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作為數(shù)字化制造的重要組成部分，CAPP負(fù)責(zé)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化為制造信息，它既依賴于產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和制造資源等因素，又直接對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理和車(chē)間調(diào)度等產(chǎn)生影響，因此，如何有效管理工藝數(shù)據(jù)及工藝過(guò)程一直是研究的熱點(diǎn)。PDM已經(jīng)成為企業(yè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程管理的集成框架。本課題結(jié)合某企業(yè)數(shù)字化制造的實(shí)際需求，深入研究PDM/CAPP集成技術(shù)，提出了基于集成中樞模型的集成方案，并在實(shí)踐中驗(yàn)證了其可行性。
工藝設(shè)計(jì)過(guò)程分析
在離散制造企業(yè)中，典型的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程通?？筛爬閳D1所示的過(guò)程。從圖1可以看出，制造企業(yè)中產(chǎn)品、工藝、資源、生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間具有不可分割的內(nèi)在聯(lián)系。工藝中的每一道工序/工步都依賴于零部件的特征信息或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，不同的工序/工步會(huì)使用不同的刀、夾、量、輔等工具以及設(shè)備，同時(shí)還需要生成不同的NC代碼，這樣，以工藝數(shù)據(jù)為紐帶，連接產(chǎn)品、資源、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成復(fù)雜的企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮這些數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)，還需要對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行控制，管理工藝人員的權(quán)限以及工藝文件的不同版本等。因此，工藝設(shè)計(jì)不是翻翻工藝手冊(cè)，然后填寫(xiě)工藝卡片這樣的簡(jiǎn)單工作，而是整個(gè)企業(yè)設(shè)計(jì)、制造、管理等活動(dòng)中一個(gè)極為重要的有機(jī)組成部分。與此相對(duì)應(yīng)，工藝規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)也應(yīng)該從產(chǎn)品生命周期的全局考慮，在集成框架中重新定義其功能范圍和實(shí)現(xiàn)方法。
集成環(huán)境下CAPP分析
近年來(lái)，作為企業(yè)信息孤島之一的CAPP，為適應(yīng)企業(yè)制造環(huán)境，滿足工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的需求，功能不斷擴(kuò)展。
這種功能齊全、信息完整、自成一體的CAPP系統(tǒng)不僅成為工藝的設(shè)計(jì)平臺(tái)，而且具備較強(qiáng)的工藝數(shù)據(jù)管理功能，目前市場(chǎng)上大部分CAPP都在向這個(gè)方向發(fā)展，如天河CAPP、大恒CAPP、艾克斯特CAPP以及西北工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的CAPP Framework等。作為獨(dú)立使用的工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)當(dāng)然非常理想。但是，如果將CAPP融入企業(yè)設(shè)計(jì)/制造/經(jīng)營(yíng)/管理等一體化的集成框架中，上述優(yōu)點(diǎn)反而變成實(shí)現(xiàn)集成的障礙，表現(xiàn)為功能重復(fù)、數(shù)據(jù)冗余、信息分割和封閉等。例如，CAPP的工藝流程控制、工藝文件的版本和安全管理等功能均與PDM重復(fù)，工藝資源管理則與ERP沖突，其用戶數(shù)據(jù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等都與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)和冗余。因此，在以PDM為信息集成框架的企業(yè)數(shù)字化制造環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)合理界定CAPP的功能范圍，從工藝信息和工藝活動(dòng)的本質(zhì)出發(fā)，深入研究PDM/CAPP集成技術(shù)。
基于集成中樞模型的PDM/CAPP集成技術(shù)
1．集成中樞模型
建立一個(gè)能夠清晰客觀地反映產(chǎn)品、工藝、制造資源和生產(chǎn)數(shù)據(jù)之間本質(zhì)聯(lián)系且面向集成而又不依賴于具體應(yīng)用的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型，對(duì)于有效集成非常重要，通過(guò)對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的分析，本文提取僅與業(yè)務(wù)知道和業(yè)務(wù)活動(dòng)有關(guān)的業(yè)務(wù)模型，并在此基礎(chǔ)上建立了集成中樞模型，圖3為采用UML建模語(yǔ)言描述的簡(jiǎn)化模型。
集成中樞模型在系統(tǒng)集成時(shí)起到數(shù)據(jù)總線的作用，它所表達(dá)的主要涵義為：首先，定義主要的共享數(shù)據(jù)對(duì)象及其結(jié)構(gòu)，如零部件（Partmaster）、工藝（Processmater）、設(shè)備（Equipment）、生產(chǎn)計(jì)劃（Manu-factureplan）等對(duì)象。其次，描述了產(chǎn)品生命周期同一階段數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以及不同階段數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如工藝、工藝版本（ProcessRevision）、工序（ProcseeOperation）和工步（ProcessStep）的聚合關(guān)系，并通過(guò)這4個(gè)對(duì)象在PDM中管理工藝數(shù)據(jù)；零部件版本（PartRevision）關(guān)系表達(dá)了工藝與資源的聯(lián)系；工序與文檔版本（DocumentRevision）的關(guān)聯(lián)允許采用PDM提供的文檔管理功能管理工序圖；最后，表達(dá)了以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心組織產(chǎn)品信息的方法，通過(guò)數(shù)據(jù)間的各種關(guān)系實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在不同視圖間的映射和轉(zhuǎn)換；通過(guò)工藝版本與可視圖化（Qualifiable）的繼承關(guān)系實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的視圖管理?？傊?，集成中樞模型是一個(gè)適合整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期中所有階段數(shù)據(jù)管理需求的數(shù)據(jù)模型，不同的CAPP系統(tǒng)都可以通過(guò)該模型實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)在PDM中的統(tǒng)一管理。
2．集成方案
基于前文所述的集成中樞模型，結(jié)合某企業(yè)信息化的現(xiàn)狀，本課題搭建的PDM/CAPP集成框架如圖4所示，它充分利用PDM對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝數(shù)據(jù)和工藝過(guò)程的管理，協(xié)調(diào)CAD/CAPP/CAM/ERP各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性。對(duì)于目前還沒(méi)有實(shí)施CAPP的企業(yè)，可以采用基于PDM開(kāi)發(fā)全新CAPP的策略；如果已經(jīng)實(shí)施CAPP，則可以在集成中樞模型的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展PDM的工藝對(duì)象，對(duì)CAPP進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)與PDM的集成。本文重點(diǎn)論述PDM與已有CAPP的集成方案。
在集成方案中，CAPP被設(shè)計(jì)成為工藝人員編制工藝規(guī)程的工具，而不涉及產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過(guò)程的管理，一般應(yīng)具有零件信息輸入、工藝過(guò)程卡編制、工序卡編制、工序圖繪制、典型工藝維護(hù)和NC代碼生成等基本功能，而用戶權(quán)限、工藝流程管理、版本管理等功能則由PDM承擔(dān)。
由于CAPP產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)需要提交PDM進(jìn)行統(tǒng)一管理，而CAPP所要求的設(shè)計(jì)及工藝資源等數(shù)據(jù)則由PDM提供，因此，兩系統(tǒng)必然要共享和交換大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。圖5以編制某零件的工藝規(guī)程為例，說(shuō)明了PDM/CAPP共享和交換數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法及過(guò)程，其前提條件是CAD產(chǎn)生的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已經(jīng)保存到PDM數(shù)據(jù)庫(kù)中。從兩系統(tǒng)共享和交換數(shù)據(jù)的過(guò)程可以看出：（1）只有登錄PDM的合法用戶才有權(quán)限操作提交給PDM的工藝數(shù)據(jù)；（2）通過(guò)用戶認(rèn)證后，依據(jù)PDM的角色機(jī)制和訪問(wèn)控制策略確定可使用的CAPP功能和對(duì)工藝數(shù)據(jù)的操作權(quán)限；（3）工藝數(shù)據(jù)一旦提交成功，該數(shù)據(jù)就開(kāi)始經(jīng)歷PDM對(duì)它的生命周期和版本管理，并接受安全性控制，直到廢棄；（4）把各項(xiàng)不同的工藝任務(wù)作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的不同節(jié)點(diǎn)，利用PDM的過(guò)程管理功能，對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度。納入PDM之下的CAPP不再是一孤立的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境下的有機(jī)組成部分。
基于XML的數(shù)據(jù)交換技術(shù)
本課題采用XML數(shù)據(jù)格式定義BITPDM與BITCAPP之間的需要交換的信息，通過(guò)接口相互傳遞。這就要求系統(tǒng)具備兩種能力：一是識(shí)別處理XML文檔信息并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)到XML文檔的轉(zhuǎn)變。利用XML處理器（或稱(chēng)解析器）可訪問(wèn)XML文檔的任何元素和內(nèi)容，ADO.NET則可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，并將其轉(zhuǎn)換成為XML文檔。PDM/CAPP集成需要定義的XML文件主要包括零件設(shè)計(jì)屬性、零件特征信息、零件工藝規(guī)程等。
結(jié)束語(yǔ)
隨著企業(yè)信息化的發(fā)展，功能完善的CAPP系統(tǒng)已不再適應(yīng)企業(yè)設(shè)計(jì)與制造全過(guò)程集成的需求。在構(gòu)建基于PDM的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，合理界定CAPP的功能范圍，可實(shí)現(xiàn)兩者的有效集成。文中提出的集成中樞模型利用UML統(tǒng)一建模語(yǔ)言準(zhǔn)確地描述產(chǎn)品、工藝、資源和工廠數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，在此集成中樞模型基礎(chǔ)上，集成了BITCAPP系統(tǒng)和自主開(kāi)發(fā)的B/S結(jié)構(gòu)的BITCAPP系統(tǒng)，從而驗(yàn)證了集成方案的可行性。
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