（机械工程专业论文）制造工艺资源信息管理系统的研究.pdf

摘要 制造工艺资源信息管理系统的研究 工程领域：机械工程 研究生林俊指导教师王杰教授 机械制造工艺资源是产品加工过程中重要的技术资料，是企业设计工 艺规程、制定生产计划、控制产品制造等阶段的重要信息依据。本文提出 的分布式制造工艺资源信息管理系统利用计算机网络来对工艺资源进行 管理，实现工艺资源数据共享，使企业在整个生产活动中都使用相对一致 的工艺资源，从而提高工艺数据准确率和一致性。 本文针对工艺资源信息管理系统的实际需求，提出了建立机械制造工 艺资源的分布式管理系统的体系结构和具体的实施方案，探索了系统开发 的关键技术。 论文总共分为五章进行阐述，主要内容如下： l 、阐述了i n t e r n e t 技术的发展与对制造业信息化建设的推动作用： c a p p 技术的发展概况与在先进制造模式中的作用；c a p p 系统的设计方法 与在我国的应用现状。 2 、分析工艺资源管理在c a p p 中的地位和作用，建立工艺规程关系模 型，确定工艺资源信息管理系统的基本功能。 3 、对系统进行总体方案设计，设计了系统总体结构。进行了信息流 程分析及系统功能模块设计，并完成了信息模型的建立和数据库设计。 4 、详细阐述了系统实现时采用的关键技术与方法：基于j 2 e e 的多层 体系架构，面向对象的程序设计技术和分布式数据库管理技术。 5 、设计与实现了制造工艺资源管理信息系统的软硬件环境、网络拓 扑结构，以及系统的主要功能。 关键词：机械制造工艺资源管理分布式计算机辅助工艺设计 a b s t r a c t s t u d yo nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fp r o c e s s r e s o u r c e sf o rm a n u f a c t u r i n g m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：l i nj u ns u p e r v i s o r s ：w a n gj i e f uj u n t h ep r o c e s sr e s o u r c e so fm e c h a n i c a l m a n u f a c t u r i n g i st h em o s ti m p o r t a n t t e c h n o l o g yi n f o r m a t i o nr e s o u r c e sf o rm e c h a n i c a lp r o c e s si ne n t e r p r i s eo fm a n u f a c t u r i n g ， i ta l s oi sa ni m p o r t a n ti n f o r m a t i o nf o u n d a t i o nf o rp r o c e s sr e s o u r c e si n d e s i g n i n g p r o c e s sr e g u l a t i o n s ，c o n s t i t u t i n gp r o d u c es c h e m ea n dc o n t r o l l i n gp r o d u c ep r o d u c t t h e o b j e c to fd e v e l o p i n gp r o c e s sr e s o u r c e si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do n n e t w o r kt e c h n o l o g yi st os h a r e p r o c e s s r e s o u r c e si n f o r m a t i o na n do f f e rr e l a t i v e l y c o h e r e n tp r o c e s sr e s o u r c e s i tc a ni m p r o v ep r o c e s sd a t a sv e r a c i t ya n dc o n s i s t e n c yi n w h o l ee n t e r p r i s e a c c o r d i n gt o f a c t r e q u i r e m e n to fp r o c e s sr e s o u r c e si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ，t h i sp a p e rp u t f o r w a r dac o n f i g u r a t i o na n da n i m p l e m e n t i n g s c h e m eo f d i s t r i b u t e d p r o c e s s r e s o u r c e si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mf o r m e c h a n i c a l m a n u f a c t u r i n g ，a n ds e a r c h e da f t e rt h ek e yt e c h n o l o g yo fs y s t e md e v e l o p m e n t t h i sp a p e rc o n s i s t so ff i v ec h a p t e r s ，m a i nc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： 1 d e v e l o p m e n t o fi n t e r n e t t e c h n o l o g y a n di t se f f e c to n m a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i z a t i o n ，d e v e l o p m e n tg e n e r a ls i t u a t i o no fc a p pt e c h n o l o g ya n di t s e f f e c to n a d v a n c e dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y , d e v i s em e a s u r ea n da p p l i c a t i o na c t u a l i t yo fc a p p s y s t e mi no u rc o u n t r ya r ep r e s e n t e di nc h a p t e ro n e 2 t h es t a t u sa n de f f e c to fp r o c e s sr e s o u r c e si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ti nc a p pi s a n a l y z e d t h em o d u l e so fr e l a t i o n s h i pb e t w e e np r o c e s s e sa r eb u i l t b a s i cf u n c t i o n o f p r o c e s sr e s o u r c e si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n f i r m e d 3 t h es y s t e ms t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l e sa r ed e s i g n e d a n a l y s e st h e i i i 四川人学硕十学位论文 f l o wo fi n f o r m a t i o n ，b u i l d i n gi n f o r m a t i o nm o d u l ea n dd e s i g n i n gd a t a b a s ea r e f i n i s h e d 4 t h ek e yt e c h n o l o g ya n dm e t h o du s e di ns y s t e mr e a l i z a t i o na r ep r e s e n t e d ，s u c h a s m u l t i - l a y e rs y s t e ms t r u c t u r eb a s e do nj 2 e e ，o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，a n d d i s t r i b u t e dd a t a b a s em a n a g e m e n t 5 as u i t a b l es o f t w a r ea n dh a r d w a r ee n v i r o n m e n t ，t h en e t w o r k t o p o l o g i c a l a n ds t r u c t u r em a i nf u n c t i o no fp r o c e s sr e s o u r c e si n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e ma r ep r e s e n t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g p r o c e s sr e s o u r c e sm a n a g e m e n t d i s t r i b u t e dc a p p 四川大学硕士学位论立 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。椐我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中做了明确的说明并表 示感谢。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得 的，论文成果归四川大学所有，特此声明。 导师：殳盘日期：坌叠! 之呈 作者 第一章绪论 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展，企业对信息集成的要求越柬越高。除 了要求对计算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp 1 a n n i n g ， c a p p ) 系统与计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 、计算 机辅助制造( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u f i n g ，c a m ) 集成外，还要求 其与制造自动化、管理信息系统以及质量检测与控制系统集成。 近年来c a p p 从派生式、创生式、专家系统发展到现在的辅助工 具，有很好的应用；但如何管理工艺数据，实现资源共享，促进工艺 数据和其它应用系统集成建立起工艺资源信息管理系统犹为重要。 1 1 制造工艺资源信息管理系统技术发展概况 1 1 1 计算机技术的发展对制造业的推动作用 随着以计算机技术为核心的信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n 0 1o g y ， i t ) 迅速发展以及其在制造业中的广泛应用，制造业信息经历了计算 机辅助单元技术( c a x ) 应用和计算机集成制造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e d a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 等应用发展阶段，使传统 制造业从工业社会的专业化生产向信息化发展。 计算机渗透和融合到制造业中，并与制造业结合产生了一系列新 的技术：c a d 、c a p p 、c a e ( 计算机辅助工程，c o m p u t e r a i d e d e n g i n e e r i n g ) 、c a m 、p d m 、p l m ( 产品生命周期管理) 等。但这些技术 是在计算机技术发展的不同阶段实施的，它们之阳j 形成了一个个的信 息“孤岛”，形成行业间的“壁垒”。如何实现这些孤立系统之| 日j 的集 成，用信息技术改造传统制造业用信息化带动工业化，实现技术的 跨越式发展成为翎造业发展的必由之路。 计算机网络技术的发展和普及，为传统的制造业注入了新的活力， 为企业内的综合信息集成，企业f b j 的合作化提供了一个基础平台。 总之，利用信息技术对传统制造业进行改造，推动其技术发展， 是不可逆转的趋势。将信息技术、产品生命周期( l i f e c y c l e ) 、现代 管理技术和传统的制造技术相结合，提高制造业信息化水平。才能提 高企业市场竞争能力。 1 1 2c a p p 技术的发展概况与在先进制造模式中的作用 ( 1 ) c a p p 的发展概况 c a p p 的开发、研制是从上个世纪六十年代末开始的，在制造自动 化领域，c a p p 的发展相对c a d 和c a m 而占是最迟的部分。目前，对c a p p 四川大学硕士学位论文 的释义有不同认识，但普遍把c a p p 称为计算机辅助工艺设计。 计算机辅助工艺设计与计算机辅助设计、计算机辅助制造等一起 成为计算机集成制造系统的重要单元技术，c a d c a p p c a m 集成系统是 c i m s 的一个子系统，是c i m s 的核心。在c i m s 环境下，c a p p 作为其 信息集成的中枢，其意义和作用更加重大”。 ( 2 ) c a p p 在先进制造模式中的作用与地位 在现代制造企业中，工艺规程作为一种指导性技术文件对企业生 产的正常运转起着至关重要的作用，它的基本任务是将产品或零件的 设计信息转换成加工指令。计算机辅助工艺设计是以计算机及其软件 为辅助工具，帮助工艺设计人员把零件的设计信息转换成加工指令的 先进工艺设计手段，是连接c a d 与c a m 的纽带与桥梁，是生产管理调 度部门的信息来源之一。 q ) c i m s 中的c a p p 系统 c a p p 作为c i m s 的主要功能组成部分，是传递和处理各种制造信息 的中枢( 见图1 1 ) 。从信息集成的角度出发，对c a p p 系统有了新的 要求：能够自动获取c a d 系统产生的产品数据：能够产生数控程序； 能够产生可被生产计划系统直接接受的工艺规程数据和工艺资源清单 ( 刀具清单、机床清单、工装清单、工时汇总等) ：能够产生可被质量 控制系统直接接受的工艺规程数据。 c a d 可制造性评价i 【设计数据 加工方法和检验规程 e i 飞 可检验性评价 运行数据 工艺规程 资源清单 以”慧卦笑 c a m 二艺规程 n 具礴单 刀位文件 ii作业计划 图1 1c i m s 结构图 目前，在c l m s 的实施过程中比较强调信息集成，实施过程中的主 要障碍是异构环境、多样化的硬件、软件平台、数据不统一规范和数 据形式多样化。信息集成必须从单位全局优化出发，统筹考虑c i m s 组 2 第一章绪论 成之问实现信息交互。为此，c a p p 在整个产品生命j f 苫：】期中所担负的信 息集成和功能协调的重要作用将更加显著。 基于p d d 技术的面向产品的c a p p 系统 面向产品的c a p p 的基本内容是：c a p p 系统应是以产品工艺数据 为中心的集工艺设计与信息管理为一体的交互式计算机应用框架系 统；满足产品制造全球化、网络化和虚拟企业分布式协同工作的需求。 因此，c a p p 应用框架系统是以产品工艺数据为基础，以交互式工艺设 计为主的多模式方法，以工艺卡片格式编辑器为工具，面向产品实现 工艺设计与管理计算机化、信息化的c a p p 应用开发模式。 图12 基于p d m 技术的集成化c a p p 系统 由于p d m 系统对产品信息的管理充分体现了面向对象的思想，为 集成化、工具化c a p p 系统的研制提供了重要的技术方法。 基于p d m 技术的c a p p 系统集成框架如图1 2 所示。基于p o 技术 的c a p p 通用平台的特点：p d m 技术能够按照工艺设计的规程，维护和 跟踪产品数据的变化过程，为c a p p 系统的运行提供维护和跟踪工程数 据的实用方法。同时，在c i m s 环境下，以p d m 作为集成化c a p p 系统 框架，既有利于工艺设计方法和工艺文档数据管理机制的有效实施， 又为c a p p 与c a d 、c a m 、m i s 等系统的集成提供了通用的环境平台，使 c a p p 系统在c i m s 环境下向集成化、工具化和实用化方向发展。 基于上述讨论，面向产品工艺信息共享的c a d c a p p p d m e r p 集成 应用如图l ，3 所示。 四川大学硕上学位论文 图13c a d c a p p p d m e r p 信息集成流程图 基于w e b 技术的网络化c a p p 系统开发平台 在现代制造业中，产品设计一般是由不同部门、不同职责的工艺 人员来共同完成的，具有多层次性、多阶段性和连续性等特点。 集成环境下面向产品的c a p p 应是“一个以整个产品为应用对象， 基于b s ( c $ ) 模式，以产品的工艺数据为中心的集工艺过程设计、 工艺信息管理为一体的交互式计算机应用系统系统，并通过融合检索、 修订、刨成等多工艺模式技术，以及适当的人工智能技术和计算机系 统集成技术，逐步和部分实现工艺设计和管理自动化，从而提高工艺 人员的工作效率并在应用中不断积累工艺设计人员的经验和知识，实 现企业产品工艺设计和管理的计算机化和信息化”。n 网络化c a p p 系统功能结构如图l ，4 所示，整个系统运行与企业内 部局域网络环境下，采用客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 的体系结 构。 客户端由产品数据输入及维护，工艺数据输入及维护、工艺设计、 工艺输出、工艺明细表自动生成、制造资源维护、系统集成化、通用 报表定义等功能模块组成。由于系统运行于网络环境下。应允许多个 用户同时进行工艺设计。 4 第一章绪论 t 艺输 f l 机械加工过程卡 2 机械加工工序卡 3 装配工艺过程卡 4 冷冲压t 艺卡 5 铸造t 岂过程卡 6 焊接i 艺过程卡 7 各种工艺舯j 绍f 袭 8 材科消耗及汇总 c a d 系统hs r e p 接u 数控编程系统hn c 接i j j 研f i 磊卅 l 信息输入 嘲l，2zg。,g。12 派生1 = 艺jl ：竺：旦：! i ! 型堕三苎f = 彳天亏荔赢 壅塑堡芏l i 设备维护 2 工艺装备维 3 刀具维护 4 量具维护 5 材料维护 碉慝| e r p 雾 i系统 系统扩展接口 f ：= 二= = = af ：= = = = af ：= = = jf = = = = = = 习f = = = = = = a 巨! ! 鍪堡堡ii 至竺塑堡壁f 旺苎兰堡壁ii 三苎窒塑垦ji 要曼鍪堡嬖i 囤14 网络化c a p p 系统功能结构图 服务器端主要实现网络数据库的管理和s q l 查询，主要包括：( 1 ) 产品数据库，主要用于存储产品的总体信息、产品b o m 表信息；( 2 ) 工艺数据库，用于存储零部件加工工艺过程、加工工序和工步、装配 工艺、焊接工艺等工艺数据；( 3 ) 工艺资源库，用于存储机床、工艺 装备、刀具、量具、材料等制造资源数据：( 4 ) 系统资源库，存储企 业名称、用户定义工艺词典、系统运行参数等信息；e r p 接口数据库 用于输出库存、生产、采购、外协、固定资产等e r p 功能模块用到的 数据信息，通过e r p 接口数据库可以实现同e r p 内部子系统的集成。 1 1 3c a p p 系统的设计方法 计算机辅助工艺设计的基本原理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。1 1 目前，按照传统的设计方式c a p p 可分为以下最为典型的三类：派 生式( v a r i a n t ) 系统、创成式( g e n e r a t iv e ) 系统和综合式( h y b r i d ) 企业内部局域网罨一zoo罨mzr+oij 凹川大学硕士学位论文 系统。 派生式方法的工作原理( 见图1 5 ) ，是在成组技术的基础上，利 羞嚣划睫翌毒 p 删jp 程序矩阵史绷1 1 = 岂文件ilj 【 巡酣剿：掣。i ：擎 兰竺堡h 篁兰h 三兰竺兰同! 兰竺竺 图15 派生式方法的工作原理 用零件的相似性将各种零件分类归族，对于每一个零件族构造一个能 包含所有零件特征的标准样件，并建立代表该族零件的标准工艺。一 个新零件的工艺是通过检索相似零件的标准工艺并加以筛选、编辑修 改而成。目前大多数实用的c a p p 系统均属该种类型。 创成式c a p p 系统的工艺规程( 见图1 8 ) 是根据程序中所反映的。 ：制造数据库： 图1 6 创成式方法的工作原理 创成式系统的特点是能保证相似零件工艺的高度相似性和相同零件工 艺的高度一致性，能实现工艺设计的合理化和优化，不依赖与操作人 员的知识和经验。 进入八十年代后，以应用a i 技术为基础的创成式c a p p 系统已为 世界范围内制造业中最受注意的课题之一，其中最成功是专家系统方 6 第一章绪论 法( 见图1 7 ) 。专家系统方法主要由知识库和推理机构成，知以表达 方法上采用产生式规则、框架结构、面向对象等。由于工艺没计是人 类专家多年经验的综合应用，知识表达难于规则化，思维逻辑难于程 序化，所以，近年来模糊逻辑、人工神经网络、遗传算法、基于实例 的推理等a i 领域最新研究成果也已在c a p p 中局部地得到应用。 图17 专冢系统方法的工作原理 1 1 4c a p p 在我国的应用现状 计算机辅助工艺设计作为连接c a d 与c a m 的桥梁，也是许多先进 制造系统的技术基础之一。c a p p 技术从它诞生以来，其研究开发工作 一直在固内外蓬勃发展，丽且逐渐引起越来越多的人们的重视“。 目前我国开发应用的c a p p 系统按其工作原理可以分为以下五大 类：交互式c a p p 系统、派生式c a p p 系统、创成式c a p p 系统、综合式 c a p p 系统和c a p p 专家系统。c a p p 的类型和设计方法很多，但从国内 的普遍情况来看，以派生式为基础的c a p p 设计方法较为适用，其主要 原因是正在开展或准备推行c a p p 的工厂都为几十年以上的老厂，产品 种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的 切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制 定出派生式c a p p 系统所需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规 则知识。而一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的大量的行 之有效的工艺方案弃之不用，在系统的开发技术、开发费用及系统开 发的耗费时间等诸多方面将会出现极大的困难，使c a p p 系统难以见 效、普及和推行，更难以实现c a p p 系统软件的商品化。 另外还有完全人机交互填写方式的c a p p 系统，其特点是提供各种 窗口和w i n d o w s 的增删、修改功能，用户直接采用填写( 或修改已生 成的工艺文件) 方式进行工艺设计。这种类型的c a p p 系统技术不强调 产品设计标准化和工艺技术基础工作，在一定程度上可以满足一些基 础工作较薄弱的企业对c a p p 技术的初期需要。 四川大学硕 学位论文 目前我国企业所用真正起到c a p p 作用的系统大多为变异型c a p p 和创成型与变异型这两种类型基础上开发出的综合型c a p p 系统，交互 型和智能型c a p p 系统在少数企业也有应用。 从企业信息化大格局去分析、解决工艺信息化的问题，可很好解 决工艺数据管理和企业各部门准确、及时、有效地共享工艺数据的问 题。工艺数据和流程是产品全生命周期理论中的关键组成部分，和p l m 一体化，使之成为p l m 的有机组成部分，充分发挥p l m 强大的数据管 理和过程管理功能，从根本上消除c a p p 的孤岛问题，对企业信息化的 推进非常重要的。 1 2 课题背景及本文研究工作 1 2 1 课题背景 目前，c a p p 的通用化和开放性是该领域的研究热点，面向企业 信息化建设的网络化集成工艺设计平台也成为目前和今后c a p p 研究 开发的重点。 随着信息技术的发展，如何利用新技术改进我所加工现状，促使 我国x x 武器研制水平有一个新发展：由于我所“万无一失”产品质量 保证、确保产品标准符合国家指令等特点，建立适应我所实际情况的 工艺资源库，促进满足工作实际的c a p p 系统建设，是十分重要的。 我所加工工艺的多样性和工艺经验的特殊性是c a p p 应用进一步 发展的主要障碍。针对我所产品加工的发展和实际需要，在工艺资源 使用情况分析的基础上，建立工艺资源管理系统，实现工艺资源交互 与共享。在非特种材料加工车间试用，积累一定经验，再扩大范围推 广使用。 1 2 2 本文所做的主要工作 论述信息技术与对制造业信息化建设的推动作用；c a p p 技术的发 展概况；c a p p 系统的设计方法与在我国的应用现状。 分析工艺资源管理的作用，建立工艺规程关系模型，确定工艺资 源信息管理系统的基本功能。 完成系统总体方案设计，进行信息流程分析及系统功能模块设计， 并完成了信息模型的建立和数据库设计。 阐述系统实现时采用的关键技术与方法：基于j 2 e e 的多层体系架 构，面向对象的程序设计技术，分布式数据库管理技术。 实现了制造工艺资源管理信息系统的软硬件环境、网络拓扑结构， 以及系统的主要功能。 8 第二章 i 艺资源管理的技术原理和实旌方法 第二章工艺资源管理与工艺规程关系模型及 系统基本功能 2 1 工艺资源管理在c a p p 中的地位和作用 未来的制造是基于集成和智能的敏捷制造和“全球化制造”，未来 的产品是基于信息和知识的产品，工艺设计的计算机化和信息化是机 械制造业发展的必然趋势”。 c a p p 作为企业信息化建设的龙头和关键，现在人们从集成的角度 来认识c a p p 的地位和作用，认为集成化是c a p p 应用的方向之。c a p p 集成化的基础是c a p p 的信息集成，开放式、分布式网络和数据库系统 是c a p p 集成化应用的支撑环境，采用基于数掘定义的工艺设计技术， 通过分布式网络和数据库，允许管理系统在不进入c a p p 系统的前提下 直接访问工艺数掘库，全面实现企业产品工艺殴计和管理的计算机化 和信息化。 近两年来由于w i n d o w s 编程技术同益成熟，基于d c o m c o r b a 等软 件接口技术的完善，为开发实用化的基于数据库臼勺c & p p 系统提供了手 段。目前固内外流行的企业信息系统都是采用d c o m c o r b a 接口标准开 发的，只有这样才能保证企业信息化建设的各种系统能够无缝集成。 采用标准的关系型数据库技术，也成为当前和今后软件编程技术的主 流。 c a p p 系统围绕工艺数据来解决企业的工艺设计问题。c a p p 系统中 产生的工艺数据要提供给设备部门、劳资部门、生产部门、财务部门 等等。由这些管理部门依据工艺数据来安排和组织生产，因此工艺数 据在c a p p 系统中起着至关重要的作用。而工艺资源数据涉及工艺设计 需要支配的工艺资源数据( 设备、工装、物料等) 、需要应用工艺技术 支撵数据( 工艺规范、国家企业技术标准) 、需要参考工艺技术基础 数据( 工艺样板、工艺档案) ，它作为工艺数据的重要组成部分，工艺 设计人员在制定工艺规程时，企业工艺资源的状况直接影响着工艺设 计人员对工艺路线的安排，所以工艺资源信息在c a p p 的开发应用中具 有相当重要的作用。 同样，工艺资源信息在c a p p 的其它相关系统中也具有十分重要的 作用，以下再从c a p p 的相关系统的角度对工艺资源的信息需求进行 分析： ( 1 ) c a dc a d 是c a p p 的源头，并行环境下c m ) 必须充分考虑到下 游的c a p p 、c a m 等环节。机械零件的特征实现要考虑到工艺资源的状 9 凹川i 大学硕士学位论文 况，工艺资源是对零件可制造性评价的重要依据；c a p p 模块能直接从 c a d 模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替零 件信息描述的输入：c a d 模块的几何建模系统，除提供几何形状及拓 扑信息外，还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构 分析信息等；须适应多种数控系统n c 加工控制指令的生成。 ( 2 ) c a m制造环节能提供的工艺资源是影响零件可制造性的一 个重要约束条件，在机械加工的阶段也必需考虑工艺资源状况。 ( 3 ) p d m由于c a p p 产生的工艺数据需要提交p d m 进行统一管理， 而c a p p 所要求的设计及工艺资源等数据则由p d m 提供，因此，两系统 必然要共享和交换大量的产品数据。两系统共享和交换数据的过程是： 只有登录p d m 的合法用户才有权限操作提交给p d m 的工艺数据； 通过用户认证后，依据p d m 的角色机制和访问控制策略确定可 使用的c a p p 功能和对工艺数据的操作权限： 工艺数据一旦提交成功，该数据就开始经历p d m 对它的生命周 期和版本管理，并接受安全性控制，直到废弃； 把各项不同的工艺任务作为产品开发过程的不同节点，利用p d m 的过程管理功能，对工艺设计过程进行监控和调度。这样，纳入p d m 之下的c a p p 不再是一孤立的工艺设计系统，而是产品开发环境下的有 机组成部分。 因此，在c a p p 及相关系统中均要求能对工艺资源进行方便合理的 查询、使用、管理和维护。 所以，工艺资源信息管理系统是企业实施c a p p ，并逐步实现企业 信息化的一个支撑系统。该系统是在c a p p 集成环境下运行，属于c a p p 信息分系统，主要对企业工艺资源信息数据进行定义和管理，实现产 品c a d 、c a p p 、c a m 、p d m 等在内的相关系统的内部信息集成与共享。 2 2 工艺规程与工艺资源的关系模型 2 2 1 工艺资源的定义与分类 制造资源是企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理元素 的总称，贯穿产品生产全过程。随着计算机和网络技术在制造业中应 用的深入，计算机集成制造系统、并行工程、虚拟制造( v i r t u a l m a n u f a c t u r i n g ，v m ) 技术和敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，a m ) 等技术的不断发展，制造资源的组织、管理、计划和控制以及制造资 源自身的约束等，都影响着生产规划、产品设计、过程设计和制造控 制等环节。 制造资源按其特征可分为广义制造资源和狭义制造资源。广义制 1 0 第- 二章工艺资源管理的技术原理和实施方法 造资源是企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理要素的总 称。广义制造资源可根掘企业的组织结构分为5 个层次：即企业层、 车间层、单元层、工作站层和设备层，每个层次所代表的制造资源都 具有定的属性和功能。狭义制造资源是指加工一个零件所需的物质 元素是面向c i s 、c a p p 、n c ( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ，数控) 等系统所 需的底层制造资源，这些元素包括机床、刀具、夹具、量具材料和标 准工艺术语等，也就是常说的企业的工艺资源。 工艺资源主要是用于为企业各种工艺决策提供各种具体的数据信 息，所以它不仅包括企业的设备资源，而且还包括为企业决策提供支 持的其它资源，如工序余量、切削参数、工时定额和标准工艺术语等 工艺资源贯穿了制造企业中与产品设计与制造的整个过程。工艺资源 是工艺设计的前提条件。 工艺设计涉及的因素如企业的加工设各、工艺装备、工艺手段、典 型工艺元等，都可以统称为工艺资源。企业的工艺资源要求c a p p 软件 必须提供一种工具，将企业的工艺资源有效地管理起来，以方便工艺 设计人员在工艺设计过程中方便地浏览、查询和选取，同时也便于机 械设计人员和机械制造人员的浏览和查询，以及工艺资源管理部门的 查询和管理，为c a p p 系统的信息集成奠定良好的数据基础。 工艺资源库，具体到一个企业，它包括企业生产使用的毛坯、材 料、机床设备( 刀具、量具、夹具、辅具等) ，车间、工段、标准的工 序名称、相应的工序内容、切削参数( 迸给量、切削深度、切削速度 等) 、公式定额的计算方法等。对工艺资源库，应该在数据库的基础上 进行统一的管理。 同时，对于机械制造企业的工艺资源库，应该基于分伽式网络平 台。因为只有真证建立在分布式网络平台上的工艺资源数据库，才能 真正实现对工艺资源资源的共享。 由于工艺资源数据包含整个c a p p 系统运作过程中所涉及的一切 工艺资源，其内容信息量大、牵涉面广、数据类型及数据关系复杂 必须将其分名别类，并把握它们之间的相互关系，方才便于管理。整 个工艺资源的具体内容主要包括： ( 1 ) 材料数据材料数据指涉及到材料规格及属性的数据，其包 含加工工件和刀具两方面的材料类型、材料尺寸、材料物化性质等。 ( 2 ) 刀具数据在编制零件数控加工程序时，需要工艺资源库提 供的所有刀具的有关数掘这些数据包括：刀具号、刀具的成组分类 信息、刀具的坐标系统、刀具尺寸、刀具的几何形状、刀具调整尺寸、 刀具应用条件及刀具样图等。 ( 3 ) 机床数据机床数据主要包括诸如机床名称、型号、机床检 四川大学硕 ：学位论文 索号、中心高、主驱动功率、控制系统类型、主轴转速范围、进给量、 最大工件长度及加工精度等。例如，在制定工艺规程的过程中，选择 最佳方案时就要用到工艺资源数据库中存储的机床驱动功率、主轴转 速、进给速度等相关数据。 ( 4 ) 量夹具数据用于工艺设计的量夹具数据通常包括量夹具名 称、类型、重要尺寸及与机床连接的数据( 指夹具) 等。有时还包含 一些典型的夹具装配图。 ( 5 ) 标准工艺规程用于存储企业内部定义的标准工艺内容、标 准工序图等。 ( 6 ) 切削用量正确地选择切削用量，对于提高切削效率，保证 必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。切自0 用量为工艺设计人员提供进给量、切削速度、切削深度、刀具耐用度 等工艺资源数据。例如在车削加工中成形车削进给量如表2 ，1 所示。 表2 1 成形车削进给量 加： _ 件直径 车刀宽 2 02 54 0注 度 进给最f ( m m r ) 8o 0 3 0 0 8 0o 0 4 0 0 0 9 00 0 4 0 0 0 9 0加j i 复杂轮廓 1 00 0 3 0 0 7 00 0 4 0 0 0 8 50 0 4 0 0 0 8 5和硬的材料时 1 50 0 2 0 0 5 50 0 3 5 0 0 7 5采用较小的进 2 00 0 3 0 0 0 6 00 ，0 4 0 0 0 8 0给量值；加 ： 3 00 0 3 5 0 0 7 0简单轮廓和软 4 00 0 3 0 0 0 6 0的材料时采用 5 0 ( o 0 2 5 0 0 5 5 )较大的进给量 注值 注：只用于加工工件直径6 0 m m 的情况 ( 7 ) 工程字它包括机械制造工艺机械装配工艺的一般术语、典型 表面加工术语、冷作、钳工、装配术语及其定义。 从以上工艺资源所包含的具体内容可以看出：企业工艺资源贯穿 了企业完成产品加工的整个生命周期，在企业的生产和管理中扮演着 十分重要的角色。在传统的制造模式下，工艺资源模型是根据产品生 产过程的各个阶段、各个部门和各个计算机应用子系统对制造工艺资 源信息的需求而制订的，为各个子系统所设计的制造工艺资源数据库 相互独立。其缺点主要表现在：对企业工艺资源缺乏统、完整的定 义和表达，造成大量的数据冗余；工艺资源数据的不一致性导致各系 统之间无法进行信息交换；制造工艺资源数据多处存储，造成大量存 储资源浪费，且导致数据维护与更新困难。要获得企业生产过程的全 1 2 第二章工艺资源管理的技术原理和实施方法 局优化方案，方便工艺设计人员对企业工艺资源进行测览、查询和选 取，能快速准确地制订机械加- 的工艺规程，同时方便其它企业管理 人员进行快速浏览，了解和掌握企业的工艺资源状况，有利于组织和 管理企业的生产经营活动。所以必须建立工艺资源的数据模型，以满 足生产的各个阶段、各个部门和各个计算机应用子系统对制造工艺资 源信息的需求。 所有的企业工艺资源之间并不是孤立存在的，它们之间存在着相 互联系，例如通过机械加工操作可在机床设备、刀具和量具之间建立 联系。机床设备和夹具、工艺规则和机床设备的加工能力之间存在着 内在联系：工艺知识和加工设备之间也有着紧密的联系，如加工余量 和刀具之间等，所有这些为我们建立工艺资源的逻辑结构模型提供了 可能性。 建立工艺资源信息逻辑结构模型的目的就是通过概括工艺资源的 共性，建立适用于计算机内部表达的数据结构，和描述各种工艺资源 的个性。所谓共性，就是从应用层上对工艺资源进行分类，运用特征 技术进行表达。所谓个性，是指工艺资源的各种具体属性。建造工艺 资源信息模型不同于产品建模，它是一个十分复杂的问题，原因有以 下4 个方面： ( 1 ) 零件的各种属性可以依附于形状特征之上，而工艺资源信息 十分丰富，且不同c a p p 系统对工艺资源信息的需求也不相同，各成 一体，不能用统一的特征来表达； ( 2 ) 不同的企业，制造环境不同，工艺资源的储备、借用、管理 方式和习惯各不相同，给建立c a p p 统一工艺资源数据库带来难度； ( 3 ) 零件的形状特征是零件固有的，它不随零件的移动而变化；而 工艺资源信息模型则是一个动念的，这就要求建立一个动态的数据结 构； ( 4 ) 工艺资源信息模型的另一个特点就是要满足在c a p p 及相关系 统内资源共享的要求。因此，工艺资源信息模型要具有开放性、灵活 性，便于计算机快速灵活处理。 本文根据国家工艺管理标准，将工艺资源分成机加设备数据、专 用工装数韬、通用工装数据、标准工具数据、数控刀具数据、工艺标 准术语数据，切削用量数据以及标准工艺元数据等八个方面，并在此 基础上建立起工艺资源的结构模型即工艺资源的结构树模型，如图2 1 所示， 四川大学顾j 二学位论文 图21 工艺资源的逻辑结构 2 2 2 工艺资源的数据管理 对机械制造工艺而言，工艺设计的内容包括：加工机床的选择， 工艺装备( 包括夹具、刀具、量具、辅具等) 的选择，加工余量与毛 坯的确定，工序尺寸的计算与公差的确定，工序图的生成，切削用量 的确定，工时定额的确定，加工费用的估算，工艺文件的编辑与输出， 工艺过程优化，以及材料、工装的统计等内容。 在c a p p 环境下，采用工艺资源数据库来集成工艺规程和其它制造 活动，是c a p p 能真正适应分布式网络环境的制造系统和生产需求的基 本保证。不同的企业，正是由于工艺资源的差异。才导致了工艺规程 的千差万别。开发一个可重构的c a p p 系统，在进行工艺资源数据库管 理系统设计时，应该考虑采用一种设计方法和实现机制，用于保证它 的数据、甚至它的数据表示结构是可以根据具体的生产背景进行重新 组织的。从软件的体系结构上，提供给用户的工艺资源数据库管理系 统，开放的程度是有层次的。”，可以根据用户的需求，提供各级的工 艺资源数据库管理系统、数据库结构和制造资源类数据。所以在开发 工艺资源数据库管理系统中，应遵循下列几条原则： 对刀具、机床、夹具和量具分类后，采用成组技术。对刀具、机 床等实行统一编码，以形成制造资源层次； 在工艺资源数据库管理系统程序设计中，程序代码和数据分离的 原则； 在工艺资源数据分析中，应遵循面向对象的分析和设计方法，扩 展关系性数据库的模型表达能力，使之能丰富对象的语义关系，扩展 对象的属性和系统对复杂对象的支持，增强对象的关联。 1 4 第二章工艺资源管理的技术原理和实旌方法 冈此，开发e 艺资源庠日、f 要适府计算机辅助l 艺设计b 过稃管理f 司络化平 台系统的需要，建1 上起i 艺资源分系统。它士要包括： i ：艺资源数据国家标准 子系统、l ：艺资源数据l 厂标准子系统、1 装殴备管理子系统、专用1 ：艺资源 数据子系统和工艺常用词典子系统等。 工艺资源管理系统框架如图2 2 所示，主要对刀具、机床和工装 等制造资源信息进行统一管理，包括机加设备库、专用工装数据库、 通用工装数据库、 工艺资源管理系统 霎lf 重| 差 萋ff 蓁ll 垂 量 萎 篓if 龚f i 矗篓 圈22 工艺资源管理系统框图 标准工具数据库、标准件数据库、辅助材料数据库、数控刀具数 据库、工艺标准信息库、切削用量库、工程字库、零部件材料库和系 统参数库，从而对企业的机械制造工艺资源进行科学的、行之有效的 管理，同时方便企业内各用户的查询和选用。 机加设备数据库用于存储机床的型号、技术参数、管理和使用状 态等，工艺人员在进行设备选择时可以直接查询和选取机加设备数据。 专用工装数据库反映工装的全面综合信息，包含工装分类号，： 装分类名 称，工装简图，工装编号，工装名称及规格，所属零部件图号，使用车间，设 计者(