（机械制造及其自动化专业论文）基于cs结构的capp数据库系统研究与开发.pdf

湘潭大学硕士学位论文 摘要 i 摘要 随着制造业信息化进程的不断深入，capp 向集成化、智能化、网络化方向发 展。工艺数据库作为 capp 系统的基础支撑，是保证 capp 系统正常运行以及实现 与 cims 其它子系统集成的重要核心技术。 本文通过对 capp 设计原理、研究动态、应用现状和发展趋势以及工艺数据库 在 capp 中的作用进行分析和概括， 并针对设计与制造信息的集成和工艺数据管理 问题，构建了基于 client/server 结构的 capp 网络数据库系统，结合 oracle 数 据库开发技术和 ug cad 二次开发技术，采用面向对象编程语言 c+开发了 capp 零件信息输入模块和工艺数据管理模块。其主要内容包括： 1、分析 capp 系统需求，建立客户/服务模式下网络数据库的结构，实现系统 网络连接和在防火墙方式下数据的异地通信； 2、在特征建模技术的基础上，通过对零件设计信息模型和制造信息特点的分 析，提出信息从设计域到制造域的转换方法和零件几何信息、工艺信息的传递途 径，阐述了基于特征的零件信息描述法和 er 方法，建立基于特征描述法的零件信 息模型，采用 dll 方式无缝嵌入 cad 进程，进行三维实体模型的特征信息提取和 存储； 3、应用深度搜索递归调用方法遍历实体模型装配结构，构建产品、零件、特 征信息库和工艺数据库，开发了基于产品装配树型结构的信息管理模块； 4、分析工艺数据的特点和内涵，研究了动态工艺数据和静态工艺数据的不同 存储结构，创建了制造资源、知识数据库，阐述了企业具体制造环境下资源库、 知识库自定义和扩展的实现方法；利用数据库开发技术，实现对数据的各种操作 （查询、浏览、添加、修改、删除、更新） ； 5、探讨了数据安全问题，包括 capp 数据库的备份和恢复，以及用户权限管 理。 关键词：capp；数据库；client/server；信息集成；数据管理 湘潭大学硕士学位论文 摘要 ii abstract along with the deepening of the process of infomationization of manufacturing, the capp moves towards integration, intelligence and network. as the basic support of capp system, process-planning database is the core technology to ensure the normal running of capp system and the integration with other subsystems of cims. in this thesis, the principle of capp, the developments, the application status in quo, the trend of capp and the effects of process-planning database in capp system are analyzed and summarized, point to the information integration of design and manufacture and the process-planning data management, a capp network database system based on client/server architecture is proposed, the secondary development technology of oracle database and ug cad are synthesized, the capp part information input module and the process-planning data management system are developed in object-oriented programming language c+. the main contents are as follows: 1、the capp system requirement is analyzed, the architecture of network database based on client/server is applied, the network setting and communication in different locality in firewall mode is realized. 2、on the base of the feature modeling technology, the part information module and the characteristics of manufacturing information are analyzed, an information conversion method of design domain and manufacturing domain and a transfer pathway of part geometric information and process information are proposed , the description method of part information based on feature and the er methods are presented, the part information model based on feature describing method is established, the program is embedded seamlessly in cad process by dll, and the feature information of 3d solid model is extracted and stored. 3、by depth seeking and recursive calls ,the assembling structure of solid model is accessed , the database of product, part, feature and process planning are established, the information management module is developed based on products assembly tree. 4、the characteristics and connotations of process data are analyzed, the variable storage structures of dynamic data and static data are studied, the manufacturing knowledge and resources database are established, the method of redefining and expanding of the manufacturing knowledge and resources database are concerned, 湘潭大学硕士学位论文 摘要 iii variable data operations (such as inquiry, browse, add, modify, delete and update) are realized. 5 、 the data security is discussed, including data backup, recovery and user-privilege management. key words：capp；database；client/server；information integration；data management； 湘潭大学湘潭大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 计算机集成制造系统（cims）贯穿于企业产品生命周期的各个环节 15（包括 市场分析预测、产品设计与制造、储运管理、销售等） ，通过统一的产品数据平台 进行集成制造、过程优化、资源优化,以实现生产的柔性化、智能化，提高企业市 场应变能力，缩短产品生产周期，降低了产品生产成本。在全球化市场竞争环境 下，计算机集成制造正逐渐成为制造业的主要生产模式。 计算机集成制造的实质是产品设计、工艺规划、生产制造等应用阶段信息流 的传递作用过程。信息是与设计、制造等过程有着最本质的内在联系的基本元素， 其集成管理是整个过程都予以关注的核心任务。计算机辅助工艺设计(capp)作为 设计与制造之间的中间环节，是 cims 的信息中枢，已经成为推进 cims 进程中的 最紧迫的任务之一 6。 1.1 capp概述 工艺规划是按照产品设计要求，在充分考虑企业现有制造资源条件和质量要 求的情况下，安排或规划制造过程中的加工步骤、设备需求和设定工艺参数的过 程。工艺规划过程直接影响着生产的组织、产品质量的好坏、劳动生产率、生产 周期的长短和成本的高低等。capp 是运用计算机技术辅助工艺人员进行工艺规划 设计的一种技术，它从 cad 系统获得几何和工艺信息，产生用于 cam 的工艺规划 和步骤 7。与传统工艺设计相比，capp 大大提高了工艺过程设计的速度和质量， 保证了工艺设计的一致性、规范化、标准化。 capp 系统按设计方法的特点可以分为以下三类 6、8： 检索式 capp 系统：最简单的 capp 系统。系统不需要进行零件的编码，在建 立系统时，先将各类零件的工艺规程输入计算机。一般情况下，只需要对已建立 的工艺规程进行检索。如果需要编制新零件的工艺规程，先检索出适合一组相似 零件的标准工艺，然后通过编辑修改生成具体零件的工艺并打印输出。这种系统 属于初级 capp 系统， 适用于零件种类变化不大， 相似程度比较高的大批大量生产。 与传统工艺设计相比， 检索式 capp 系统能大大减少工艺师重复繁琐的修改誊写工 作，且能提高工艺文件质量。 创成式、派生式和混合式 capp 系统：将成组技术和逻辑决策技术引入 capp， 以成组技术、决策规则为工艺生成基础。这类 capp 系统需要由有经验的工艺工程 师进行工艺设计标准化工作，拟订并优化工艺路线，或建立生成工艺的决策规则 以及各种加工参数，然后依据这些原始数据和其它要求进行工艺设计。系统生成 的工艺规程是企业工艺专家们的智慧结晶，并不取决于使用人员，不要求使用人 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 2 员要有很多工艺知识和经验。 第三类 capp 系统： 以人工智能为基础的 capp 专家系统， 并注重 cad/capp/cam 的集成。专家系统方法主要由知识库和推理机构成，其知识库由零件设计信息和 表达工艺决策的规则组成，而推理机是根据事实（或实例）和相应的规则集得到 工艺结果。近年来，这类 capp 系统正在研究开发之中。 1.2 capp研究动态 capp 的研究是伴随着计算机技术的产生和发展而开始的。国内外学者对 capp 的研究经历了几十年的发展过程，如图 1.1 所示。 1.2.1 国外研究动态 人们对 capp 系统的研究始于 20 世纪 60 年代末。世界上最早研究 capp 的国 家是挪威。1969 年，挪威正式推出世界上第一个 capp 系统：autopros 系统，1973 年推出商品化的 autopros 系统 9。 早期以检索式 capp 系统为主。如 1976 年美国 cam-1 开发的 capp、1977 年美 国普渡大学开发的 appas 系统、 1980 年英国的曼彻斯特大学开发的 autocap 系统、 1980 年德国阿亨大学的 autap 系统、荷兰的 miplan、德国柏林工业大学的 capsy 等 10。 派生式系统、创成式系统和混合式系统于上世纪 80 年代得到广泛研究。如西 德 aachen 工业大学的 autap、 美国 purduc 大学的 tipps、 美国 cam-i 的 xps 等 11。 派生式 capp 系统适用于回转体零件，系统以成组技术为基础，把零件分类归并成 族，制定出各零件族相应的典型工艺过程。创成式系统不存储典型工艺过程，而 采用一定逻辑算法，对输入的几何要素进行信息处理，确定加工要素，从而生成 时间 检索式 图 1.1 capp 发展历程 手工编制 混合式 专家系统 工具系统 1970 1980 19902000 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 3 加工工艺规程。混合式系统是在派生式 capp 的基础上，增加若干创成功能而形成 的系统。这种系统既有派生式系统可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点， 又有创成式系统能够存贮、积累、应用工艺专家知识的优点。 20 世纪 80 年代中期， 创成式 capp 系统开始向具有人工智能的专家系统发展。 一般的创成式 capp 系统由于决策逻辑和工艺知识内植于程序代码中， 当生产条件 发生变化时，程序需要修改、重新设计；而专家系统采用了推理机和基于数据库 的知识库，程序、决策逻辑和工艺知识相互独立，有利于系统维护、扩充或移植。 1990 年，美国普渡大学开发的 tipps 系统 12，采用基于 cad 和零件编码的信 息输入方式和专家系统的工艺设计方法，适合回转体与非回转体加工对象类型。 近 几 年 ， 在cad 、 cam 相 对 发 达 的 情 况 下 ， 国 外 研 究 人 员 围 绕 cad/capp/cam 的集成进行了大量的研究 1314。美国 boeing、lockhead、airbus 等著名公司在工艺与过程管理集成及优化方面，开发和集成了大量的 capp 工程 应用软件和制造数据管理软件，建立了各类工程数据库、材料库、设计和制造特 征数据库、典型工艺库、典型零件库等，初步解决了产品技术准备阶段的信息集 成与共享问题，制定了相应的企业标准规范，并成功地应用于新型飞机的研制和 型号技术改造中， 大大提高了设计质量、 缩短了研制周期、 降低了开发成本。 cimx 公司推出的 cs/capp 可以生成详细的工艺安排， 并输出到 mrp 或者 erp 系统中， 支持单一屏幕的工艺规划导航、可以自定义和维护制造 bom、导入和导出、电子 审批、修订控制、标准规划、批量更新、成本估算等。hms 软件公司开发的第二 代 hms-capp 改进了多媒体工艺规划的创建和维护；制造 bom 的定义；支持工 艺规划所需的完整的物理和信息资源；通过企业响应工程方面的变化以快速合并 工艺的变化；能实现工时管理，与其他功能同步；高效可靠的传递信息给其他系 统。英国 lsc 集团开发的 locam 系统可以从 cad、erp 中获取数据，工艺的 维护通过修改规则或数据实现，并批量更新；有强大报表功能；完全基于关系型 数据库。interlex capp 由 interlex systems 公司开发，主要用于电路板表面装配技 术和穿孔、电线、电缆、机电产品制造领域的制造装配；可以导入 hpgl cad 矢 量文件和 bmp 图象文件，或导入和导出 ascii 格式的数据文件到 mrp 或者其他 数据库中等。 1.2.2 国内研究动态 我国 capp 系统的研究始于 20 世纪 80 年代初，国内最早开发的 capp 系统是 同济大学的修订式 tojicap 系统和西北工业大学的创成式 caos 系统 15。capp 系 统在我国经历了三个阶段的发展和演变。 第一阶段为始于 1982 年的自动工艺设计 capp 系统，基于智能化和专家系统 开发，过于强调工艺决策的自动化，开发了若干派生式、创成式和综合式的 capp 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 4 系统。 1995 年至 2000 年的第二代 capp 系统基于低端数据库（foxpro 等） 、autocad 或自主图形平台开发，基于服务顾客、优先解决事务性、管理性工作的理念，解 决工艺设计中资料查找、表格填写、数据计算与分类汇总等繁琐、重复而又适合 使用计算机辅助方法的工作。 第三代 capp 系统从 1999 年至今，直接由二维、或三维 cad 设计模型获取工 艺信息，基于知识库和数据库、关键环节采用交互式设计方式，注重数据的管理 与集成，并提供参考工艺方案的 capp 工具系统。目前还未形成商品化，正成为 capp 研究的热点。研究和开发基于三维 cad 的 capp 系统将是 capp 发展的一个重 要方向 16。 迄今为止，在国内学术会议刊物上发表的以及商用的 capp 系统主要有：如武 汉开目软件开发公司的 kmcapp、西北工业大学 capp 研究所的 capp framework、 北京清华京渝天河软件开发公司开发的 thcapp、北京艾克斯特科技有限公司开发 的 xtcapp、中国大恒信息技术公司开发的大恒 capp、大连理工大学的 twcapp、 上海交大的思普 capp，浙江大学的 gs-capp 系统等。 kmcapp 是国家 863cims 主题目标产品。提出工具化、实用化，集成化、智能 化的工艺设计与工艺管理软件设计思想， 一定程度上实现了基于知识的工艺决策， 拥有基于数据库的大型工艺集成管理系统，拥有较强的兼容复杂数据表格功能， 有良好的 pdm、cad、erp 集成接口 17。capp framework 率先提出以交互式设计为 基础的综合智能化、 以产品数据为核心、 工艺设计与管理一体化的方法 18。 thcapp 是智能化工艺设计及集成管理系统，实现“所见即所得”的卡片填写方式，支持 文字和符号标注混排，卡片和数据库自动关联，提供工艺卡片的客户定制，基于 网络并能与 pdm、erp 等企业软件集成 19。xtcapp 系统提供集成的工艺编辑与管 理平台，允许操作表结构、自动获取外部数据，并具有良好的处理数据和生成报 表能力 20。大恒 capp 采用 ole db 和 vc+技术和数据库系统完美结合，基于网络 且与 autocad，大恒 pdm，大恒编码系统集成 21。twcapp 以产品结构为核心、完 全基于数据库的形式组织工艺编辑，从自组织的 bom 中获取产品和零件信息，bom 提供完整的导入导出接口 22。华中理工大学提出基于 web 的 capp 系统开发理论， 论述了以产品结构树为核心的 capp 系统体系结构、用户化工艺文件信息模型、基 于 web 的 capp 与 pdm 之间的关系、capp 与 mrp/erp 之间的信息集成和面向产品 或 bom 的工艺设计方法等 23。 1.2.3 发展趋势 随着信息技术多学科综合化的发展，capp 有了进一步深化发展的理论意义和 实际需求，面临新的发展趋势：集成化、工具化、智能化、网络化 2427。 1)集成化 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 5 在 cims 生产模式下，capp 系统接受来自产品设计的信息，如几何信息，结 构，材料以及精度信息，作为 capp 原始输入，同时向 cad 反馈产品工艺性评价； capp 向制造模块提供零件加工的设备、工装、工艺参数等，并接受 cam 的工艺修 改意见；capp 向 mis(管理信息系统)提供工艺路线、设备、工装工时、材料定额 等信息，并接受 mis 的技术准备计划、材料库存、设备变更等信息，因此 capp 在整个 cims 系统信息传递中起着桥梁作用，集成化 capp 的开发与研制是 cims 系统发展的需要，成为发展趋势之一。 2)工具化 capp 系统的开发模式应该要适合在不同企业之间推广应用。专用型 capp 虽 然针对性强，但缺乏标准模块，难于适应产品类型、工艺方法、制造环境的变化。 应用面广、适应性强的平台型(工具型)capp 系统可以适应各种应用环境，具有较 好的通用性和柔性。 3)智能化 capp 作为工艺设计的辅助工具，还将工艺专家的经验和知识积累起来，在知 识化的基础上，提供备选工艺方案，并根据工作记录进行工艺自适应选择。capp 不只限于事务性、管理性工作。人工智能技术的发展出现了专家系统、人工神经 网络技术。模糊理论、几何推理成为决策化工具，增强了 capp 获取、表达、处理 知识的有效性和灵活性。 4)网络化 在全球经济一体化的趋势下，internet 的普及和充分利用，对 capp 系统提 出了新的需求，必须借助 internet 技术，构建基于网络的 capp 系统。 1.3 工艺数据库系统在capp中的作用 根据 capp 系统的总体结构模型（如图 1.2） ，capp 应具备以下特点：产品零 件的数据信息应能利用，并建立零件信息的数据库；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；制造资源、工艺参数等以适当的组织形式加以 管理；能够充分利用标准（典型）工艺，能集中安全进行数据维护，及时地、动 态地提供最新的工艺设计结果。由此可见，capp 工作的实质是对数据的一系列操 作过程，数据的集成管理极为重要。 通用的数据存储管理方式有程序方式、文件方式、数据库方式。程序方式将 数据嵌入程序，数据和程序不独立，有很大的依赖关系。这种方式只适合简单数 据操作，当涉及到复杂数据和数据之间的关系操作时，程序编制工作变得复杂， 且数据分散在程序中，不能被其他应用程序直接利用。文件方式可以将程序与数 据分离，可以被多个程序调用，但是，文件是相同性质的数据的集合，其结构的 定义是固化的，程序与数据文件还有一定的依赖关系，而且多个数据文件的访问 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 6 就要有多个接口，数据文件的操作不能实时反应给其他应用程序，不具备集成共 享功能。 工艺数据库系统主要由数据库管理系统（dbms） 、数据库应用程序、数据库 （database）三大部分 11组成。其中数据库是有一定组织的，彼此相关的数据集 合；数据库管理系统专门负责组织和管理数据信息；数据库应用程序是与用户密 切联系的提供获取、显示和更新 dbms 存储数据的一种途径。因此，工艺数据库系 统提供了一种集中存储、维护和管理信息的方法。与其他的数据存储管理技术相 比，数据库系统更能适应 capp 技术的发展。数据库系统与 capp 系统有着息息相 关的联系。 图 1.2 capp 系统总体结构模型 系统用户 系统/用户接口 工艺生成子系统 工艺推理子模块 工艺知识库 cad 系统 制造资源库 机 床 资 源 刀 具 资 源 夹 具 资 源 量 具 资 源 切 削 参 数 特 征 加 工 链 知 识 库 机 床 选 择 知 识 库 工 装 选 择 知 识 库 切 削 参 数 选 择 知 识 库 公 差 转 换 知 识 库 工 艺 排 序 知 识 库 提取信息 零件特征 信息库 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 7 数据库系统的在 capp 中的作用主要表现在： 1) 是系统集成的基础。 capp 不是一个独立的系统， 所产生的数据还要供 cims 其他子系统使用。没有开放式数据库系统的 capp 难以得到进一步发展。 2) 影响着 capp 系统的实用性。数据库系统提供的资源查询和工艺数据的浏 览，给用户带来了方便。信息统一存储和共享，减少用户繁琐的重复操作，避免 了信息的重复输入。 3)是智能化决策的支撑。决策规则库是进行决策的“头脑” ，规则库逻辑的正 确性和知识的完整性决定了加工手段和设备的选择结果，其决策的基础是对典型 工艺和已有工艺知识的运用。 数据和信息流在 capp 乃至整个 cims 中起着血液和灵魂的作用，因此，数据 库系统技术直接影响着 capp 系统的运作。 1.4 研究背景和意义 随着 cims 工程实施的深入， “狭义”的 capp 系统已经不能满足企业的要求。 capp 系统不仅要实现零件的工艺过程设计，同时要实现与产品、资源相关的信息 查询、统计、修改、数据实时更新等，还要能够与 pdm、erp 等其他技术单元进行 信息交流，从而实现工艺信息的全面集成。 在产品全生命周期中， capp 并不是一个孤立的系统， 它必须与 cad、 cam、 pdm、 erp 等系统的信息保持协调、共享。但由于这些专门部门的应用系统面对着不同 的业务和产品的不同方面，信息很难直接在不同部门之间准确、可靠、安全传递。 pdm 站在整体集成的高度，以软件技术为基础，能够将所有与产相关的信息以及 与产品相关的过程集中管理，包括产品定单、结构和配置、零件信息、材料清单、 事务文件、cad/cam/cae 文档、生产成本、供应商状态、工作流程、权限和版本 信息等。而 erp 负责对企业活动中所有与制造有关的资源和过程进行统一管理， 侧重企业资源。pdm、erp 需要从 capp 系统获取产品的相关信息。研究 capp 与其 它 cims 子系统之间的有效集成，探索如何缩短产品形成周期，加速产品从设计到 制造的转化，这正是目前制造业研究热点。 capp 系统在经历了阶段性的发展之后，其研究和应用已初见成效，给企业带 来了明显效益。但是 capp 的研究还不够完善，存在诸多问题。 1) 目前基于三维实体模型的 cad 设计和 cam 设计已经日益广泛， 在许多企业 里，产品设计部门用上了三维 cad 设计和分析软件，加工部门用上了 cam 软件， 但大多数 capp 系统仍采用的是二维设计方法，还徘徊在“填表格”和“甩图版” 的工作层面，虽然能在工序绘制方面做到与设计的简单集成，但与真正意义上的 信息集成还有很大的差距，存在较严重的信息“孤岛”问题 22。 2) 提供共享的产品定义给系统的各个环节是实现集成化、工具化、智能化的 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 8 基础条件，但是在制造业不同的领域中，对于产品信息的要求是不同的。设计域 中考虑的是产品的形状和功能，制造域中不仅考虑产品的形状和功能，更多的是 要考虑制造工艺的约束和需求。由于现有的 cad、cam 系统不能用一个完整的产品 模型来支持各项工程应用活动，因此，使用者需要在设计、制造及检验的各个环 节中人工重复地输入信息、定义信息模型和识别处理信息，以满足子系统的具体 需要，最终导致产品设计和制造过程中信息处理的中断，造成人工干预大、效率 低下、数据量大且重复、难以管理等不良后果。同时零件的多样性、复杂性和模 糊性，在一定程度上影响了依靠常规的逻辑推理建立的专家知识库的决策能力和 应用范围。只有在产品设计和制造全过程中建立一种标准的数据结构规范来定义 产品模型，才能真正实现 capp 与 cims 其它子系统的集成。 3) 工艺数据存储问题。文件格式采用了非标准的自定义格式，信息的交换存 在严重的问题。系统中的工序图格式与通用绘图工具格式不能兼容，且开发周期 长。工艺文件作为图形信息保存，描述的是工艺文件的图形拓扑关系，其数据是 分散在各个卡片中的，很难集中管理，且它的集成和开发必须依赖自身的系统。 对工序图及设计示意图的处理还没有通用的解决方案，工艺规程中工序间的加工 图形信息彼此不相关联，更加无法做到与设计图纸相关联，不能给设计有效反馈。 4) 过分强调工艺设计的自动化，忽视了与工艺数据有关的管理功能的研究。 capp 系统的运行处于持续变化的应用环境中，体现为数据动态性、知识动态性， 数据库结构不能一成不变。当应用环境变化时，系统必须具有再生能力和自我更 新能力。 由此可见， 三维 cad 和 capp 之间的信息传递和工艺数据的集成管理已经成为 制约整个 cims 发展的瓶颈，是亟需解决的问题。 当今，网络、数据库、面向对象方法、分布计算、系统集成等计算机相关技 术飞速发展，为基于网络的工艺数据库系统研究提供了技术基础。各种大中型商 业数据库系统不断涌现，并且各种数据库系统提供了应用开发接口，使得数据管 理和集成有了底层技术支撑，要实现设计、制造等过程的数据集成管理是完全可 行的。 1.5 主要内容研究及章节安排 本文通过对 capp 系统需求、 工艺数据库系统所需数据类型和工艺数据特点的 分析，构建了 capp 系统 c/s 网络框架，建立了 capp 数据库结构模型；研究了基 于特征的零件信息结构模型和特征的面向对象描述方法，提出从设计 cad 环境中 自动获取 capp 所需的产品信息、从设计特征到制造特征的转换方法；开发了基于 产品结构树的工艺数据管理系统，提供数据查询、更新、删除、添加、浏览、资 源数据扩展等功能；研究了数据安全性问题。 湘潭大学硕士学位论文 第一章 绪论 9 各章节内容安排如下： 1)第一章概述 capp 基本原理和概念、研究动态、发展趋势，工艺数据库系统 在 capp 中的作用和研究意义。 2)第二章介绍系统框架的构建。包括 c/s 模式构建 capp 数据库体系的原理， 服务端数据源的创建、客户端配置、透越防火墙的网络设置，保证系统数据安全 和网络通信的实现方法。 3)第三章建立了基于特征的零件信息结构模型，开发了与三维 cad 系统无缝 衔接的信息输入界面，提出设计特征有效转化为制造特征的方法，给出了零件信 息模型在数据库中表的具体结构和产品零部件信息存储方法。 4)第四章分析了工艺数据库需求和工艺数据特点，创建了产品信息库、工艺 资源库，工艺动态数据库、标准参数库，建立了基于产品结构树的可视化数据库 管理系统，研究了工艺卡片在异地网络管理方式下的保存、浏览、删除和产品报 表 word 输出。 5)第五章研究了制造资源数据库的构建，资源数据的管理（浏览、修改、删 除、添加、查询）和扩充。 6)第六章对 capp 数据库数据的安全性进行了探讨和研究。 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 10 第二章 系统总体设计 现代制造系统要求产品设计、工艺设计、生产管理、加工制造等多个环节、 多个部门协同工作，共享信息。应用网络技术构建一个分布式操作和数据库管理 为一体的企业内部网，有利于企业各部门之间实现数据和资源共享。面向信息共 享的 capp 工艺数据库是企业信息集成的基础。以集成化为方向，通过分布式网络 和数据库可广泛与 cad、cam、mis、pdm 等进行集成。 2.1 系统需求分析 capp 工艺数据库作为工程数据，具有以下特点 28： 1）数据类型多样。从数据表达形式上看，数据可表示为（实体、属性、属性 值）三元组及其关联集。对于传统的商用数据，用基本数据类型，如字符型、整 型、浮点型等及其它们的组合就能构造出三元组中的数据类型。与商用数据不同， 工艺数据不仅包含了传统数据中的数据类型，而且还涉及到变长数据、非结构化 数据、图形数据等。 2）动态和静态数据混合。除静态工艺数据外，动态工艺数据是在工艺设计过 程中由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。虽然中间结果数据在问 题求解完成后要被删除，但在问题求解过程中，必须具备动态数据模式来支持对 上述数据的处理，这完全不同于传统商用数据的处理模式。 3）数据结构非线性。工艺数据的复杂数据类型及动态数据模式的特点，又导 致了数据结构的复杂与具体实现的困难。虽然局部数据可采用常用的线性表、链 表结构等来实现，但全局数据构成复杂的网状结构，某个环节的脱节可能造成数 据的迷失。 总之，capp 数据库系统应用要实现零件信息从设计到制造的有效过渡,信息 结构要符合 cims 集成规范；工艺信息必须能异地实时反应，并保持数据一致；并 且伴随企业新产品的开发，新工艺的采用，新设备的引进要求数据库能支持自定 义结构表，对于企业资源要能够统一管理调度；支持对复杂数据类型的定义、描 述与操作；实现数据共享，支持分布式运行环境下的工艺设计数据操作；具备良 好网络接口和快速查询操作功能；操作简便、可靠性高；支持动态数据模式操作； 便于系统的改进。 2.2 系统方案设计 2.2.1 传统的网络/文件服务器模式 传统的网络/文件服务器模式由工作站和文件服务器连接成网络， 其系统资源 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 11 数据存放在服务器上，其它应用系统安装在工作站上，通过网络访问服务器资源。 在使用数据库服务器中的资源时，工作站先独占数据库，把数据库信息读到工作 站，进行数据操作，再将数据送回服务器 28。 这种模式提高了系统构建的灵活性，易于开发和维护。但是服务器与工作站 之间以文件为基本单位进行传输，不能提供多用户同时共享数据库。当以某个文 件为操作对象时，阻止了其它用户共享操作。并且文件属于较大的数据集，在局 域网上多个工作站文件传输将造成网络饱和、堵塞、系统性能的降低。 2.2.2 c/s结构原理与特点 c/s（client/server）结构即客户机/服务器结构。基于 c/s 结构的系统包括 服务器端和客户端，其工作原理如图 2.1，客户端负责处理用户界面和企业应用 逻辑；服务器端负责处理数据存储、检索和管理数据库等。 与 c/s 相对应的有 b/s（browse/server）结构。b/s 模式基于网络浏览器， 较适合于网上查询数据、浏览数据，以及远程用户，同时又不涉及大量的图形处 理和计算功能等场合。与 b/s 模式相比，c/s 模式的优点体现在：交互性好，客 户端有一套完整的应用程序；提供了更安全的存储模式；对于相同的任务，完成 的速度比 b/s 模式快。因而 c/s 模式比较适用于有较强的交互性要求、较高的安 全性能要求、工作范围小、地点比较固定的、处理数据量大的场合，尤其是涉及 图形处理等场合。 客户机/服务器模式还具有以下优点： 1)客户机/服务器可以选用的操作系统，可伸缩性好； 2)应用系统与底层服务分离可以减轻服务器的负担，安全结构好，只要有局 域网或远程网就可以访问数据库； 3)客户机/服务器可以选用不同的硬件平台， 使资源配置更合理， 降低了成本。 2.2.3 系统工作模式 随着网络制造技术的发展，企业不仅要考虑自身内部信息共享，还要考虑与 外部环境集成，企业与企业之间实现信息交流与共享，从而实现制造资源的重组， 获得更大效益。 支持分布式网络制造和网络企业联盟的 capp 系统将成为重要的发 展趋势，与企业局部资源与知识共享的 capp 系统相比，更具有信息广义分布性的 特点。 用户 网络 数据请求处理结果 图 2.1 客户机服务器工作原理 db 客户机 服务器 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 12 结合网络模式分析、 工艺设计工作的复杂性和分布性的特色和网络制造需求， capp 在计算机网络支持下的分布式应用系统应充分利用 c/s 与 b/s 各自的优点， 采用混合式体系结构。在设计部门采用 c/s 结构，其他部门之间以及企业之间采 用 b/s 结构。 本文主要研究局域网内部的 c/s 结构。用户通过网络将个人计算机连接到服 务器数据库。客户应用层是用户与系统之间交互信息的界面层，通过 ug/open api （见 3.4.2） 、数据库开发接口 ado（见 2.3.3）和局域网，对存放于服务器的产 品信息库、工艺信息库、制造资源和知识库数据进行操作。系统工作模式如图 2.2 所示。 2.2.4 数据库总体结构 capp 对外表现为工艺设计过程的智能化，而内部实质是对数据多种操作的结 果。一个工艺系统是否能顺利运行，数据库系统起着关键的作用。工艺数据库系 统必须包括如下几个部分：首先是对零件信息的定义和结构化存储，这是工艺决 策的前提；要有符合企业制造水平的企业资源数据库；必须有工艺规则库，能充 网络层 产品数据管理 产品信息 数据库 工艺信息 数据库 制造资源 数据库 tcp/ip 网络 客户端 服务端 资源知识管理 用户管理 图 2.2 系统工作模式 odbc 驱动 ado ug/open api ug cad 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 13 分合理的利用实例经验、专家知识；最后对决策的结果，工艺数据和卡片应得到 恰当的存储和管理。工艺数据库应将所有与工艺设计有关的数据都包含在其中， 主要有以下几类数据 29： 1）静态工艺数据。 零件信息。用来定义 capp 的设计对象。零件信息的合理描述直接关系到决策 结果的正确性。主要包含零件类型，零件尺寸，材料、批量和工艺信息等。 机床数据。主要包括机床名称、型号、最大加工工件尺寸及加工精度等信息。 刀具数据。在选择刀具时，需要由工艺数据库提供刀具的有关数据，这些数 据包括：刀具分类信息、刀具号、刀具尺寸、几何形状、应用条件等。 夹具、量具数据。通常包括夹具和量具的名称、类型、重要尺寸和精度等。 材料数据。指涉及到材料规格及属性的数据，其包含工件和刀具两方面的材 料类型、材料性质等。刀具、工件材料的选择等均可从工艺手册上获得。 决策知识。决策知识主要是由经验性的规则，如机床、刀具，夹具、量具、 加工方法的选择规则等，形成有经验积累的专家系统，让工艺决策进一步智能化。 加工余量表与标准公差是进行工艺设计中必备的参考数据，用于设定加工过 程中不同工序的加工余量与加工后的尺寸公差。 这些数据也可从工艺手册上获得。 切削用量。包括切削速度、进给量和切削深度。这些参数直接影响加工时间、 表面质量、切削力和切削功率，同时，对加工费用和加工精度也有重要影响。 2）动态工艺数据。 动态工艺数据通常包括零件图形数据、工序图形数据、工艺规程等。 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 14 数据库总体结构如图 2.3 所示： 2.3 系统开发环境 2.3.1 dbms(database management system)的选择 dbms 即数据管理系统作为应用的底层服务，关系到系统的运行效率和安全。 目前市场上有多种商业化数据库系统,如 oracle、 sql server、sybase、db2 等 等, 主要的几种关系型数据库系统的综合比较 30如表 2.1 所示。主流关系数据库 中，oracle 是企业级的关系型数据库系统，具有很强的联机事务处理能力，包括 分布式查询、多点更新、远程调用等，非常适合联盟企业生产信息数据库的分布 式处理，支持用户自定义数据类型的存储，具有较好的数据安全管理能力 31。本 系统选用 oracle 9i (enterprise)。 capp 数据库 产品信息 数据库 制造资源 数据库 工艺信息 数据库 机床 刀具 量具 夹具 材料 切削用量 公差配合 加工余量 其它 车床、铣床、钻床、镗床、磨 床、刨床、拉床、其它 车刀、铣刀、钻头、拉刀、磨 具、铰刀、刨刀、其它 通用、专用量具 通用、专用、组合夹具 cad 模型 产品 零件 工艺信息 几何信息 总体信息 工艺数据 图 2.3 capp 数据库总体结构 工件、刀具材料 切削深度、进给量、切削速度 湘潭大学硕士学位论文 第二章 系统总体设计 15 表 2.1 关系型数据库的比较 关系型数据库 oracle db2 sql server access 运行环境 所有主流平台 所有主流平台windows windows 数据功能 企业级 大型数据库 大型数据库 桌面型 安全性 高 高 差 差 性能 最好 高 一般 差 客户端支持及 应用模式 集中式、分布式 客户机/服务器 结构 跨平台多层 结构 客户机/服务器 结构 文件服务器 结构 操作简便程度 较复杂 较复杂 简单 简单 开发难易程度 较复杂 较复杂 简单、快速 简单、快速 2.3.2 开发工具的选择 本系统选用 visual c+6.0 作为开发工具。c语言是一种已得到广泛使用 的面向对象的程序设计语言，灵活性好、效率高，能方便的调用任何 win3