天河软件CAPP系列讲座-新一代CAPP系统的开发技术.doc

CAD/CAM杂志 CAPP系列讲座（四） 北京清华京渝天河公司CAPP系列讲座（四） -现代CAPP系统的开发技术曾宇波 温秋生CAPP作为企业信息化建设的关键和核心，原有的、过时的软件开发技术已不能适应企业信息化对CAPP系统提出的要求。上讲介绍了CAPP系统的功能需求和开发模式，本讲探讨第四代CAPP系统（即现代CAPP系统）的内核模型和关键开发技术，希望CAPP研发机构和企业对CAPP的底层技术有个基本的了解。一、 当前CAPP软件的应用和开发现状CAPP软件在泛CAD领域中是研究和发展较早的软件技术之一，但与同类的 CAD/CAM的软件技术相比，CAPP软件的发展却大大落后于CAD、CAM软件。于是在许多企业里，加工部门早已用上了CAM软件，产品的设计部门早已甩掉了图板，甚至用上了三维的设计和分析软件，而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔，仍然重复着几十年来的工作习惯和方法。个别企业为了追求计算机应用的普及，使用一些通用的办公软件，或者二维CAD软件来代替CAPP工作。90年代中后期，制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题，在一些企业实施了企业级的PDM或MRPII甚至ERP软件后，才发现CAPP成为阻碍企业信息化建设的瓶颈。同时一些比较敏感的专家在90年代中后期重新衡量了CAPP软件在企业内应发挥的作用，逐步抛弃了传统的CAPP的研究方法，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向为工艺设计人员的提供软件工具，同时为企业的信息化建设提供服务。CAPP产品的研发在中国开始活跃起来，CAPP软件技术得到了迅速的发展。90年代末，各种实用化的CAPP开始走向市场，其开发方法和重点也各不相同，有的CAPP系统在CAD图形平台的基础上开发，然后将生成的工艺数据传送到其他的数据库系统中，有的CAPP系统在某种特定的数据库系统上生成工艺数据，然后在CAD平台上生成工艺卡片，甚至也有CAPP系统是纯粹的工艺卡片的填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些CAPP软件能为工艺人员提供一定的服务。以上CAPP系统都不能满足企业工艺设计的全过程要求，也不能满足现代企业对信息化建设的需求。现代CAPP，即面向企业信息化建设的网络化集成工艺设计平台成为目前和今后CAPP研究开发的重点。二、现代CAPP软件应具备的技术特点：1 工艺数据的格式化是现代CAPP要重点解决的问题之一。工艺卡片是工艺设计人员日常工作的主要对象，CAPP软件很容易定位为工艺卡片的生成工具，然而企业真正关心的是工艺卡片上反映的工艺数据，工艺卡片只是工艺设计人员要表达的工艺数据的格式化载体或称表现形式。工艺数据的格式化是现代CAPP要重点解决的问题之一。一个工艺设计中涉及的工艺数据多种多样，有反映产品属性的数据，有反映工艺技术条件和装备的数据，有反映加工的工艺路线、过程和步骤的数据，也有反映工艺简图的图形数据。同时各种工艺数据有一定的联系。对所有这些数据进行归纳和总结，并进一步抽象，得到一个能对所有的工艺数据进行格式化处理的软件模型是现代平台化的CAPP首先要考虑的问题。工艺格式的概念从而产生。工艺格式是一个完整的工艺中所包含的工艺数据及其类型以及工艺数据之间的结构关系的总和，即工艺数据的组织。工艺格式在工艺卡片和工艺数据之间架起了抽象的桥梁，使企业关心的所有工艺数据都能通过固定的数据库结构去描述，也能通过不同的工艺卡片去反映。工艺卡片只是工艺数据的一种“视图”，对工艺卡片中数据的修改，实际上是对数据库中工艺数据的修改，两者是双向关联的。数据、格式、卡片符合三层结构，和软件编程中的三层结构非常相似，如下图：工艺数据的三层结构根据上述的设计思想，CAPP系统的数据库结构中至少有三类基础的数据表，即工艺格式类，工艺卡片类，和工艺数据类数据表。这种CAPP软件的设计方法为CAPP软件的平台化奠定了坚实的基础。其好处有：1） 为企业的信息化建设提供了完备的、统一的工艺数据库接口。保证不同专业的工艺设计结果存放在相同结构的数据库中，保证了整个企业中的工艺数据能被其他信息系统（PDM、MRPII等）方便和准确地查询。2） 工艺卡片中所填写的任何工艺数据都能明确地表达具体的含义，卡片中的数据不是无序的分散的文字或图形，因此CAPP系统能够为工艺人员在工艺设计工作中提供智能化的在线工艺资源数据辅助，标准化的单元工艺复用，以及典型工艺的生成和利用，同时也为各种CAPP专家系统提供了数据结构基础。3） 卡片和工艺数据从根本上得到了分离。保证了企业的工艺数据在企业的工艺标准更新后仍能有效的利用。从软件本身保证了工艺设计工作的连续性和继承性。2 现代CAPP系统要求构建在一种标准的对象模型的基础上。现代CAPP系统是一种工艺设计的工作平台，它需要用一种通用的对象模型来抽象CAPP的数据结构，并且这种模型能提供一种简单的方式用于软件模块之间互操作，以此来提供方便软件功能的扩充、软件功能修改以及二次开发手段。国际上提供此类模型的标准有许多，例如OMG 提供的CORBA，Apple支持的OpenDoc和IBM所支持SOM(System Object Model)，但基于Windows平台中Microsoft 提供的COM(Component Objecty Model)已经成为事实上的“工业标准”，到目前为止，世界上大约有200,000,000个基于COM的计算机软件系统在运行，1999年，基于COM的第三方软件部件的需求总价值达到4.1亿美元。目前COM不仅支持Windows平台，而且支持Macintosh和部分Unix系统。COM实质上是一种协议，它建立了一个软件模块和另一个软件模块之间的连接，然后按照一定的规则将其描述出来。当这种连接建立起来后，两个模块之间就可以通过称作“接口”的机制来通讯。使用COM的优势在于CAPP软件系统的各模块能根据需求的不同来选择不同的最合适的计算机语言开发，而各模块能通过COM来无缝的集成。如果软件进行升级，则只需要对发生改变的部件进行升级即可。使用COM的另外一个理由是程序的复用，以及有大量的第三方软件部件可以利用。大大降低了软件的开发风险和软件开发后期的维护工作量。同时COM也是一个不断发展和完善的系统，DCOM(Distributed COM)为分布式的网络应用提供了基础，COM+又为优化COM的应用提供了兼容的、易于升级的新标准。3 现代CAPP软件是一个完整的分布式网络应用系统。工艺设计工作的实际需求是协同工作，知识积累，快速复用。企业的信息化建设要求CAPP系统能集中的安全的数据维护，及时地，动态地提供最新的工艺设计结果，也要求CAPP系统能与PDM系统方便、紧密的集成。网络化的CAPP软件较为容易的定位成一种标准的Client/Server的网络应用系统，即提供一个共享的网络数据库，所有的客户端程序都对网络数据库获得一个可靠的连接。标准的Client/Server应用结构提供了数据共享、减少了数据的复制和维护工作量，简化了完整数据汇总的工作。但也存在以下的缺点： 完整的坚固的客户端程序升级维护比较困难，一旦程序升级或系统设置改变，要求对所有的客户端程序同时改变。如果客户端的程序存在版本的不一致则可能造成数据库中的数据通过多个不同的数据逻辑操作，可能造成数据完整性的破坏。 系统的伸缩性比较差：客户端的数量受到网络数据库允许的数据库连接的限制。 网络性能比较低：客户端和服务端的通讯次数和通讯量都比较大，网络性能大大降低。 与PDM，MRPII系统的集成工作量比较大。分布式的网络应用在继承标准的客户/服务应用程序优点的同时，克服了以上的缺点，成为现代网络应用的主流。下图为分布式网络应用结构：分布式CAPP系统的三层结构 客户端程序不再直接访问数据库，而通过公用的中间业务逻辑层访问数据库，业务逻辑一旦发生变化，只需要更换中间的相关部件，所有的客户端应用立即发生改变。 客户的数量不在受到网络数据库所允许的数据库连接的限制，客户数量的增加，不会明显的对系统性能造成影响。 网络中的数据通讯次数大大减少，网络传输的中间数据大大减少，如果数据访问部件对经常查询的资源数据作缓存还可以大大提高整个网络系统的执行效率，如果将业务逻辑层中的部件分别部署在不同的计算机上，还可以有利于服务器的负载平衡。 基于COM的分布式网络CAPP应用系统自然地为PDM、MRPII以及ERP系统，提供了集成接口。PDM等系统可以从不同层次访问CAPP数据库，可以与CAPP系统在较高层次上交换信息。4 CAPP系统是一个表格处理、文字处理、图形处理，数据库访问综合技术应用的复杂系统CAPP系统不能满足工艺设计人员的工作习惯一直阻碍着CAPP系统的推广，所以CAPP软件必须是人性化的，完全所见所得的，符合软件通用操作规则的交互界面。首先CAPP系统必须能根据企业的不同要求来定制实施，这种定制实施可以是由软件供应商来完成，更重要的是也能让企业自己来完成这种定制，因为企业的工艺技术条件，和企业工艺资源数据是在不断变化的，企业的工艺标准也可能变化，轻松的定制是现代CAPP系统的重要特征。CAPP系统中有大量的表格，CAPP中表格的处理技术是关系到CAPP易用性的关键技术，CAPP表格的定制和修改要求能所见所得的操作，表格的填写要求能自动的换行，自动续卡，自动编号，表格中既能填写文字又能填写工艺符号，工艺符号要能参加到自动换行、续卡的运算中，并能支持复制，粘贴，在位编辑等标准的文字处理软件的工作习惯。所以现有的文字处理软件，表格处理软件甚至CAD图形软件不能满足CAPP100%的所见所得的要求。只有基于在操作系统平台上利用GDI(Graphics Device Interface)开发一种专业系统才能满足要求。另外CAPP生成的图形格式要求最好是能被大多数的软件系统识别，这样便于在其它集成信息系统中，如PDM系统中来浏览和打印。也有CAPP系统通过OLE（Object Linking and Embedding）的方式来完成在其它系统中来浏览和打印CAPP的表格，这样要求CAPP软件必须与其它系统安装在同一台计算机上，计算机的资源比较浪费。也有制作专用浏览和打印控件，然后集成到其他系统中来完成该功能的，但是一旦图形格式发生变化（非通用的图形格式容易发生改变），必须升级所有系统中的该控件。用WMF（Windows-formated MetaFiles）或EMF(Enhanced-formated MateFiles)的图形格式来存储CAPP的表格图形是比较好的办法，因为WMF和EMF几乎是所有系统支持的图形格式，它与具体的图形设备没有关系，能直接向各种打印设备输出。另外OLE所生成的图像就是WMF格式，使用WMF格式能保证CAPP表格中使用的OLE对象能自然的得到支持。现代的CAPP系统中可能要用到多种CAD系统绘制的工艺简图，利用OLE技术可以支持这一特征，并且绘制的工艺简图能重复的利用。唯一的缺点是必须安装CAD系统，并且可能要在多个应用系统中来切换，系统的资源比较浪费。值得注意的是VISIO公司推出的IntelliCAD，借助OpenDwg组织的技术，实现了与DWG2000，14，13，12，格式完全兼容的CAD系统，该系统能支持AutoCAD所不支持的OLE在位编辑，并且系统非常紧凑，用它来绘制工艺简图可避免多个应用的切换和资源的浪费。5 现代CAPP系统需要独立的、可定制的、有编程接口的、开放的安全系统。无论企业有没有PDM系统，作为网络数据库的应用程序，现代CAPP都需要有较为完备的安全系统，不能因为企业有了PDM系统，就将CAPP数据的安全交给PDM系统管理，因为PDM系统和CAPP系统所关心和处理的数据重点不一样，CAPP也应该能脱离PDM系统正常运行。PDM的安全系统是在CAPP系统之上的，通过PDM访问CAPP数据，即要通过PDM的安全系统和工作流程验证，也要通过CAPP系统的安全性确认。CAPP的安全系统要能满足各企业的需求必须是可定制的，首先CAPP系统必须对可能的权限进行抽象，这种抽象不仅仅是针对具体的CAPP的软件功能，也应该针对CAPP数据库的访问能力，然后制定规则，提供工具，包括软件工具和编程接口来对满足不同情况的定制需求。CAPP软件系统提供的编程接口最好是基于COM标准的，这样PDM等系统能方便的利用各种开发工具来集成。由于现代CAPP软件是一