（机械电子工程专业论文）基于pdm的工艺信息化研究.pdf

摘要 摘要 p d m 作为c a p p 系统的集成框架，能够弥补传统c a p p 系统在文档 管理、流程管理、用户权限管理等方面的不足，有利于c a p p 系统在整 个企业信息化环境下向集成化、工具化、实用化的方向发展，有利于企 业信息系统的共享。因此，研究c a p p 与p d m 的集成的系统具有重要 意义。 本文结合昆船公司和昌河飞机工业公司的p d m 与c a p p 的集成的开 发和研究以及株洲6 0 8 所p d m 的选型工作做了以下研究： 1 根据昆船和昌飞的在系统集成中的实际情况，探讨了基于p d m 的工 艺信息化系统的关键技术：a ，基于p d m 的工艺信息管理技术b ，基于p d m 的工艺流程管理；c ，p d m 的权限控制与c a p p 的结合。 2 提出了基于p d m 的c a p p 的体系架构及纳入p d m 平台下的c a p p 的数据流程。 3 分析了集成环境下编码系统的重要性，提出了以统一产品信息数据 源为基础的企业应用系统集成的信息模型；提出了c a p p 系统通过p d m 获取产品的属性数据、产品结构数据的方法和m b o m 转换的流程。 4 介绍了工作流技术，分析了现有的p d m 产品在实现并行产品开发所 存在的缺陷，提出了工艺规划师的概念和模型。 5 分析了p d m 的流程管理技术，介绍了如何在c a p p 中借助于p d m 的流程管理，实现工艺文档的校对、审批、发放流程、及圈红标示、自动 签名、打印控制等实现的关键技术。 关键词：计算机辅助工艺设计，产品数据管理，并行工程，面向对象工 艺信息建模，j 2 e e 摘要 a b s t r a c t p d m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ) ，w h i c hi s3 c ( c a d c a p p c a m ) a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nf r a m e ，c a nm a k eu pt h ei n s u f f i c i e n c yo ft r a d i t i o n a l c a p pw h i c hi sd o c u m e n tm a n a g e r ，w o r k f l o wm a n a g e ra n du s e rm a n a g e r ，a n d s oo n ，c a nb ep r o p i t i o u st oc a p pd e v e l o pt o i n t e g r a t i o n 、t o o l 、u t i l i t yi n e n v i r o n m e n to fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o na n di nf a v o ro fi n f o r m a t i o ns h a r e r e c e n t l y ，t h e r e s e a r c ho nc a p pf o c u s e so ni t s i n t e g r a t i o n ，u t i l i t y a n d p r a c t i c a l i t yt h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n ta n du r g e n tt os t u d ya n dd e v e l o p t h ei n t e g r a t i o n ，p r a c t i c a lc a p po nt h eb a s i sf r a m eo fp d m t h ed i s s e r t a t i o nb a s e do nd e v e l o p i n ga n dr e s e a r c ho fp d ma n dc a p p i n t e g r a t i o n i n k u n m i n gs h i p b u i l d i n ge q u i p m e n tc o ，l t d a n dc h a n g h e h e l i c o p t e rc o r p t h ek e yi s s u e s s t u d i e da n dc o n c l u s i o n sd e d u c e di nt h e d i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do np r a c t i c eo fs y s t e mi n t e g r a t i o ni nk s e ca n dc h h c ，s t u d yt h e k e yt e c h n i q u eo fc a p pa n dp d mi n t e g r a t e d ：a ，b a s e d o np d mo fp r o c e s s i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ；b ，b a s e do np d m o fp r o c e s sw o r k f l o w m a n a g e m e n t ； c b a s e do np d mo fr o l ec o n t r 0 1i nu s eo fc a p p 2 t h ec o n c e p to f p r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e mi si m p r o v e da n de n r i c h e d t h ea r c h i t e c t u r eo f p r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e m sa n d d a t af l o w ，b a s e do np d m i ss t u d i e d 3 b a s e do n a n a l y z i n g o fc o d i n g s y s t e m i m p o r t a n c e i n i n t e g r a t i o n e n v i r o n m e n t ，s t u d i e ds i n g l ep r o d u c td a t af o u n d a t i o ne n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o ns y s t e mi n f o r m a t i o nm o d e l ；s t u d i e dp r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e mg e t a t t r i b u t ed a t ao f p r o d u c t 、s t r u c t u r ed a t ao fp r o d u c t f r o mp d m ；s t u d i e dm b o m t r a n s f o r mp r o g r a mf l o w 4 d i s c u s sw o r k f l o wt e c h n i q u e ，a n a l y z i n gi n s u f f i c i e n c yo ft r a d i t i o n a l p d mi n c o o p e r a t i v e p r o c e s sp l a n n i n g ，b r i n gf o r t hc o n c e p ta n dm o d e lo f p r o c e s sp l a n n e r 5 a n a l y z i n g w o r k f l o w m a n a g e m e n tt e c h n i q u e s o f p d m ，s o l v e d w o r k f l o wi nc a p pb yp d mw o r k f l o wm o d u l e ，r e a l i z e dk e yt e c h n i q u e s i n p r o c e s sd o c u m e n tc h e c k 、e x a m i n ea n da p p r o v e 、r e l e a s e f l o w 1 1 摘要 k e y w o r d s ：c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ，o b j e c t o r i e n t e d p r o c e s si n f o r m a t i o n m o d e l i n g j 2 e e i i l 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 计算机辅助工艺设计c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n i n g ) 系统的研 究和开发是制造业自动化领域的重要方向。c a p p 作为c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 和c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 的桥梁一直受到 制造业的关注。而p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 技术是企业重构和发展 的一项必不可少的基础技术，它管理与产品相关的所有信息和所有过程， 为产品开发的全过程提供了协同工作的基础。p d m 包括产品结构树信息， c a d 图档信息等产品设计信息。这些信息都与c a p p 系统密切相关，特别 是p d m 的编码系统为产品的设计到工艺提供了统一的编码标准，基于这 种编码，可以使由设计图纸到工艺文档的数据流通更加顺畅，基于p d m 的c a p p 系统能够适应企业规划的要求，从而保证了数据的完整统一及流 畅，纳入p d m 之下的c a p p 不在是一个孤立的工艺设计模块系统，它能 与上游的产品开发和下游的制造部门密切联系，使信息流通顺畅，便于对 整个企业的工艺文件进行管理、查询或引用，便于利用已解决的工艺设计 问题解决新问题。 1 1c a p p 技术发展l l 2 】【3 l 【4 儿5 】【6 1 c a p p 的开发、研制是从6 0 年代末开始的，1 9 6 9 年挪威正式推出世界 上第一个c a p p 系统a u t o p r o s ，1 9 7 3 年正式推出商品化的a u t o p r o s 系统。在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是c a m i 于1 9 7 6 年推出的c a m i s a u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统，取其字首的第一个字母，称为c a p p 系统 2 】【7 。计算机辅助工艺设计的基本原理正是基于人工设计的过程及需 要解决的问题而提出的：首先，产品零件的数据信息应能利用，并建立零 件信息的数据库：其次，工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的 利用和共享；第三，制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和 工艺参数库：第四，充分利用标准( 典型) 工艺生成新的工艺文件 2 1 1 8 1 。 c a p p 的出现彻底改变了工艺设计手工编制方式和对人的依赖，而且显著 提高了编制工效，缩短了工艺设计周期，避免了不必要的差错，为实现工 艺过程优化创造了条件 8 】。 西北工业大学硕士学位论文 1 1 1c a p p 分类 各国对使用计算机进行工艺的辅助设计进行了大量的研究，并取得了 一定的成果。目前，c a p p 可分为以下五类： 交互式c a p p 系统 交互式c a p p 系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行 工艺设计。系统主要由零件工艺设计模块和一系列工艺设计数据库组成， 用户在系统指引下，按照工艺设计流程、基于工艺设计资源库和工艺设计 习惯、经验等，交互完成工艺过程设计、工时计算和成本估算等工作，并 由系统进行统一信息存储、分类统计，以输出供生产用的工艺规程卡片， 供计划调度用的产品工艺流程，供生产过程中使用的设备清单和刀夹量辅 具清单等。这种以填写方式为主的人机交互型c a p p 系统，其工艺规程的 设计质量对人的依赖性很大，难以保证工艺信息的准确性和可靠性。 派生式c a p p 系统 派生式c a p p 的原理是通过检索和修改系统中已有的相似零件主样 件的标准工艺并加以筛选或编辑而获得当前零件的工艺规程。在派生式 c a p p 的数据库中存储有各类标准工艺。标准工艺是工艺人员事先拟定的， 其工序工步间的逻辑关系已经确定，而对标准工艺的修改仅仅是一系列的 增删操作，不会改变工序或工步原来的排列顺序。根据零件信息的描述与 输入方法不同，派生式c a p p 系统又分为基于成组技术( g t ) 的派生式与基 于特征的派生式c a p p 系统。 刨成式c a p p 系统 创成式c a p p 系统中不存入任何工艺过程方案，它是将工艺决策知识 用决策表、决策树或公理模型等技术来实现。当输入当前零件的有关信息 后，系统可以模仿工艺人员的手工编制过程，根据程序中所反映的决策逻 辑和制造工程数据信息生成工艺规程。在创成式系统中，工艺决策的各种 决策逻辑存入相对独立的工艺知识库，供主程序调用，不需要派生法中的 样板工艺文件。在创成式系统中只有决策逻辑与规则，系统必须读取零件 的全面信息，在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工艺文件， 由于其知识库需要包含所有的工艺决策逻辑，加上工艺设计过程的多样性 及复杂性，要实现能够自动排序的完全创成式系统的难度太大，至今也没 有开发出来。现有的创成式系统只能算作半创成型，即系统中包含有部 分决策逻辑，而其关键部分一一工序工步的排序则采用标准工艺法来实现， 或通过人机交互的方式来完成。 c a p p 专家系统 人工智能特别是专家系统的广泛应用，创成式系统发展为知识基于 西北工业大学硕士学位论文 c a p p 系统。这些系统与以往系统的显著区别在于，它们有一个将工艺知 识与经验以产生式规则表示的知识库和模拟工艺设计专家进行工艺决策的 推理机。在专家系统中，工艺专家编制工艺的经验和知识存在知识库中， 并可以方便地通过专用模块增删和修改，提高了系统的适应性和通用性。 对知识库中工艺生成逻辑可进行查询和修改。而以自然形式存放的工艺知 识通过知识编辑模块，成为一种直接供推理机使用的数据结构，以加速运 行。推理机从文件库中读取零件制造特征信息，经过逻辑推理，生成工艺 文件输出并存入文件库。创成式c a p p 系统是以逻辑算法加决策表为特征 的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的。专家系统求解问题的过程 是逻辑判断和决策的过程( c a p p 技术特征及发展动态参考) ，非常适合工 艺过程设计中需要依靠专家经验和优化策略等解决的问题，因此，开发 c a p p 专家系统前景广阔。但实践证明专家系统还存在着几大突出问题： 知识的脆弱性、推理的单调性和知识获取的“瓶颈”等。c a p p 的专家系 统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶段。 综合式c a p p 系统 综合式系统是将交互式、派生式、创成式与人工智能c a p p 的优点结 合在一起，综合而成的。目前，国内很多c a p p 系统采用这种模式。 1 1 2c a p p 发展过程中存在的问题 在8 0 年代中期，s m e 曾预钡4 ，美国的制造业将有9 0 的企业要使 用c a p p ，但直到今天，仍只有不到1 0 的企业使用c a p p ，而且成功率 不大。我国对c a p p 的研究始于8 0 年代初，迄今为止，在国内学术会议、 刊物上发表的c a p p 系统已有5 0 多个，但被工厂、企业正式应用的系统只 是少数，真正形成商品化的c a p p 系统还不多。究其原因，主要是目前 c a p p 方法和系统的研究存在以下一些问题： 1 片面追求c a p p 系统的工具化 一些软件制造商没有从企业信息化建设的角度考虑产品开发，系统未 提供与企业常用软件集成运行的支撑环境，仅是提供一个用计算机代替手 工工作的工具，企业应用前期的c a d 、c a p p 技术的的基础数据不能实现 集成化和利用，成为企业信息化建设的障碍，并使得企业信息化建设成为 “空中楼阁”，并没有提高多少效率。 2 过分强调工艺决策的自动化，c a p p 系统的通用性差，柔性差。 c a p p 要求的工艺决策自动化这个目标具有很大片面性，致使c a p p 系统开发周期延长，开发费用增加，开发难度大，开发出的系统适应性差， 难以推广应用；工艺人员难以掌握系统的使用，而且在使用中仍需交互输 西北工业大学硕士学位论文 入大量的信息，麻烦而又容易出错；忽视工艺管理功能的研究与开发，工 艺设计与管理不能集成，不仅工作效率低，而且很难保证工艺信息和文件 的准确性、一致性。缺乏从整个产品的角度研究c a p p 的应用和集成问题， 没有认识到工艺基本数据结构及基本设计功能的普遍性、通用性，由于 c a p p 系统涉及问题的复杂性和对应用环境的依赖性，更由于对决策自动 化的目标定得过高，使得c a p p 的研究与开发基本上以零件为主体对象， 且主要集中在机械加工工艺设计领域，常常只能针对特定制造对象、特定 制造环境( 特定企业、特定车间甚至特定设备) 进行。开发出的系统功能 和应用范围有限，缺乏适应生产环境变化的灵活性和应用性，难以适应于 企业中的大多数零件的应用需要，更难以满足先进制造系统的发展需求。 为了解决上述问题，国内外不断地在c a p p 开发工具的开发及面向对 象( 0 o ) 技术的应用上进行探索，但仍受限予以自动化为目标和以零件为 主体对象，问题并未得到解决。这种现状不仅难以满足先进制造系统对 c a p p 的应用和发展日益增长的需求，而且造成大量重复劳动和人力、财 力、物力的浪费，严重限制了c a p p 应用的广度和深度。 3 动态规划问题 进行工艺设计时，大多数c a p p 系统是面向固定制造资源环境的专用 系统或预先假定的静态企业资源信息或者认为可用资源是无限的，系统没 有考虑生产部门实时资源的动态反馈，不能随制造资源的状态变化而变 化，如不能适应制造环境、设备故障、设备负荷及工具短缺等的变化，设 计出的工艺不能实时变化，影响预定规划的顺利执行。 4 对c a p p 的系统化、实用化、工程化研究重视不够 尽管各种新概念、新方法、叛技术在c a p p 中不断获得应用，但主要 是针对各种决策功能，而始终缺乏对c a p p 的系统化、实用化、工程化的 研究，缺乏各种技术之间及技术与管理、与人之间的集成，使得这些新技 术、新概念、新方法所起作用甚小，也使得c a p p 的整体发展缺乏坚实的 实践基础和动力。近年来，国内外己开始认识到c a p p 应用和工程化问题 对c a p p 发展的影响。c a p p 在企业中的应用已落后于新概念的应用和新 系统的开发 9 ，这已几乎成为当前c a p p 发展的绊脚石。 5 c a p p 的基础性技术和方法有待进一步深入研究 工艺过程设计是典型的复杂问题，包含了分析、选择、规划、优化等 不同性质的各种功能要求，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞 大，又与具体的生产环境及个人经验水平密切相关；生产环境不同( 不同 的工厂，甚至同一工厂内的不同车间) 、产品对象不同、生产批量不同、 生产设备、工艺方法和工艺习惯都不一样，使得产品工艺差别很大。而长 期以来，c a p p 的研究与开发都忽视对工艺设计问题所涉及的通用基础性 4 西北工业大学硕士学位论文 技术、方法和数据的深入研究和探索，各种新概念、新方法、新技术的采 用既缺乏应用基础，也缺乏系统化基础。工艺设计方法缺乏良好的理论和 坚实的科学基础是阻碍c a p p 发展的因素，进入9 0 年代，国内外日益认 识到c a p p 基础性理论和方法研究的重要性 1 0 】。总之，开发c a p p 系统 的基础是工艺设计的原理和方法，一些研究者过分强调了c a p p 系统开发 中计算机程序设计的重要性而忽视了工艺设计的原理和方法，因此绝不可 能开发出高水平的c a p p 系统。 1 1 3c a p p 技术的发展趋势 未来的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和全球化、网络化制造， 未来的产品是基于信息和知识的产品，先进制造技术与先进制造系统的发 展加速了制造企业的信息化过程，c a p p 作为企业信息化建设的关键部分， 作为实现产品设计与产品制造全过程集成的关键环节之一，无论从广度还 是深度上都面临更新更高的发展要求。顺应我国先进制造技术发展战略和 国情，顺应市场需求情况，顺应新技术发展趋势，c a p p 技术的研究、开 发到达了一个新阶段，并出现了以下趋势： 1 通用化和实用化趋势 c a p p 开发研究性质从专用c a p p 系统向企业通用及实用的c a p p 系 统发展：从工艺基本数据结构及基本设计功能的普遍性、通用性出发，研 究出能适应大多数企业需要的可在其上进行二次开发应用工具化的c a p p 系统。 2 智能化趋势 人工智能技术的发展出现了c a p p 专家系统，但受限于知识获取等瓶 颈；而人工神经网络技术、模糊理论、几何推理等方法发展为专家系统的 决策化工具，采用多种技术相结合来构造智能化c a p p 系统，使得系统具 有从实例数据自动产生规则和知识框架的可能，并可以并行的进行知识推 理。增强了c a p p 获取、表达、处理知识的有效性和灵活性，c a p p 系统 更具柔性和活力。 3 集成化、网络化和开放性的趋势 集成化是c a p p 发展的必然。c a p p 应能充分利用计算机潜力交互式 在线处理系统，并能提供完备的工艺文件，为c i m s 各部门提供信息服务。 c a p p 应用的规划和建议中，还必须考虑c a p p 系统的开放性、适用性及 先进性，以适应企业信息集成的需求。面向产品信息共享的c a p p 工艺数 据是产品数据的重要组成部分，也是企业生产信息的汇集处。因此，c a p p 不仅是p d m 、m i s 等的数据来源之一，也是c i m s 中产品设计制造和生产 望! ! 三些盔兰堡主兰垡笙兰 经营管理实现信息集成的关键性环节。以集成化为方向，采用基于数据定 义的工艺设计技术，通过分布式网络和数据库，c a p p 系统将可广泛与m i s 、 p d m 、c a d 等进行集成。 4 分布式的趋势 分布式c a p p 是一些相对分散的工艺规划子系统的集合，其中每个子 规划系统都具有有限的功能或应用范围。这些系统用全局管理程序有机地 连接起来，形成个分布式的计算机“系统的系统”。 5 并行化的趋势 并行化c a p p 是在集成化和智能化的基础上的进一步发展，充分体现 了并行工程的思想。并行工程的一个焦点是在信息和功能的层次上实现产 品详细设计和制造过程设计的集成。并行c a p p 除了要从c a d 获取设计信 息生成工艺文件外，还要反过来指导、制约c a d 的设计。在并行设计中， 零件信息模型必须是一个动态的数据结构。设计者可以在设计中的任何阶 段将设计结果移交工艺评价模块，并根据评价结果修改模型或继续设计。 零件模型还便于多知识源的协同处理。在并行c a p p 中，零件设计与工艺 设计是一个宏观上并行、微观上串行的过程。 6 绿色c a p p 工艺污染的增多，地球环境的恶化使c a p p 系统的研发从只考虑纯技 术因素的向技术和社会、环境等因素同时考虑的方向发展。 1 2c a p p 与p i ) m 集成的关键极其研究重点 1 2 1 系统集成的方式 目前研究开发p d m 与c a p p 的集成有如下三种方式： 1 工具级封装： 工具级封装即简单的基本功能的封装：提供从一个应用系统登陆另一 个应用系统的能力【1 2 1 。即用户在p d m 系统中可以登陆c a p p 系统，相反， 在c a p p 系统中工作也可登陆p d m 系统。这一点通过p d m 的。工具集成件 容易实现。它不允许p d m 系统管理文件中的数据，如特征、参量和装配 数据等。 2 接口级集成： 接口级集成比工具级集成更为紧密，工作更具有自动化。p d m 和c a p p 在没有用户介入的情况下交换一些元数据，p d m 元数据可以传给c a p p ， c a p p 产生的物理数据( 如工艺文件内容，规则知识等) 也可以纳入p d m 6 耍j ! 三兰兰丕主要圭兰笪笙茎 进行管理 1 4 3 2 】。达到这种集成层次需要应用数据结构知识来决定怎样从 c a p p 中抓取数据并在p d m 中应用，这一点通过提供的数据接口可以实现。 3 完全集成： 提供完全自动化的各种类型信息( 包括产品数据、元数据和专用数据 等) 的双向交换1 4 8 。所有用户工作在一个完全一致的环境中。 为了使系统先进性、开放性，作者采用工具级封装和接口级集成相结 合的方式使c a p p 溶入p d m 系统中，达到无缝集成。 1 2 2 系统集成的关键技术 1 基于p d m 的工艺信息管理技术 基于p d m 的企业工艺信息集成系统将c a p p 系统封装在p d m 系统中， 通过p d m 系统提高企业工艺信息的管理功能。 通过p d m 系统的权限控制，来定制用户的角色权限信息，根据此信 息来控制用户对工艺文件和工艺数据的操作。 通过p d m 来启动c a p p 同时把必要的工艺信息传给c a p p ，c a p p 通 过双方约定的协议解析p d m 发送的消息，同时执行相应的操作。如新建 工艺、编辑工艺、统计汇总等。通过组件程序，c a p p 可以读取p d m 建立 的产品结构树信息，可以读取材料信息、设备信息等 3 2 】。 通过c a p p 系统提供的组件在p d m 系统提供的基于w e b 的浏览工 具基础上，工艺人员浏览下达的工艺计划，从而展开自己的工作：工艺主 管可以实现基于w e b 的工艺流程，可以实现圈红、批注。 通过c a p p 系统与p d m 的集成，工艺文档、工艺信息和相关统计汇 总信息直接由p d m 管理，实现与e r p 的信息集成。 2 基于p d m 的工艺工作流程管理技术 在工艺领域，工作流程可以分为两种：设计审批流程( 设计一校对一 审核一批准一会签) 、设计更改流程( 如：更改要求一更改单编制一更改 单校对一更改单审核一更改单批准一规程更改 【3 2 4 8 】。 工艺流程模型由p d m 来定制，在p d m 系统中驱动。 1 3 企业工艺设计与管理现状 “九五”期间，随着国家大力推广电子信息技术在传统产业技术改造 中的应用，大力推进机械设计“甩掉图板”及相应计算机辅助技术的应用， 推广并普及c a p p 技术。革新传统的工艺设计手段，采用以计算机为工具 的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上台阶的关键之一，也是企 7 堕! ! 三、业奎兰堡主兰堡笙苎 业发展的必由之路。顺应这一趋势，很多企业或购买商品化的c a p p 软件， 或自行( 联合) 开发c a p p 系统，为企业的工艺设计与信息化工作带来了 一定的效益，但由于企业认识的不足、应用和技术水平的限制，企业的工 艺设计与管理工作仍存在很多不足，主要体现在： 1 ) 企业对工艺设计与管理工作的重视不够 国内的企业里普遍存在着“重设计、轻工艺”的思想，企业对工艺部 门的投入无论在技术、人员、资金、设备( 计算机设备) 等方面都远远低 于设计部门。在这样的思想影响下，工艺部门的计算机应用和信息化水平 成为整个企业发展的瓶颈，造成工艺信息不能被有效集成，工艺设计工作 效率低下，进而影响了整个企业的计算机应用和信息化水平。 2 ) 工艺设计软件的管理功能薄弱 从企业管理来看，工装设备、材料、工艺关键件、外协外制件、工时 定额、辅助用料、关键工序等各类统计汇总功能，产品各个阶段不同版本 的工艺文件和工装、工具文件的更改与归档管理等产品工艺管理工作占有 十分重要的地位；有的企业工艺数据的汇总、计算、抄写等重复性劳动占 全部工作量的5 0 6 0 ，工艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统 计、重复填写等工作上，不仅效率低，而且很难保证工艺文件的准确性、 一致性。因此，面向产品的工艺信息管理是工艺设计工作中的重要组成部 分。 虽然现在国内涌现出许多商品化的c a p p 软件，这些软件在完成工艺 设计工作时也是各有千秋，但是它们在进行工艺管理时却都面临这样或那 样的不足，有些基于文件的c a p p 系统，因其技术上的限制，进行工艺管 理是非常困难的：基于数据进行设计的c a p p 系统虽然在工艺管理工作中 有其天然的优势，但是还没有一个软件能够完满解决工艺管理的所有问题。 它们一般都是在提供通用化解决方案的基础上进行必要的专用开发，才能 满足企业的现实需求。工艺设计的局部高效率并没有带来工艺信息管理整体工 作效率和水平的提高。 3 )信息集成水平低，重复性工作量大，效率低 这体现在两个方面，一是现有的工艺设计系统不能有效地获取c a d 产生的设计信息，目前，c a p p 与c a d 的集成主要集中在二维信息上，且 大多通过专用接口方式获取产品b o m ( b i l lo f m a t e r i a l ) 和标题栏的信息，对 工序图及设计示意图的处理还没有通用的解决方案。三维的设计信息几乎 都不能获取。二是工艺设计系统不能提供为c a m 、p d m 、e r p ( e n t e r p “s e r e s o u r c e p l a n n i n g ) 等系统所需要的制造b o m 和工艺路线等工艺信息，造 成信息的重复录入和不一致，影响了整个企业的生产周期、效率和质量。 西北工业大学硕士学位论文 4 ) 工艺知识与经验不能被有效保留与利用 工艺设计工作是经验性非常强的工作，工艺人员必须经过长时间的工 作积累才能成为一名合格的工艺设计人员。由于历史的原因，现在企业内 工艺人员出现两极分化的现象：一批老的工艺设计人员面临退休，而年轻 的工艺人员还没有及时掌握必要的设计经验和知识。现有的c a p p 系统也 没有提供较好的手段和方式来保留有经验的工艺人员的知识与经验。 5 ) 工艺计划编制不合理、效率低，资源利用不合理 由于工艺计划编制人员在进行工艺分工时很难实时掌握各专业厂的生 产能力及设备使用情况，造成各专业厂任务分工不均衡。同时，分工路线 涉及多个部门，使整个路线分工任务繁重，编制时间长。另外，在实际生 产过程中技术文件与生产过程的联系不是实时的，技术文件的制定是在投 入生产之前进行的，没有考虑制造资源约束和车间的实际工况。因此，当 工艺规程中选定的某台机床设备被占用时。工件只能排队等待，不能按照 车间的实际情况实时调整工艺路线。 6 )传统的作业流程与作业方式的影响根深蒂固 由于现在大部分企业内的专业分工精细化的组织机构、职能部门制导 致：( 1 ) 职能部门以专业划分，在企业中形成一个个的利益中心，部门之 间的边界极为明显，在一项业务涉及多个部门时，若发生利益冲突，各部 门可以把企业利益放到边来维护自己的利益。协调内部矛盾耗去了大量 的企业精力。( 2 ) 为了加强“内部管理”，企业建立大量制度及审批手续， 层层审批、众多领导“签字”制，大大降低了企业的运行效率，也造成责任 的相互推诿。( 3 ) 公文旅行、文牍主义存在于各个企业，对公文、报告、 表格的检查、校对及控制是企业中极其重要的基础工作，大量的人力、物 力投放在其上，增大了企业的运营成本，降低了企业的竞争力。 在这样的体制与流程下，企业的整体效率并没有得到显著提高。 7 )标准化工作比较薄弱，基础性工作差 工艺过程设计是典型的复杂问题，包含了分析、选择、规划、优化等 不同性质的各种功能要求，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞 大，又与具体的生产环境及个人经验水平密切相关。而长期以来，c a p p 的研究开发忽视了对工艺准备活动所涉及的基础任务、方法和数据的深入 研究和探索，缺乏一种对工艺业务活动的整体把握，过多的局限于某些局 部环节，从而造成开发、实施具体应用系统的困难，也使新概念、新技术、 新方法的采用一直缺乏应用和理论基础。 在工艺标准化方面：大部分企业没有对主要产品进行归纳总结，形成 典型工艺。同时，没有进行产品的成组编码工作，增加了工艺编制计算机 化的难度。适合本企业的切削参数库，刀、夹、量、辅具库，材料库，机 9 西北工业大学硕士学位论文 床设备库没有建立起来，不能为工艺人员的设计工作提供有效支持。 8 ) 不能有效地并行工作 c a x ( 计算机辅助) 技术引入工程设计部门后，工程设计的业务流程已 有了明显变化( 如图1 1 所示) 。其中工程设计小循环完全在计算机数字环 境下实现，并且其循环周期越来越短，频率逐渐加快。但是，设计、工艺 到制造的大循环并没有得到避免，工艺设计系统在产品的工艺优化、产品 的可制造性和工艺性评价等方面的功能严重不足，不能支持设计、工艺的 有效并行，工程设计周期和工程设计效率还有非常巨大的提升空间。 i 批量生产i i - - - - - - - - - - - - - - - - - _ j 图1 1c a x 技术支持下的工程设计过程示意图 93企业问集成的不可能 现有的企业信息系统的解决方案基本以客户n 务器方式为主，这些解 决方案典型地使用专有体系结构，作用于具有独特的数据模型的各种不同 的数据库，使用多变的用户晃面风格。其结果，导致系统的集成非常困难。 依照t h em e t ag r o u p 的调查，典型的全球2 0 0 0 家股份有限公司在4 9 项企业 应用上面花费的2 5 3 3 用于应用互用性解决方案上。客户n 务器的解决方 案所强加的严格、专有的体系结构，几乎不可能有效地使产品信息在产品 生命周期内和扩展的企业间共享。 以上这些问题造成企业工艺技术准备周期过长、效率低，进而影响整 个企业的生产周期、响应时间与竞争力。因此，各个企业迫切需要改进相 对落后的工艺设计与管理手段，建立计算机辅助工艺设计与管理系统，提 高企业的工艺设计与管理水平，从根本上解决工艺设计手段落后、生产技 术准备周期长、质量低、生产成本高等弊端。 随着c i m s 、虚拟制造、敏捷制造等新的生产方式和哲理的出现和发 展，在企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用这些新技术 的环境下，c a p p 系统正在向设计与管理一体化的工艺信息系统的方向发 西北j 二业大学硪士学位论文 震，敏捷刽选等爽进铡逡模式瞧对工艺绩惑系统掇出了凝戆霖求。 1 4 论文研究意义 研究基于p d m 平台的企业工艺信息系统有重耍的意义。 a 实现c a d c a p p e r p 之闻的傣息集成与共享，从根本上解决企业中 信息羹复录入的问题，交现面向并行集成环境的c a p p 技术。强调在产品 设计阶段，怒对考虑下游各过程，尽晕暴露并修教设计方案孛寤在黪趣题， 从而缩短产品开发周期，降低成本。该技术将零件设计和工艺设计分别置 于并行的微极上，运用网络技本实现数据共享。这不仅实理了 c a d c a p p c a m 的无缝集成，而且运用c a p p 建立的大量工艺资源库， 懿材料定联、z 艺路线、工时定额等帮是登r p 系统繇熹靛数攒信惠。 b 可以建立起针对设计流稔、设计文档等一系列的相关制度，以先进 懿软 牟技术鞫阚终技术为基磁，管理掰有与产品糈关静产品数据和进程数 据；跟踪产品的设计过程，管理工程数据：帮助工作组、部门或企业领导 对产品的开发和设计过程实时控制。使多个工艺设计人员进行并行工艺设 计成为可能。 c 促遗工艺设计的规范忧域标准化，提高企业豹工艺设计水平，增强 企业的竞争力。 d 满足先进制造系统对工艺信息化的应用和发展需求，在p d m 平台 上把工艺信息系绞集或其中，通过网络环境达到信息共辜，对于缩短产瑟 开发周期和制造周期，提高产品质量。降低成本，增强企业竞争力和企业 效盏都有重要戆意义。馊企监决策层能对金她生产经营活动进行奏效控制， 同时提供决策所需信息。通过信息技术在管理、技术开发、制造、市场开 拓等方面戆应惩，热强各个环肇售意滚动每共享，使警理层翮直接囊产者 都可以获得最为及时和真实的数据，减少人为因索的影响，提高从设计、 工艺到加工锚造的效率和质量，诞送管理和翻造方式蕊交革，进一步降低 成本，提高效益，增加我们企业的竞争力，从而占有更大的市场份额。 1 5 论文主要研究内容 8 研究基予p d m 的企业工艺绩息系统，实现工艺设计与工艺管理 的一体化、工艺的信息化、集成化。 b 磺究萋于p d m 鹣金鲎王艺信怠系统，与c a d 、c a m 、e r p 等系 统进行有效的集成。 西北工业大学坝士学位论文 c 研究c a p p 的权限、角色管理如何由p d m 的权限、角色管理来进行 控制、管理，企业工艺信息系统将在此基础上建立较为完整的安全管理机 制。对用户进行身份、权限的管理，使得以不同身份登录的人员具有不同 的系统权限、在系统中进行不同的管理、设计工作，担任不同的角色。从 而确保工艺信息系统的安全。 d 研究如何把c a p p 完全封装集成在p d m 的客户端，使c a p p 与p d m 无缝集成。 e 研究纳入p d m 平台下的企业工艺信息系统如何实现版本管理与流 程控制。 1 6 论文的组织结构 第一章绪论，介绍了自己参加的课题工作和目标，综述了c a p p 的发 展现状及趋势，并对p d m 平台及新技术与c a p p 系统的结合做了一些介 绍。第二章综述了p d m 的发展，根据c a p p 和p d m 的功能特点规划了基 于p d m 的c a p p 系统的总体结构。第三章介绍了工艺编码系统，提出了 基于编码规则的快速工艺设计，研究了工艺信息结构的模型，及c a p p 与 p d m 的数据交换和m b o m 的生成。第四章则主要说明提出了基于p d m 的 工艺规划师的若干关键技术。第五章介绍了基于p d m 的工艺文档的审批 流程和更改流程。第六章介绍了软件运行情况。第七章总结了全文的内容， 并展望下一步的工作。 1 7 课题来源 2 0 0 2 年3 月参与c a p p f r a m e w o r k 与e d s 的p d m 平台i - m a n 7 2 的 集成及与j w - e r p 的集成与开发。 2 0 0 2 年参与昌河直升机集团公司v p m 与c a p p f r a m e w o r k 的集成的 研究与开发工作。 2 0 0 2 年参与6 0 8 所p d m 选型的前期调研工作。 1 8 本章小结 本章首先分析了论文的立题背景和意义，然后对c a p p 技术及c a p p 的发展进行了概括和总结。描述了目前我国的企业工艺设计的现状及存在 望苎三些查兰墨圭兰垒兰苎 问题。提出了基于p d m 的c a p p 研究的关键技术及实现的意义。最后对 本文的主要研究内容及相关的课题背景进行了简要的介绍。 西北工业大学硕士学位论文 第二章c a p p 与p d m 集成的系统架构 从c a p p 的发展来看，无论是早期的检索式或派生式，还是后来为了 提高智能化、实用化、通用化而开发的c a p p 专家系统、综合式c a p p 以 及c a p p 开发工具或开发平台，都将功能局限在设计和输出工艺文件的狭 小范围内，与c a d 、c a m 等系统的集成能力很弱，往往需要专用接口， 不能实现实时信息交换，更谈不上并行工程。p d m 技术的兴起为产品的 开发和控制提供了一个并行的协作环境。基于p d m 平台的c a p p 可以充 分利用p d m 的强大功能，实现工艺设计过程控制和并行工程，国内企业 信息化过程中，越来越多的企业开始选择商用p d m 软件作为企业信息化 的集成平台和并行工作环境，开发基于p d m 的c a p p 系统必将成为一个 发展趋势。 p d m 是一种系统集成框架环境。发挥p d m 的作用，关键是要将p d m 与各种计算机与各种计算机软件工具进行集成，利用p d m 在管理、观念 上的先进技术组合与管理模式，充分发挥各种软件工具的作用，使信息的 传递、转换更加顺畅，解决各孤立的“工程自动化岛屿”所带来的各种问 题，减少信息查找时间及信息的重复输入，提高信息的一致性、可靠性， 同时使不同使用者之间可以更方便地进行思想交流和信息共享。 2 1p d m 平台技术组成与发展 2 1 1p d m 技术概念 5 1 - 5 3 j p d m 技术出现与八十年代早期，当时的目的只是为了解决大量工程图 纸文档的管理困难，早期的发展轨迹是：管理设计图纸一一管理设计图纸、 电子文档一一管理设计图纸、电子文档、更改单一一管理设计图纸、电子 文档、更改单、物料清单( b o m ) 。 在1 9 9 5 年，主要致力于p d m 技术和相关计算机集成技术的国际咨询 公司c i m d a t a 总裁在p d m t o d a y 一文中定义p d m 为：“p d m 是一门用来 管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。” p d m 是在企业范围内为设计和制造构筑一个并行化产品协作环境的 关键使能器。一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设 计意图的人员在产品整个生命周期内自由共享与产品相关的所有异构数 据，包括图纸和数字化文档、c a d 文档和产品结构等。 1 4 西北工业大学硕士学位论文 p d m 可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关 的数据、过程