专利名称：产品生产工艺流程计算机仿真系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种产品工艺路线的优化系统及方法，具体的说是一种产品生产工艺流程计算机仿真系统及方法。
背景技术：
在制造业中，随着客户的个性化需求及市场和产品多样化的要求越来越高，多批次小数量逐渐成为制造业订单特性的大趋势。对于集产品研发和生产为一体的企业而言， 产品研发与生产的柔性衔接直接影响到生产的计划性、客户满意度、交货及时性以及利润保证，进而影响到企业的竞争力。产品研发与生产的衔接包括产品设计BOM (Β0Μ物料清单为产品结构表或用料结构表)转化为产品生产Β0Μ，进而产生对原材料的需求和成本的估算；根据产品图纸设计转化为产品工艺设计，进而产生对生产能力的需求和交货期的估算；产品设计的变更产生对原材料或工艺的变更。企业通过ERP系统(ERP — Enterprise Resource Planning企业资源计划系统) 或生产排程系统实现对生产的计划与控制，必须从产品设计中获得产品的工程数据，实现产品设计与生产的快速、无缝的连接。而现在，一方面，产品的生产工艺或者在生产过程开始时才编制，或者因为产品的生命周期较短、品种多，没有形成文档化的工艺流程，而此时对每种产品用人工方式编制工艺是不现实的。另一方面，产品的工艺流程具有多样性，每个产品采用什么工艺路线来生产，除了产品本身的特点外，还取决于生产现场因数，这些因素包括原材料状况、设备人员的状况，以及工装模具的状况等。目前，人们采用 CAPP (CAPP-Computer Aided Process Planning 是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程)和DMPM系统(数字化制造流程管理一Digital Manufacturing Process Management)来管理产品设计与生产工艺的关系。但CAPP和DMPM是为产品生产过程中的工艺管理服务的，只是针对每道具体的制造工艺进行仿真或优化，而不能对产品工艺路线进行仿真或优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种产品生产工艺流程计算机仿真系统及方法，可以实现产品设计数据到产品生产数据的仿真，快速为产品生产计划和排程提供必要的数据，实现产品设计数据到产品生产数据的智能化转换。本发明解决以上技术问题的技术方案是
产品生产工艺流程计算机仿真系统，包括文件读取模块、基础数据模块、自定义属性模块、产品工艺模型模块、路线仿真模块和生产排程优化模块，其中，
文件读取模块，用于读取产品设计系统的数据，放入产品工艺模型模块；基础数据模块，用于设定生产现场的状况数据；
自定义属性模块，用于维护构成产品物料清单和产品工艺的计算参数的属性； 产品工艺模型模块，用于建立产品工艺路线模型；；
路线仿真模块，用于根据产品工艺模型计算出工艺路线，并对工艺路线进行仿真； 生产排程优化模块，用于对路线仿真模块的工艺路线更换条件，获得最优的排程结果。产品生产工艺流程计算机仿真方法，包括产品工艺线路仿真包括获得工艺流程和拼接工艺流程；
获得工艺流程按以下步骤进行
⑴在产品工艺模型模块取出工艺模型，如果工艺模型取到，继续下面步骤，如果没有取到，取得工艺流程结束；
⑵计算产品工艺模型模块工艺建模条件单元的建模条件表达式，符合条件，继续下面步骤，如果不符合条件，返回步骤⑴；
⑶计算产品工艺模型模块工艺模型工序明细单元的工序属性； ⑷将符合条件的工艺流程载入备用工艺流程区，并返回步骤⑴循环； 拼接工艺流程按以下步骤进行
①在备用工艺模型中，取出构建方式模式，如果构建方式取到，继续下面步骤，如果没有取到，拼接工艺流程结束；
②计算构建条件，如果条件符合，则继续下面步骤，如果不符合，返回步骤①；
③判断流程类型，如果为主流程，则执行步骤④，如果为关联流程或者替换流程，则执行步骤⑤；
④计算工艺流程属性后，按优先次序取出工艺模型构建方式单元中的工艺模型连接条件，若取到，则根据工艺模型连接条件中的前工序条件，在已搭建的工艺路线中查找匹配的工序，并将该模型拼接在此工序后面，结束模型拼接流程；若没有找到匹配的工序，则取出工艺模型构建方式单元中的下一个连接条件，若没有取到，则直接结束；
⑤计算关联流程，根据工艺模型构建方式单元中的前工序条件算出与该模型所创建的关联流程或替换流程匹配的前工序，根据工艺模型构建方式单元中的后工序条件算出与该关联流程或替换流程匹配的后工序，最后计算该工艺模型的工艺流程属性后结束。本发明进一步限定的技术方案是
前述的基础数据模块包括物料管理单元、加工中心单元、班次管理单元、工序类型单元和工装模具单元，其中，
物料管理单元，用于管理物料基本数据和物料属性，其中，物料基本数据包括编号、描述、单位等；物料属性包括物料编号，属性编号，属性值。一个物料可以由多个属性，这些属性也要使用属性表中设定的属性统一管理，物料属性为BOM计算提供数据参数；
加工中心单元，用于维护与加工中心相关的参数，加工中心的基本数据包括编号、描述、班次、工时计算公式；
班次管理单元，用于维护班次数据，包括编号、描述、开始时间、结束时间、休息时间； 工序类型，用于维护工序的类型，包括编号、名称、备注； 工装模具，用于维护工装模具的数据。前述的产品工艺模型模块包括工艺模型建模条件单元、工艺模型工序明细单元和工艺模型构建方式单元，其中，
工艺模型建模条件单元，用于维护工艺流程计算时确定是否使用该工艺模型的条件。 建模条件由一组条件表达式构成，每个条件表达式是带变量的逻辑运算公式，变量就是属性表中的属性；
工艺模型工序明细单元，用于维护组成工艺模型的工序构成数据，一个工艺模型可以有多个工序构成，一个工序由工序基本数据和多个工序属性组成；
工艺模型构建方式单元，用于定义工艺模型的构建方式及其构建条件，一个工艺模型有多种构建方式，每种构建方式由基本数据，多个连接条件，多个工艺流程属性构成。前述的的工艺模型工序明细单元包括工序基本数据组件、工序属性组件、工序工时属性组件和工序排程属性组件，其中，
工序基本数据组件，用于维护工序的基本数据，包括工序序号，工序编号，顺序号，工序类型，加工中心；
工序属性组件，用于维护工序的属性，包括属性序号，顺序号，类型，属性创建条件，属性编号，属性内容；
工序工时属性组件，用于维护固定工时的计算属性，固定工时包括等待时间、调机时间、加工时间、拆机时间和运送时间；
工序排程属性组件，用于维护工序排程的属性，包括报废率、工序拆分策略、拆分策略值、工序重叠策略和工序重叠值。前述的工艺模型构建方式单元包括基本数据组件、连接条件组件和工艺流程属性组件，其中，
基本数据组件，用于维护构建工艺模型的基本数据，包括构建方式序号，构建方式编号，顺序号，构建条件，方式，流程类型，替换条件，关联流程条件，前工序条件，后工序条件；
连接条件组件，用于维护构建方式的连接条件，包括连接条件序号，连接条件编号，顺序号，前工序条件；
工艺流程属性组件，用于维护构建方式产生的工艺流程的属性。前述的路线仿真模块包括取得工艺流程单元和拼接工艺流程单元，其中，
取得工艺流程单元，用于匹配所有工艺模型，计算每个工艺模型的建模条件表达式，将符合条件的工艺模型，放入备用工艺流程缓冲区内，并计算其工序属性；
拼接工艺流程单元，用于根据构建条件，筛选备用工艺，并根据流程类型和连接条件将符合的备用工艺进行拼接，得到完整的工艺路线。前述的生产排程优化模块包含替换流程条件组件和工序排程条件组件，其中， 替换流程条件组件，由产品工艺替换流程中所有未确定数值的属性组成；
工序排程条件组件，由排程方式、开始/完成日期、数量、工序拆分值、工序重叠值组成。本发明的优点是本发明实现了产品设计数据到产品生产数据的仿真，快速地为产品生产计划和排程提供必要的数据；实现产品设计图纸中的物料清单自动转到数据库， 直接为ERP系统所用，产品的工艺流程也可以用于ERP系统的生产排程和产能计划；另外， 提供工艺模型的建立、产品工艺路线仿真、优化产品生产工艺路线等功能，节约成本，省时省力。
图1是本发明系统框图。图2是本发明的产品工艺模型模块的结构图。图3是本发明的取得工艺流程单元的工作流程图。图4是本发明的拼接工艺流程单元的工作流程图。
具体实施例方式实施例1
如图1所示，本发明提供了一种产品生产工艺流程计算机仿真系统，系统包括文件读取模块、基础数据模块、自定义属性模块、产品工艺模型模块、路线仿真模块和生产排程优化模块。下面对系统的每个模块的工作和组成做详细的说明 1、文件读取模块
文件读取模块，用于读取产品设计系统的数据，放入产品工艺模型模块。2、基础数据模块
基础数据模块，用于设定生产现场的状况数据。基础数据模块包括物料管理单元、加工中心单元、班次管理单元、工序类型单元和工装模具单元，其中，
物料管理单元，用于管理物料基本数据和物料属性，其中，物料基本数据包括编号、描述、单位等；物料属性包括物料编号，属性编号，属性值。一个物料可以由多个属性，这些属性也要使用属性表中设定的属性统一管理，物料属性为BOM计算提供数据参数。加工中心单元，用于维护与加工中心相关的参数，加工中心的基本数据包括编号、 描述、班次、工时计算公式。工时的计算包括最短等待时间、最长等待时间、调机时间、加工时间、拆机时间、运送时间等。在加工中心中，我们可以设定每种工时的计算公式，作为相关工序的缺省计算公式，当然，工序中的工时计算公式可以根据需要而变更。运送时间表示工序在两个加工中心之间转移时所需要的时间，可以使用二维表来建立各加工中心间运送时间的相关参数值，运送时间计算在前道工序的工时中。班次管理单元，用于维护班次数据，包括编号、描述、开始时间、结束时间、休息时间。工序类型，用于维护工序的类型，包括编号、名称、备注。工装模具，用于维护工装模具的数据。3、自定义属性模块
自定义属性模块，用于维护构成产品物料清单和产品工艺的计算参数的属性。属性表内容包括属性编号，描述，状态，数据类型(字符串、数字、日期，时间)，长度，小数点，单位。CAD图纸的标题栏、明细表以及所有的关键标注需要统一所有这些设定的属性，以便系统将这些数据传入建模公式中，计算出正确的结果。建立用户自定义的属性表，可以使系统适应不同用户的不同产品设计，以及不同的CAD软件，提高系统的使用范围和灵活性。4、产品工艺模型模块
产品工艺模型模块，用于管理建立产品工艺路线的产品工艺模型。产品工艺模型模块包括工艺模型建模条件单元、工艺模型工序明细单元和工艺模型构建方式单元，其构成方式如图2所示，其中，
工艺模型建模条件单元，用于维护工艺流程计算时确定是否使用该工艺模型的条件。 建模条件由一组条件表达式构成，每个条件表达式是带变量的逻辑运算公式，变量就是属性表中的属性。工艺模型工序明细单元，用于维护组成工艺模型的工序构成数据，一个工艺模型可以有多个工序构成，一个工序由工序基本数据和多个工序属性组成。工艺模型工序明细单元包括工序基本数据组件、工序属性组件、工序工时属性组件和工序排程属性组件，其中，
工序基本数据组件，用于维护工序的基本数据，包括工序序号，工序编号，顺序号，工序类型，加工中心；
工序属性组件，用于维护工序的属性，包括属性序号，顺序号，类型，属性创建条件，属性编号，属性内容；
工序工时属性组件，用于维护固定工时的计算属性，固定工时包括等待时间、调机时间、加工时间、拆机时间和运送时间；
工序排程属性组件，用于维护工序排程的属性，包括报废率、工序拆分策略、拆分策略值、工序重叠策略和工序重叠值。工艺模型构建方式单元，用于定义工艺模型的构建方式及其构建条件，一个工艺模型有多种构建方式，每种构建方式由基本数据，多个连接条件，多个工艺流程属性构成。 工艺模型构建方式单元包括基本数据组件、连接条件组件和工艺流程属性组件，其中，
基本数据组件，用于维护构建工艺模型的基本数据，包括构建方式序号，构建方式编号，顺序号，构建条件，方式，流程类型，替换条件，关联流程条件，前工序条件，后工序条件；
连接条件组件，用于维护构建方式的连接条件，包括连接条件序号，连接条件编号，顺序号，前工序条件；
工艺流程属性组件，用于维护构建方式产生的工艺流程的属性。5、路线仿真模块
路线仿真模块，用于根据产品工艺模型计算出工艺路线，并对工艺路线进行管理。路线仿真模块包括取得工艺流程单元和拼接工艺流程单元，其中，
取得工艺流程单元，用于匹配所有工艺模型，计算每个工艺模型的建模条件表达式，将符合条件的工艺模型，放入备用工艺流程区内，并计算其工序属性。拼接工艺流程单元，用于根据构建条件，筛选备用工艺，并根据流程类型和连接条件将符合的备用工艺进行拼接，得到完整的工艺路线。6、生产排程优化模块
8生产排程优化模块，用于对路线仿真模块的工艺路线更换条件，获得最优的排程结果。生产排程优化模块包含替换流程条件组件和工序排程条件组件，其中， 替换流程条件组件，由产品工艺替换流程中所有未确定数值的属性组成；
工序排程条件组件，由排程方式、开始/完成日期、数量、工序拆分值、工序重叠值组成。根据排程方式，向前根据完成日期或者向后根据开始日期推算每道工序的最早开始/完成日期和最晚开始/完成日期。考虑到工序拆分和工序重叠，推算的复杂度进一步提高，同时也进一步接近现实情况，使得排程能更好的反应出实际情况。最终，推算的结果会体现在以时间和工序为轴的图表中，改变任意条件，时间轴上的图表随之改变。由此我们能够直观的比较几次排程结果的优劣，最终获得一个最优的排程结果。工序拆分是把一道工序分成几份，可以同时开始。工序重叠定义前后两道工序之间的关系，它允许后一道工序在前工序未完成时就开始。产品生产工艺流程计算机仿真方法，包括产品工艺线路仿真包括获得工艺流程和拼接工艺流程；
获得工艺流程按以下步骤进行，如图3所示
⑴在产品工艺模型模块取出工艺模型，如果工艺模型取到，继续下面步骤，如果没有取到，取得工艺流程结束；
⑵计算产品工艺模型模块工艺建模条件单元的建模条件表达式，符合条件，继续下面步骤，如果不符合条件，返回步骤⑴；
⑶计算产品工艺模型模块工艺模型工序明细单元的工序属性； ⑷将符合条件的工艺流程载入备用工艺流程区，并返回步骤⑴循环； 拼接工艺流程按以下步骤进行，如图4所示
①在备用工艺模型中，取出构建方式模式，如果构建方式取到，继续下面步骤，如果没有取到，拼接工艺流程结束；
②计算构建条件，如果条件符合，则继续下面步骤，如果不符合，返回步骤①；
③判断流程类型，如果为主流程，则执行步骤④，如果为关联流程或者替换流程，则执行步骤⑤；
④计算工艺流程属性后，按优先次序取出工艺模型构建方式单元中的工艺模型连接条件，若取到，则根据工艺模型连接条件中的前工序条件，在已搭建的工艺路线中查找匹配的工序，并将该模型拼接在此工序后面，结束模型拼接流程；若没有找到匹配的工序，则取出工艺模型构建方式单元中的下一个连接条件，若没有取到，则直接结束；
⑤计算关联流程，根据工艺模型构建方式单元中的前工序条件算出与该模型所创建的关联流程或替换流程匹配的前工序，根据工艺模型构建方式单元中的后工序条件算出与该关联流程或替换流程匹配的后工序，最后计算该工艺模型的工艺流程属性后结束。本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于包括文件读取模块、基础数据模块、自定义属性模块、产品工艺模型模块、路线仿真模块和生产排程优化模块，其中，文件读取模块，用于读取产品设计系统的数据，放入产品工艺模型模块； 基础数据模块，用于设定生产现场的状况数据；自定义属性模块，用于维护构成产品物料清单和产品工艺的计算参数的属性； 产品工艺模型模块，用于建立产品工艺路线模型；路线仿真模块，用于根据产品工艺模型计算出工艺路线，并对工艺路线进行仿真； 生产排程优化模块，用于对路线仿真模块的工艺路线更换条件，获得最优的排程结果。
2.根据权利要求1所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述基础数据模块包括物料管理单元、加工中心单元、班次管理单元、工序类型单元和工装模具单元，其中，物料管理单元，用于管理物料基本数据和物料属性； 加工中心单元，用于维护与加工中心相关的参数； 班次管理单元，用于维护班次数据； 工序类型，用于维护工序的类型； 工装模具，用于维护工装模具的数据。
3.根据权利要求1所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述产品工艺模型模块包括工艺模型建模条件单元、工艺模型工序明细单元和工艺模型构建方式单元，其中，工艺模型建模条件单元，用于维护工艺流程计算时确定是否使用该工艺模型的条件； 工艺模型工序明细单元，用于维护组成工艺模型的工序构成数据； 工艺模型构建方式单元，用于定义工艺模型的构建方式及其构建条件。
4.根据权利要求3所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述的工艺模型工序明细单元包括工序基本数据组件、工序属性组件、工序工时属性组件和工序排程属性组件，其中，工序基本数据组件，用于维护工序的基本数据，包括工序序号，工序编号，顺序号，工序类型，加工中心；工序属性组件，用于维护工序的属性，包括属性序号，顺序号，类型，属性创建条件，属性编号，属性内容；工序工时属性组件，用于维护固定工时的计算属性，固定工时包括等待时间、调机时间、加工时间、拆机时间和运送时间；工序排程属性组件，用于维护工序排程的属性，包括报废率、工序拆分策略、拆分策略值、工序重叠策略和工序重叠值。
5.根据权利要求3所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述的工艺模型构建方式单元包括基本数据组件、连接条件组件和工艺流程属性组件，其中，基本数据组件，用于维护构建工艺模型的基本数据，包括构建方式序号，构建方式编号，顺序号，构建条件，方式，流程类型，替换条件，关联流程条件，前工序条件，后工序条件；连接条件组件，用于维护构建方式的连接条件，包括连接条件序号，连接条件编号，顺序号，前工序条件；工艺流程属性组件，用于维护构建方式产生的工艺流程的属性。
6.根据权利要求1所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述的路线仿真模块包括取得工艺流程单元和拼接工艺流程单元，其中，取得工艺流程单元，用于匹配所有工艺模型，计算每个工艺模型的建模条件表达式，将符合条件的工艺模型，放入备用工艺流程缓冲区内，并计算其工序属性；拼接工艺流程单元，用于根据构建条件，筛选备用工艺，并根据流程类型和连接条件将符合的备用工艺进行拼接，得到完整的工艺路线。
7.根据权利要求1所述的产品生产工艺流程计算机仿真系统，其特征在于，所述的生产排程优化模块包含替换流程条件组件和工序排程条件组件，其中，替换流程条件组件，由产品工艺替换流程中所有未确定数值的属性组成； 工序排程条件组件，由排程方式、开始/完成日期、数量、工序拆分值、工序重叠值组成。
8.用于权利要求1-7中任一权利要求的产品生产工艺流程计算机仿真方法，其特征在于包括产品工艺线路仿真包括获得工艺流程和拼接工艺流程；所述获得工艺流程按以下步骤进行⑴在产品工艺模型模块取出工艺模型，如果工艺模型取到，继续下面步骤，如果没有取到，取得工艺流程结束；⑵计算产品工艺模型模块工艺建模条件单元的建模条件表达式，符合条件，继续下面步骤，如果不符合条件，返回步骤⑴；⑶计算产品工艺模型模块工艺模型工序明细单元的工序属性； ⑷将符合条件的工艺流程载入备用工艺流程区，并返回步骤⑴循环； 所述拼接工艺流程按以下步骤进行①在备用工艺模型中，取出构建方式模式，如果构建方式取到，继续下面步骤，如果没有取到，拼接工艺流程结束；②计算构建条件，如果条件符合，则继续下面步骤，如果不符合，返回步骤①；③判断流程类型，如果为主流程，则执行步骤④，如果为关联流程或者替换流程，则执行步骤⑤；④计算工艺流程属性后，按优先次序取出工艺模型构建方式单元中的工艺模型连接条件，若取到，则根据工艺模型连接条件中的前工序条件，在已搭建的工艺路线中查找匹配的工序，并将该模型拼接在此工序后面，结束模型拼接流程；若没有找到匹配的工序，则取出工艺模型构建方式单元中的下一个连接条件，若没有取到，则直接结束；⑤计算关联流程，根据工艺模型构建方式单元中的前工序条件算出与该模型所创建的关联流程或替换流程匹配的前工序，根据工艺模型构建方式单元中的后工序条件算出与该关联流程或替换流程匹配的后工序，最后计算该工艺模型的工艺流程属性后结束。
全文摘要
本发明涉及一种产品工艺路线的系统及方法，是一种产品生产工艺流程计算机仿真系统及方法，包括文件读取模块、基础数据模块、自定义属性模块、产品工艺模型模块、路线仿真模块和生产排程优化模块，其中，文件读取模块，用于读取产品设计系统的数据，放入产品工艺模型模块；基础数据模块，用于设定生产现场的状况数据；自定义属性模块，用于维护构成产品物料清单和产品工艺的计算参数的属性；产品工艺模型模块，用于管理建立产品工艺路线的产品工艺模型；路线仿真模块，用于根据产品工艺模型计算出工艺路线，并对工艺路线进行管理；生产排程优化模块，用于对路线仿真模块的工艺路线更换条件，获得最优的排程结果。所述系统对产品工艺路线进行仿真或者优化，节约成本，省时省力。
文档编号G06Q10/00GK102289743SQ201110228320
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者刘云程, 周立斌, 杨冬, 郭鑫 申请人:易达康(南京)信息系统有限公司