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1、基于產(chǎn)品平臺(tái)的CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要：本文對(duì)在產(chǎn)品平臺(tái)基礎(chǔ)上的CAPP系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，闡述了其整體結(jié)構(gòu)框架，介紹了采用XML描述語言對(duì)工藝資源管理系統(tǒng)的功能模塊、體系結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)一步地工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及功能模型，同時(shí)以零件族主工藝方面，對(duì)其工藝變型設(shè)計(jì)實(shí)施了詳細(xì)的說明。
關(guān)鍵詞：CAPP；產(chǎn)品平臺(tái)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
引言 隨著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，制造業(yè)企業(yè)面對(duì)各種新的挑戰(zhàn)，紛紛采取對(duì)策，采用一些新的制造技術(shù)，以提高企業(yè)的技術(shù)水平。在制造業(yè)企業(yè)使用計(jì)算機(jī)綜合翻造系統(tǒng)信息化進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（Computer Aided Process
2、 Plating，CAPP）為其制造系統(tǒng)信息化過程中一個(gè)關(guān)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(shè)過程中，把計(jì)算機(jī)輔助制造 (computer Aided Manufacturing，CAM)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)聯(lián)系起來的紐帶，為制造技術(shù)的基礎(chǔ)。盡管計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，但是其仍是CIMS一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié)。 為此，本文采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了一種CAPP原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含兩個(gè)模塊：采用標(biāo)簽描述語言（XML）的工藝資源管
3、理系統(tǒng)以及工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。而在工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，主要是正藝變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是在零件族主工藝文檔基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。本文在產(chǎn)品平臺(tái)的CAPP原型系統(tǒng)功能分析基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的總體框架進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊方法進(jìn)行了分析。 一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架 在產(chǎn)品平臺(tái)基礎(chǔ)上的CAPP原型系統(tǒng)，它共包括5個(gè)部分，分別是：用戶層，功能層，管理層，資源層，支持層。該5個(gè)部分之間是緊密聯(lián)系的。 ?。?）支持層 支持層提供了系統(tǒng)的硬件及軟件運(yùn)行的支持，包含了網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，異構(gòu)軟硬件平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等，為應(yīng)用程序運(yùn)行提供了多種的環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行對(duì)系統(tǒng)操作平臺(tái)管理，完成對(duì)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(shí)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(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，它為企業(yè)的基礎(chǔ)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(guān)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(shí)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(shí)施資源層信息管理，主要包含對(duì)數(shù)據(jù)信息的使用、維護(hù)，以及對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織。能
5、否有效提高數(shù)據(jù)管理效率，對(duì)系統(tǒng)有直接的影響，如系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)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(duì)完善CAPP系統(tǒng)有著重要的意義。 （4）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(diǎn)。這些功能模塊間的關(guān)系是非常緊密的。零件族管理系統(tǒng)，其為工藝設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工藝信息是通過工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)反饋到零件族系統(tǒng)的；工藝設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)系統(tǒng)。 ?。?）用戶層 用戶層包含工具層及用戶接口層兩個(gè)部分。用戶接口層是系統(tǒng)功能操作界面，負(fù)責(zé)用戶對(duì)系統(tǒng)的操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)用戶操作習(xí)慣進(jìn)行分析，為用戶提供良好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)用戶訪問及操作系統(tǒng)。工具層主要是為方便實(shí)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(hù)工具等。 二、基于XML工藝資源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工藝資源管理系統(tǒng)，它為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供基本的工藝數(shù)據(jù)支持，為其實(shí)施有效地保障。本文設(shè)計(jì)的在XML基礎(chǔ)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(shí)施對(duì)企業(yè)工藝數(shù)組織管理，以及創(chuàng)建維護(hù)
7、資源數(shù)據(jù)集和對(duì)當(dāng)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(wù)器（Client/Server，C／S）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，共包括四層結(jié)構(gòu)，它們?yōu)椋河脩魧?，系統(tǒng)功能層，技術(shù)支持層，以及數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)源選用的是以XML為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)集合，開發(fā)平臺(tái)選用的是．NET平臺(tái)，基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 圖1 基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)系結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)層以分布式系統(tǒng)平臺(tái)的XML數(shù)據(jù)集形式，實(shí)施工藝資源數(shù)據(jù)的管理，以在XML技術(shù)基礎(chǔ)上的工藝資源數(shù)據(jù)集做技術(shù)支撐。 技術(shù)支持層提供了各種操作接口，這些接口是以XML基礎(chǔ)上的工藝資源數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的，例如XML文檔對(duì)象模型（XM
8、L DOM），X-Path XML Schema等。使用該系統(tǒng)接口，能夠?qū)嵤?duì)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(shí)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(guān)鍵部分，同時(shí)也是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。根據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，完成用戶對(duì)工藝資源數(shù)據(jù)各種維護(hù)、瀏覽及查詢等操作，以及實(shí)現(xiàn)在各種工藝資源數(shù)據(jù)間的交互，同時(shí)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(quán)限的功能。 用戶工作層，它為用戶實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的各種操作，完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能的操作界面。實(shí)施系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程時(shí)，根據(jù)對(duì)通常用戶使用系統(tǒng)習(xí)慣的分析，在重發(fā)實(shí)現(xiàn)工作要求
9、的基礎(chǔ)上，為用戶設(shè)計(jì)出良好的人機(jī)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(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要宗旨，是為了輔助工藝設(shè)計(jì)人員實(shí)施對(duì)產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)主要是指設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝規(guī)程。工藝規(guī)程，是工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)加工工藝時(shí)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(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)。在該文件規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)里，詳細(xì)地規(guī)定了各種工藝的內(nèi)容，如設(shè)計(jì)使用的設(shè)備、夾具、工具、輔具及量具等，產(chǎn)品加工順序，裝配、加工時(shí)間計(jì)劃等。 （一）工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模型 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其主要完成的功能包含有：全新工藝設(shè)計(jì)，工藝文檔管理，工藝變型設(shè)計(jì)
10、，材料定額管理，主工藝文檔管理，工藝文檔模塊，以及工時(shí)定額管理等，工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模型如圖2所示。 圖2 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模型 （二）工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，它是對(duì)在機(jī)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(duì)企業(yè)工藝設(shè)計(jì)過程通常的工序卡片及工藝過程卡片表示形式的分析，對(duì)于設(shè)計(jì)工藝卡片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 在詳細(xì)分析了系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，構(gòu)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(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表單形式如圖3所示。 圖 3工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 四、零件族主工藝文檔變型設(shè)計(jì)系統(tǒng) （一）系統(tǒng)功能模塊 基于產(chǎn)品平臺(tái)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(shè)計(jì)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(jiǎn)圖變型。 零件族主工藝文檔的變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是以工藝資源管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過事物特性表技術(shù)的工藝文檔參數(shù)化來實(shí)現(xiàn)。在完成了對(duì)工藝文檔的分解參數(shù)化后，獲取了工藝變型設(shè)計(jì)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(shí)例。實(shí)施參數(shù)化工藝信息后，通過事物特性表的方式，儲(chǔ)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(shí)，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?qū)ο蟮哪K設(shè)計(jì)手段，零件族主工藝文檔變型設(shè)計(jì)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(shù)，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(jié)構(gòu) 零件族主工藝文檔變型設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)子系統(tǒng)主要實(shí)
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(shí)現(xiàn)工藝文檔實(shí)例的生成，所以它所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫是存儲(chǔ)參數(shù)化過程中生成的工藝參數(shù)及各參數(shù)值。 因?yàn)楦鱾€(gè)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(gè)數(shù)也不一樣，所以不能構(gòu)建起一致的數(shù)據(jù)表，以進(jìn)行存儲(chǔ)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(chǔ)，一定要系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的定制工藝參數(shù)庫功能。 結(jié)束語 綜上所述，本文對(duì)在產(chǎn)品平臺(tái)基礎(chǔ)上的CAPP系統(tǒng)進(jìn)行了總體分析與設(shè)計(jì)，在基于XML的工藝資源管理系統(tǒng)、工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以及基于零件族主工藝文檔的工藝變型設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的角度對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、功能模型及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地闡述。 參考文獻(xiàn)： 【1】祁國(guó)寧，楊青海，黃哲人等．面向大批量定制的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)方法研究．中國(guó)機(jī)械工程，2008，15(19)：1697～1701 【2】劉曉冰，楊春立，孫偉．產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫建立方法研究．計(jì)算機(jī)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(píng)價(jià)與選擇方法．管理工程學(xué)報(bào)，2009，(1)-17～21
基于產(chǎn)品平臺(tái)的CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)
