（机械设计及理论专业论文）回转体零件capp系统研究与实现.pdf

y9 3 0 2 5 1 葡姜 计算机辅助工艺过程设i | ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n gc a p p ) 是王觅代 设计方法静蘧要内容之一。c a p p 怒c i m s 中一个霪要静组成都分，它不仅是 连接c a d 子系统和c a m 予系统的纽带，而且与c i m s 中的m i s ，e r p 等子系统 都有着十分紧密的联系。西藏，c a p p 已经成为现手翩造技术中静一个重要研究 领域。多年来，c a p p 技术在理论上有所创新和突破，但其廨用范围仍具有较大 的爨限性。蕊有的c a p p 系统大都楚露向将迩静企馥，无法实现逶嗣纯、商晶亿。 因此，在加强对c a p p 系统的理论研究同时，进一步推进c a p p 的实用化和通用 讫，其有重强懿现实意义。 本文概述了目前国内外c a p p 的发展现状和存在的问题，提出了课题研究的 内容。谋题l 孽重点蔻在c a p p 系统酌通溺经方面进行实瑶静研究与开发。本藩实 用化、通用化、框架化的指导思想，研究了资源数据存储和锗理模式，建立开放 式z 艺资源数据疼管理系统，实现了工艺资源数据懿管理。鬟雳先避静诗算杌技 术，综合现有c a p p 系统的优点，并从软件工程的角度对系统的开发过程进行了 赍缮，醑究鹈开发了基于c s ( 客户臻瑁爱务暑酗结稼静c a p p 开发平台，结合藏阳 纺织机械厂工艺设计的具体情况，以数据库数据处理为核心，辅以各种应用支持 工其，开发穗瑟瑟子各辊穰麓造金蛰靛c a p p 系统。该系统静镬露，不仅可敦裁 助企业大大提高工艺设计的速度和质量，而飘可以提高工艺设计的规范化和标准 铑豹程度，零系统瓣瘦露有效缝缩短了产磊浚诗瘸辩，挺薅了设诗囊藿，节省了 人力、物力、财力，同时为c a d 和c a m 之间架起了一座桥梁。 关键谲；c a p p ；c s ( 客户端胡琵务器) ；关系受数据库；开发平台 t h e d e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o no f c a p ps y s t e mf o rt u r n i n gp a r t s a 辩s 零爻a c 罩 t h ec o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n gi so n eo ft h ei m p o r t a n tc o n t e n t so ft h e m o d e m d e s i g nm e t h o d t h ec a p p i sam a j o rc o m p o n e n ti nt h ec i m s ，i tn o to n l ya c t s a sat i ew h i c hj o i n st h es u b - s y s t e mo fc a da n ds u b - s y s t e mo fc a m ，b u ta l s ol i n k s w i t ho t h e rs u b s y s t e m ss u c ha sm i s ，e r p ，e t c i nt h ec i m s t h e r e f o r e ，t h ec a p ph a s a l r e a d yb e c o m ea ni m p o r t a n c er e s e a r c hf i e l do fm o d e m m a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e f o r m a n yy e a r s ，t h et e c h n i q u eo f c a p p h a s 也ei n n o v a t i o na n db r e a k st h e o r e t i c a l l y ，b u ti t s a p p l i c a t i o ni ss t i l lv e r yl i m i t e d i nf a c t ，a l m o s ta l lo fc a p ps y s t e m sa r ed e v e l o p e d f a c e st ot h ep a r t i c u l a re n t e r p r i s e ，c a n tc a r r yo u ti ng e n e r a lu s et u ma n dc o m m e r c i a l i z e s ot h e r ei si m m e d i a t es i g n i f i c a n c ei nf u r t h e rp r o m o t i n gt h ep r a c t i c a l i t yo fc a p p t e c h n i q u ew h i l er e i n f o r c i n gt h es t u d y o fc a p pt h e o r i e s i nt h i sa r t i c l e ，t h ec u r r e n ta c h i e v e m e n to fd o m e s t i cr e s e a r c ha n de x i s t i n g d i f f i c u l t i e so fc a p pi ss u m m a r i z e d t h em a i n l yr e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sa r t i c l ei s p r o p o s e d t h ep o i n to ft o p i ci st h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t si ng e n e r a l u s eo fc a p p s y s t e m s b a s e d 0 1 1t h ep r i n c i p l eo fp r a c t i c a l i t ya n du n i v e r s a l i t y ，s t o r a g ea n d m a n a g e m e n tm o d e l o fr e s o u r c ed a t ai sr e s e a r c h e da n da no p e nd a t ab a s em a n a g e m e n t s y s t e mo fp r o c e s sr e s o u r c ei sb u i l d i n g m a n a g e m e n to fp r o c e s sr e s o u r c ed a t ai s a c h i e v e d t h i ss y s t e mi sd e s i g n e dt ob ec l i e n t s s e r v e ra r c h i t e c t u r ea n du t i l i z e ss e r i e s a d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n i q u e s ；a l s o ，i tc o m b i n e st h ee x p e r i e n c eo fs e v e r a lk i n d so f c a p ps y s t e m sh a v i n gd e v e l o p e dt o g e t h e r a n di n t r o d u c e dt h ew a yw ed e v e l o p e dt h i s s y s t e m t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h e nc o m b i n ec o n c r e t ec i r c u m s t a n c eo ft h e x i a ny a n gt e x t i l em a c h i n ef a c t o r yt e c h n o l o g i c a ld e s i g n t a k ev a r i o u sd a t a b a s e8 st h e c o f e ，o u rs y s t e mm a i n l yu s e sr e l e v a n tt e c h n i q u e so f v a r i a n tm e t h o d s ，t h r o u g hu t i l i z i n g av a r i e t yo fs u p p o s i n gt o o l s , i tc a l lb eu s e dw i d e l yi nt h ef r a m e w o r ks y s t e mo f i n t e r c h a n g i n gc a p pi na l lk i n d so fe n t e r p r i s e st h a tc o m b i n et h ep r o c e s sd e s i g nw i t h i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta sap a r ti na ne n t e r p r i s e t h eu s eo ft h i sc a p ps y s t e mn o t o n l yc a nh e l pt h ef a c t o r yt og r e a t l yi m p r o v et h eq u a l i t ya n ds p e e do fp r o c e s sd e s i g n ， b u ta l s oi m p r o v et h ed e g r e eo rs t a n d a r d i z a t i o na n dn o r m a l i z a t i o no f p r o c e s sp l a n a n d i tc a ns h o r t e n i n gt h ep e r i o do fp r o d u c td e s i g n i n g ，s a v i n gm a n p o w e ra n dm a t e r i a l r e s o u r c e s ，a n dg r e a t l yp r o m o t i n gl a b o rp r o d u c t i v i t y ，a tt h es a m et i m e ，b r i d g i n gc a d a n dc a mt or e a l i z ei n t e g r a t e dp r o d u c t i o no f c o m p u t e r s w r i t t e nb yg a ow e i ( m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rm ak e k e y w o r d ：c a p p ，c s ，r e l a t i o n a ld a t a b a s e ，d e v e l o p m e n tp l a t f o r m 第1 章绪论 1 1 引言 1 绪论 计算机辅助工艺过程设计c a p p ( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) ，作为计算机 集成制造系统c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 与企业信息化的一个 重要组成部分，是连接产品设计与制造的桥梁，也是整个制造系统中的重要的环节之 一，对产品质量和制造成本具有极为重要的影响，保证产品制造过程中的信息畅通。 随着计算机在制造企业中的应用，c a p p 的应用越来越广泛，它为提高工艺设计 的效率，缩短生产准备周期，从繁琐、重复的劳动中将广大工艺人员解放出来提供一 条切实可行的途径。i l j 1 2 课题研究背景f 2 j 网 4 】 1 2 1 加工工艺过程简介 产品的生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等使其成为成 品或半成品的过程称为工艺过程。以文件形式确定下来的工艺过程称为工艺规程。 正确的机械加工工艺规程一般都是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上， 依据科学理论和必要的工艺实验而制定的，并通过生产过程和实践不断得到改进和完 善。而我们所说的工艺设计是在给定的生产条件下，以高效率、低成本、可靠的质量 和规定的标准化程度来确定零件最佳的制造工艺方案。它所包括的内容和顺序如下： ( 1 1 对被加工零件进行工艺性分析： ( 2 ) 选择毛坯； ( 3 ) 设计工艺过程：包括划分工艺过程的组成、选择定位基准、选择零件表面的加 工方法、安排加工顺序和组合工序等； ( 4 ) i 序设计：包括选择机床和工艺装备、确定加工余量、计算工序尺寸及其公差、 确定切削用量及计算工时定额等； ( 5 ) 编制工艺文件； 工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的一门艺术，它是连接产品设 计与产品制造的桥梁。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加 工顺序，以便能按设计要求及时的生产出合格的成品零件。 工艺设计受到如企业的生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、传统工艺习 第1 章绪论 惯、工艺设计方法、工艺师经验水平等众多因素的影响，甚至受到生产组织形式和生 产管理方式的因素的制约。上述因素中的细微变化，都将导致工艺设计方案的改变， 因此说工艺设计是在各个方面都充满着“个性”的设计活动。 工艺设计处于产品零件设计和零件加工制造的接口处，必须分析和处理大量数据 信息，既要考虑产品零件设计图样上有关零件结构形状、尺寸、公差、材料及批量等 方面的信息，还要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及 工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。工艺因素错综复杂，工艺理论又不成熟，因 此说工艺是一个典型的复杂问题。 工艺设计产生大量的工艺数据，这些工艺数据是指导企业物资采购、生产计划调 度、组织生产、资源平衡、成本核算、库存管理等的重要依据，因此说工艺设计也是 企业的一项关键性工作。 1 2 2 工艺过程卡传统手工编制方法的局限 随着经济全球化和市场竞争的发展，企业生产的产品需要参与市场竞争，要求企 业的产品的生产周期越来越短，并具有柔性，特别是信息技术的快速发展，使得以手 工方式进行的工艺设计己成为制约生产周期缩短的主要障碍之一，存在的主要问题如 下： ( 1 ) 工艺设计工作量大、工艺数据重复填写统计计算，存在大量的重复劳动，难 以直接利用c a d 信息，效率低、周期长、易出错。 ( 2 ) 3 1 艺设计质量很大程度上取决于工艺编制人员的技术水平和工作经验，工艺 路线和工艺数据的准确性较差，难以保证工艺质量。工艺设计方法因也人而异，难以 实现工艺设计的可继承性，以及规范性、标准化和最优。 ( 3 ) 对工艺数据的统一管理和维护很难实现，不利于与其它部门实现各种资源的 有效共享，难以高效的利用企业现有的各种资源信息。 ( 4 ) 对工艺设计人员要求高，要求工艺师具有丰富的生产经验，熟悉企业内部各 种加工方法及相应设备使用情况，熟悉企业内部各种生产加工规范和规章制度，工艺 师培养成本高，并且无法将老工艺人员多年工作总结出的实际经验保留下来，无法实 现知识的积累。 1 3 计算机辅助工艺过程设计概述 1 3 1c a p p ( 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 ) 概述 工艺设计作为机械制造过程中的一项重要技术工作，目的是把零件的设计信息转 第l 章绪论 化为一定加工环境下的加工指令一工艺规程。设计过程中既要考虑零件设计上的技术 要求，又要考虑具体加工环境下的实现条件，影响因素多且不易掌握，必须处理和分 析大量信息，是一项经验性很强的复杂决策过程。在机械制造业从刚性生产方式向多 品种小批量的柔性生产方式的转变过程中，传统的工艺设计方法远远不能适应其发展 的需要，迫切需求一种高效的工艺设计方法来代替。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 n i n g ) 技术便应运而生，并与c a d ，c a m 一起成为支持 c i m s 中工程设计自动化的关键技术。计算机辅助工艺设计c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s s p l a n 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 ra 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。 1 3 2 c a p p 的类型 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 可大体分为以下五类：1 5 j ( 1 ) 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。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。 ( 2 ) 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己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( c r r ) 的派生式与基于特征的派生式c a p p 系统。 ( 3 ) 创成式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。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 第1 章绪论 的创成式系统只能算作半创成型，即系统中包含有一部分决策逻辑，而其关键部分一 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。 ( 4 ) 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。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，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。 f 5 1 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 4 国内外研究现状 上世纪6 0 年代末，人们就开始了c a p p 的研究与开发，最早研究c a p p 技术的 国家挪威。使用计算机来进行工艺规划最早是由n e i b e l 6 1 提出的。第二年，s e h e n k t 论述了工艺规划自动化的可行性。后来，b e r r a 和b a r a s h g 】提交了一份关于金属加工 工艺的自动化编排和优化的调查报告。但在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是设在 美国的国际性组织c a m i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m i ，sa m o m a t e dp r o c e s s p l a n n i n g ) 系统。此后，世界上有众多c a p p 系统问世，l o c k h e e d 公司的 g e n p l a n ( 1 9 8 ，o i r 的m i p l a n ( 1 9 8 0 ) ，m e t c u t 的a u t o p l a n ( 1 9 8 2 ) ，这些都 是变异型c a p p 。随着c a p p 进一步发展，出现创成型c a p p ，如西德a a c h e n 工 业大学的a u t a p ，美国p u r d u c 大学的t i p p s ，美国c a m - i 的x p s 等。近几年来， 国外研究人员对c a p p 的理论与方法进行了非常广泛和深入的探究，围绕着 c a d c a p p 的集成，人们进行了广泛的研究并提出了一些c a p p 获取信息的方法， 从i c e s 文件转换、特征识别到产品模型数据交换标准s t e p ，这些方法对于 c a d c a p p 的集成均起到了一定的作用，但还存在一些不足：( 1 ) i g e s 文件处理时间 过长，交换的只是数据而不是信息；( 2 ) 特征识别无法获得c a d 中根本就不存在的面 向制造的信息。美国宾夕法尼亚大学h a m 教授和比利时b r u s s e l s 教授领导的研究小 组把研究目标瞄向c a d 与c a p p 的集成，在概念设计阶段采用人工智能技术如机器 4 蒲l 章绪论 学习、人王毒孛经元霹终、足嚣整理等，提筷一令集蔽熬c a d 黪壤，可识裂卷 孛夔足 何形状、特征以及其它产品信息，以满足与c a p p 系统集成的需嚣，他们的研究己取 得初步成果，其事项己谯轴类和箱体癸零件一体化设计中得以实现。以色列海法大学 捌认为使鲻嫂剿系统生成豹零辞工艺艘程，比专家系统生成的效果更好，目本东索大 学枫械工程系和德国弼亨工业大学机床及工韭管理戮究所磅制c a p p 系统瓣璺注重 于建模效威。 国内擞晕开发的c a p p 系统是同济大学豹修订试t o j t c a p 系统和西北工业大学 静翅藏式c a d s 系统，蕊完成静霹瓣襻在主藿纪8 e 年钱孛。第九雾莺酥诗熬雾毛辏韵 生产工程学术会议在我圈召开，标志辫我国c a p p 的发展水平逐渐与国际接轨。1 9 9 0 年后，c a p p 引进系统优化思想和人工智能理论开发出了新一代c a p p 系统，据不完 全统诗，扶1 9 8 5 年至1 9 9 9 年在不同杂恚、会议上发表c a p p 臻究、开发、波爱或果 的文章达赢百多篇，专蓉十多种，在大型工其手髓、机械制造王雹文集中都裔c a p p 的专门篇帮，并于1 9 9 2 年由机械工业部制定颁布了中华人民凝和国机械行业标准 j b t 7 7 0 1 - 9 5 计算机辅助工艺设诗导则。这象征饕我国c a p p 研究好发进入成熟期。 经过3 0 多年的嚣辍，国内乡 对e a p p 技术已经进行了大纛鹣探讨与臻究，无论 在研究的深度上和广度上都不断取得进展。 。5 c a p p 蒺统磊蓊存在麓闫题 迄今为止，国内外谯c a p p 技术的研究和系统的开发上己经投入大量的资金和力 量，己开发嫩为数众多鼹c a p p 系统。在所开发的c a p p 系统串霄些系统己褥到实际 应雳，少数已经商晶豫。毽总静来餐，c a p p 静礤究与开发还存在很多闷惩。苁应震 角度看，己取得的实际效益和投入的力量很不相称。究其原因可初步概括为以下几个 方面：【9 】 f 1 ) c a p p 蘩究与秀发熬嚣稼具蠢缀大熬冀瑟羧 长期以来，c a p p 的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不怒辅助系 统，即过分地强调工艺设计的自动化。在此目标指导下开发的“自动化”c a p p 系统 虽然憨入了入类专家瓣熟识窝经验，织在运行对逶罄裳要惩户蓠笼费薅费力媳接趣定 描述方法交互输入零件信息，然后由系统进行自动决策。在决策过程中很少考虑入的 有效参与。这就导致了系统开发周期长、开发费用高、开发难度大、适应性溅、难推 广以及设计与管理不熊繁成等阔题。 注) 露c a p p 静系统诧、实焉垂乏帮王程纯研究袋少 尽管备种新概念、新方法、新技术在c a p p 中得到了不断的应用，但主要是针对 各种决策的功能，而始终缺乏对c a p p 的系统化、实用化和工瑕化的研究，缺乏各种 第1 章绪论 技术之间及技术与管理、与人之间的集成，使得这些新概念、新技术所起作用甚小， 也使得c a p p 的整体发展缺乏坚实的实践基础和动力。 f 3 ) 对c a d c a p p ，c a m e r p 的集成研究较少，认为c a p p 只是解决工艺卡片的 填写和生成，而不注重工艺数据的利用和管理。工艺卡片的填写和生成是c a p p 系统 必须首要解决的问题，但在计算机集成制造系统中，c a p p 是连接c a d 与c a m 之 间的桥梁与纽带。集成化的c a p p 系统应能直接接收c a d 的零件信息、进行工艺规 划、生成有关的工艺文件，并以工艺设计的结果和零件信息为依据，经过适当的后序 处理，生成n c 程序，从而实现c a d c a p p c a m 的系统的集成，其核心应该是数据 库。因此，c a p p 系统必须能够生成工艺数据并进行管理而不只是完成工艺卡片的填 写。 ( 4 ) 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 各种功能的要求，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 环境和个人经验水平密切相关。而长期以来，以即的研究与开发者常常忽视对工艺设 计问题所涉及的通用基础性技术、方法和数据的研究和探索，致使不少新概念、新方 法、新技术的采用缺乏良好的理论应用基础和系统化基础。 ( 5 ) 对c a p p 的平台型、通用型研究较少 目前大多数c a p p 系统是针对某一企业的需求特点开发的专用性c a p p ，而且 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 标定的过高，c a p p 的研究与开发基本以零件为主体对象，且主要集中在机械加工工 艺设计领域，每一种系统只适用于少数几种零件。普遍认为难以、甚至不可能开发通 用化系统，却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。从而 在c a p p 的通用开发平台方面研究的较少。 1 6 论文研究主要内容 本论文主要内容是在咸阳纺织机械厂对c a p p 系统的要求上开发的，根据咸阳纺 织机械厂的需求开发一个c a p p 系统，但又要求系统具有灵活定制的功能，所以根据 具体的需求，再结合软件工程的设计思想，c a p p 系统的开发过程分为首先开发一个 通用的c a p p 软件开发平台，然后再根据企业的具体需求开发出满足企业应用的 c a p p 系统。为了满足咸阳纺织机械厂对工序图的要求，本系统开发过程中在工序图 的绘制中应用三维c a d 软件s o l i d w o r k s 来完成。 ( 1 ) 开发了一个通用的c a p p 软件开发平台，设计了平台的体系结构和模型框 架，设计了平台的数据库及操作界面。 6 第1 章绪论 ( 2 ) 在此开发平台的基础上开发出适用于成阳纺织机械厂的专用型c a p p 系统。 设计了系统的详细功能及相关的工艺信息资源数据库，为c a p p 系统提供了资源支 持。 ( 3 ) 实现了c a p p 系统三维c a d 绘图软件s o l i d w o r k s 的连接，使工艺设计人 员，车间加工人员能直观的了解零件加工面的详细信息。 ( 4 ) 此开发平台也可开发e r p 等管理软件，实现统一的工程数据管理，它可以基 本上解决c a d c a p p c a m e r p 的无缝集成。 1 7 论文的意义 我国c a p p 技术的研究和应用起于二十世纪八十年代，至今己有近3 0 年的历史。 目前，国内商品化的c a p p 软件己很多，但真正实用、并满足企业各层次应用的c a p p 软件却很少。c a p p 软件开发和推广和滞后己成为企业信息化建设的“瓶颈”。c a p p 系统通用化的困难首先是零件对象种类多，包罗万象的完整零件信息模型的定义几乎 是不可能的。以往都是针对具体零件对象建立固定的信息模型，进行针对性的系统开 发。其次是生产环境特殊性，不同厂家的生产设备、生产工艺可能很不一样，工艺知 识和经验复杂多样。针对不同的生产环境重新总结整理工艺知识不可避免。再次是与 其它系统的集成，目前任何一种产品数据交换标准都无法通用地完全满足c a p p 系统 与其他相关系统的信息集成。 所以，本课题将从实际出发，在开发通用型c a p p 系统框架方面做出一定深度的 探索和研究，开发了c a p p 系统的通用开发平台，在此基础上开发并设计出适合咸阳 纺织机械厂的c a p p 系统。对于减轻工艺人员的重复性的繁琐工作，增强企业工艺文 件的标准化、规范化管理，对中小型制造业企业的发展而言，更加具有一定的实际意 义。 1 8 本章小结 本章作为全文的绪论，主要论述了课题研究的背景，以及对计算机辅助工艺过程 设计概述，详细分析了计算机辅助工艺过程设计的国内外现状，以及目前c a p p 存在 的主要问题，介绍了本文的主要研究内容，以及本课题研究的意义。 7 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 2c a p p 系统的模型框架与关键技术 2 1 引言 本章将就具体的企业要求，分析系统的需求与总体目标，结合软件工程的设计思 想，设计c a p p 系统的模型框架，并对开发的关键技术进行讨论。 2 2 系统需求分析与总体目标 2 2 1 系统应用需求 目前，已经有很多商品化的c a p p 在一些企业中已经有了一段时间的应用，但是 很多企业对目前的c a p p 应用不是很满意。通过对咸阳纺织机械厂的调研，根据本厂 的生产特点对c a p p 系统的要求主要有： ( 1 ) 工艺管理：工艺文件中的工艺管理是非常重要的，它包括产品级和零件级 的工艺路线的设计、材料定额汇总等。这些对于工艺设计和成本核算起着指导性的作 用。 ( 2 ) 工艺设计：这是工艺过程的核心，c a p p 系统应高效率、高质量的保证工 艺设计的完成，一般包括：工艺过程卡和工序卡的编制、工序图的绘制，特别是三维 工序图的绘制。 ( 3 ) 工艺资源的利用：工艺设计中常需用到的资源包括：工艺设计中需要支配 的工艺资源数据( 设备、工艺装备、物料和人力等) ，需要应用工艺技术的支撑数据( 工 艺规范、各种标准参数、企业技术标准等) ，需要参考工艺技术基础数据( 典型工艺、 工艺档案等) 等。工厂中有些资源已经以数据库的形式存放，c a p p 系统应能广泛而灵 活的提供资源内容和资源使用方式，既可以直接利用原先的数据库资源，又可以根据 具体的需求来完成工艺资源的数据库方式的存储。 ( 4 ) 工艺流程管理：工艺设计要经过设计、审核、批准、会签等的工作流程。 c a p p 系统应能实现这种工艺过程设计中的流程作业管理的要求。 2 2 2 系统总体目标 为了使c a p p 系统能够满足企业的需求与应用，应该达到如下目标： ( 1 ) 通用的开发平台，首先应设计出一个通用性较强的应用开发平台，在此应 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 用平台的基础上，根据不同企业的不同需求，快速的开发出企业要求的应用系统。 ( 2 ) 快速的工艺过程设计：通过与企业的产品设计库、工艺资源库等基础数据 库的连接，工艺人员应该能利用企业的各种基础数据和信息迅速的设计出合理的工艺 规程，提高工艺过程设计的效率与质量。 ( 3 ) 基于p d m 的集成化工艺数据管理：基于p d m 平台建立单一的数据源的工 艺数据库，保证工艺信息数据的唯一性、实时性、有效性和安全性。 ( 4 ) 与三维c a d 的连接：工艺人员设计的工艺规程应该具有三维的工序图用传 统的二维c a d 系统绘制的工序图，很不直观，需要工艺人员有很好的空间想象力，当需 要工艺修改时，必须要花费大量的时间对工序图的细节一一进行更改。这样不仅需要 大量时间和成本，而且容易产生错误。应用尺寸驱动的三维c a d 技术将会明显改进这 种情况。 2 3 系统的框架模型 c a p p 是一个复杂系统，其功能涉及到工艺数据管理、表格处理、图形处理、计 算与逻辑决策、工艺知识库管理以及与其它系统的信息交换等。因此，现代c a p p 系 统需要综合应用人机交互技术、数据采集处理技术、图形处理技术、知识库应用技术、 c a p p 应用系统c a p p 应用系统 t t下丁丁t c a p p 开发平台系统 王 降谁萄同 王 c a p p 运行开发环境 图2 - 1 c a p p 系统总体结构图 9 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 人工智能技术、系统开放技术、专家系统决策技术等才能实现。c a p p 系统总体结构 如图2 - 1 所示 2 3 1 c a p p 系统运行开发环境 ( 1 ) 服务器端： 硬件要求：c p u1 2 g h 以上，m e m o r y5 1 2 m b ( 推荐2 5 6 m b 或更高) ，硬盘至少6 0 g 软件要求：w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r + s e r v i c ep a c k ( 2 ) 客户端： 硬件要求：c p u 2 3 3 m h 以上，m e m o r y2 5 6 m b ，硬盘2 0 g 软件要求：w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l + s e r v i c ep a c k 3 ( 3 ) 数据库：m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 开发的应用程序工具选择d e l p h i 7 0 。d e l p h i 是典型的开发c s 结构的程序开发 语言，通过b d e 可以和o d b c 数据源连接，操作数据库，方便、易用。 在进行数据库建模时，选择建模工具e r w i n 3 5 2 作为开发工具，利用正向工程将 设计好的数据库导入s q ls e r v e r ，方面易用，省去直接在数据库中设计的麻烦。 流程设计、框架模型设计、选用s i 0 2 0 0 3 作为设计工具。 2 3 2 c a p p 支撑系统 企业产品数据量巨大，从数据的安全性和可靠性、信息的集成与共享、应用成熟 的数据管理技术方面来看，数据库管理技术( d b m s ) 是c a p p 应用的支撑系统之一。 此外，工艺图形处理是c a p p 的内容之一，因此绘图系统，特别是三维绘图系统，如 p r o e 、u g 、s o l i d w o r k s 等也是c a p p 的支撑系统之一。 2 3 3 c a p p 开发平台 由于目前大多数企业对c a p p 的要求不尽相同，所以到目前为止企业应用的 c a p p 系统大多都是针对本企业的特点而专门开发的专用系统，而真正比较通用的 c a p p 系统比较少，为了能使c a p p 系统在企业中更好的推广应用，c a p p 系统应提 供更好的开放性、通用性和柔性。应用面广、适应性强的工具式( 平台型) c a p p ， 可以根据不同用户对c a p p 的不同需求快速进行c a p p 系统的二次开发，定制与用户 要求一致的应用性c a p p 应用系统。这样的系统能够适应不同企业的差异，满足不同 企业对c a p p 系统的专用要求。 1 0 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 2 3 4 c a p p 应用系统 面向特定用户的c a p p 系统，c a p p 应用系统应该是在c a p p 开发平台上进行定 制和开发，各个不同的企业应用系统的区别应该在于为各个企业建立的工艺信息模 型、工艺资源库、应用支持构件和专用的程序模块的不同。为各个不同的企业定制或 开发企业要求的功能模块，设计不同的数据库来满足企业需求的差异性要求，达到企 业应用的目的。 2 4 c a p p 系统的开发模型 针对现在c a p p 的需求，应该以交互式c a p p 方法论为基础，找到对c a p p 系统 应用的共性，建立以数据库为基础的交互式c a p p 平台的系统框架。在此基础上，将 根据不同企业的生产环境以及不同的应用需求快速的定制与程序的修改，来满足不同 的应用需求。在开发针对具体企业用户的c a p p 应用系统时，只需做部分修改就可以 满足不同企业的应用需求。因此，针对c a p p 应用的集成化，通用化等的发展需求， 首先，将提供一个通用性c a p p 开发平台：然后，在应用过程中不断根据不同用户的 反馈意见，改进c a p p 应用框架，修改具体的应用模块，把各种有用的改进意见和建 议归纳起来，成为一种修改的知识库，为以后的开发提供具体的参考，这样的螺旋上 升模式将使得c a p p 系统的应用与开发不断完善，充满生命力，其开发模型如图2 2 所示。 图2 - 2 c a p p 系统开发模型 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 2 5 c a p p 系统开发所涉及的部分关键技术 从系统总体结构和系统开发模型可以看出，c a p p 系统是一个内容繁多、结构 复杂的庞大系统。为实现系统的功能，必须要对所涉及的关键技术进行广泛深入研究。 c a p p 系统所涉及的关键技术主要包括： ( 1 ) 数据模型建模及数据库管理技术； 1 o l 【1 1 】 数据库建模技术采用的是数据库建模工具e r w i n 3 5 2 进行各实体及其联系的设 计。e r w i n 是用来建立实体一关系( e r ) 模型，是关系数据库应用开发的优秀c a s e ( c o m p u t e r - a i d e ds y s t e me n g i n e e r i n g ，即计算机辅助系统工程) 工具。其作用与特点 有： e r w i n 可以方便地构件实体和联系，表达实体间的各种约束关系，并根据模块创 建相应的存储过程、包、触发器、角色等，还可以编写相应的p b 扩展属性，如编辑 样式、显示风格、有效性验证规则等。 e r w i n 主要用来建立数据库的概念模型和物理模型。它能用图形化的方式，描述 出实体、联系及实体的属性。实现将已建好的e r 模型到数据库物理设计的转换，即 可在多种数据库服务器( 如o r a c l e ，s q ls e r v e r 等) 上自动生成库结构，提高了数据库 的开发效率。 e r w i n 可以进行逆向工程、能够自动生成文档、支持与数据库同步、支持团队式 开发，所支持的数据库多达2 0 多种。e r w i n 数据库设计工具可以用于设计生成客户 机服务器、w e b 、i n 虹a n e t 和数据仓库等应用程序数据库。 ( 2 ) 产品零件信息的树型结构 c a p p 系统可以采用树结构的形式来管理产品信息，树结构的管理方式有其特定 的优势，它具有很强的可操作性和灵活性，而且结构上层次清晰。另外，利用树结构 可以实现节点管理、分枝管理等操作。产品结构b o m 树是产品结构信息的一个可视 化形式，可以将它作为表达产品中零部件之间关联关系的产品结构关系视图。其采用 图形的方式，对零部件对象的引用建立层次拓扑关系，形成一个树状结构，有效的表 达了产品的构成和所有要涉及到的物料。另外，它不仅反映出了产品的零部件组成， 还反映了产品的组成结构形式。产品结构树用在是产品设计部门对产品的设计过程当 中。 ( 3 ) 面向对象技术；叫 面向对象的方法是用计算机解决问题的一种方法。6 0 年代末，面向对象方法学 的一些基本概念己在系统工程领域内萌发出来了。到了8 0 年代末，面向对象的程序 设计方法得到了很快的发展，并显示出其强大的生命力使面向对象技术在系统工程、 计算机、人工智能等领域得到了广泛的应用。 第2 章c a p p 系统的模型框架与关键技术 面向对象的方法学的出发点和所要求的基本原则是使我们分析、设计和实现系统 的方法学同我们认识客观的过程尽可能的一致。首先是按照相似原理和关系，把所要 研究的问题区分成一定的相似系统与类别，然后对事物进行详细的解剖和分析，并在 事物的运动中和运动的相互关系中考察客观事物各方面的相似关系。面向对象技术就 是在遵循上述的认识方法学的基本概念基础上建立起来的。 在面向对象设计方法学中，对象、类和消息是非常重要的概念，对象和消息分别 是表现事物和事物之间相互关系的概念，类和继承是适应人们一般思维方式的描述范 式；方法是允许作用于该类对象的各种操作。因此，面向对象技术的基本特征如下： ( a ) 继承性 一个类的上层可以有父类，下层有子类，形成一种层次结构。这种层次结构的一 个重要特点是继承性，一个类能继承起父