白俊峰，張 威，王安妮，何恩求，陳驥馳

（1.沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司透平工藝部，沈陽 110869；2.沈陽工業(yè)大學(xué) 化工裝備學(xué)院，遼寧 遼陽 111003；3.沈陽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，沈陽 110870）

隨著精益管理在生產(chǎn)線企業(yè)的深入發(fā)展，針對單件小批量產(chǎn)品類型企業(yè)，精益管理所帶來的經(jīng)營效果仍顯不佳，其中最直接的原因就是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度低，作業(yè)方式復(fù)雜，單臺產(chǎn)品成本中員工勞動成本所占比例較高，因此為降低員工勞動成本，就需要提升產(chǎn)品生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)員工的生產(chǎn)效率。其中工藝人員針對單件小批量產(chǎn)品的產(chǎn)前工藝設(shè)計工作尤為復(fù)雜，產(chǎn)前工藝設(shè)計工作是由工藝人員針對某一種零部件編制與其相對應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片內(nèi)容，以指導(dǎo)車間針對該零部件的實際生產(chǎn)制造流程，由于針對不同型號產(chǎn)品零部件的工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片內(nèi)容也不盡相同，所以針對零部件樣式繁多、尺寸各異和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品線，工藝人員產(chǎn)前工藝設(shè)計周期通常較長，故需研究一種依托計算機輔助功能的工藝設(shè)計方法，以提升工藝人員工作效率，其中包括工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的輔助設(shè)計及工藝模板數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。

1 工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的輔助設(shè)計

工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片是指導(dǎo)車間實際生產(chǎn)制造的工藝方法及流程的有效依據(jù)。工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中通常包含多種詳細信息，其中主要包括產(chǎn)品代號、版本號、零部件圖號、零部件名稱、零件材質(zhì)、工序號、作業(yè)區(qū)、工序名稱、工藝內(nèi)容、工具工裝、工藝文件號、設(shè)備代號、工時、工藝簡圖、編制人、審核人、批準(zhǔn)人及詳細日期等。工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片示意圖如圖1所示。

圖1 工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片示意圖

1.1 工藝知識庫的組成

工藝知識庫是工藝編制人員在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片里填寫的所有工藝信息的總和。工藝知識庫應(yīng)該包括作業(yè)區(qū)合集、工序名稱合集、工藝工具合集、工藝守則合集、作業(yè)要領(lǐng)書合集、設(shè)備編號合集和工時合集；隨著工藝技術(shù)準(zhǔn)備的快捷化操作的提升，工藝知識庫還可以包含工藝路線合集等。其中工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中的作業(yè)區(qū)列所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是作業(yè)區(qū)合集；工序名稱列所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是工序名稱合集；工藝工具列所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是工藝工具合集；工藝文件號所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是工藝守則合集和作業(yè)要領(lǐng)書合集；設(shè)備代號所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是設(shè)備編號合集；工時所對應(yīng)的工藝知識庫中內(nèi)容是工時合集。

1.2 工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片與工藝知識庫的邏輯關(guān)系

工藝知識庫中的信息并不是孤立存在的，填寫在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中的信息存在相應(yīng)的邏輯關(guān)系，因此只要梳理出工藝知識庫中內(nèi)容的邏輯關(guān)系，就可起到計算機輔助設(shè)計工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片作用，提升工作效率和卡片內(nèi)容質(zhì)量，具體邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 工藝知識庫中信息邏輯關(guān)系圖

1.2.1 零部件名稱、零部件圖號與零件材質(zhì)

零部件名稱、零部件圖號與零件材質(zhì)都是零部件設(shè)計圖紙中的固定信息，同時在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中必須包含名稱、圖號和材料信息，因此可通過計算機自動提取功能將設(shè)計圖紙中零部件名稱、零部件圖號與零件材質(zhì)信息自動提取并導(dǎo)入至工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中。

1.2.2 作業(yè)區(qū)

作業(yè)區(qū)是零部件制造過程中所在的車間或區(qū)域代號，是編制工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片時最先填寫的項目，屬于工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中第一層級優(yōu)先確定的選項。例如作業(yè)區(qū)有1、2、3、4、5車間，因此工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中只能填寫1~5中的其中一個數(shù)字，以代表零部件制造過程所在的作業(yè)區(qū)。

1.2.3 工序名稱

工序名稱是零部件在某一環(huán)節(jié)中具體的作業(yè)名稱，屬于工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中繼作業(yè)區(qū)確定之后的第二優(yōu)先層級確定選項。例如作業(yè)區(qū)1車間確定后，工序名稱欄中只能在相對應(yīng)的1車間可以進行制造作業(yè)的工序

中選擇。

1.2.4 設(shè)備編號

設(shè)備編號是制造工序所使用的設(shè)備代號，在確定了作業(yè)區(qū)和工序名稱后，設(shè)備編號即會被自動篩選出，屬于第三層級確定選項，通常一道工序會對應(yīng)多種設(shè)備編號，工藝人員在填寫過程中需選擇其中一個。

1.2.5 工藝工具

工藝工具是某工序中所應(yīng)用的夾具、量具、刀具和工裝，在確定了作業(yè)區(qū)、工序名稱和設(shè)備編號后，工藝工具可以自動篩選出，屬于第四層級確定選項。

1.2.6 工藝守則

工藝守則是某制造工序操作中需要遵循的工藝要求，在確定了作業(yè)區(qū)、工序名稱及零部件名稱后，工藝守則即會自動篩選出，屬于第四層級確定選項，通常需要依據(jù)零部件的名稱進行篩選。

1.2.7 作業(yè)要領(lǐng)書

作業(yè)要領(lǐng)書是某制造工序操作中需要遵循的作業(yè)要領(lǐng)，在確定了作業(yè)區(qū)、工序名稱及零部件名稱后，作業(yè)要領(lǐng)書即會自動篩選，屬于第四層級確定選項，通常需要依據(jù)零部件的名稱進行篩選。

1.2.8 工時

工時是針對某零部件在某一個制造過程中所需要的工作時間，工時不僅與零件名稱、材料和工藝知識庫中的工序名稱和設(shè)備編號有關(guān)，還與零件尺寸、加工余量相關(guān)，因此工藝知識庫中的工時信息應(yīng)為范圍數(shù)值，為工藝人員編制工時提供參考，故工時應(yīng)屬于第四層級確定選項。

1.2.9 工藝簡圖

工藝簡圖是制造過程中，針對重點工序繪制的零件工藝過程圖紙，通常需根據(jù)設(shè)計圖紙留有規(guī)定余量，若需要則工藝簡圖需附在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片最后頁。

1.2.10工藝輔助文件

工藝輔助文件是工藝人員在編制工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片過程中可能需要參閱的相關(guān)規(guī)定、通知和差錯案例等輔助文件，對所有在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中需要填寫的內(nèi)容起指導(dǎo)及輔助編制作用，應(yīng)伴隨出現(xiàn)在工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片第一層級至第四層級篩選操作過程中。

2 工藝模板數(shù)據(jù)庫的建立與管理

工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片模板簡稱工藝模板，工藝模板應(yīng)包含針對某一零部件所對應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中所有的工藝信息，包括已經(jīng)填寫完成的作業(yè)區(qū)、工序名稱、工藝內(nèi)容、工藝工具、工藝文件號、設(shè)備代號和工時等信息，以便結(jié)構(gòu)相同或者相似的零部件反復(fù)出現(xiàn)時工藝人員對工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片內(nèi)容的借用。大量工藝模板所組成的合集稱為工藝模板數(shù)據(jù)庫，工藝模板數(shù)據(jù)庫應(yīng)由所有工藝零部件的工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片文件組成，其最主要的特點是在有效存儲工藝模板文件的同時，還應(yīng)具有一定的規(guī)則性和邏輯性，作用是方便工藝編制人員快速、準(zhǔn)確找到所對應(yīng)或所相似的工藝模板文件。其中最為實用的存儲邏輯方法是利用成組技術(shù)對工藝模板文件進行有序梳理。

成組技術(shù)是機械制造過程中的一種先進的科學(xué)的生產(chǎn)和組織管理方法，旨在識別和開發(fā)機械制造過程中各環(huán)節(jié)諸種信息間的相似性，采用適當(dāng)?shù)慕M織形式和先進技術(shù)，實現(xiàn)其工作的合理化、科學(xué)化，使多品種、中小批和單件生產(chǎn)的企業(yè)獲得較好的經(jīng)濟和社會效益。其基本原理是對相似的零件進行識別和分組，相似的零件歸入一個零件組或零件族，并在設(shè)計和制造中充分利用它們的相似點，以獲取所期望的經(jīng)濟效益。

2.1 工藝模板數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

通過梳理、歸納所有產(chǎn)品件，把看似孤立的零件按相似性原理劃分為具有共性的一體，統(tǒng)一形成若干零件組，通過編制典型工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片，從而使多品種小批量的工藝編制轉(zhuǎn)化為近似大批量的工藝內(nèi)容復(fù)制。對于工藝編制人員，不再需要對零部件的生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片進行逐個填寫，僅需要篩選零部件中的多個關(guān)鍵工藝特征并結(jié)合計算機輔助功能即可實現(xiàn)針對某一個零部件工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的自動導(dǎo)入，選擇流程如圖3所示。針對多品種、小批量和工序內(nèi)容復(fù)雜的零部件的工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片數(shù)據(jù)庫，采用此種結(jié)構(gòu)存儲，有利于工藝人員在短時間內(nèi)對工藝模板作出相對準(zhǔn)確的選擇。

圖3 工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片模板篩選流程圖

此種結(jié)構(gòu)工藝模板數(shù)據(jù)庫雖方便工藝人員對工藝模板的快速、準(zhǔn)確選擇，但是為實現(xiàn)工藝人員在選取工藝模板后對模板內(nèi)容不修改或微修改的目的，則需要大量地細化工藝模板分類，從而需要編制大量工藝模板，以降低工藝模板數(shù)據(jù)庫的顆粒度，因此對工藝模板的實時維護及有效管理提出了更高的要求。

2.2 工藝模板數(shù)據(jù)庫的管理

針對工藝模板數(shù)據(jù)庫的管理方法應(yīng)采用分類編碼方式進行。在成組技術(shù)中，分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有3種形式：樹式結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)及混合式結(jié)構(gòu)。

經(jīng)對比分析，根據(jù)上述工藝模板數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)，采用樹式結(jié)構(gòu)分類編碼形式最優(yōu)。樹式結(jié)構(gòu)碼位之間是隸屬關(guān)系，即除第一碼位內(nèi)的特征碼外，其他各碼位的確切含義都要根據(jù)前一碼位來確定，如圖4所示。樹形結(jié)構(gòu)的分類編碼系統(tǒng)所包含的特征信息量較多，能對零件特征進行較詳細的描述。

圖4 樹式分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

針對工藝模板分類結(jié)構(gòu)，為便于工藝編制人員對工藝文件的選擇，將I層級設(shè)為零件名稱，II層級設(shè)為零件的第一層特征選項，III層級設(shè)為零件的第二層特征選項，以此類推，不同零部件的特征可以不同，但不影響編碼思路，為便于記憶和管理，不同零件在相同層級的特征應(yīng)盡量保持相同或相似；同時針對單件小批量產(chǎn)品，由于零件種類繁多，所以零件名稱較多，為便于編碼工作，可以將I列編碼的數(shù)字更改為字母，實現(xiàn)字母與數(shù)字共同編碼規(guī)則。

例如零件名稱為“主軸”，II層特征為“棒料”和“鍛件”，針對“棒料”的下一層特征（即“主軸”的第二層特征）為“直徑小于等于400 mm”和“直徑大于400 mm”。根據(jù)樹式結(jié)構(gòu)分類編碼原則，可以將I層級編碼設(shè)為“s”，II層級中第一個特征“棒料”編碼設(shè)為“0”，第III層級中第二個特征“直徑大于400 mm”編碼設(shè)為“1”。那么針對直徑大于400 mm的棒料主軸工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片模板的編號即為s01，如圖5所示。

圖5 主軸樹式分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

3 生產(chǎn)率對比驗證

通過將產(chǎn)前工藝設(shè)計工作標(biāo)準(zhǔn)化、智能化改造，實現(xiàn)了工藝人員生產(chǎn)效率的有效提升。本文以靜態(tài)生產(chǎn)率作為對產(chǎn)前工藝設(shè)計工作效率的測評標(biāo)準(zhǔn)，其中靜態(tài)生產(chǎn)率是指某一給定時期的產(chǎn)出量與投入量之比，是測評期的絕對生產(chǎn)率，如公式（1）所示，可表示為

以某一個月為研究周期，經(jīng)實際測算統(tǒng)計，原5人作業(yè)小組，每月工作22 d，每天用于工藝設(shè)計時間為8 h，一個月共完成產(chǎn)前工藝設(shè)計工作10臺，則其靜態(tài)生產(chǎn)率可通過公式（1）計算為

通過工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的輔助設(shè)計及工藝模板數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，現(xiàn)作業(yè)小組人員及數(shù)量均不變，每月工作20 d，每天用于工藝設(shè)計時間為6 h，一個月完成產(chǎn)前工藝設(shè)計工作30臺，則其靜態(tài)生產(chǎn)率通過公式（1）計算為

經(jīng)對比判斷，靜態(tài)生產(chǎn)率（現(xiàn)）數(shù)值遠高于靜態(tài)生產(chǎn)率（原），因此基于成組技術(shù)的單件小批量產(chǎn)品工藝文件數(shù)據(jù)庫的建立與應(yīng)用可大幅提升工藝人員產(chǎn)前工藝設(shè)計工作效率。

4 結(jié)論

通過分析單件小批量產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片形式，介紹了工藝知識庫的基本內(nèi)容，梳理了工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片中內(nèi)容與工藝知識庫的層級邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的計算機輔助設(shè)計，同時利用成組技術(shù)建立了樹形結(jié)構(gòu)工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片模板數(shù)據(jù)庫，提升了工藝人員編制工藝標(biāo)準(zhǔn)卡片的效率，并采用了樹式編碼規(guī)則方法對工藝模板數(shù)據(jù)庫信息進行編碼，降低了模板管理成本；經(jīng)過實際測算，改善后產(chǎn)前工藝設(shè)計周期大幅縮短，工作效率大幅提升。