一种面向数字化的在线工艺规划指导系统的制作方法

本发明涉及智能制造的工艺设计领域，具体地说是一种面向数字化的在线工艺规划指导系统。

背景技术：

在传统的制造模式中，制造执行人员主要依靠工艺卡片来规划和指导产品的生产过程。然而，传统工艺卡片的特点是信息扁平和静态，执行效率很低。现场工人除了工艺文件，还需要查找并翻阅大量的关联资料，而且工艺卡片上的描述往往很简单，工人需要结合自身经验进行消化理解，在执行过程中，工人具有一定自主性，会导致在整个制造生态中，过于依赖工人的经验和技能，从而可能会影响产品的定型和质量。传统纸质卡片在执行中难于动态调整，不易于直观表现不同工序的关联关系，这些都需要大量的临时更改和现场调度管理。因此经常会出现工作上的失误，造成生产质量问题，影响生产周期。

在目前传统的制造过程中，更改多、贯彻慢、贯彻难，这些都是影响产品质量、研制周期和成本的管理型问题。传统的工艺指导也是造成这一后果的重要原因，纸质的工艺卡片不便于修改、删除、插入，打印之后在空间上分布很广，导致更改不及时，贯彻不彻底。

另外，工艺和检验的展示和反馈是脱节的，这样会导致编制工艺的工艺人员和执行工艺的现场人员也是脱节的。工艺人员不掌握现场情况，很难及时调整工艺，更改时在制的影响分析也不及时不全面，也不能进行细粒度的工艺更改；在有限工期、资源、经验的限制下，现场人员只能充分发挥“主观能动性”；现场管理也只能进行粗放式调度和管理。工艺与执行的脱节，会造成“知行不一”。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种面向数字化的在线工艺规划指导系统,首先从产品信息、制造条件、生产要求三方面构建设计依据数据库，而后从中提取有用信息进行匹配关联，形成工艺总体方案，并且从不同层面来规划工艺过程，直观且简洁。最终，基于数字化理念，为每一道工序建立信息模型，抽取各道工序的关键参数，建立此工序要求以及所需元素。同时，从设备控制、人员执行、运转、特殊工艺指导几方面来辅助工序模型。异常处理指导则是指导应对工序可能出现的各种异常情况。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种面向数字化的在线工艺规划指导系统，包括

工艺设计依据管理模块，用于明确产品的设计信息、生产要求和制造条件，并存入设计依据数据库中；

工艺总体方案制定模块，用于从设计依据数据库中提取产品的结构信息、生产要求和制造环境，并制定工艺总体方案；

工艺过程规划模块，用于根据工艺总体方案进行工段规划，在工段内部安排工位，并设计工序内容；

工序信息抽取模块，用于为每一道工序建立工序执行模型，描述在制造过程中的阶段变化状态，抽取各工序的关键参数，明确工序的要求和所需元素；

执行控制指导模块，用于根据工序执行模型，对其执行过程中的设备控制、人员操作、运转情况和工艺进行指导；

工艺基础信息模块，用于定义专业术语，并对系统的数据和信息进行语义支撑。

所述工艺设计依据管理模块包括产品信息单元、制造条件单元和生产要求单元；

所述产品信息单元，用于提取产品的设计信息，判断该产品的设计信息是否存在，如果存在，则获取已存在的产品设计信息，否则创建新的产品设计信息；根据产品设计信息形成产品结构信息，并确定产品构件类型，确定产品构件组成关系，进行产品组成关系绑定，将绑定后的信息存入设计依据数据库中；

所述制造条件单元，用于明确产品的制造条件，如果当前制造环境适合产品生产，则获取该制造环境信息，否则为产品生产安排合适的制造环境；并判断是否存在制造约束，如果是，则获取所需制造约束，否则设置制造约束；并匹配制造环境信息和制造约束信息，存入设计依据数据库中；

所述生产要求单元，用于判断当前是否存在生产要求，如果是，则查询生产要求，否则创建生产要求；将生产要求信息存入设计依据数据库中。

所述制造环境信息包括环境编号、环境类型说明、环境高度和地坪承载；

所述制造约束信息包括约束编号、关联的制造环境编号、约束名称、约束说明和参数设置。

所述工艺总体方案制定模块，用于从设计依据数据库中提取产品的结构信息、生产要求和制造环境，判断当前产品的结构信息、生产要求和制造环境的组合是否存在，如果是，则重新从设计依据数据库中调取其他提取产品的结构信息、生产要求和制造环境，否则建立该产品的工艺总体方案。

所述工艺过程规划模块包括工段规划单元、工位安排单元、工序设计单元和设备配置单元；

所述工段规划单元，用于根据工艺总体方案的内容，划分产品生产过程的工艺阶段，并建立各不同工艺阶段的顺序关系；

所述工位安排单元，用于在每一个规划的工段内安排工位组织，并建立各不同工位的顺序关系；

所述设备配置单元，用于根据不同工位的实际要求，配置其所需设备；

所述工序设计单元，用于设计工序并且建立各个工序和工位的关系，以及各工序之间的执行顺序。

所述工序信息抽取模块，包括工序建模单元、工序要求单元和所需元素单元；

所述工序建模单元，用于根据工艺过程规划的工序内容，建立工序执行模型，规范工序操作内容，描述在制产品的阶段变化状态；

所述工序要求单元，用于规定各个不同工序的操作细则、标准、要求和关键参数；

所述所需元素单元，用于明确工序执行内容所需的元素种类、元素内容、元素数量信息。

所述执行控制指导模块包括设备控制指导单元、人员操作指导单元、工艺指导单元和运转说明单元；

所述设备控制指导单元，用于按照顺序依次选取每一道工序执行模型，明确设备在此选取的工序执行模型中的执行和控制情况，并建立该设备的控制指导信息，对该设备进行控制指导，然后，判断此次选取的工序执行模型是否是最后一道工序执行模型，如果是，则设备控制指导的设置流程结束，否则，选取下一道工序执行模型，继续配置设备控制指导信息；

所述人员操作指导单元，用于按照顺序选取每一道工序执行模型，明确人员在工序中的操作内容，并建立该人员的操作信息，对该人员进行操作指导，然后，判断此次选取的工序执行模型是否是最后一道工序执行模型，如果是，则人员操作指导的设置流程结束，否则，选取下一道工序执行模型，继续配置人员操作指导信息；

所述工艺指导单元，用于按照顺序选取工序执行模型，明确工序中需注意的工艺指导内容，并建立工艺指导，对该工序进行工艺指导，然后，判断此次选取的工序执行模型是否是最后一道工序执行模型，如果是，则工艺指导信息的设置流程结束，否则，选取下一道工序执行模型，继续配置工艺指导信息；

所述运转说明单元，用于按照顺序选取工序执行模型，明确衔接工序的运转说明，并建立运转说明，对工序间的衔接情况进行说明，然后，判断此次选取的工序执行模型是否是最后一道工序执行模型，如果是，则运转说明信息的设置流程结束，否则，选取下一道工序执行模型，继续配置运转说明信息。

所述根据工艺总体方案进行工段规划，在工段内部安排工位，并设计工序内容包括：

步骤1：根据所选取的产品及其工艺方案，划分不同工段内容，并建立各工段之间的执行顺序；

步骤2：建立划分的各个工段与工艺方案之间的联系，按执行顺序逐一选取工段；

步骤3：按照顺序选取工段信息，在选取的工段中设计各个工位内容，根据工位内容明确设备配置，建立工位之间的顺序关系，并建立各个工位与选定工段的关联关系，然后，判断此次选取的工段是否是最后一道工段，如果是，则进入步骤4，否则，选取下一道工段信息，执行步骤3；

步骤4：按照顺序选取工段信息，在选取的工段中按顺序获取隶属于此次选取的工段的所有工位信息，进入步骤5，然后，判断此次选取的工段是否是最后一道工段，如果是，则工艺过程规划的流程结束，否则，选取下一道工段信息，执行步骤4；

步骤5：按照顺序选取工位信息，在选取的工位中设计各道工序内容，然后建立各工序之间的顺序关系，建立所设立的工序与此次选取的工位的关联关系，然后，判断此次选取的工位是否是最后一道工位，如果是，返回步骤4，否则，选取下一道工位信息，执行步骤5；

所述为每一道工序建立工序执行模型，描述在制造过程中的阶段变化状态，抽取各工序的关键参数，明确工序的要求和所需元素包括：

步骤1：获取该工艺过程中的所有工序，并且按照工艺过程规划中的顺序进行排列，准备进行每一道工序的工序信息抽取，工序信息抽取主要涵盖执行内容、要求、所需元素三方面；

步骤2：按照顺序选取工序信息，根据选取的工序内容，结合实际制造执行过程的需要，建立工序执行模型，此工序执行模型至少应包括工序执行名称、工序操作涉及的具体说明、在制品的变化以及状态、理想执行一次的周期几方面信息，然后进入步骤3和4；

步骤3：明确此次选取的工序执行模型的各类要求信息，判断此次选取的工序执行模型是否需要设立工序要求信息，如果是，根据选取的工序执行模型的操作内容，结合实际制造执行过程的需要，设立一条工序执行要求，此工序执行要求至少应包括工序要求名称、工序执行的具体要求说明、要求涉及的关键参数及计量单位几方面信息，并且与此次选取的工序执行模型进行关系绑定；否则，进入步骤5；

步骤4：明确此次选取的工序执行模型的所需元素信息，判断此次选取的工序执行模型是否需要设立元素信息，如果是，根据选取的工序执行模型的操作内容，结合实际制造执行过程的需要，配置工序执行元素，此工序执行元素至少应包括元素名称、元素说明、数量几方面信息，并且与此次选取的工序执行模型进行关系绑定；否则，进入步骤5；

步骤5：当完成此次选取的工序的信息抽取，然后，判断此次选取的工序是否是最后一道工序，如果是，则结束，否则，选取下一道工序信息，执行步骤2。

还包括异常处理指导模块，用于按照顺序依次选取每一道工序执行模型，明确该工序的异常发生情况，设立异常情况信息，至少应包括异常发生情况描述、应对措施、异常原因说明几方面内容，并与选取的工序执行模型关联。然后，判断此次选取的工序执行模型是否是最后一道工序执行模型，如果是，则流程结束，否则，选取下一道工序执行模型，继续配置异常处理指导信息。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明具有直观、易懂，关联查询方便的特点，缩短了传统的工艺内容规划以及对工艺细节理解的消化时间。此系统将产品制造工艺的产品组件、材料、执行要求等各方面内容数字化、信息化，可以大大减少相关查询的时间。

2.本发明提供结构化的内容更改管理功能，减少了临时更改、贯彻难等问题，省去了很多需要调度干预的情况，提高了现场管理水平。

3.本发明的工艺过程规划、工序信息建模、控制指导等功能，减少了现场工人的误解情况，操作工人的经验以工艺知识的形式体现在此在线工艺规划指导系统中，会指导产品制造过程的操作、检验更加规范、合理、精确，最终提高了产品质量。

4.本发明作为产品设计和制造过程的纽带，此系统能够及时合理修正工艺中的问题，而现场经验也能回馈到工艺规划指导环节，从管理体系上缩短产品研制周期。

附图说明

图1是本发明的系统架构结构图；

图2是本发明工艺设计依据管理功能的流程图；

图3是本发明工艺总体方案制定功能的流程图；

图4是本发明工艺过程规划功能的流程图；

图5是本发明工艺信息抽取功能的流程图；

图6是本发明执行控制指导功能的流程图；

图7是本发明异常处理指导功能的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的系统架构结构图。

本发明作为产品设计环节和制造过程环节的纽带，首先，工艺规划人员负责从产品设计环节获取产品的结构信息、以及产品的组成关系等内容，录入设计依据数据库，同时工艺规划人员还需要归类制造条件描述和生产要求数据，并且录入到设计依据数据库。然后，在工艺总体方案制定阶段，明确需要生产的产品，并从设计依据库中选取其产品结构信息，安排合适的制造环境以及切实可行的生产要求，确定建立符合此选中产品的工艺总体方案。接下来，在工艺过程规划阶段，基于前一阶段所建立的工艺总体方案内容，从工段、工位、工序三个不同层面，深入详细的规划产品的生产过程。作为下一阶段，工序信息抽取主要从工序层面出发，基于数字化理念为每一道工序建立信息模型，抽取各道工序的关键参数，建立此工序要求以及所需元素。同时，执行控制指导部分从设备控制、人员执行、运转、特殊工艺指导几方面来辅助工序模型。异常处理指导则是指导应对工序可能出现的各种异常情况。另外，工艺基础信息模块主要用于管理产品及其工艺相关的基础类信息。

工艺设计依据管理模块，从产品设计环节获取产品的结构信息、以及产品的组成关系等内容，录入设计依据数据库，同时工艺规划人员还需要归类制造条件描述和生产要求数据，并且录入到设计依据数据库；

工艺总体方案制定模块，基于工艺设计依据，原则是产品信息、制造条件、生产要求三者的协调一致，从设计依据库中选取其产品结构信息，安排合适的制造环境以及切实可行的生产要求，规定了所需生产的产品工艺总体内容及其要求，如：方案内容、编制依据和工艺路线要求等；

工艺过程规划模块，在工艺总体方案的前提下，明确工艺流程以及状态，并将产品的工艺过程从高层面到底层不断细化，划分为具有高度可操作性的不同装配步骤，并且确定其相关之间的关联关系；

工序信息抽取模块，是以产品工艺过程的基本工序为衔接的基点，为每一道工序建立信息模型，描述在制过程中的阶段变化状态，同时，抽取各道工序的关键参数，明确其工序的要求和所需元素；

执行控制指导模块，以工序信息模型为中心，对其工序执行过程的各方面信息进行归类，从设备控制、人员技能、运转情况、工艺指导说明四个不同方面来规范了产品生产过程有效、合理的进行；

异常处理指导模块，规定工序实际执行过程中可能出现的各类异常情况的产生、传输、处理等方面的信息，目的是辅助制造执行现场相关人员应对各种突发情况，具有一定的指导意义；

工艺基础信息模块，管理产品工艺涉及的专业术语、定义，此部分功能对于此在线工艺规划指导系统的整体数据、信息的流通运转起到基础支撑作用。

工艺基础信息模块，管理产品工艺涉及的专业术语、定义，此部分功能对于此在线工艺规划指导系统的整体数据、信息的流通运转起到基础支撑作用。

如图2所示是本发明工艺设计依据管理功能的流程图。

工艺设计依据管理模块，包括：

产品信息单元，对产品设计内容、产品结构信息、产品主要部件及其结构组成关系进行描述，生成产品相关信息；

制造条件单元，主要管理制造实际环境内容，并且用制造约束内容来补充说明制造环境的各方面限制内容；

生产要求单元，管理产品生产的总体要求信息，内容涵盖理论最小产能、年时基数、生产最小节拍、生产最大节拍等；

设计依据数据库，用于存储产品结构信息、产品主要部件以及其他产品信息，制造环境和与之关联的各方面约束信息，生产要求内容。

制造环境信息包括环境编号、环境类型说明、环境高度、地坪承载；其中地坪承载是地基单位面积上所能承受的最大荷载。

制造约束信息包括约束编号、关联的制造环境编号、约束名称、约束说明以及参数设置。

在工艺设计依据管理模块，主要从产品信息、制造条件、生产要求三方面来构建设计依据数据库的内容。此系统承接产品设计环节，从中获取产品的结构信息、以及产品的组成关系等内容，同时工艺规划人员还需要归类制造条件描述和生产要求数据。参见附图2，描述了构建设计依据数据库的过程，从图2可知，产品信息、生产要求以及制造条件三方面的流程相似，下面以产品信息为例，进行详细说明：

步骤1：从“提取产品设计信息”开始；

步骤2：判断此次提取的产品设计信息在目前设计依据数据库是否存在，如果存在，则了解已存在的此产品设计信息，否则创建新的产品设计信息。

步骤3：通过产品设计信息，工艺人员对产品结构进行解析。

步骤4：确定此产品的主要构件组成关系，以及主要构件类别信息。

步骤5：将产品的构件类别信息，按照组成关系进行绑定关联。

步骤6：将产品结构信息、构件类别信息以及组成关系存入设计依据库，结束此次流程。

如图3所示是本发明工艺总体方案制定功能的流程图。

所述工艺总体方案制定模块，规定了所需生产的产品工艺总体内容及其要求，其工艺总体方案内容包括方案编号、生产的产品编号、匹配的制造环境编号、生产要求编号、方案总体内容说明以及其他相关信息。

在工艺总体方案制定模块，原则是产品信息、制造条件、生产要求三者的协调一致，规定了所需生产的产品工艺总体内容及其要求，参见附图3，描述了制定工艺总体方案的过程：

步骤1：明确需要生产的产品信息；

步骤2：从设计依据库中选取此产品的结构信息；

步骤3：根据此产品的结构信息，工艺设计人员依次选取合适的制造环境、生产要求；

步骤4：判定此种组合目前是否存在，如果存在，则返回步骤1，否则确定建立新的工艺总体方案；

步骤5：在工艺总体方案中，录入方案内容说明、工艺路线要求等信息，最后结束此次流程。

如图4所示是本发明工艺过程规划功能的流程图。

工艺过程规划模块，包括：

工段规划单元，根据工艺总体方案的内容，划分产品生产过程的工艺阶段，并且建立各不同工艺阶段的顺序关系；

工位安排单元，在工段规划的基础上，进一步安排每一工艺阶段的工位组织，并且建立各不同工位的顺序关系；

设备配置单元，根据不同工位的实际需要，配置其所需设备，明确各类设备的职能、方式、方法等；

工序设计单元，设计合适的工序，并且建立各工序和工位之间的关系，以及各工序之间的执行顺序。

在工艺过程规划模块，在选取所需生产的产品并制定工艺总体方案后，明确工艺流程以及状态，并将产品的工艺过程从高层面到底层不断细化，划分为具有高度可操作性的不同装配步骤，并且确定其相关之间的关联关系，参见附图4，描述工艺过程规划的整体流程：

步骤1：根据所选取的产品及其工艺方案，划分不同工段内容；

步骤2：建立各不同工段之间关联关系，明确其执行顺序；

步骤3：各不同工段全部需要和工艺方案进行绑定；

步骤4：对工段进行循环遍历，在每个工段范围内，设计合理的工位，然后建立各工位之间的顺序关系，并且需要明确工位涉及的设备配置情况，建立所设立的工位与此次遍历的工段的关联关系，当所有工段循环遍历完成后，进入下一步骤；

步骤5：对工段进行循环遍历，在每个工段遍历时，按照执行顺序查询获取此工段范围内的所有工位信息；当所有工段循环遍历完成后，结束此次流程。

步骤6：对此工段范围内的工位进行循环遍历，设计各工序内容，然后建立各工序之间的顺序关系，建立所设立的工序与此次遍历的工位的关联关系；当此工段范围内的工位循环完成后，重复步骤5。

如图5所示是本发明工艺信息抽取功能的流程图。

工序信息抽取模块，包括：

工序建模单元，根据工艺过程规划的工序内容，将其与实际制造情况结合，建立工序模型，规范工序操作内容、描述在制产品的阶段变化状态；

工序要求单元，以数字化的方式精确地规定各不同工序的操作细则、标准、要求，以及关键参数；

所需元素单元，明确了工序执行内容所需的元素种类、元素内容、元素数量等信息，诸如此工序执行需要的零部件、物料、工具等。

工序建模包括工序模型编号、名称、执行内容、在制品状态说明、理想执行周期。工序要求包括工序要求编号、名称、要求内容、要求参数、计量单位、关联的工序模型编号。工序所需元素包括元素编号、名称、描述、所属数量、关联的工序模型编号。

在工序信息抽取模块，根据工艺过程规划的工序内容，为每一道工序建立信息模型，描述在制过程中的阶段变化状态，同时，明确其工序的要求和所需元素，精确地规定各不同工序的操作细则、标准、要求、关键参数以及物料数量、所需工具等。参见附图5，描述工序信息抽取的整体流程：

步骤1：根据所需生产的产品，获取所有此工艺过程中的工序；

步骤2：按照其执行顺序，进行工序的循环遍历。当工序循环完成后，结束此次流程；

步骤3：根据此次遍历的工序内容，将其与实际制造情况结合，明确在制品状态，此工序理想的周期等信息

步骤4：建立工序执行模型，规范工序操作内容、描述在制产品的阶段变化状态；

步骤5：根据此工序的操作内容，明确其各类要求信息，抽取关键参数；

步骤6：判定是否需要设立工序要求，如果需要，则设立一条工序要求信息，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成工序要求的设立；

步骤7：根据此工序的操作内容，明确其所需各类元素，诸如物料，关键零部件，以及工具等；

步骤8：判定是否需要配置所需元素，如果需要，则配置此工序执行元素，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成工序执行元素的配置；

步骤9：完成步骤7、8以后，确认完成此选定工序信息的抽取，返回步骤2。

如图6所示是本发明执行控制指导功能的流程图。

执行控制指导模块，包括：

设备控制指导单元，规范工序中的设备在现场的网络特性、操作模式等方面的要求，另外，结合生产实际需求对特定设备进行控制的标准数据；

人员操作指导单元，规定工序执行中的人员，结合生产实际需求对特定工序执行内容进行技能要求；

特殊工艺指导单元，对涉及特殊工艺的工序进行工艺操作方面的深入指导，用于更好的对实际在制品比对、判定；

运转说明单元，是以选定的工序模型为中心，说明其与前后不同工序衔接的运转内容。

在执行控制指导模块，以工序信息模型为中心，从设备控制、人员技能、运转情况、工艺指导说明四个不同方面来规范了产品生产过程有效、合理的进行。参见附图6，描述设立执行控制指导的整体流程：

步骤1：根据所需生产的产品，获取所有工序执行模型；

步骤2：按照其执行顺序，进行工序执行模型的循环遍历。当工序执行模型循环完成后，结束此次流程；

步骤3：根据此工序的操作内容，明确各类设备在此工序中执行和控制信息；

步骤4：判定是否需要设立设备控制指导信息，如果需要，则设立一条设备控制指导信息，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成设备执行控制的设立；

步骤5：根据此工序的操作内容，明确人员在此工序中操作信息；

步骤6：判定是否需要设立人员操作信息，如果需要，则设立一条人员操作指导，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成人员操作信息的设立；

步骤7：根据此工序的操作内容，明确衔接此工序的各类运转说明；

步骤8：判定是否需要设立运转说明，如果需要，则设立一条运转说明，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成运转说明的设立；

步骤9：根据此工序的操作内容，明确需要注意的特殊工艺指导；

步骤10：判定是否需要设立特殊工艺指导，如果需要，则设立一条特殊工艺指导信息，并与此工序执行模型进行绑定，否则完成特殊工艺指导的设立；

步骤11：完成步骤4、6、8、10以后，确认完成此选定工序的各类控制指导信息的录入，返回步骤2；

如图7所示是本发明异常处理指导功能的流程图。

异常处理指导模块，规定工序实际执行过程中可能出现的各类异常情况的产生、传输、处理等方面的信息，目的是辅助制造执行现场相关人员应对各种突发情况，具有一定的指导意义。

在异常处理指导模块，规定工序实际执行过程中可能出现的各类异常情况的产生、传输、处理等方面的信息。参见附图7，描述设立异常处理指导的整体流程：

步骤1：根据所需生产的产品，获取所有工序执行模型；

步骤2：按照其执行顺序，进行工序执行模型的循环遍历。当工序执行模型循环完成后，结束此次流程；

步骤3：根据此工序的操作内容，明确此工序会出现的各类异常发生情况；

步骤4：判定是否需要设立异常情况指导信息，如果需要，则设立一条异常情况指导信息，并与此工序执行模型进行绑定，返回步骤3；

步骤5：根据此工序的操作内容，明确人员在此工序中操作信息。

以上内容阐述了一种面向数字化的在线工艺规划指导系统的设计及实现方法。本发明针对传统工艺卡片信息扁平、静态、难于动态调整，执行效率低，经常会出现工作上的失误，造成生产质量问题，影响生产周期等问题，提出了一种面向数字化的在线工艺规划指导系统，对产品结构、工艺过程、要求以及异常情况等定义清晰，过程描述数字化、信息化、细节化，大大提高了制造过程的执行效率，从管理体系上缩短产品研制周期。