引言

    信息化作為設計、工藝與生產信息化之間的橋梁，起到承上啟下的重要手段。設計、工藝信息化是一個企業信息化工作的重要組成部分。隨著信息技術的發展，航天產品綜合程度不斷提高。而航天產品的復雜程度和可靠性要求越來越高，這對如何提高產品設計、工藝設計的質量和效率，提升設計、工藝管理水平提出新的挑戰。開發并應用適應航天產品制造業特點的信息系統是一條有效途徑。

1 現狀及發展趨勢

    目前，在我國大部分的航天研發與承制單位，還是依靠傳統的產品設計、工藝設計工具與方法開展工作，人員在進行產品設計及工藝編制時往往陷入大量的文字處理和繁瑣的數字計算工作中，大量時間花在了產品設計數據處理、工藝文件編制上，沒有更多的時間進行產品創新設計、工藝技術研究和生產服務，這不僅不利于設計及工藝技術水平的提高，也很難提高設計及工藝文件編制本身的水平。另一方面熟練的設計及工藝人員日益短缺，而年輕的設計及工藝人員則需要時問來積累經驗；在傳統的設計和工藝工作方法下，老設計及工藝人員退休時很難將他們的“經驗知識"完整保留下來，這些原因都使得產品設計及工藝設計成為航天產品制造過程中的薄弱環節。

    國外，PDM（Product Data Management，產品數據管理）及CAPP(computer aided process panning，計算機輔助工藝過程設計)系統從60年代開始研制，到目前為止，已研制出多種PDM及CAPP系統，不少系統已投入生產實踐使用。其中我國CAPP技術的研究開始于20世紀80年代，許多高校和公司相繼開發推出了CAPP系統，形成了一部分面向制造的信息化平臺應用構件，建立了部分重點行業的解決方案，提供動態建模和實施工具，許多實用的商品化的CAPP平臺已在不同的企業得到成功的實施。這些信息化平臺總體表現出以下特點：

    ●協調范圍：從部門級應用轉向跨部門和企業間協調；

    ●集成范圍：從面向工程數據的集成延伸到面向工藝、制造數據的集成管理；

    ●應用層次：從面向部門的功能應用向基于項目的組織管理發展。

    產品設計及工藝信息化是企業制造信息化的一個重要方面和關鍵環節。通過產品設計及工藝信息化，提高企業制造工藝部門“數字化率”、“集成化率”、“網絡化率”、“信息覆蓋率”，全面提高企業整體產品設計及工藝設計與管理的工作效率。PDM/CAPP技術的出現和發展，使利用計算機輔助工藝設計和管理成為可能。目前，許多研發與承制單位都在開展產品設計及工藝信息化建設工作。2006年，湖北三江航天萬山特種車輛有限公司、武漢開目信息技術有限責任公司聯合開展適應于航天產品制造業的設計及工藝信息系統研究。

    2 項目目標

    針對萬山公司的設計及工藝現狀，公司擬定項目的總體目標：即通過搭建采用標準、開放、動態可擴展架構的產品設計管理系統平臺，結合CAPP工藝編制工具，建立面向航天產品制造的設計及工藝研發管理體系，滿足航天行業產品設計、工藝、仿真、制造過程的數據共享、功能集成和過程協同的需求。所建的產品設計及工藝信息化系統要成為設計及工藝人員日常的工作環境，產品設計、產品設計流程管理、產品設計數據管理、工藝設計、工藝流程管理、工藝數據處理工作等均在該平臺上完成。

3 項目應用功能需求

    1)面向航天產品設計的信息化平臺

    搭建面向航天產品的信息化平臺，在該平臺上，可以根據按需要進行數據建模、過程建模，有行業專用工具集，能自定義各種形式的復雜查詢、報表和數據視圖。能方便的進行擴展，利用平臺提供的接口可制定開發特殊的功能模塊。具有良好的數據接El性能，易于實現與各類其它應用系統，如CAD、CAPP、CAE、CAM、ERP、CRM等的集成。

    2)建立覆蓋設計、工藝、仿真、測試、制造等的統一產品信息模型

    建立能作為設計、工藝、仿真、測試、制造等的各個應用系統公共語言的統一產品信息模型，使萬山公司的研發管理平臺能與其它系統的底層數據級無縫集成。實現統一產品信息模型與產品數據直接的實時互動，做到信息緊密集成，為工藝、設計等人員提供一體化的集成設計環境。

    3)軟件開發管理工具的研究與應用

    針對航天產品軟硬件結合的設計特點，在現有的軟件開發管理工具的基礎上進行專業化的工具定制和開發，實現包括軟件開發工具集成、軟件配置管理、軟硬件的關聯關系和版本關系管理、軟件開發過程規范的支持等輔助工具。

    4)工藝設計工具的研發與應用

    針對航天產品的特點，利用系統提供的開放式的二次開發平臺，在現有工藝設計工具之上進行專業化工具開發，以形成更符合航天行業特點和應用模式的工藝設計工具。實現包括復雜的工藝的格式和圖形處理能力、自動獲取電子設計數據、智能化裝配工藝生成、變型工藝的快速編制等功能。

    5)行業知識庫和工具集的開發與應用

    設計了通用工藝庫、典型工藝庫、特征工藝庫、公式管理器、行業標準件庫等工藝資源和工藝知識庫模塊，構建航天行業的知識庫和行業工具集。通過知識管理，降低對技術人員的經驗性要求，大幅度提高了工作效率，提高了技術人員的技術創新能力。

    6)支持跨部門協作的設計過程管理

    航天產品的設計、分析、試驗等需要多工種、多學科進行協同工作。在產品的研發過程中需要產品開發團隊成員之間充分溝通，檢查和評估產品信息，同時共同探討問題并找出解決問題的方法。需要充分研究并集成實時通訊技術、數據保密技術、數據一致性檢查和沖突消解等技術。因此，通過工作流管理和項目管理工具，為多學科開發團隊構造一個協作的工作環境，處于不同地域的用戶可以在這個環境中共同完成產品開發，以支持航天產品的創新開發。

    7)編碼中心（在企業實施編碼管理系統，全面管理企業物料、設備、工裝等編碼）

    針對三江航天集團的統一編碼規則要求以及結合制造業自身對物料、設備等的管理要求，建立編碼中心。對于編碼的管理是必不可少，手工管理編碼容易產生一物多碼、編碼錯誤、混亂的局面，不利于產品、材料、設備等等的管理與維護；在信息化發展日益膨脹的制造業，對于編碼的規范管理顯得越來越重要；編碼的使用幾乎涵蓋了萬山公司信息化的各種系統，同時一個企業，編碼也融入到了各個部門的生產經營活動中，所以編碼的管理是必須的、重要的，以達到快速、準確編碼的目的，同時也要達到已編碼的便捷管理與查詢。

    開目編碼管理系統是用于定義、生成與管理編碼，用戶可根據自身需求定義生成規則，來生成編碼。

    8)PDM/DNC集成

    針對萬山公司實際情況，提高設計、工藝數據使用效率，結合現有DNC系統，將DNC中管理的NC程序納入PDM系統的產品技術資料管理體系，對NC程序的管理要求與產品圖紙、工藝文件類似，實現完善的審批流程控制、生命周期管理、安全管理，并維護NC程序與零部件、圖紙、工藝數據之間的關聯關系和版本匹配關系。

    9)技術文件密級管理

    設計資料、工藝資料等是每一個企業的最高商業機密。作為航天產品的承制單位，對于技術文件的保密必須保持高度警覺。根據國家及集團要求，必須實現所有資料的秘密等級，三權分立等機制來保證技術文件的絕對安全。

    在功能研發過程中，充分了解航天系統的保密要求，利用KMPDM二次開發平臺研制出符合萬山公司的技術文件安全管理功能。有效的控制了技術文件的瀏覽、修改的控制，日志記錄，三權分立（安全員、審計員、系統管理員）功能。

4 應用實施方案

    4.1 數據管理

    根據對自身的業務數據分析，把對數據的管理主要分為設計數據管理，工藝數據集成管理及工藝資源管理。工藝設計任務方便分派，編制工藝規程時可以自動獲取零部件設計信息，典型工藝規程的充分利用等等，為高效進行工藝設計提供了強大的支持。同時，該系統的數據匯總能力非常靈活，可定義的BOM匯總工具，能輕松獲得產品數據匯總報表和清單，如各類BOM表、定額匯總表。

    4.2 設計數據集成管理

    由于系統中的工藝數據需要繼承產品數據中的某些屬性信息，而且工藝數據需要與產品結構數據進行關聯，使工藝數據能被組織成一個有機的整體，所以需要將產品結構數據導入到系統中，這樣，在系統中需要對零部件進行相應的管理。其中產品結構數據以樹狀形式即產品結構樹表示。而且，該系統緊密集成PROE及CAD應用系統，消除信息孤島，杜絕數據重復輸入。

    4.3 工藝數據集成管理

    工藝數據比較復雜，每種工藝規程中填寫的業務數據都有區別，因此不同的工藝規程對應的存儲方式也不同。通過對零部組件和工藝規程的關聯設計，實現工藝的集成管理。針對每個零部件為其編制配套對應的各類工藝規程，可以手工指定與零部件關聯的工藝規程，或者直接在關聯節點上創建新的工藝規程，創建的工藝規程對象會被關聯在零部件對象上。可以直接在關聯對象上創建新的關聯工藝等相關對象，此時可以實現設計數據屬性自動向下傳遞。也可以引入已有的關聯對象，實現不同零組件對工藝規程的復用管理，減少不必要的輸入。這樣就可以很容易的找到對象關聯的各類其它設計數據，大大方便了查找和管理，建立了數據的內在邏輯關系。

    4.4 工藝資源庫的管理

    資源管理器中工藝資源以樹的形式表示。采用這樣分級的方式可以很形象的表示出各種工藝資源之間的層次關系。工藝資源樹就是由這些具有關聯關系的節點總和組成。資源的添加方式有兩種，一種是內部數據源添加記錄，在工藝資源樹種可以增加4種節點：父節點、子節點、兄節點、弟節點；另外一種是外部數據源添加記錄，工藝部門一些標準數據如標準的工裝數據、工序內容等，只要將現有的數據轉換為通用數據表格式（如Excel格式），開目資源管理器就能利用這些已建好的數據庫或表，不用再做重復性勞動。

    4.5 工作流管理

    根據需求，針對不同類型的設計及工藝文件定制不同的工作流程，針對在流程中設計及工藝文檔的操作權限由所應用的流程模板控制。系統流程管理具有多級工作分解、進度計劃安排、任務分派和任務監控四大功能，通過為工藝處創建一個協同工作環境，使得成員之間能共享資源、交流信息、解決沖突，推動項目順利進行。工作流管理實現工藝業務流程的規范化和自動化，提高工作效率，減少錯誤的發生。

    4.6 權限管理

    由于所屬行業的特殊性，因此工藝信息管理系統要提供可靠、全面的權限管理功能，該系統的權限管理主要分為靜態權限管理和動態權限管理以及技術文件分級保護管理：

    靜態權限管理：系統通過各級、各類授權實現不同用戶具有不同的權限，用戶能安全穩定地進入系統，根據授權范圍進行操作。提供功能授權：滿足行政權限管理，可以把項目管理、圖檔管理、權限管理、郵件管理、系統配置、模板定義、日志管理、組織管理、功能授權這些管理權限分別授予不同的用戶。并且可以基于角色與用戶自定義權限的授權。

    動態權限管理：動態功能授權確保產品數據在形成過程中也只能由合法用戶授權訪問，并且權限可隨著工作流程的流轉自動授予和回收，極大的減輕了授權管理的工作量。動態授權的具體控制方式在進行工作流建模時進行定制。

    技術文件分級保護管理：為達到更高的保密要求，在靜態以及動態權限基礎上，實現技術文件密級管理，三權分立管理。

    5 項目實現的關鍵業務價值

    該系統作為萬山公司設計、工藝集成平臺，對企業自身的設計、工藝過程、工藝管理文檔及其他技術資料等相關數據和相關過程進行管理，促進企業設計及工藝過程、工裝過程設計、技術資料各階段文檔的標準化、規范化，適時監控工藝設計任務進展情況，提高了產品設計及工藝過程設計與過程管理的水平，確保萬山公司能及時準確地為顧客提供合格產品，為萬山公司帶來了如下的企業價值。

    5.1 價值點一：基于產品型號設計結構樹進行工藝管理

    目前工藝設計的編制過程中，工藝數據中某些來自設計數據的，比如產品代號，產品名稱，材料名稱等等，需要花大量的時間進行重復輸入。針對萬山公司的該業務要求，系統中的如下功能可以實現企業的“基于型號產品設計結構樹進行工藝數據管理”的價值。PDM/CAPP系統具備手工建立產品結構樹、與PROE\CAD集成自動建立產品結構樹的功能，即系統管理員能夠依據相應的型號產品組成圖，手工工藝結構樹或自動建立結構樹。系統還支持通過讀取PROE\CAD等輔助設計工具產生的圖紙中的設計BOM結構，將產品結構樹信息導入到開目數據管理系統，自動形成結構樹。

    5.2 價值點二：優化業務過程，提高設計效率

    隨著企業研發任務的增多，工藝面臨的個性化設計任務越來越系統和繁重，在面臨大量需要審核的產品數據時，為保證設計的進度，技術人員可能會犧牲數據審核的質量，讓數據審核工作流于形式。而質量不高的過程控制必然會帶來大量的后續數據更改工作。在系統實施過程中，和項目組擬定出合理、標準、規范的業務流程，并與開目公司合作將業務流程用系統軟件固化下來，形成合理的工作節奏，使所有的工程技術人員都可以按照同一業務模式規范的進行產品工藝設計工作。通過系統對工程更改的有效控制，能消除由于工程更改活動造成的產品數據不完整、數據前后不一致、產品設計與生產指揮脫節、后期服務找不到正確的技術資料等嚴重影響產品和服務質量的問題，以上種種對業務過程的優化，都在一定程度上提高了設計效率。

    5.3 價值點三：信息有效集成共享，減少重復勞動

    現在的產品結構設計存在多次的重復錄入，版本更新不及時。信息孤島導致了大量數據的重復輸入工作量，并且會產生數據的不一致性。該系統構建了企業級的數據平臺，使企業基于數據庫的產品數據匯總工作成為可能，降低技術人員手工進行數據匯總的工作量，并提高數據的正確性。并且該系統對企業的WORD、AUTOCAD、KMCAPP進行集成管理，通過對流程和權限的控制，使符合系統要求的上述單元軟件可以在系統中實現數據的瀏覽、編輯、保存、修改、圈閱及自動簽名，實現了信息的有效集成，減少了重復勞動。

    5.4 價值點四：保障企業核心技術資料安全

    設計行為比較多，電子資料的安全管理越來越受到重視。該工藝系統采用啟動硬件加密保護策略，加密卡處理程序采用雙隨機數動態密匙算法防止非法者破譯或更換程序；系統采用啟動口令保護策略，為不同的用戶設置不同的入口口令檢查，即使擁有加密卡不知道口令也無法進入；提供日志管理功能，對用戶在工藝管理系統中進行的操作進行完整的記錄。提供組織管理功能，可以限定登陸到系統中的人員；提供權限管理功能，確認給予哪些用戶，哪些崗位，哪類部門存取何種設計數據的權利，監測用戶的操作行為，對所有數據操作都具備完整的日志記錄，保障了企業核心技術資料的安全。

    6 結語

    通過近8個月的調研和開發，“面向航天產品設計與工藝管理信息系統”已基本設計完成，在萬山公司已進入正式使用階段，目前已實現典型型號產品完整的設計及工藝數據的設計輸入和工藝管理，設計要求的各項功能均已實現。