关键词：工艺标准化；CAPP；应用
中图分类号：TH162文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）20-0032-02
工艺标准化，顾名思义就是运用标准化的理论和方法，对产品制造工艺过程中所用的材料、加工装配工艺、工艺装备、工艺要素以及工艺文件等所有与工艺过程有关的要素所进行的技术和管理活动。一般来说，企业工艺标准化在工艺文件、工艺装备方面比较容易开展，但对工艺参数标准化、工艺余量标准化以及加工和装配工艺方面的标准化开展则较为困难。由于工艺受设备、加工条件和人员等多种因素的影响，尤其是工艺设计传统上主要依赖工艺人员的经验，工艺人员的水平和习惯不同，造成设计的工艺在工艺装备、工艺方法选择方面不同，使工艺存在多样性。导致工艺装备品种规格繁多，生产管理变复杂，工人的操作无法规范统一。同时也影响产品的质量，难以保证产品质量的一致性。
随着信息化的发展，企业的工艺设计工作采用了CAPP计算机辅助工艺设计软件，这为开展工艺标准化工作提供了有效的共享平台。
应用CAPP工艺辅助设计软件，不能仅满足进行工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制。而应从有效地提高工艺设计的效率和标准化水平出发，在CAPP中应用标准化。根据企业工艺实践，将经验和工艺知识进行总结优化，形成一定的规则或标准。另外应将同类工序或同类工序操作中的有关工艺要素制定成标准或规范，满足不同加工对象在类似工序中的重复使用，以简化工艺文件的编制和生产现场管理，便于操作人员掌握工艺技术。在多品种生产中，更多的应用工艺典型化、工序标准化，提高工艺的标准化水平，使CAPP系统实现有限智能，减少工艺多样性。
1在CAPP中应用标准化的必要性
由于工艺规程等工艺文件是一切生产准备工作、生产计划和调度、成本计划和核算等的依据和原始资料，是生产作业的法规，工艺设计的质量直接对零件的成本、物耗、质量、产量等产生影响，它是工厂生产的一项十分重要的工作。在企业中工艺规程设计目前都是采用CAPP系统，但CAPP系统在引进企业前，是一种商业性的系统设计软件，它的服务对象不是一个具体的生产厂家，而是各种不同类型的行业。从这一点来看，我们在引进CAPP技术之初，就应当基于企业的特点进行CAPP应用软件的二次开发，而这恰恰是CAPP应用标准化手段的开始。
从本企业的CAPP应用看，应用水平还偏浅，深度不够，还不能有效地挖掘利用企业以往的设计经验、知识和资源，解决企业工艺知识的积累、优化的问题，与当初引进设想的初衷相去甚远。
作为一种能够适合企业应用的CAPP软件，不仅要方便工艺人员进行工艺设计，而且要为企业其它信息化系统读取，可与ERP和CAM集成。因此要求该系统数据必须符合标准化与规范化的要求。要达到这种要求，首先是工艺设计文件格式等必须符合相应的标准，其次是工艺数据及编码等必须按统一的标准，第三是技术文件上出现编号、书写必须和产品设计统一，保证唯一性。一般体现在以下几个方面：
①工艺路线信息。
②工艺规程。工艺规程不但是工人操作的依据，而且与计算工时定额、工序成本与材料定额有密切关系。在运行ERP时同样也是安排车间、班组（单元、机床）作业计划的依据，也是数控编程NCP必须信息，所以工艺规程信息必须标准化和信息数据化，包括工序顺序、加工方法选择标准；装夹方法及工艺装备的选择标准；加工精度的选择标准；加工余量选择标准；刀具、量具的选择标准；切削用量的选择标准。只有规范化、标准化的工艺信息才能有利于与ERP和CAM集成。
③材料定额。这是加工前下料的必须数据，也是ERP产品原材料需求计划的基础数据。
④工时定额。工时定额是按每道工序制订的，是制订各级生产计划也是运行ERP的基础数据。
⑤工艺信息代码化与代码的规范化、标准化。工艺信息代码包括：工艺路线代码、设备代码、工装代码、工序代码、工艺规程代码、零件加工分类代码、材料代码等。
⑥工艺文件格式及种类的规范化、标准化。企业信息化后，对原来传统手工作业条件下工艺文件格式及种类必须做相应调整、修改。由于企业信息化实现了数据共享，除了与生产工人直接见面工艺文件保留纸质文件外，其他部门不再要纸质各种汇总表、只要提供计算机内的信息与数据。
由此可以看出，在引进CAPP系统之初的开发过程中，需要规范大量的各种不同类型的工艺数据，最终才能形成CAPP系统的支撑性文件之一——工艺资源数据库。如果没有工艺资源库的支撑，CAPP是无法使用的。在CAPP系统进行企业化取舍过程中，应用标准化是十分必要的，没有标准化人员的介入，是不可能做好这项工作的。
2CAPP应用中的标准化
在CAPP应用标准化的实践中，结合标准化特有的简化、统一化、整理化、典型化、系列化、组合化等方法。对CAPP应用当中出现的不同事物与对象开展标准化工作，使CAPP系统更具科学性与合理性，更好地服务于工艺设计工作。本企业所作的标准化工作内容主要有以下4个方面。
2.1工艺模板的定置与更新
关键词：倒置A/A/O工艺，一级A排放标准，BioWin工艺模型，生物智能优化控制系统，节能降耗
苏州市中心城区福星污水处理厂一期规模8万m3/d，于2002年12月31日建成投运，采用交替式一体化工艺，执行GB8978-1996二级排放标准（见表1）[1]。为了有效控制太湖流域水环境的藻类繁殖，改善区域内河和太湖流域的水环境状况，需削减排入太湖的有机污染物和营养盐负荷。福星污水厂需严格执行《太湖流域城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》DB32/1072-2007标准，出水排放要求达到一级A标准，尤其对TN和TP排放有了明确的限制。
福星污水厂一期工程交替式反应池设计时并不具备较好的脱氮除磷功能，同时一期工程采用表曝模式运行，浮渣飞沫比较严重，因考虑地处苏州市中心需进行加盖除臭工程，一期工程交替式反应池必须先改造成底部曝气模式，但4m有效水深采用底部曝气充氧效率较低，改造后的优势并不明显。另外，一期工程建成至今已经近10年，设备设施老化现象严重、故障率较高，直接加盖后维修保养困难，因而建议拆除现有一期工程交替式反应池后按照国标一级A标准建设一体化反应池并同步考虑加盖除臭。
表1福星厂原有一期进出水水质（2004.4-2008.12）（单位：mg/L）
Table1InfluentandeffluentqualityoforiginalPhaseⅠprojectofFuxingWWTP(2004.4-2008.12)
1.二维CAPP产品
（1）工艺设计软件KMCAPP。KMCAPP帮助企业实现产品工艺规划和工艺设计的数字化，是实现企业产品从数字化设计到数字化制造的桥梁。KMCAPP于1996年正式，是中国最早的商品化CAPP软件产品之一，KMCAPP具备以下功能特点。
提供完备的客户化工具，企业可以自定义、自扩充工艺表格和工艺资源等，充分满足工艺设计和工艺管理的个性化需求。
提供图文一体的工艺编辑环境，可以轻松绘制工艺简图和编制工艺卡片。
工艺卡片中可嵌入多种格式的图形、图像。
支持文件、数据库等多种工艺信息存储格式（例如XML等）。
智能工艺卡片拼图打印功能。
提供丰富的二次开发接口，已实现与各种主流的CAD/PDM/ERP软件的集成。
（2）基于知识推理的工艺设计平台：开目参数化CAPP。开目参数化CAPP系统是借助于工艺知识辅助工艺人员进行工艺设计的软件系统，能提供工艺知识建库、工艺规则解释等工具，并提供大量行业工艺知识库。系统能帮助企业有效地学习、继承优秀工艺人员的工艺设计知识，形成企业的工艺知识财富，提高工艺设计的效率和质量。系统已在锅炉、电机和军工等众多制造业企业成功应用，开目参数化CAPP特色功能如下。
工艺知识定义工具：通过定义工具产生参数化的工艺流程，在定义过程中可以将定义好的数据保存为模版，分类存放，提高数据的复用性。定义工具定义内容包含参数定义和流程定义。
工艺知识推理与解释：可通过输入零件的特征及加工要求等已知条件，系统自动分析流程，自动生成工艺文档。通过应用本系统，零件工艺大部分内容可以自动和半自动产生，从而提高工艺数据产生的效率。
工艺输出：解释后的工艺数据自动填写在开目CAPP工艺卡片中，再利用工艺设计、编辑平台即可进行编辑和打印输出。
工艺知识库建设：建设和维护工艺设计过程中所运用的各种数据、工艺和现场经验等。
2.三维CAPP产品
（1）三维装配工艺规划软件KM3DCAPP-A。
KM3DCAPP-A是开目公司结合现代企业对于CAPP的实际需求，历经8年研究开发推出的三维装配工艺规划软件，至2013年已正式推出6个版本。KM3DCAPP-A能够对产品的装配过程进行可视化的模拟与分析，对装配方案进行快速评价，优化产品的装配过程，使企业工艺人员能够提早进入工艺规划和准备阶段，提前确定装配方案，模拟和预估产品装配性能及可装配性等问题。还可以实现实体的电缆电线建模，在建模之后实现三维布线仿真，模拟手工真正的线缆放线动作实现。同时，KM3DCAPP-A还能够帮助用户快速建立动态、直观的产品维修手册和用户培训材料（图1）。
（2）基于三维CAD模型的机加工艺规划软件KM3DCAPP-M。
KM3DCAPP-M是传统加工与三维技术结合的创新产品，可帮助制造企业通过特征识别技术，并结合特征参数化工艺设计，实现三维环境下的零件加工工艺设计及工艺过程可视化。KM3DCAPP-M可以用计算机识别加工特征，在工艺特征识别出来后逐一调用工艺知识库获得各个工艺特征的加工步骤，生成每个工序和工步的工艺参数和工序加工图，实现三维设计、三维工艺和三维加工，从而打通三维CAD和CAM的桥梁。
3.开目工艺管理产品
开目工艺管理系统作为开目PLM整体解决方案中“工艺规划与过程管理解决方案”的重要组成部分，通过企业工艺数据管理、工艺资源及工艺流程管理、协同工艺设计管理和工艺研发项目管理等，能够帮助企业完善工艺管理体系、快速搭建满足其工艺设计与管理需求的工艺规划平台、建立工艺知识积累和高效复用机制，提升企业工艺研发能力和工艺设计效率，缩短产品研制周期，进而提升企业的核心竞争能力（图2）。目前该系统已在航空、航天、电子、船舶、汽车、装备和工程机械等行业得到广泛应用，为制造企业提升工艺管理效率和管理质量带来了巨大价值，并拥有航天科工集团、中国电子科技集团、上海电气电站集团、长安汽车、陕重汽和中国一重等企业客户近千家，获得了广大制造企业的普遍认可。
4.工艺管理相关辅助产品
（1）基于MODAPTS法的工时管理解决方案：开目工时管理系统。长期以来，大多数企业的工时定额方法是以手工和经验来制定工时定额，工时定额数据量大，数据处理工作复杂。特别对于产品结构复杂、零件数量多、工艺路线长的产品，工时定额编制周期长，工时定额的科学性、准确性差。如何快速地制定工时定额，提高工时定额数据的一致性和信息共享，是企业生产流程管理中面临的一个重要环节。开目工时管理系统运用时间研究中的MODAPTS法（ModolarArrangementofpredetermindTimeStandard，简称MOD法）对工人标准作业过程进行研究，制定出标准作业时间，为企业合理制定工时定额提供了依据和方法。该系统提高了工时定额的准确性和效率，为企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。系统包括工时基础数据定义、工时定额编制、工时定额审批、工时定额统计及历史工时入库5个模块。具有快速准确完成工时定额制定、能对定额数据进行有效管理、分析和信息共享等特点。
（2）工装全生命周期管理解决方案：开目工装管理系统。工艺装备从需求提出、计划制定、研制（采购）和库存，一直到车间的使用、最终的报废，构成了工装的全生命周期。开目工装管理系统基于工装全生命周期管理的理念，构建了集工装申请、工装设计过程管理和工装仓库管理等一体化的解决方案。上游与产品数据管理、工艺管理和企业资源管理等信息系统实现信息与过程的无缝连接，下游为企业DNC系统、MES系统等信息系统提供更丰富全面的工装数据基础和源头（图3）。
二、行业优势
开目的CAPP产品在汽车、航空航天、船舶、机车车辆、工程机械、电机、电子和装备等行业都有应用，在汽车、工程机械、电机和锅炉等行业具有独特的优势。
（1）汽车行业主要应用开目工艺管理系统进行企业的工艺信息化建设。除基础管理功能外，专业协同的BOM管理功能、适合企业大规模定制的产品配置管理、实现TS16949质量文件的辅助编制，以及与上游PDM和下游ERP的集成应用等独具应用特色。
（2）工程机械行业的应用特点是工艺设计向制造现场延伸、面向三维模型的工艺规划、基于知识的智能化工艺设计和全球化业务拓展。随着工程机械行业的全球化进程，开目公司的CAPP也已应用到印度等海外国家。
（3）电机行业的应用特点就是全面应用，工艺管理系统、工时管理系统、工装管理系统和工艺质量管理系统等，开目工艺信息化相关产品与之都有很高的契合度。开目的电机行业用户里都配置了以上系统的应用。
（4）开目公司根据锅炉行业的行业特点，专门开发出多种专业CAPP系统，如冷做CAPP、焊接CAPP和参数化工时定额计算系统等。为锅炉企业提高工艺设计的效率和质量提供了工具及方法，为锅炉企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。
三、典型案例分析
上海电气集团上海电机厂有限公司（以下简称上海电机）是上海电气集团下属的一家综合性电机制造大型企业，中国机械工业500强，拥有大中型汽轮发电机、水轮发电机设备和交直流电机等9大类、132个系列、5000多种规格的电机电器产品，大中型交直流电机占全国电机行业的1/3。
上海电机厂生产方式主要是多品种、单件、小批量生产，按条线进行管理。上海电机厂在实施CAPP系统之前，就已具备良好的信息化基础，设计部门已经有PDM系统，生产部门也在使用ERP系统，CAPP系统实施的目标不仅仅是管理好工艺相关的业务，也必须充当上下游信息系统的桥梁，紧密集成及传递相关信息，为ERP提供材料、工时等成本核算数据，工艺路线、工作中心等生产计划编制数据，以及物料清单等基础数据，为缩短生产制造准备周期提供可能，加速推进企业发展。
企业关注并期待解决的问题如下。
（1）解决手工编制工艺文件和工艺汇总工作量大、效率低及易出错的问题。
（2）解决协同工艺设计的问题。
（3）解决工时、工装和工艺质量管理问题。
（4）解决各种管理系统间的数据相对独立，数据更新不同步的问题。
针对上海电机厂的情况，开目公司制定了具有针对性的解决方案。
首先，针对大型电机、高速电机和中型电机3类主导产品，分别建立相应的专业工艺组。其他工艺组主要是编制先行工艺，为这3个产品组服务为主。
其次，工艺部门根据设计进行工艺卡片的编制、工艺装备明细表的汇总、工艺路线的汇总和工装设计（复制、修改）任务书编制，完成后进行工艺文件会签。会签批准后交给材料定额组进行零部件的材料定额卡的编制，全部完成后，将产品图样与工艺卡片、工艺路线表、工装设计（复制、修改）任务书和材料定额卡一起交回档案室进行统一管理。工艺文件归档后，车间进行工时编制，制造部进行工装设计。
第三，各工艺组设计划员统一进行工艺任务的分派、工艺卡片编制工作的协调以及工艺路线的汇总。同时，因为每个零件在加工时会在多个车间进行流转，所以存在多人协同工作，并行完成工艺设计任务。
第四，工时和材料独立管理，不依附于工艺卡片。
第五，大量工装，工艺人员下发工装任务后，由工具分厂完成设计、复制和修改。最后，纸质归档（图4）。
在前期项目规划过程中，双方围绕企业核心业务需求及信息化建设的总体规划，确立了本项目实施所期望达到的具体业务目标。并根据业务目标，将项目的实施分为以下几个阶段：第一阶段：工艺文件编制、汇总、签审和电子签名；第二阶段：工艺过程管理，与PDM/ERP系统的集成；第三阶段：工时管理系统；第四阶段：工装全生命周期管理；第五阶段：基于三维CAD的可视化装配工艺规划；第六阶段：工艺质量管理系统。
基于规划，上海电机厂在2006年8月，引入开目工艺管理系统（CAPP系统）进行工艺信息化建设，并开始了开目工艺管理系统（一期）实施应用。2007年10月，实施应用开目工时管理系统，以提高工时定额的准确性和效率。
2008年11月，实施应用工装管理系统，以实现工艺装备的全生命周期管理。2010年8月，实施应用基于三维CAD的可视化装配工艺规划系统、工艺质量管理系统。2011年6月，
展开工艺管理系统深化应用，进行应用拓展、性能优化和功能改进。
迄今为止，通过应用开目CAPP系统，上海电机厂已经取得一定的成功。
（1）积累了丰富的企业知识资产。目前在上海电机厂工艺管理中已完成工艺过程卡超过21万张、材料定额卡15万张、车间明细表37000、工装60000个、工装工时定额12万套，并建立了丰富的包括工序、工步内容、材料和工装等工艺资源库。