（机械电子工程专业论文）以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现.pdf

摘要 企业在实施数字化制造进程中购买或开发了不同的信息系统，由于技术差异 信息系统各自为政，各种信息系统制造资源信息无法共享，企业中存在着“信息 孤岛”。为适应企业需要，需建立数字化车间异构信息集成制造平台，解决“信息 孤岛 问题。本文重点解决数字化车问集成制造系统的数据库设计和数字化制造 中的刀具信息集成问题，研究和开发刀具信息集成系统。 详细分析了公司的业务现状及需求，制定了数字化车间集成制造系统的目标 流程，实现了系统的总体设计。系统数据库是整个系统得以正常运作的基础，本 文采用s q l s e r v e r2 0 0 0 作为数据库管理系统，选用基于关系数据库的集成方式完 成了数据库的设计。 对系统丌发中的刀具的集成问题做了重点研究，剖析了数字化制造中与刀具 有关的各软件如t o o l m a n a g e r 、c a t i a 、v e r i c u t 等的数据库结构。尤其重 点研究了c a t i a 二次开发技术，扩展了c a t i a 刀具属性，给出了实现 t o o l m a n a g e r 与c a t i a 集成的开发方案与开发流程；应用c a t i a 参数化建模 技术，实现了t o o l m a n a g e r 与v e r i c u t 之间的集成，给出了实现集成的开 发方案与开发流程。最后借助d e l p h i7 编程加以实现。 刀具信息集成的实现使得数控编程人员在进行数控编程以及最终程序验证时 应用t o o l m a n a g e r 系统管理下的刀具，实现了各部门间刀具信息的统一与共 享。 关键词：数字化车间数据库刀具信息集成 a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fd i g i t i z e dm a n u f a c t u r i n g ，m a n yi n f o r m a t i o ns y s t e m sa r e b o u g h to rd e v e l o p e d t h e s es y s t e m sw o r ki n t h e i ro w nw a y s ，t h em a n u f a c t u r e r e s o u r c ei n f o r m a t i o nw h i c hc o m ef r o md i f f e r e n ts y s t e m sc a n tb es h a r e d ，s ot h e i n f o r m a t i o ni s l a n d se x i s t t oa d a p tp r o j e c t sn e e d ，w es h o u l ds e tu paf l a tf a c i n gt h e d i g i t a lw o r k s h o pt o s o l v ei n f o r m a t i o ni s l a n d s i nt h i sp a p e r , t h ed a t a - b a s ei s d e s i g n e da n dt h ei n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yo f t o o li n f o r m a t i o ni sr e s e a r c h e d a n a l y z i n gt h ec o m p a n y so p e r a t i o n s t a t u sa n dr e q u i r e m e n tp a r t i c u l a r l y , w e e s t a b l i s ht h ea i mf l o wo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns y s t e mo ft h ed i g i t a lw o r k s h o p ，g e t t h eg e n e r a lp r o g r a m m i n g t h ed a t a - b a s ei st h ef o u n d a t i o nt of o r c et h es y s t e mo p e r a t i o n n o r m a l l y , f o l l o w i n gt h ei n t e g r a t i o n m o d eo fr e l a t i o n a ld a t a b a s e ，t h ei n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o ns y s t e mi se x p l o r e dw i t ht h ea i do fs q ls e r v e r 2 0 0 0 f o rt o o li n f o r m a t i o nt h i sp a p e rd i s c u s s e ss y s t e m a t i c a l l yt h ek e yt e c h n i q u e sa s f o l l o w s ：r e s e a r c h e st h et o o ll i b r a r i e so ft o o l m a n a g e r 、c a t i a 、v e r i c u t w h i c ha r er e l a t e dt ot 0 0 1 e s p e c i a l l yr e s e a r c h e sh o wt of u r t h e rd e v e l o pc a t i as o f t w a r e a tl a s te x p a n d st o o l sa t t r i b u t e so fc a t i a st o o ll i b r a r i e sa n dp r e s e n t st h ee x p l o i t u r e p l a na n dp r o c e s sf o rt h ei n t e g r a t i o no ft o o l m a n a g e r a n dc a t i a w i t ht h eh e l p o fc a t i n sp a r a m e t e rm o d e l ，p r e s e n t st h e e x p l o i t u r ep l a na n dp r o c e s sf o rt h e i n t e g r a t i o no ft o o l m a n a g e ra n dv e r i c u t t h ei n t e g r a t i o ni se x p l o r e dw i t ht h e a i do f d e l p h i7 t h r o u g ht h ee x p l o i t u r eo ft h i ss y s t e m ，t h en u m e r i c a lc o n t r o lp r o g r a m m e d p e r s o n n e lc a nu s et h et o o lo ft o o l m a n a g e r t op r o g r a m m ea n dv a l i d a t e ，a n dt h e t o o li n f o r m a t i o ni su n i f i e da n ds h a r e di nd i f f e r e n tw o r k s h o p k e y w o r d ：d i g i t a lw o r k s h o p d a t e b a s et o o l i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：竖暄日期望垒幺丝 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期型! 墨，呈 1 7 1j t 弱迦2 ：! ! 蒸 第一章绪论 1 1 1 课题来源 第一章绪论 1 1 课题来源、背景及研究意义 课题来源于某飞机装备有限责任公司的“数字化制造项目示范工程”，本学位论 文中作者完成的工作是“数字化制造项目示范工程”项目中有关系统数据库的设计 及刀具信息集成部分的内容。 1 1 2 课题背景及意义 随着计算机网络特别是互联网技术的迅猛发展，企业内部以及企业之间的数 据交换越来越频繁，这要求企业将内部的各种信息系统整合为一个统一的平台以 满足企业间不同信息系统数据的互访需求。然而系统实现技术以及实现时间上的 差异，造成了在不同的信息系统中存有大量异构数据源。异构数据源的存在给实 现不同信息系统间数据互访带来了很大的不便【l 】。 公司在数字化制造项目实施的过程中，先后开发、购买了各种各样的信息系 统，这些系统来自不同的厂商、在不同的时期开发、运行在不同的环境中，并且 是针对不同部门和业务的需求，由于技术的差异、彼此之间无法实现信息共享， 从而形成了一个个信息孤岛，企业的这种“信息孤岛”现状给信息化建设带来了严峻 的工程应用问题。 本项目围绕如何提高某飞机装备有限责任公司数控加工效率，以优铣加工为 核心业务环节开展工作，解决刀具数据多处维护多处使用、数据重复录入、信息 不能及时动态更新、优化切削数据不能得到有效利用、生产计划不能及时下达、 车间生产信息不能及时反馈到企业等问题，构建了数字化集成制造平台。该平台 具有高度灵活性和扩展性f 2 1 。 在数字化制造中与刀具选用有关的软件有d e l i m i a 、c a t i a 、v e r i c u t 、 t o o l m a n a g e r 。首先是t o o l m a n a g e r 中的刀具信息没有及时反馈到其它软 件中，工艺人员在d e l m i a 中对产品进行工艺规划时仅仅根据自己经验创建合适 刀具，当编程人员利用c a t i a 软件编制程序时要重复性的建立刀具，在v e r i c u t 中验证程序时要再次建立刀具。这样不仅刀具要重复性建立，而且所建立刀具不 能和生产现场密切联系起来，进而影响了加工程序的可用性，造成生产准备时间 的延长，数控程序调整频繁，进而影响生产，增加了生产成本，与企业的跨越式 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 发展和集约型的增长方式相悖。为此，本文以该公司数字化制造项目的实施和应 用为背景，重点解决数字化制造中的刀具信息集成问题，研究和开发了刀具信息 集成系统。 数字化为企业插上腾飞的翅膀，而通过刀具信息集成系统的开发和应用，解 决了刀具数据多处维护多处使用、数据重复录入、信息不能及时动态更新等问题， 实现了数字化制造中刀具信息的高度共享【2 】，使数字化生产与现实的信息相统一。 减少了生产成本，压缩了辅助的生产准备时间，完善了生产管理，提高了数字化 制造系统的自动化、集成化程度，提高了车问的生产效率，提升了产品质量，提 高了市场反应的能力，贯彻了企业的跨越式发展思想，为企业创造了很大的经济 效益【3 】。同时，我国企业众多，丌发具有自主版权的应用集成系统并将其推广应用 到国内企业，对于提高企业竞争力方面都无疑将会具有十分重要的现实意义【4 7 】。 1 2 国内外研究情况 1 2 1 国外刀具信息集成技术研究概况 技术发达国家早己开始在加工中心、数控机床的刀具设计与生产应用中采用 c a d 技术与数据库技术相结合，实现刀具的虚拟装配、库存资源管理及其使用的 监控，并正向智能制造系统、网络化的虚拟制造系统的方向发展1 8 , 9 】。 国外关于刀具管理技术的研究相对国内较早。在八十年代初，一些工业发达 国家对于刀具在线管理与控制的研究已有较多的项目，如刀具自动识别、自动分 配与传输、寿命与刀具磨损、破损的自动监控等。由于刀具的离线管理与工厂的 生产组织形式联系非常紧密，因此相关的软件很少见【l o l 。 早在七十年代术期，一些发达国家如德国、英国、美国、同本的一些机械制 造厂家开始注意到刀具管理系统的丌发和研究，并采用计算机来辅助刀具管理系 统。国外的刀具管理模式主要是通过建立刀具管理信息系统和刀具输送系统来满 足生产中对刀具管理的需要。随着制造系统自动化程度的不断提高，尤其是 c i m s ( 计算机集成制造系统) 、f m s ( 柔性制造系统) 、v m s ( 虚拟制造系统) 等先进制 造模式的出现，刀具管理也向着自动化程度不断提高的方向发展。目前，国外的 一些刀具管理系统人工干预越来越少，各种先进技术和设备的利用不仅现了刀具 的静态管理，而且还可以实现诸如刀具在线实时调度和状态监控的动态管理【1 1 1 。 较具代表性的有： l 英国c t m s 公司的计算机用刀具管理系统( c y m s ) ： 它由一系列软件模块组成，可配置1 6 个终端，分别设置在刀具房、刀具预调 间、计量室和供应科室等处，各终端直接与中心数据库联网，整个系统的作用可 第一章绪论 以概括为：改善刀具的发放时间及控制发放在外的刀具数量；不断更新刀具房的 库存信息，直接用刀具预调数据以调定刀具；提供刀具购置信息；提供刀具用途 分析报告【1 2 】。 2 美国c i n c i n n a t i m i l a c r o n 公司的刀具管理系统软件： 包括以下五个方面的职能：为刀具库准备刀具；给各机床分派刀具；刀具的 调度与搬运( 轨道) ；刀具检测；刀具的信息处理【1 3 】。 3 德国的d e l k e l 开发的t o o l m a n a g e r 计算机辅助刀具管理系统： 适合于加工单元、柔性制造系统甚至整个部门的刀具监视、规划和跟踪管理。 其软件功能包括：刀具的储备：刀架配备的优化；刀具装配安排；各零件对刀具 的需求；刀具寿命规划【1 4 ，1 5 】。 4 瑞典的s a n d v i k 公司的成套商用刀具管理软件c o r a t a s ： 可使刀具管理实现自动化。该系统能监控刀具从有效地点进入刀具库，直至 机加工车间机床上的全部运行过程。它能保证在开始一批新工件的加工时，预先 对刀具作合理的准备，并对刀具的状态和工况进行监测。此系统能发现刀具的临 界状态和确定刀具库存量的合理性，大大提高了生产的柔性和可靠性以及设备的 利用率。该系统可在各加工阶段优化与刀具管理组织有关的各种因素，进而缩短 准备、结束时间，减少车间刀具存放量，提高刀具的使用寿命1 6 ，1 7 】。 此外，作为应用技术和机械制造自动化水平领先地位的日本，近期丌发或展 出的f m s 均配有完善的刀具管理功能，并已有成功地纳入c i m s 环境下运行的例 子，如山崎铁工所、牧野铣床制作所和北越精机等开发的f m s 产品，其刀具管理 功能基本包括：刀具的库存管理；刀具的优化调度；刀具的动态调度：刀具的寿 命管理；刀具的数据管理；刀具识别；刀具自动调定；刀具的自动轨道运输；刀 具的监控检测与外围设备的通信【。3 ，18 1 。 1 2 2 国内刀具信息集成技术研究概况 国内关于刀具管理系统的研究和应用始于9 0 年代初期。当时，一些“8 6 3 ” 计划中的c i m s 重点应用企业在实施c i m s 基础上，相继开发了基于c i m s 的刀具 管理系统，为我国在该领域的研究和应用积累了许多宝贵经验。此后，军工、机 床、发动机等机械制造行业的一些企业在国内外刀具管理技术应用经验的基础上， 开发实施了基于f m s 的刀具管理系统，基本实现了f m s 环境下对刀具系统管理 的需求。因此，基于f m s 和c i m s 的刀具管理系统构成了目前国内应用刀具管理 技术的主流。 f m s 主要由m c o j i - r 中心) 、m h s 物料运输系统) 、t m s ( t j 具管理系统) 、单 元级计算机( f m s 主控计算机) 、工作站级计算机( 用于控制底层加工设备及物料运 4 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 输系统的计算机) 等组成。刀具管理系统作为f m s 重要组成部分，其功能包括以下 几方面的内容：1 ) 刀具的贮存、运输和交换；2 ) 刀具的分配与调度；3 ) 刀具的监控； 4 ) 刀具的信息管理。 c i m s 突出的特点在于集成，不仅仅是物流的集成，更重要的是信息的集成。 它利用现代信息技术将计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c a m ) 、计算机 辅助生产管理( c a p m ) 等技术，在系统支持技术( 数据库、网络) 连接下综合形成一 个覆盖整个企业，从产品订货、设计、生产制造到销售服务全部生产过程的生产 制造系统。 加工中心刀具管理系统虽然在部分已应用f m s 或c i m s 的企业中开发成功并 得到应用，但面对国内大多数企业的刀具管理需求，不能等实施了f m s 或c i m s 之后再建立刀具管理系统，当务之急必须开发满足大多数企业需求、通用性好、 功能强、界面友好、操作灵活、技术含量高的加工中心刀具信息管理软件系纠1 0 】。 近些年来，随着我国改革开发的逐步深入、市场竞争的加剧以及现代化数控 制造系统的不断发展，国内的生产制造企业开始逐步认识到刀具管理在制造系统 中的地位和作用。但是，限于企业的财力、物力、技术和管理水平，我国机械制 造行业的装备状况在短期内不可能发生显著的变化，不可能采用国外高度自动化 的刀具管理方法，因此，我国目前的刀具管理大多数还停留在一般的刀具管理信 息系统模式即刀具的静态管理，关于刀具的实时调度和在线加工状态监控管理目 前还基本上没有实现【l i l 。 在我国目前应用加工中心、数控机床从事机械加工业的企业数万家，如：机 械制造企业、模具制造企业、内燃机、重型机械、发动机生产企业等【8 9 】。采用计 算机信息技术与传统的专业技术相结合【l9 1 ，用现代设计手段来代替传统设计方法 【2 0 1 ，以缩短设计周期、提高产品设计质量，可为企业带来显著的经济效益、提高 企业形象和在行业中的竞争力【2 1 ，2 2 1 ，因此充分利用计算机信息化技术，根据开发 商提供的各类刀具数据，建立数控型加工中心的刀具信息集成技术系统( 数据库) ， 利用表结构、树结构和图结构，可实现刀具数据库的管理、查询、装配、输出、 使用监测等功能【2 3 2 4 1 ，以减少工程技术人员的绘图、查阅资料和计算时间，充分 利用企业现有的刀具资源，缩短被加工产品的刀具准备时间，可以大大提高刀具 管理的自动化水平和对有限刀具资源的有效利用 2 5 - 2 8 】。 1 3 企业数字化制造概述 一数字制造的概念 所谓数字制造，指的是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒 体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工 第一章绪论 艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原 型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。也就是说， 数字制造实际上就是在对制造过程进行数字化的描述而建立起的数字空间中完成 产品的制造过程。从数字制造的概念出发，可以清楚地看到，数字制造是计算机 数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企 业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。 二数字制造的理论基础 数字制造与传统制造的本质区别在于，数字制造将力图从离散的、系统的、 动力学的、非线性的和时变的观点来系统研究制造工艺、装备、技术、组织、管 理、营销和控制等一系列问题。数字制造的本质是制造信息的数字化，而数字化 的核心则是离散化。其本质是如何将制造的连续物理现象、模糊的不确定现象、 制造过程的物理量和伴随制造过程而出现和产生的几何量、企业环境、个人的知 识、经验和能力离散化，进而实现数字化。离散化和数字化的过程，将涉及一系 列理论基础问题，计算制造学是最核心的理论基础。 三数字制造的科学问题 现代制造学科由于越来越多地吸收数学、生物、材料、信息、计算机、自动 控制等领域的最新成果，同时融合信息论、控制论和系统论的思想，从而形成了 完整的制造科学理论体系，数字制造的科学问题则是这一科学理论体系的一个重 要组成部分。 四数字制造的发展趋势 迄今为止，数字制造的概念应该说是刚刚被提出，数字制造的概念体系尚未 建立，但作为数字制造系统的某些子系统则已现雏形，因此，数字制造将朝着以 下几个方面发展： l 数字制造的一些基本理论和基本概念已提上研究议程； 2 数字制造的一些子系统一直处于研究之中，并已实现数字制造的属性，且 逐步走向实用化； 3 随着科学技术的迅猛发展、市场需求的快速变化和全球性经济竞争的日趋 激烈，新一代制造系统必须体现数字化、柔性化、敏捷化、客户化、网络化与全 球化等基本特征【2 9 3 3 1 。 1 4 本文的研究内容及章节安排 本论文在分析目前国内制造型企业数字化车间制造系统实施和应用现状的基 础上，以某飞机装备有限责任公司的数字化制造项目为工程背景，并结合该公司 刀具管理的实际需求，研究和开发了面向数字化车间的刀具信息、优铣信息、生 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 产信息管理系统。针对数字化制造中的“刀具信息孤岛”设计了刀具信息集成系统开 发方案；研究了系统开发中的关键技术。数字化车问集成制造系统是一个集数据 库技术、程序设计技术和图形技术于一体的集成系统，如何在统一的数据库支持 下实现系统的有机集成，是该系统研究的主要问题【1 0 】。 根据系统的功能需求，使用d e l p h i 7 、s q ls e r v e r 2 0 0 0 开发了刀具信息集成系 统。全文共分六章，具体安排如下： 第一章绪论：阐述课题来源、背景及研究意义，分析目前国内外刀具信息管 理集成技术的研究现状，介绍数字制造的相关理论。 第二章数字化车问集成制造系统的总体设计：描述公司数控车间的业务流 程，分析数字化制造中的信息流程，从而明确系统的目标定义与系统总体需求， 定义系统的功能组成，设计系统的信息流程与业务流程，规划刀具信息集成系统 的开发技术路线。 第三章数字化车间集成制造系统数据库的设计：对数据库方面知识做初步了 解，介绍数据模型的概念及类型，并根据本系统的特定要求分析本系统数据库的 设计原则，在此原则及数据模型的基础上确定本系统数据库的设计方案，实现 s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库的设计，应用数据转换技术实现系统中所需的数据的导入。 第四章数字化车间集成制造系统中刀具的两种集成问题研究：对c a t i a 软 件的二次开发技术进行探讨，实现c a t i a 与t o o l m a n a g e r 的刀具信息集成， 对v e r i c u t 软件中的刀具模型进行研究，实现v e r i c u t 与t o o l m a n a g e r 的 刀具信息集成，应用c a t i a 软件实现参数化建模过程，设计本系统中所需要的重 要的刀具模型。 第五章数字化车间集成制造系统的实现：根据企业实际应用环境确定系统所 采用的开发工具以及运行平台，使用d e l p h i 7 进行系统的开发，并展现系统部分模 块的主要功能及界面，根据数字化车间集成制造系统的功能确定系统的应用场景。 第六章总结与展望：对本文的工作进行总结，并对本领域更深入的研究与本 课题后续研究方向提出了几点设想。 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 2 1 引言 本文围绕如何提高车间数控加工效率，以优铣加工为核心业务环节丌展工作， 解决刀具数据多处维护多处使用、数据重复录入、信息不能及时动态更新、优化 切削数据不能得到有效利用、生产计划不能及时下达、车间生产信息不能及时反 馈到企业等问题，构建了数字化车间集成制造平台。制定平台的总体设计规划是 确认项目的需求、沟通项目的实现方案、确定平台的功能模块和业务流程的前提， 是开展后续工作的基础，下面分析企业现状、需求以及介绍数字化车间集成制造 系统的总体设计方案。 2 2 企业现状分析 从企业目前的业务现状来看，业务问题主要集中在三个方面：如图2 1 所示： 1 刀具信息集成问题：刀具信息各自维护，各自使用，信息不一致和不能共 - - 一 孚； 2 优铣信息集成问题：信息重复输入，手工提取信息，手工修改信息，手工 传递信息； 3 生产信息集成问题：信息不及时、重复输入。 8 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 文件 c a t l a 益缢盆翟 1 a 盯文件 c a t i a 机床 ，腮甜i - i t o o l m a n a a 正强丝理 五坯 删i 7 l 艘, g j i n c 代码 f n c 代码 手工f v e r i c u t n c 代码 d n cn c 代码 d n c n c 代码 手t 细入倪 教搀缸l 。嘧* 摩批流弹：编毽啦挫对二讨z - 南接n c 8 a s e 盘蕴佥 刀具准备清单 n c 代码 手： 提取 n c 代码 t刀具信息 r s 机床 获得抽i 时蜘j 、也匝 o m a t l v e p - h u o b 船曩。j o b 爸j + 状念f 乍产计划 e r p o m a t i v ej o b o m a t i v e 左：，益耀左丛幽 图2 1 数控车间业务流程 下面从这三个方面分别描述其业务问题，从而更好发现业务需求。 一刀具信息集成 目前刀具管理属于每个业务单元自己使用自己维护，之间无法进行信息交流 和共享数据： 1 数控编程人员在进行数控编程时，需要使用c a t i a 的刀具管理功能，自己 定义刀具： 2 数控编程人员在进行最终程序验证时，需要使用v e r i c u t 的刀具管理功 能，自己定义刀具； 3 刀量具室的人员在进行刀具准备和维护时，使用t o o l m a n a g e r 系统管 理刀具组件、构件、组合刀具以及刀具其它相关信息等； 4 数控编程人员在进行优铣设置时，使用o m a t i v e 中的刀具库定义刀具和 维护刀具。 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 9 t o o l m a n a g e r 刀具管理 图2 2 和刀具信息相关的工作流程 e x c e l x l s c a t l o g 零 c a l l a 刀具管理 刀具管理 图2 3 刀具管理中的信息孤岛 n 儿 零 o m a l l v e 刀具管理 如图2 2 和图2 3 所示，几个业务单元无法使用统一的刀具信息，刀具结构不 1 0 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 一致，刀具信息重复录入，信息不一致；同时因无法及时得到新刀具信息，导致 刀具购买周期长，影响生产；车间现场的刀具信息无法反馈到数控编程人员，导 致刀具浪费或无法购买到合适的刀具。如果刀具信息不能集成，出现以下几个问 题： l 对于数控编程员来说，无法获得刀具的最新的库存信息和使用信息，会造 成不能及时购买刀具，影响生产周期，由于不知道已有刀具的信息，造成选刀的 不一致，成本加大，设置优铣指令时，采用的刀具和库房的刀具信息不一致，导 致优铣加工无法进行； 2 对于进行加工验证人员来说，无法从数控编程环节继承刀具信息，需要重 新调整和维护刀具信息，进行加工仿真和验证，产生更多的调整和输入工作量， 尤其是如果刀具信息不一致，对最终加工验证结果产生偏差； 3 对于刀具管理人员来说，无法第一时间获得新刀具的申请，不能并行工作， 造成刀具采购周期长，最终影响生产加工，新刀具的信息需要重复录入，增加了 工作量。 二优铣信息集成 在数控编程员进行优铣操作和设置时，会出现刀具信息不能自动提取、j o b 名称不能自动和n c 代码对应、手工定位机床、手工修改n c 代码、手工定位并设 置刀具等问题，导致了信息不一致、操作不便以及工作效率低。 1 刀具信息不能自动提取：n c 代码中的刀具信息，数控编程员自己手工提取 刀具参数； 2j o b 名称不能自动和n c 代码对应：参照n c 代码名称定义j o b 名称； 3 手工定位机床：参照d n c 系统中n c 代码的所属关系，定位o m a t i v e 中 的机床； 4 手工修改n c 代码：在n c 代码中手工加入优铣指令； 5 手工定位并设置刀具：需要自己转换刀具类型并选择刀具。 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 l l o o 至互 0 o 0 l填写工序走刀信息 0 i修改n c 代码 i + l 提交到m e s 系统或本地 图2 4 优铣工作流程 提交到d n c 系统的n c 代码，经过固化以后，数控编程人员需要手工从n c 代码中提取刀具信息，并作为一个文件手工放到m e s 系统中。o m a t i v e 中记录 了每个零件工序的实际开始时间、实际完成时间、运行状态。而m e s 系统中的工 序的状态信息还需要手工维护。 三生产信息集成 关于生产信息方面的集成主要集中在两个方面： 1m e s 系统不能自动接收e r p 系统的生产主计划信息，每个零件预计开工和 完工时间、预计产量、工单等信息，需要手工在m e s 系统中输入生产主计划信息； 2e r p 系统无法接收m e s 系统中零件实际完工状态，包括实际开工、实际完 工、生产数量、报废数量，需要在e r p 系统中手工维护。同时根据零件实际完工 状态填写入库单。 图2 5 生产信息业务流程 善詈 1 2 以刀具信息集成为土体的集成制造系统的开发与实现 2 3 1 总体需求 2 3 企业总体需求与功能需求分析 由企业现状得出企业目前主要力求解决以下三方面的问题： 一解决t o o l m a n a g e r 与c a t i a 、v e r i c u t 、o m a t i v e 之问的刀具信 息集成。为了更好进行数控加工和优铣工作，需要进行刀具信息的准备包括刀具 购买、选刀、刀具准备、刀具统一管理、刀具信息的传递等，用c a t i a 进行数控 加工选刀时，查看的刀具数据为t o o l m a n a g e r 中的动态刀具数据，解决 t o o l m a n a g e r 与c a t i a 之间的集成；用v e r i v u t 进行数控加工仿真时，使 用的刀具数据和t o o l m a n a g e r 中的刀具数据保持一致，解决t o o l m a n a g e r 与v e r i c u t 之间的集成；用o m a t i v e 进行优铣加工时，保证o m a t i v e 中的刀 具和t o o l m a n a g e r 中的数据保持一致，解决t o o l m a n a g e r 与o m a t i v e 之间的集成。 二解决d n c 、o m a t i v e 、m e s 三个软件之间的集成。为了能够从d n c 系 统的n c 代码中得到优铣加工需要的刀具清单，直接生成j o b ，同时可以在n c 代 码中自动加入优铣指令，将修改的n c 代码提交到d n c 系统中，需要解决d n c 与o m a t i v e 之问的集成；为了能够从n c 代码中直接提取刀具清单，传给m e s 作刀具准备，需要解决d n c 与m e s 之间的集成；为了能够m e s 获得o m a t i v e 中获得零件每道工序的加工状态，需要解决o m a t i v e 与m e s 之间的集成。 三解决m e s 与e r p 之问的集成。为了使e r p 系统中的生产主计划及时下达 到数控车间的m e s 系统中，需要解决e r p 与m e s 之间的集成；为了使e r p 系统 中可以及时反映零件加工状态，需要解决m e s 和e r p 之间的集成。 2 3 2 功能需求 由总体需求分析与企业现状得出企业目前需要的具体的功能模块的需求如下 分析所示： 刀具信息维护模块 刀具类维护功能：可以方便扩展t o o l m a n a g e r 刀具类和组合刀具 类，同时维护其和c a t i a 、v e r i c u t 、o m a t i v e 的类之间的关系。 刀具属性维护功能：可以维护t o o l m a n a g e r 刀具类的属性。 刀具信息更新模块 更新c a t i a 刀具库功能：从中间数据库中读取类和属性对照关系，将 t o o l m a n a g e r 中的每一类刀具作为c a t i a 刀具库中的一个具体刀 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 1 3 具，生成c a t i a 的c a t l o g 文件。 更新v e r i c u t 刀具库功能：从中问数据库中读取类和属性对照关系， 将t o o l m a n a g e r 中的每一类刀具作为v e r i c u t 刀具库中的一个 具体刀具，生成c a t i a 的t l s 格式文件。 更新o m a t i v e 刀具库功能：从中问数据库中读取类和属性对照关系， 从t o o l m a n a g e r 中获得刀具数据，生成o m a t i v e 的t u l 格式文 件。 d n c 与o m a t i v e 集成模块 读取n c 代码功能：读取d n c 系统的数据库，获得产品、零件、工序、 机床树，选择n c 代码，显示n c 代码。 提取刀具清单和参数功能：从n c 代码中获得所用的刀具清单和参数。 设置工序走刀的模式及参数：为每把刀设置控制模式和参数。 生成j o b 功能：后台启动o m a t i v e 软件，定位机床，将零件编码+ 工序号名作为j o b 名生成j o b ，存入o m a t i v e 中。 生成工序走刀功能：依据提取的刀具清单，自动匹配o m a t i v e 刀具 数据库，生成工序走刀信息，并自动设置控制模式和参数，存入 o m a t i v e 中。 加优铣指令规则配置功能：通过设置规则，可以在n c 代码中指定位 置加入优铣指令。 在n c 代码中加入优铣指令功能：依据规则，修改n c 代码加入优铣指 令。 提交n c 代码到m e s 功能：将修改的n c 代码提交到m e s 系统中。 n c 代码保存到本地功能：将修改的n c 代码保存到本地。 d n c 与m e s 集成模块 读取n c 代码功能：读取d n c 系统的数据库，获得产品、零件、工序、 机床树，选择n c 代码，显示n c 代码。 提取刀具清单功能：从n c 代码中提取刀具信息，生成e x c e l 表。 刀具清单文件保存到m e s 功能：判断n c 代码的状态，如果是固化代 码，作为一个文件存入m e s 的数据库中。 n c 代码保存到m e s 功能：判断n c 代码的状态，如果是固化代码， 作为一个文件存入m e s 的数据库中。 刀具清单文件保存到本地功能：判断n c 代码的状态，如果是固化代 码，作为一个文件存入本地。 o m a t i v e 与m e s 集成模块 选择m e s 的零组件条目和工序功能：读取m e s 的数据库，将零组件 1 4 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 条目和工序列出来，供用户选择。 从o m a t i v e 中提取加工信息功能；依据选择的对象，和o m a t i v e 软件的后台数据库中的j o b 匹配，获得加工时间、生产数量、运行状 态等信息。 更新m e s 数据库功能：根据加工零件、机床、工序等信息，将加工时 间等信息存储到m e s 的实体对应的状态栏中。 m e s 与e r p 集成模块 列出工单功能：从e r p 中的数据库中获取所有的工单，每个节点显示 工单号+ 零件图号。 过滤工单功能：可以设置条件，从e r p 中的数据库中获取过滤工单并 显示。 查找工单功能：根据工单号和零件图号模糊匹配查找和定位工单。 显示工单信息功能：根据所选择的工单，从e r p 中的数据库中读取每 个工单的具体信息。 获取完工状念功能：根据所选的工单，从m e s 数据库中获取零件的完 工状态如实际开工时间、实际完工时间、生产数量等，更新e r p 数据 库。 e r p 与m e s 集成模块 列出工单功能：从e r p 中的数据库中获取所有的工单，每个节点显示 工单号+ 零件图号。 过滤工单功能：可以设置条件，从e r p 中的数据库中获取过滤工单并 显示。 查找工单功能：根据工单号和零件图号模糊匹配查找和定位工单。 显示工单信息功能：根据所选择的工单，从e r p 中的数据库中读取每 个工单的具体信息。 下发生产计划：将所选工单中的预计开始时间、预计完工时间、数量 等信息更新m e s 系统数据库。 集成软件模块： 运行t o o l m a n a g e r 软件功能 运行c a t i a 软件功能 运行v e r i c u t 软件功能 运行o m a t i v e 软件功能 运行d n c 软件功能 运行m e s 软件功能 刀具信息集成配置模块： 第二章数字化车间集成制造系统的总体设计 1 5 t o o l m a n a g e r 和c a t i a 集成配置功能：系统提供刀具类之间的对 照、属性对照功能。方便后续处理。配置信息存储在数据库中。 t o o l m a n a g e r 和v e r i c u t 集成配置功能：提供刀具类之间的对 照、属性对照功能。 t 0 0 l m a n a g e r 和o m a t i v e 集成配置功能：提供刀具类之间的对 照、属性对照功能。 集成软件配置模块： 配置t o o l m a n a g e r 本地运行路径功能 配置c a t i a 本地运行路径功能 配置v e r i c u t 本地运行路径功能 配置o m a t i v e 本地运行路径功能 配置d n c 本地运行路径功能 配置m e s 本地运行路径功能 配置e r p 本地运行路径功能 数据字典模块 c a t i a 数据字典维护功能：维护c a t i a 默认的刀具类和属性。 v e r i c u t 数据字典维护功能：维护v e r i c u t 默认的刀具类和属性。 o m a t i v e 数据字典维护功能：维护o m a t i v e 默认的刀具类和属性。 t o o l m a n a g e r 数据字典维护功能：维护t o o l m a n a g e r 中需要 集成的表和字段。 d n c 数据字典维护功能：维护d n c 需要集成的表和字段。 m e s 数据字典维护功能：维护m e s 需要集成的表和字段。 e r p 数据字典维护功能：维护e r p 需要集成的表和字段。 基于c a t i a 的刀具数据动态调用和驱动模块 刀具数据调用功能：根据所选的刀具类动态调用刀具数据。 刀具数据驱动功能：根据所选刀具数据，驱动参数化图形和刀具参数。 2 4 1 系统目标 2 4 定义系统目标与信息业务流程 以系统总体需求为基础，定义系统功能目标为： 一面向优铣增效的刀具信息准备，实现刀具信息集成。解决 t o o l m a n a g e r 、c a t i a 和v e r i c u t 、o m a t i v e 软件之间的刀具信息的集成 问题，满足刀具信息统一维护以及各自软件的使用要求，彻底解决企业数控车间 1 6 以刀具信息集成为主体的集成制造系统的开发与实现 刀具各自管理，各自使用的问题。为后续优铣加工作刀具基础数据准备并优化刀 具参数，形成闭坏刀具信息。 二面向优铣增效的刀具信息提取，实现优铣信息集成。解决优铣时人工重复 录入刀具信息，从d n c 系统的n c 代码中自动提取刀具信息，设置控制模式和参 数，生成j o b 和工序走刀信息并存储到o m a t i v e 中。通过设置优铣指令加入规 则，可以生成加入优铣指令的n c 代码，并可以保存到m e s 系统中或下载到本地。 从d n c 系统中指定的n c 代码中获得刀具清单，将n c 代码和刀具清单放到m e s 的数据库或存放到本地。从o m a t i v e 的数据库中获得切削时问提供给m e s 系统。 三面向优铣增效的生产信息交换，实现生产信息集成。同时m e s 系统从e r p 系统获得生产主计划，并向其提供完工状态信息。 2 4 2 系统信息流程 图2 6 系统信息流程图 图2 6 系统信息流程图描述了t o o l m a n g e r 、c a t i a 、v e r i c u t 、o m a t i v e 、 d n c 、m e s 、e r p 等7 个系统之间的信息传递流程，即建立数字化集成制造平台 需要解决这几个系统之间数据集成问题。基于系统信息流程，就可以清晰地描绘 系统主要业务流程，为进