工藝更改是指在工藝設計活動中工藝員對已經生效的工藝過程技術內容進行改變的一種行為，是制造企業產品研制和生產活動中的一項重要業務。
在產品研制過程中，許多企業都已經實施了基于PDM的工藝文件更改過程管理。但是到目前仍然存在不少問題，主要如下：工藝更改過程控制不夠嚴密；工藝文件對象模型包含信息不完整；將工藝文件更改單與工藝文件分離，易導致要求更改的內容與實際更改的內容不一致；有關工藝文件更改的版本管理與控制機制不完善；工藝文件更改單包含信息不完整，數據結構化程度較低；更改不完全導致PDM中的產品工藝信息和ERP、MES等系統中的產品工藝信息不一致；工藝更改過后沒能形成企業內部有關技術性關鍵內容的工藝更改知識庫。
本次研究以某航空企業的產品制造工藝相關工程項目為背景，結合當前存的在問題以及航空復雜產品自身的特點，對基于Teamcenter 8（以下簡稱TC）與CAPPFramwork 2007（以下簡稱CAPPFramework）協同工藝設計模式下的航空復雜產品的工藝更改過程管理做了進一步研究。
1 航空制造企業的工藝更改特點及分類
通過對一些航空制造企業調研分析，我們得出目前最普遍的工藝更改過程。首先由工藝設計人員根據實際工藝更改需求編制工藝文件更改單，經同組的其他工藝人員校對，由主管工藝員對工藝文件更改單進行審核，再由相關單位負責人批準，檔案部門對工藝文件更改單進行發放；工藝人員根據發放的工藝文件更改單對原有的工藝文件進行更改；最后檔案部門對更改的工藝文件再次發放，整個工藝文件更改過程結束。
相比一般零件的工藝更改，航空復雜產品的零件具有零件結構復雜、數量多、可靠性要求高的特點，這使得航空復雜產品對工藝更改提出了更高的要求。其次，航空制造企業工藝設計和更改涉及多團隊、多部門、多領域的參與合作，需要在協同的工作模式下并行展開工作。整個工藝的編制過程需要主制單位和多個協作單位的并行協作。在主制工藝編制過程中，主制單位根據車間級產品工藝工作計劃來制定包含協編/擴編工序在內的工藝路線。主制單位負責工序內容的詳細定義。企業內部各術語定義包括：
①主制單位和主制工藝：工藝編制任務的承接單位以及任務的發起單位，其編制的工藝稱為主制工藝。
②協作單位和協編工序：在主制工藝編制過程中由于專業分工的原因將某道工序交給其他部門的人員來編寫，收到任務的部門成為協作單位，其編制的工藝稱為協編工序。
③擴編工序：擴編工序指的是某道工序內容復雜，將其獨立出來由其他人編寫形成一份單獨的工藝文件。
當每道協編/擴編工序審批完成后，進行主制工藝文件合并（將協編/擴編工序“裝訂”到主制工藝文件中）。
為了更好地對不同類型的工藝文件的更改進行有效地管理，我們結合航空企業的實際應用情況對工藝更改進行分析歸類。有時工藝文件需要更改的內容非常少，而且更改部分對整個工藝文件的影響不大，往往是筆誤或者錯別字等原因，可現場對工藝文件進行劃改，將此類工藝文件更改稱之為臨時超越更改；當工藝文件需要更改的內容非常多，幾乎相當于重新編寫一份工藝文件時，稱之為換版更改；當工藝文件需要更改的內容不多，僅需要修改部分工序內容就可實現時，視其為普遍工序更改。由于協編/擴編工序是由除主制工藝人員以外的其他人員編寫的，所以其更改過程也和主制工藝文件不同。據此，普遍工序更改又包含主制工序更改、協編工序更改和擴編工序更改。
2 航空復雜產品的工藝更改模型
工藝更改管理涉及到的3個主要方面是工藝更改過程本身、與工藝更改過程相關的工藝文件數據以及參與到工藝更改活動中的人員。本次研究結合航空復雜產品的特點，針對目前工藝更改過程管理中所存在的問題給出了如圖1所示的工藝更改模型。
圖1 工藝更改模型
2.1 工藝更改過程模型
為了高效嚴密地執行不同類型的工藝文件更改審批任務，本次研究針對不同的工藝文件類型提出了不同的更改過程模型。
對于不涉及協編/擴編工序的普遍工藝更改，其對應的過程模型如圖2所示。該過程模型也適用于不含協編/擴編工序更改的換版工藝更改。對于臨時超越更改，考慮到它對審批流程快捷方便性方面的要求，其過程模型可省略檢驗會簽、定額審查和批準環節。
圖2 普遍性工藝更改過程模型
協編工序和擴編工序的工藝更改，其過程模型相對比較復雜，具體如圖3所示。首先完成協作/擴編工序的更改編制任務及其審批流程，然后將協作/擴編工序再次合并到主制工藝文件中。
圖3 協編/擴編工序的工藝更改過程模型
2.2 人員組織與權限管理模型
2.2.1 人員組織模型
在航空制造企業中，人員的組織比較龐大復雜。為確保在整個工藝更改過程中的每一項具體的工作任務都是由預先指定的某一工作組中的某一個擁有足夠權限的工作人員來完成的，我們提出了如圖4所示的人員組織模型。
圖4 人員組織模型
用戶ID是人員在TC中的唯一標識。工作組往往對應了實際企業中設立的部門或者項目組，它在企業PDM中對應的是一組選定的可用角色列表。權限指的是對PDM系統中的所有資源和操作功能訪問能力大小的限制。每一個角色對應的是一個權限列表。一個組中可以有多個角色，一個角色可以在多個組內出現，組內的某一個用戶也可以有多個角色。引入角色的人員組織模型對于工藝更改過程中的安全訪問控制意義重大。其它信息可根據實際應用需求進行添加。
2.2.2 安全訪問控制模型
應確保在工藝更改過程中每一個擁有指定角色的參與人員在指定的流程節點對每一份具體的工藝文件擁有足夠的操作權限，即除了考慮角色對權限的影響因素之外，還應當考慮流程和具體操作對象對權限的影響。為滿足這樣的安全訪問控制應用需求，我們提出了如圖5所示的安全訪問控制模型。
圖5 安全訪問控制模型
用戶元數據指人員組織模型中的用戶ID、工作組、角色等；對象元數據主要指工藝文件及其相關聯文檔數據的基本信息，例如工藝文件類型、所有者、所處狀態、所屬項目、流程信息等；訪問控制列表(ACL)用來描述符合指定條件的工藝更改參與人員所具有的權限，規則樹用來描述何時將訪問控制列表應用到某一具體對象。規則樹由很多規則條目構成，每一個規則條目由條件、值和一個控制列表組成，其組成形式為：條件(值)→控制列表名。該模型全面考慮了工藝更改參與人員角色、流程以及工藝更改操作對象對權限的影響，可以很好地滿足航空復雜產品對工藝更改過程的嚴密控制要求。
2.3 文件對象模型
在工藝文件的更改過程中，為確保工藝更改的有效性、科學性和完整性，我們結合工藝更改過程管理需求分別構建了工藝文件對象模型、工藝文件更改單模型和工藝更改知識庫模型。
2.3.1 工藝文件對象模型
工藝文件對象首先應包含工藝文件的基本屬性信息，例如文件類型、所有者、對應零部件信息、創建日期等；其次，工藝文件對象應包含電子版工藝文件對象本身。根據應用需求我們還添加了關聯工藝文件信息、圖形對象文件信息、PBOM對象、工時屬性信息、零部件信息、狀態信息。構建的工藝文件對象模型如圖6所示。
圖6 工藝文件對象模型
在該模型中，基本屬性表用來存儲工藝文件對象基本信息；關聯工藝文件包含協編/擴編工藝等信息；圖形對象集存放工藝文件中所有的工序圖形以便獨立編輯管理；對應零部件信息指的是工藝文件所對應的零部件對象詳細信息；狀態信息是指工藝文件所處的狀態，例如編輯狀態、流程中狀態以及方法歸檔狀態。
在TC中對電子版工藝文件對象分版本存儲。當每次對工藝文件對象更改的時候，就會對其進行升版，利用版本后綴標識符加以區別，使得用戶在修改、保存工藝文件后能夠追溯未修改之前版本。
2.3.2 工藝文件更改信息模型
為確保工藝更改記錄的有效性、完整性，設計了完整工藝更改記錄信息模型。
在實際工藝更改單生成過程中，根據以上的信息模型將工藝更改數據結構化，實現部分內容白動填寫的功能，有利于提高工藝更改的效率和質量。同時，為了確保工藝更改單填寫的有效性，工藝更改單手動填寫部分內容應完整、清晰明了，突出重點。
一份工藝文件的一次更改對應一個更改單號，編號規則根據實際需求白行定義，例如“Gg”+更改分單位+產品型號+順序號+更改年。
2.3.3 工藝更改知識庫模型
從長遠考慮，企業在進行工藝更改時，除了要滿足當前生產需求，還應該積累工藝更改過程中的重要知識經驗，建立屬于自己的工藝更改知識庫，用來指導企業未來的產品設計，不斷減少或避免不必要的工藝更改，使得企業在進行工藝更改的同時能夠吃一塹長一智，豐富企業的知識資源，增強自身的競爭力。
可以通過工藝更改單號、更改工序號和更改頁一行確定某一次具體的更改記錄。工藝文件名往往可以反映工藝文件的應用對象；關鍵字用于搜索查詢；更改描述填寫應清晰明了，能夠反映工藝更改具體情況；為了表明實際工藝更改效果，我們添加了工藝更改評估項，一般在工藝更改實施一段時間以后由專門人員填寫。
3 工藝更改體系構建及實現過程
通過對工藝更改的應用功能需求進行分析總結，基于西北工業大學的CAPPFramework 2007和西門子的Teamcenter 8協同應用平臺構建了如圖7所示的工藝更改體系。CAPPFramework具有工藝文件及更改單編輯、繪制工序圖、提交工藝數據等功能，它與TC之間通過約定的XML格式的接口文件傳輸數據，依靠TC的產品數據管理、人員組織管理及工作流程管理實現整個工藝更改業務過程。該體系中的關聯更改保證機制用于在工藝文件更改審批生效以后更新PBOM對象表、工時屬性表等其它相關聯信息，并向MES、ERP等應用系統發出消息通知，確保各系統中的產品工藝信息一致，保證生產順利進行。
圖7 工藝更改體系
在TC與CAPPFramework集成應用平臺中，整個工藝更改處理實現過程如圖8所示。
圖8 工藝更改實現過程
4 結束語
本文針對某航空制造企業工藝更改業務需求現狀和以往工藝更改方法的不足，結合航空復雜產品的特點，提出了面向PLM的協同工藝更改方法。以CAPP-Framework與TC集成開發為基礎，構建了協同工藝更改體系，并對工藝更改在該集成環境下的實現過程進行了闡述。
實踐表明本次提出的基于Teamcenter與CAPP協同應用的工藝更改方法切實可行。該方法在滿足航空復雜產品對工藝更改的可控性、更改徹底性方面的嚴格要求的同時大大提高了工藝更改的效率和質量。
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