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QS9000的汽车行业CAPP解决方案

一、前言
随着东、南部经济的迅猛发展，商用和家用轿车的需求量急剧放大；同时，西部大开发，以及西电东送、西气东送、南水北调等工程相继实施，特别是围绕开发西部的铁路、公路
建设进一步拉动了我国汽车市场的需求。从2001年开始，整个汽车市场出现了少有的供不应求局面，整车和零部件企业不得不加班加点、开足能力生产。
在汽车行业一片向好的情况下，我国汽车业已开始大调整，形成了以一汽、东风、上汽等为龙头的供应链。这时，零部件企业与整车厂已经是利益共同体，因此，为争得更大的市场份额，整车和零部件企业必须联合起来，尽可能多地满足最终客户的苛刻要求，努力提高产品的全面质量。为此，整车和零部件企业都面临提升核心竞争力――产品设计与创新能力――的压力。
现在整车和零部件企业的CAD应用基本普及，而且还采用了一定的CAM技术，但作为CAD和CAM（即设计与制造）的桥梁的CAPP技术，还处于起步阶段，特别是零部件供应商采用QS9000标准之后，选择什么样的CAPP来解决目前存在的问题呢？为此，本文就支持QS9000的汽车行业CAPP解决方案进行探讨。
二、汽车行业CAPP需求特点及分析
2.1 汽车行业贯彻执行QS9000标准的必要性
随着用户对产品的T（交货期）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境）等五要素的要求提高，企业的边际利润逐渐缩小、竞争异常激烈，整车和零部件企业已经捆绑一起共同面对最终客户，在提高客户满意度的前提下获得更多的回报。这就要求T、Q、C、S、E中的重要一环“Q”，质量管理的指导思想必须从事后补救为主转变为事先预防与控制为主，从早期环节保证以最低成本换取优质产品。这就是我国汽车行业贯彻执行QS9000的主要原因。
2.2 QS9000标准中与工艺设计与管理有关的主要内容
QS9000是美国福特（Ford）、通用（GM）、克莱斯勒（Chrysler）三大汽车公司在ISO9000质量体系标准基础上，增加汽车行业的特殊要求、顾客的特殊要求、以及有关的配套及参考手册等内容的，是吸收了世界汽车工业质量管理的先进经验、具有良好的可操作性、已在全球范围内引起强烈反响的质量体系标准。
在QS9000标准中，与工艺设计与管理密切相关的配套及参考手册主要有：APQP（产品质量先期策划与控制计划，英文全称是Advanced Product Quality Planning and Control Plan）、FMEA（失效模式及后果分析，英文全称是Failure Mode and Effects Analysis）等。
2.3 支持QS9000的CAPP需求特点及分析
2.3.1 执行QS9000标准之后的显著变化
执行QS9000标准的企业，产品开发、工艺准备方面有两个显著变化：
u 单纯面向功能的产品设计，转变为面向功能与制造相结合的产品先期策划与设计。
面向功能与制造相结合的产品先期策划与设计，是指遵循APQP准则，为保证每项产品计划达到顾客满意，引导资源实现质量目标，促使早期识别质量问题而采取预防措施，避免后期更改造成的损失，最终达到以最低的成本及时提供优质产品的目的。

图21 产品质量策划循环示意图
u 从传统的工艺规程设计，转变为FMEA分析、工序控制计划、工艺规程相结合的工艺设计。
FMEA分析、工序控制计划、工艺规程相结合是指，由FMEA分析决定工序控制计划，由工序控制计划指导工艺规程的编制，以确保各工序加工方法是正确的、其加工结果是可预知的，从先期工艺设计就保证了产品加工后的质量是合格的。
2.3.2 支持QS9000标准的CAPP需求特点
企业执行QS9000标准之后，在产品开发与工艺准备环节出现了质的变化，为适应QS9000标准，汽车行业CAPP的内涵和外延都发生了变化，主要体现在：
u 具有传统CAPP的通用模块，以满足技术文档、工艺规程、以及QS9000标准体系文件的编辑要求；
u CAPP与CAD的集成内容更丰富。除了产品属性信息、CAD图形外，还包括关键产品特性、检测清单等信息；
u 工艺知识的管理范围更广。除了企业工艺资源、典型工艺规程之外，还需管理FMEA的历史数据等。
u 工艺文件格式复杂、工艺卡片之间的数据关联性增强。

图22 某企业贯彻QS9000之后的工艺设计流程
三、支持QS9000的CAPP系统设计与实现
3.1 系统功能设计
根据汽车行业CAPP的需求特点，支持QS9000的CAPP系
统的功能需求如下：
u 具有传统CAPP所具有的基本功能
企业一般是按照QS9000标准体系文件的要求，结合已有工艺文件，制定出一套既包涵APQP和FMEA等QS9000的思想，又能指导加工的新工艺文件体系。所以，需要表格定义与绘制、工艺类型管理、工艺资源管理、工艺编辑、打印中心、浏览器、工艺汇总等功能。
u CAD软件必须有关键产品特性的管理功能
关键产品特性的序号、序号形式、检验项目等这类辅助信息，在产品设计阶段FMEA设计时也需确定一部分，而且这些信息需要传递给工艺设计环节。所以CAD软件需管理关键产品特性，而且能提供开放接口，便于CAPP软件调用，实现设计与工艺的深度集成。
u 能与CAD进行深度集成
在支持QS9000的CAPP系统中，除了能直接读取CAD图形用于绘制工序简图、获取图形中的产品属性信息之外，还需获取CAD图形中的关键产品特性信息。
u 建立和维护FMEA知识库
FMEA分析设计，主要是分析计算严重度（S）、频度（O）、不易探测度（D）和风险顺序数（RPN值），以及制定纠正措施（RPN值大于一定数值时，必须采取纠正措施，使其RPN值在允许范围之内）。而RPN值的分析计算是建立在丰富的历史数据之上，纠正措施也必须借鉴历史已采取卓有成效的措施，所以必须建立FMEA知识库，同时可以方便地维护与检索。
u FMEA辅助设计功能
遵循QS9000标准编制工艺时，其难度和工作量主要体现在FMEA设计环节。难度体现在：FMEA分析主要依靠优秀工艺师多年积累的经验，而对于普通工艺师而言，要做出高质量的FMEA分析，其难度相当大。工作量主要体现在：FMEA设计时需要全面检索已有的FMEA，同时有较多的分析计算，其工作量比较大。所以，在CAPP系统中需要提供FMEA的辅助设计功能，以降低对工艺师的苛刻要求，同时减轻工作强度。
u 可以支持复杂数据关联及卡片格式的卡片编辑
QS9000标准的工艺文件，其格式比较复杂，而且数据关联性比较强。比如特性矩阵图，它是将关键产品特性与每个工序的操作特性，用矩阵图形式关联表现，以便于全面、正确地控制关键产品特性，保证产品质量。所以，QS9000对卡片编辑功能提出了新的挑战。
3.2 系统实现
武汉开目信息技术有限责任公司，在已有商品化KMCAD和KMCAPP软件功能基础上，结合系统功能需求，扩展了KMCAD和KMCAPP的功能，以形成支持QS9000的汽车行业CAPP解决方案。系统架构和功能组成见图3-1和图3-2。

图31支持QS9000的汽车行业解决方案的体系架构

图32支持QS9000的汽车行业解决方案的主要功能

图33 开目CAD编辑关键产品特性界面

图34acerun: yes"> QS9000体系文件编辑界面
四、结束语
该设计方案体现了CAPP的发展趋势之一，即CAPP从通用工具向行业解决方案发展，在通用工具基础上，新增行业的独特功能，以显著提高该行业工艺设计的效率和质量。
支持QS9000的汽车行业解决方案，新增了汽车行业对QS9000标准的特殊要求，同时对CAD软件提出了更高的要求，由CAPP和CAD集成，共同提高汽车行业工艺设计的效率和质量，解决设计与制造的集成问题，为深化企业信息化建设打下坚实的基础。