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1、基于產(chǎn)品平臺的CAPP系統(tǒng)設計 摘　要：本文對在產(chǎn)品平臺基礎上的CAPP系統(tǒng)進行了詳細地介紹，闡述了其整體結構框架，介紹了采用XML描述語言對工藝資源管理系統(tǒng)的功能模塊、體系結構以及數(shù)據(jù)設計的方法，進一步地工藝設計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構及功能模型，同時以零件族主工藝方面，對其工藝變型設計實施了詳細的說明。 關鍵詞：CAPP；產(chǎn)品平臺；系統(tǒng)設計 引言 　　隨著企業(yè)競爭的日益加劇，制造業(yè)企業(yè)面對各種新的挑戰(zhàn)，紛紛采取對策，采用一些新的制造技術，以提高企業(yè)的技術水平。在制造業(yè)企業(yè)使用計算機綜合翻造系統(tǒng)信息化進程中，計算機輔助工藝設計（Computer Aided Process

2、 Plating，CAPP）為其制造系統(tǒng)信息化過程中一個關鍵環(huán)節(jié)，它是企業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS)建設過程中，把計算機輔助制造 (computer Aided Manufacturing，CAM)與計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)聯(lián)系起來的紐帶，為制造技術的基礎。盡管計算機輔助技術有了較長時間的發(fā)展，但是其仍是CIMS一個比較薄弱的環(huán)節(jié)。 　　為此，本文采用模塊化的設計思想，設計了一種CAPP原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含兩個模塊：采用標簽描述語言（XML）的工藝資源管

3、理系統(tǒng)以及工藝設計系統(tǒng)。而在工藝設計系統(tǒng)中，主要是正藝變型設計系統(tǒng)，是在零件族主工藝文檔基礎上設計的。本文在產(chǎn)品平臺的CAPP原型系統(tǒng)功能分析基礎上，對系統(tǒng)的總體框架進行了詳細的說明，對實現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊方法進行了分析。 一、系統(tǒng)總體結構框架 　　在產(chǎn)品平臺基礎上的CAPP原型系統(tǒng)，它共包括5個部分，分別是：用戶層，功能層，管理層，資源層，支持層。該5個部分之間是緊密聯(lián)系的。 　　（1）支持層 　　支持層提供了系統(tǒng)的硬件及軟件運行的支持，包含了網(wǎng)絡通訊協(xié)議，異構軟硬件平臺，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等，為應用程序運行提供了多種的環(huán)境，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲。網(wǎng)絡通訊協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡的信息之間的交換，例如數(shù)

4、據(jù)一致性、數(shù)據(jù)傳輸速度、以及數(shù)據(jù)安全性等問題；使用通用數(shù)據(jù)庫模型來進行對系統(tǒng)操作平臺管理，完成對數(shù)據(jù)庫的各種操作，如查詢、存取、修改、等，提供管理層管理各資源層的數(shù)據(jù)功能，實現(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)訪問。 　?。?）資源層 　　資源層的主要功能是提供系統(tǒng)運行的基礎數(shù)據(jù)支持，它為企業(yè)的基礎的信息資源，主要包含和PDM系統(tǒng)、CAM系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)以及零件族等有關的信息資源。在資源層信息庫類別中，主要包含有：基本信息庫，文檔庫，知識庫，材料庫，事物特性信息庫，工藝庫，二/三維圖形庫，規(guī)則庫等。 　?。?）管理層 　　管理層的主要功能是實施資源層信息管理，主要包含對數(shù)據(jù)信息的使用、維護，以及對數(shù)據(jù)結構的組織。能

5、否有效提高數(shù)據(jù)管理效率，對系統(tǒng)有直接的影響，如系統(tǒng)運行效率，信息的完整性，集成環(huán)境中共享資源程度，以及在工藝設計過程重用資源程度，因此，能夠有效地建立起企業(yè)的信息資源管理系統(tǒng)，對完善CAPP系統(tǒng)有著重要的意義。 　?。?）功能層 　　系統(tǒng)的核心是功能層，它包括有：工藝資源管理，零件族管理，以及CAM系統(tǒng)等模塊。其中工藝資源管理模塊是本文的研究重點。這些功能模塊間的關系是非常緊密的。零件族管理系統(tǒng)，其為工藝設計系統(tǒng)提供各種有效的信息，例如零件模型信息、產(chǎn)品的BOM信息、編碼信息等，設計工藝信息是通過工藝設計系統(tǒng)反饋到零件族系統(tǒng)的；工藝設計系統(tǒng)把已經(jīng)完成的工藝文檔提交給下層的CAM系統(tǒng)，然后在加工

6、過程中，CAM系統(tǒng)把信息提交至工藝設計系統(tǒng)。 　?。?）用戶層 　　用戶層包含工具層及用戶接口層兩個部分。用戶接口層是系統(tǒng)功能操作界面，負責用戶對系統(tǒng)的操作。系統(tǒng)設計時，首先對用戶操作習慣進行分析，為用戶提供良好的人機交互界面，實現(xiàn)用戶訪問及操作系統(tǒng)。工具層主要是為方便實現(xiàn)操作的一些工具，例如數(shù)據(jù)集成工具，共享工具，視圖映射工具，查詢工具，以及維護工具等。 二、基于XML工藝資源管理系統(tǒng)設計 　　工藝資源管理系統(tǒng)，它為計算機輔助工藝設計系統(tǒng)提供基本的工藝數(shù)據(jù)支持，為其實施有效地保障。本文設計的在XML基礎上的工藝資源管理系統(tǒng)，主要是采用XML數(shù)據(jù)集的方式，實施對企業(yè)工藝數(shù)組織管理，以及創(chuàng)建維護

7、資源數(shù)據(jù)集和對當前的數(shù)據(jù)交互接口。 　　本資源管理系統(tǒng)，采用的事客戶端/服務器（Client/Server，C／S）結構設計，共包括四層結構，它們?yōu)椋河脩魧?，系統(tǒng)功能層，技術支持層，以及數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)源選用的是以XML為基礎的數(shù)據(jù)集合，開發(fā)平臺選用的是．NET平臺，基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)系結構圖如圖1所示。 　　 　　圖1 基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)系結構圖 　　數(shù)據(jù)層以分布式系統(tǒng)平臺的XML數(shù)據(jù)集形式，實施工藝資源數(shù)據(jù)的管理，以在XML技術基礎上的工藝資源數(shù)據(jù)集做技術支撐。 　　技術支持層提供了各種操作接口，這些接口是以XML基礎上的工藝資源數(shù)據(jù)集為基礎的，例如XML文檔對象模型（XM

8、L DOM），X-Path XML Schema等。使用該系統(tǒng)接口，能夠實施對工藝資源數(shù)據(jù)集中的工藝數(shù)據(jù)許多操作，如添加、修改、刪除等等，同時可以完成工藝資源數(shù)據(jù)集和現(xiàn)行的數(shù)據(jù)庫工藝資源交互訪問。 　　功能層為該系統(tǒng)的關鍵部分，同時也是本文設計的重點工作。根據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)設計，完成用戶對工藝資源數(shù)據(jù)各種維護、瀏覽及查詢等操作，以及實現(xiàn)在各種工藝資源數(shù)據(jù)間的交互，同時提供和CAX系統(tǒng)的接口?；谔岣呦到y(tǒng)安全性的考慮，系統(tǒng)還增加了管理用戶權限的功能。 　　用戶工作層，它為用戶實施對系統(tǒng)的各種操作，完成系統(tǒng)各項功能的操作界面。實施系統(tǒng)開發(fā)設計過程時，根據(jù)對通常用戶使用系統(tǒng)習慣的分析，在重發(fā)實現(xiàn)工作要求

9、的基礎上，為用戶設計出良好的人機交互界面，使系統(tǒng)更具有人性化，方便用戶的操作。 三、工藝設計系統(tǒng)設計 　　工藝設計系統(tǒng)的主要宗旨，是為了輔助工藝設計人員實施對產(chǎn)品的工藝設計。其設計主要是指設計產(chǎn)品工藝規(guī)程。工藝規(guī)程，是工程設計人員在進行設計加工工藝時要遵循的一些基本方法及原理，根據(jù)生產(chǎn)類型、生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)條件，形成各種產(chǎn)品及零部件工藝過程的文件規(guī)范和標準。在該文件規(guī)范和標準里，詳細地規(guī)定了各種工藝的內(nèi)容，如設計使用的設備、夾具、工具、輔具及量具等，產(chǎn)品加工順序，裝配、加工時間計劃等。 （一）工藝設計系統(tǒng)功能模型 　　工藝設計系統(tǒng)，其主要完成的功能包含有：全新工藝設計，工藝文檔管理，工藝變型設計

10、，材料定額管理，主工藝文檔管理，工藝文檔模塊，以及工時定額管理等，工藝設計系統(tǒng)功能模型如圖2所示。 　　 　　圖2 工藝設計系統(tǒng)功能模型 （二）工藝設計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 　　工藝設計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，它是對在機加工過程中，工序卡片及工藝過程卡片的數(shù)據(jù)模型描述。 　　根據(jù)對企業(yè)工藝設計過程通常的工序卡片及工藝過程卡片表示形式的分析，對于設計工藝卡片的數(shù)據(jù)結構，可以分為兩種形式的工藝卡片數(shù)據(jù)，分別是一維的工藝數(shù)據(jù)及二維的工藝數(shù)據(jù)。 　　 （三）工藝設計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計 　　在詳細分析了系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構之后，構建起系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包含有：二維過程數(shù)據(jù)ProcessTwo；一維過程數(shù)據(jù)Proce

11、ssOne；零件數(shù)據(jù)Part；二維工序數(shù)據(jù)ProcedureTwo；一維工序數(shù)據(jù)ProcedureOne等。工藝設計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表單形式如圖3所示。 　　 　　圖 3工藝設計數(shù)據(jù)庫結構 四、零件族主工藝文檔變型設計系統(tǒng) （一）系統(tǒng)功能模塊 　　基于產(chǎn)品平臺的CAPP系統(tǒng)，其最重要的子系統(tǒng)是零件族主工藝文檔變型設計系統(tǒng)，它的基本功能主要有：工藝文檔事物表，工藝文檔參數(shù)化，主工藝文檔變型，以及工序簡圖變型。 　　零件族主工藝文檔的變型設計系統(tǒng)，是以工藝資源管理系統(tǒng)為基礎，通過事物特性表技術的工藝文檔參數(shù)化來實現(xiàn)。在完成了對工藝文檔的分解參數(shù)化后，獲取了工藝變型設計需要的參數(shù)化矩陣，然后通過變型條件

12、，形成了工藝文檔的實例。實施參數(shù)化工藝信息后，通過事物特性表的方式，儲存在數(shù)據(jù)庫里，該參數(shù)化的工藝信息和零件的CAD信息以及零件的CAM信息有密切的聯(lián)系。而工藝文檔的一些特性參數(shù)，從零件族主模型中繼承了其CAD的屬性信息，例如公差和尺寸等，于此同時，也可以為零件下層的CAM提供加工信息序列的參數(shù)。 　　通過使用面向對象的模塊設計手段，零件族主工藝文檔變型設計子系統(tǒng)和其它的系統(tǒng)之間的集成交互采用基于組件的開發(fā)技術，從而可以完成系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通訊及無縫集成。 （二） 工藝變型數(shù)據(jù)結構 　　零件族主工藝文檔變型設計子系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫設計的內(nèi)容取決于子系統(tǒng)所需要完成的功能，主工藝文檔變型設計子系統(tǒng)主要實

13、現(xiàn)工藝文檔信息的參數(shù)化，以及通過自定義參數(shù)實現(xiàn)工藝文檔實例的生成，所以它所對應的數(shù)據(jù)庫是存儲參數(shù)化過程中生成的工藝參數(shù)及各參數(shù)值。 　　因為各個零件的工藝文檔信息有所差異，所涉及的工藝參數(shù)種類及個數(shù)也不一樣，所以不能構建起一致的數(shù)據(jù)表，以進行存儲該子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。因而，該子系統(tǒng)的參數(shù)化工藝數(shù)據(jù)存儲，一定要系統(tǒng)提供實時的定制工藝參數(shù)庫功能。 結束語 　　綜上所述，本文對在產(chǎn)品平臺基礎上的CAPP系統(tǒng)進行了總體分析與設計，在基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)、工藝設計系統(tǒng)，以及基于零件族主工藝文檔的工藝變型設計子系統(tǒng)的角度對系統(tǒng)設計方案、功能模型及體系結構進行了詳細地闡述。 參考文獻： 【1】祁國寧，楊青海，黃哲人等．面向大批量定制的產(chǎn)品開發(fā)設計方法研究．中國機械工程，2008，15(19)：1697～1701 【2】劉曉冰，楊春立，孫偉．產(chǎn)品設計知識庫建立方法研究．計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS，2007，9(8)：621～625 【3】但斌．面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品族功能性評價與選擇方法．管理工程學報，2009，(1)-17～21