规则来进行线束图形设计，从而渐进地完成整个零件的工艺规程设计。

4．3工艺过程的输出及与Web信息系统的集成

(1)工艺数据库。工艺数据库是存放系统所生成的工艺设计结果的数据库，包括工艺过程表、材料清单表和总工艺卡表。系统将工艺数据库存放在服务器上，为局域网上的工作站点所共享P1，用户可在各种运行线束CAPP系统的工作站点通过网络，随时调用查询并可输出线束零件信息、线束图信息和材料清单。

(2)与Web Server的集成。通过Web Server存放线束图、工艺数据，与线束设计系统的服务器共享资源。但是不同点是它主要面向线束生产企业的工厂和仓库等部门而设计，为其提供必要的信息以保障线束一线生产和线束物料管理的效率。

5 系统实现

5．1系统技术平台选择

   系统开发环境的选择不仅要考虑系统开发的需求，而且还要考虑企业的经济条件和实际运行环境。根据汽车线束制造企业自身的特点及对工艺信息保密性的要求程度，本系统以AutoCAD 2006为二次开发平台，结合C／S和B／S的混合模式的特点，采用ObjectARX2006降1在Visual C++．Net环境下开发。CAPP系统客户机平台采用Windows XP Professional，服务器采用Windows 2000 Server。在CAPP系统中存在大量的工艺数据和图形文件，这些文件在网络用户之间相互传阅，对网络性能提出了较高的要求，因而要求大容量数据库和硬盘空间的支持。

5．2数据库设计和访问

  数据库设计中由于工艺规程涉及到的关系多，需要建立ER图，在数据处理上必须保证数据的一致性和完整性，必须对表进行合理的约束设置。为了实现 CAPP系统对数据库数据的访问，采用OLEDB技术。系统为基础物料信息、线束分装工艺卡片、线束系统管理、线束图形、工艺文件分别建立了数据库。

6 系统应用

  系统在湖北某线束厂进行了应用，效果良好。该厂属中型线束及汽车配件生产厂，拥有工艺技术部、零件设计部、质量检测部、资料部、网络中心、生产车间、仓库等部门。将系统的数据库部署在网络中心，C／S与B／S模块部署在工艺技术部和零件设计部，B／S模块部署在生产车间，C／S模块部署在仓库。工艺技术部利用系统设计和线束图和工艺，获取工艺信息；零件设计部利用系统设计线束图中的零件，供工艺技术部使用；生产车间利用浏览器观察工艺技术部设计的线束图和工艺数据，指导生产；仓库利用系统观察工艺数据，进行线束物料的准备。经过多月的使用，该厂的工艺设计效率大大提高，由原来的73％提高到 93％，产品不合格率也由原来的19％降至6％。最重要的是，该厂的线束生产周期缩短为原来的213，极大地提了企业接单效率和对外竞争力。

7 结语

   通过对线束企业的实际调研，总结出汽车线束制造企业工艺文件的特点，对汽车线束制造企业的CAPP系统进行了功能分析，设计出符合这些企业的 CAPP系统的总体结构和功能模块，研究和探讨了CAPP系统各功能模块的设计和实现。系统在某线束制造有限责任公司得到了实际应用，并取得了很好的应用效果。实践证明，对汽车线束制造企业的线束工艺设计和生产具有重要的作用