（计算机应用技术专业论文）汽车电线束cadcapp系统的研究与开发.pdf

武汉科技大学 硕士学位论文第1 页 摘要 随着电子技术日新月异的发展，各种电子器件广泛应用到汽车上，促使现代汽车朝着 高速、安全、舒适的方向发展。而汽车电线束是连接各种电子器件的纽带，起着汽车内部 各种电器设备互相连接发挥其功能的桥梁作用。汽车电线束性能的好坏直接影响着各种元 器件的功能是否正常发挥和整车的工作性能好坏。伴随着汽车功能的增加，以及人们对汽 车的人性化和经济性的要求越来越高，连接各个电器件的线束越来越复杂，技术含量也越 来越高。 汽车电线束c a d c a p p 系统，从根本上改变了线束从设计到生产的原始粗糙、简单模式。 它结合工艺参数库将线束的规划、工艺信息的生成与导出、线束生产等融为一体，减轻了 设计人员及工艺人员的劳动强度，提高了企业管理人员的工作效率，使企业的产品设计与 管理水平在信息化进程中得到了极大的提高。 本文在对湖北三环汽车附件公司进行了广泛调研的基础上，对线束图绘制和线束工艺 设计现存问题进行了总结，针对企业的具体需求确立t c a d c a p p 系统应包括线束图形绘 制、工艺设计、管理、集成等方面的总体设计方案，并详细讨论t c a d 子系统、c a p p 子系 统、c a d c a p p 集成等问题。最后对线束图形数据库和c a p p 数据库的设计、线束单配算法的 设计、系统与用友e r p 的集成、用户权限管理功能设计等系统关键技术进行了深入细致的 分析。 关键词：工艺信息；线束设计；工艺决策 第1 i 页武汉科技大学 硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , v a r i o u se l e c t r o n i cd e v i c e sa r ea p p l i e d b r o a d l y i na u t o m o b i l e ，m a k i n gm o d e ma u t o m o b i l et r e n dw i t hs e v e r a lf e a t u r e ss u c ha sh i g hs p e e d ， s a f e t ya n dc o m f o r t a u t o m o b i l ee l e c t r i c a lw i r ec o n n e c t st h ee l e c t r o n i cd e v i c e s i tp l a y sar o l ei n c o n n e c t i n ge l e c t r i c a ld e v i c e sf o ra u t o m o b i l e t om a k eu s eo ft h e m t h ep e r f o r m a n c eo f a u t o m o b i l ee l e c t r i c a lw i r eh a sa l li m p o r t a n te f f e c to nw h e t h e rt h ef u n c t i o no fe l e c t r i c a ld e v i c e s w o r k sn o r m a l l ya n dt h ew o r k i n gb e h a v i o r so ft h ew h o l ea u t o m o t i v e s i n c eb o t ht h ef u n c t i o nf o r a u t o m o b i l ea n dp e o p l e sr e q u i r e m e n to nh u m a n i z e da n de c o n o m i ca u t o m o t i v ea r ei n c r e a s i n ga l o t ，t h ew i r ec o n n e c t i n ge a c hd e v i c e sa r ei nt h es i t u a t i o no ft h ei n c r e a s ei nc o m p l e x i t y , a n dt h e t e c h n o l o g i c a lc o n t e n t sa r eb e c o m i n gm o r ec o m p l i c a t e d t h ea u t o m o b i l ee l e c t r i c a lw i r ec a d c a p ps y s t e mb a s i c a l l yc h a n g e st h er o u g ha n de a s ym o d e f o rw i r ed e s i g n i n gf r o md e s i g n i n gt om a n u f a c t u r e c o m b i n e dw i t hp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sl i b r a r y , i td e a l sw i t he l e c t r i c a lw i r ep r o g r a m m i n g ，t h em a k i n ga n de x p o r to fp r o c e s s i n gi n f o r m a t i o n ，a n d p r o d u c i n ge l e c t r i c a lw i r ea saw h o l e i tn o to n l yr e l i e v e st h ew o r k i n gi n t e n s i t yo fd e s i g n e ra n d t e c h n o l o g i s tb u ta l s oi m p r o v e st h ew o r ke f f e c to fm a n a g e r si nt h ec o m p a n y i ta l s og r e a t l y i m p r o v e sp r o d u c td e s i g nf o re n t e r p r i s ea n dm a n a g e m e n ti nt h ep r o c e s so fe n t e r p r i s e s t h i s p a p e r , o n t h eb a s i so f i n v e s t i g a t i n gh u b e is a n h u a na u t oa c c e s s o r i e sc o ，l a d ， s u m m a r i z e sc u r r e n tp r o b l e m sa b o u td r a w i n gw i r ep i c t u r ea n dp r o c e s sd e s i g n i tp r o p o s e st h e w h o l es c h e m ew h i c hs h o u l dd e a lw i t ht h er e q u i r e m e n t sf r o md r a w i n gp i c t u r e ，p r o c e s sd e s i g n ， m a n a g e m e n ta n di n t e g r a t i o nf o rc a d c a p ps y s t e m ，a n dd i s c u s s e sc a ds u b s y s t e m ，c a p ps u b s y s t e m ， t h ei n t e g r a t i o ns y s t e mp r o b l e m si nd e t a i l a tl a s t ，i t a n a l y s e st h ek e yt e c h n o l o g yi n c l u d i n g d r a w i n gw i r ea n dc a p pd a t a b a s ed e s i g n ，w i r ec o n n e c t i n ga l g o r i t h mr e s e a r c h ，t h ei n t e g r a t i o n b e t w e e nt h es y s t e ma n du f e r ba n dt h em a n a g e m e n to fu s e ra u t h o r i t yw i t hp a r t i c u l a r i t y k e y w o r d s ：p r o c e s si n f o r m a t i o n ；e l e c t r i c a lw i r ed e s i g n ：d e c i s i o n m a k i n gp r o c e s s 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1c a d c a p p 概述 1 1 1c a d 技术的发展趋势 第一章绪论 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 ) 技术开始于2 0 世纪6 0 年代。早期的 c a d 系统主要用于绘图，其技术特征是利用解析几何的方法定义有关点、线、圆等图形元 素。 第二代c a d 系统在技术上有了较大的发展，主要是二维交互绘图系统及三维集合造型 系统，在几何造型方面分别采用了三维线框模型、曲面模型和实体模型，采用实体几何构 造法( c s g 法) 和边界表示法( b - r e p 法) ，并在系统内部采用了数据库技术。 第三代c a d 系统始于8 0 年代中期，在建模方法上分别出现了特征建模和基于约束的 参数化和变量化建模方法，由此出现了各种特征建模系统以及二维三维的参数化设计系 统，而且出现了这两种建模方法互换融合的系统。这种系统的优点是在二维与三维模型之 间及c a m 系统之间有内部统一的数据结构及共同的数据库，做到了二维三维模型修改时的 相互关联。现在，c a d 技术正经历着由传统技术向现代技术的转变。 现代c a d 技术是指能在大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法、设计 环境、设计工具和相关技术的总称。它能使设计工作实现集成化、网络化和智能化，达到 提高产品设计质量、降低产品成本和缩短设计周期的目的。因此现代c a d 技术的发展方向 为： ( 1 ) c a d 系统的集成化。并行工程环境下的产品设计要求各设计过程以共享信息平台为 基础，在设计过程中能进行即时信息交互，因而作为产品设计的先导，c a d 系统必须同c a p p ， c a m ，c a e ，d f x 等系统进行信息集成。 ( 2 ) c a d 系统的可视化。c a d 系统设计的可视化是为了使设计更具有真实感，使设计的 产品更能尽善尽美。设计者建立一个虚拟环境，让自己处于设计的虚拟环境中。 ( 3 ) c a d 系统的智能化。传统的c a d 系统缺乏综合能力和选择能力，要求用户具有较高 的专业知识和丰富的实践经验，这给设计带来了许多局限。因而现代c a d 系统必须具有人 工智能的功能要求。 ( 4 ) c a d 系统的网络化。网络技术的突飞猛进为c a d 系统实现不同地点、不同时间的设 计提供了工程信息的共享，为协同设计的c a d 系统提供了前提条件。 i i 2c a p p 的概念及其发展过程 c a p p ( 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 l a n n i n g ) 。1 是2 0 世纪6 0 年代 第2 页 武汉科技大学 硕士学位论文 后期出现并开始发展的一个新的技术领域，它的实质就是合理利用制造资源，为满足产品 的技术要求，制定产品的制造流程。c a p p 的目标是充分合理地利用现有的制造资源寻求完 成产品零件制造的最佳方案路线。 c a p p 的开发、研制是从6 0 年代末开始的。1 9 6 5 年c i r p ( 国际生产工程研究会 i n t e r n a t i o n a li n s t i t u t ef o rp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n gr e s e a r c h ) 在法国巴黎召开的会 议上，rw e i l 教授倡导建立一个工作组，从事“依靠计算机进行加工条件优化”问题的研 究，该工作组被看作现今c a p p 国际研究组织的鼻祖。世界上最早研究c a p p 的国家是挪威， 它于1 9 6 9 年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 ( c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l ) 于1 9 7 6 年推出的c a m - i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统，它标志着c a p p 系统的诞生。 c a p p 的研究直到8 0 年代才比较受到工业界的重视，研究工作进展较快。美国机械工 程师协会( a s m e ) 在1 9 8 5 年和1 9 8 6 年连续召开讨论c a p p 的专题学术会议，国际生产工程 研究( c i r p ) 也在1 9 8 5 年和1 9 8 7 年两次召开c a p p 专题讨论会。目前，国内外许多的生产 自动化学术会议都包括c a p p 的内容。 国内c a p p 系统的丌发研究应该说是随着成组技术( g r o u pt e c h n o l o g y ) 的研究和推广 而发展起来的。这项工作始于6 0 年代，中断了1 0 年，从1 9 7 9 年开始，g t 的研究工作才 被重新重视起来，我国少数院校开始c a p p 系统的研究准备工作，从而揭开了我国c a p p 开 发研究的序幕。国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的修订式t o j i c a p 系统和西北工业 大学的创成式c a o s 系统。 经过二十多年的历程国内外对c a p p 技术已进行了大量的探讨与研究，无论在研究的 深度和广度上都不断取得了进展。例如： 1 在设计对象上，所涉及的零件从回转体零件、箱体类零件、支架类零件到复杂的飞 机结构件等： 2 在涉及的工艺范围上，从普通加工工艺到数控加工工艺：从机加工工艺到装配工艺、 饭金工艺、热处理工艺、数控测量机检测过程设计等； 3 。在系统功能上，从独立的计算机辅助技术“孤岛”，到满足集成系统环境需求的集 成化： 4 在系统设计上，从单一的派生式或创成式模式，到应用专家系统等人工智能技术， 并具有检索、修订、创成等多种决策功能的综合智能化系统模式； 5 在系统开发上。从单纯的学术性探索和技术驱动的原型系统开发，逐步走向以应用 和效益驱动的实用化和商品化系统开发。 1 1 3c a p p 系统的分类 计算机辅助工艺过程设计的方法大致有检索式、派生式、创成式、综合式四种，那么 相应地c a p p 系统也就可以分为如下四种： 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 ( 1 ) 检索式c a p p 系统 检索式c a p p 系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计 算机中；当制定零件的工艺规程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的工艺。 ( 2 ) 派生式( v a r i a n t ) c a p p 系统，也叫变异式、修订式、样件式c a p p 系统 工艺设计人员在进行工艺设计时，一般是不会从零开始的。如果能回想起与当前零件 相似的已设计过的或见过的零件及其工艺规程，则会在此基础上进行工艺设计。派生式 c a p p 系统的基本原理是利用零件的相似性，即相似零件有相似的工艺规程。一个新零件的 工艺规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以自动筛选或编辑而成的，并 由此得到“派生”这个名称。根据零件信息的描述与输人方法不同，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，前者用零件码描述零件 信息，后者用特征来描述零件信息，后者是在前者的基础上发展起来的。计算机内需要存 储典型工艺过程和典型工序作为样板文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工 艺文件。 ( 3 ) 创成式( g e n e r a t i v e ) c a p p 系统，也叫生成式c a p p 系统 创成式系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的， 这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等一系 列的基本知识。工艺决策中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。 向创成式系统输入待加工零件的信息后，系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需或 略加修改即可。 创成式系统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。 ( 4 ) 综合式( h y b r i d ) c a p p 系统 综合式系统是将派生式、创成式与人工智能结合在一起，综合而成的。 从以上四种c a p p 系统中工艺文件产生的方式我们可以看出，派生式系统必须有样板 文件，因此它的适用范围局限性很大，它只能针对某些具有相似性的零件产生工艺文件。 在一个企业中这种零件只是一部分，那么其它的零件的工艺文件派生式系统就无法解决。 创成式系统虽然基于专家系统，自动生成工艺文件，但需输入全面的零件信息，包括工艺 加工的信息。这样信息需求量极大，而且由于知识表达的“瓶颈”与理论推理的“匹配冲 突”至今无法很好地解决，自优化和自完善功能差，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。 除上面几种c a p p 系统以外，还有一种智能型的c a p p 系统越来越受到重视，智能型c a p p 系统是将人工智能技术应用在c a p p 系统中所形成的c a p p 专家系统。智能型c a p p 系统与 创成型c a p p 系统是有一定区别的，正如人们所知，创成型c a p p 及c a p p 专家系统都可自 动地生成工艺规程。创成型c a p p 是以逻辑算法加决策表为其特征；而智能型c a p p 系统则 以推理加知识为其特征。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 一些比较敏感的专家在9 0 年代中后期重新衡量了c a p p 软件在企业内应发挥的作用， 逐步抛弃了传统的c a p p 的研究方法，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向为工艺 设计人员提供软件工具，同时为企业的信息化建设提供服务。 我国的c a p p 系统经过二十多年的时间，经历了如下演变和发展。 第一代产品：1 9 8 2 1 9 9 5 年期间，基于智能化和专家系统思想开发的c a p p 系统。这段 时j 日j 的研究片面强调工艺设计的自动化，忽略人在工艺决策中的作用。 第二代产品：1 9 9 5 年一目前，基于低端数据库( f o x p r o 等) 开发的c a p p 系统。这种c a p p 系统所处理的数据和生成的数据必须都是基于数据库的，但因为开发技术所限，不是交互 式设计方式，直观性较差。工艺卡片的生成是由程序来完成或是在c a d 中生成，系统的实 用性存在较大的问题。 第三代产品：1 9 9 6 年一目前，基于a u t o c a d 或自主图形平台开发的c a p p 系统。这种系 统是采用c a d 技术进行开发的c a p p 系统，它解决了实用性问题，但却忽视了最根本的问 题：工艺是以相关的数据为对象的，而不是以卡片为对象的。此类c a p p 是基于文件系统c a d 技术开发的，特别是自主c a d 平台软件，文件格式采用了非标准的自定义格式，信息的交 换存在一定的问题。 第四代产品：1 9 9 8 年一目前，完全基于数据库，采用交互式设计方式、注重数据的管 理与集成的综合式平台c a p p 系统。此类系统集中了第二、第三两代系统的优点，是国内 外c a p p 学者公认的最佳丌发模式，同时满足了特定企业、特定专业的智能化专家系统的 二次丌发需要。 这些c a p p 软件都能为工艺人员提供一定的服务和帮助。在企业的实际应中，无论是 用什么方式进行工艺过程设计的，其目的只有一个，真正满足企业的需要，解决企业的实 际问题。 1 1 4c a p p 的基本功能与发展前景 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 l a n n i n g ，c a p p ) 是连接c a d 与c a m 的纽带，c a w 的研究开始于2 0 世纪6 0 年代后期。在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是 美国的计算机辅助制造国际组织于1 9 7 6 年推出的c a m - i 系( c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l ，c a m - i ) 。 一个c a p p 系统可以完成以下的基本功能： 1 自动选择毛坯和材料； 2 自动选择加工方法； 3 自动选择机床： 4 自动选择装央定位方法( 基准和夹具) ； 5 自动选择刀具、量具： 6 自动确定切削用量和制造公差： 7 自动确定工时定额； 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 8 自动编制工艺过程的工作文件( 工艺过程卡、工序卡等) 。 c a p p 的出现，为缩短生产准备周期，提高工艺文件质量，并使广大工艺人员从繁琐和 重复的劳动中解放出来提供了一条切实可行的途径，c a p p 系统的使用，不仅可以大大提高 工艺规程的生产速度和质量，而且c a p p 系统对操作人员的工艺设计水平的要求大大降低， 即使一般技术水平的工艺人员也能借助于c a p p 系统设计出较高质量的工艺规程。与传统 的工艺规程设计方法相比，采用c a p p 技术不仅可以提高设计速度达到优化设计，而且还 可以克服加工工艺的不一致性、质量不稳定等缺点。 分析近年来c a p p 发展概况，c a p p 的发展主要包括如下几方面： ( 1 ) 知识化、智能化 c a p p 系统不会停留在以解决事务性、管理性工作为主的阶段。基于知识的c a p p 系统 除了作为工艺设计辅助工具，而且还有将工艺专家的经验和知识积累起来并加以充分利用 的任务。在知识化的基础上，c a p p 系统应从实际出发，从工艺设计在工序、特征形体层面 或在全过程提供备选的工艺方案，并根据操作者的工作记录进行各种层次的自学习、自适 应。 ( 2 ) 工具化、工程化 各企业的工艺环境、管理模式千差万别，c a p p 既要适应各企业的具体情况，又要控制 针对具体企业的实施工作量、提高通用性，这就需要加强c a p p 系统的工具化和工程化。 将c a p p 系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用户或软件公司的实施服务人员根据 企业具体情况输入数据和知识，形成面向特定的制造和管理环境的c a p p 系统，而且用户 可以在实施服务人员指导下进行二次开发。 在工程化方面，不加考虑地完全服从用户原有的环境和模式，去构建具体的 c a p p 系 统并不完全合理，有必要根据对国家、国际标准和先进制造技术的分析，结合各类企业工 艺的根本需求，引导企业的工艺活动，促进工艺活动的规范化，从而规范c a p p 系统的实 施过程，使大部分企业使用的c a p p 系统是主体相似的工程产品而不是个性独特的艺术品。 ( 3 ) 集成化、网络化 c a p p 软件在广义的c a d 领域中是研究和发展较早的软件技术之一，但与同类的 c a d c a m 的软件技术相比，c a p p 软件的发展却大大落后于c a d 、c a m 软件。c a p p 技术作为 连接设计与制造的纽带，其本身具有十分重要的地位，这是因为c a d 的设计信息只有经过 c a p p 系统才能转化为c a m 的制造信息。企业的m i s 系统和生产计划与调度( p r o d u c t i o n p l a n n i n gs c h e d u l i n g ，p p s ) 系统也必须依靠c a p p 系统为其提供准确可靠的数据来源。c a p p 对于保证产品质量、缩短生产周期、降低制造成本和提高经济效益都具有极为重要的作用。 正因如此计算机辅助制造国际组织c f i l l ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n gi n t e r n a t i o n a l ) 认为c a p p 是企业各部门信息交叉汇集的环节，并将c a p p 列为其重点研究与开发项目。从 目前情况看，原国家科委启动的甩图板工程已经取得了很大成果，在甩掉图板的企业中产 品设计效率大大提高，从而使得工艺设计效率低下的矛盾日益突出，c a p p 己经成为阻碍企 业信息化建设的瓶颈。我国制造业的一个特点是有比较严格的工艺设计和管理系统，绝大 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 部分零件的加工还是在普通机床上完成的。因此企业计算机应用要向更深层次发展，就必 须考虑c a p p 系统，考虑c a d c a p p c a m 的集成，进而发展成以产品数据管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ，p d m ) 为中心的产品技术信息系统。总之，企业在建立了适合自身实际情况的 集成化的c a p p 系统以后，将有效地推动企业设计和生产制造的效率。 网络化是现代系统集成应用的必然要求，c a p p 对内各种角色、工种的并行工艺设计， 对外与c a d 的_ 双向数据交换，与c a q ，c a m p d m 等的集成应用都需要网络技术支撑，才能 实现企业级乃至更大范围的信息化。 ( 4 ) 交互式、渐进式 c a p p 系统用来帮助而不是取代工艺设计人员，实用、通用的c a p p 工具系统不宜追求 完全的自动化。操作者要有足够的工艺知识和判断能力，关键决策要由操作者做出。决策、 判断对具备足够工艺判断能力的工艺人员不是很困难和繁琐的工作，但对计算机而言可能 难以胜任。知识库及其使用法则需要逐步建立、验证、完善，商品化的、基于知识的c a p p 工具系统需要有目标、有计划的渐进式发展。 总之，c a p p 己经走过了2 0 多年的发展历程，积累了大量经验，取得了许多成绩，受 到广泛重视。今天，c a p p 作为c i m s 工程中的一个重要模块，应该朝着知识化、智能化、 工具化、工程化、集成化、网络化、交互式、渐进式等方面进一步发展，以使企业信息化 建设的基础打得更坚实、更牢靠。而且c a p p 系统的实施应能提高工艺设计的质量，缩短 生产准备周期，并将工艺设计人员从大量繁琐、重复的劳动中解放出来，但企业应充分考 虑自身的实际情况选择合适的工艺c a p p 系统。 1 2 课题背景、研究内容及意义 1 2 1 课题研究背景 湖北三环汽车附件有限公司是湖北三环汽车( 集团) 有限公司下属的一个分公司，公司 的主要业务是设计、制造和销售与各种商用车、乘用车等有关的汽车线束，为使用汽车的 用户提供电线束的技术咨询和售后服务。 该公司成立时间不是很长，信息化、自动化还不太健全，特别是对汽车线束的设计与 工艺信息管理方面急需改善。目前，该公司大多数的线束设计仅仅停留在简单利用a u t o c a d 图板功能的水平上，各种线束图设计及物料、工艺信息都分散的储存在各设计人员电脑中。 当有新的客户图纸需要设计时，设计人员必须在各自繁多的资料中找到对新设计有用的信 息。这样，设计人员在设计产品图时比较孤立，缺乏实时的交流与信息的共享，容易导致 线束图形设计完成后，产品错误率较高，效率不高。介于此种情况，该公司需要相关的汽 车线束c a d c a p p 系统，以完成汽车线束的设计、工艺信息的获取和管理等方面工作，提 高工作效率和核心竞争力。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 1 2 2 课题研究主要内容 本课题是结合湖北三环汽车附件有限公司电线束生产的实际情况，为实现汽车电线束 从设计到工艺制造的信息化而设立的“汽车电线束c a d c a p p 系统”研究课题。 本课题主要研究内容如下： ( 1 ) 通过对多种c a d c a p p 设计方法的研究，深入的实地调研和详细的需求分析，确定 汽车电线束c a d c a p p 系统的总体设计方案，并进行c a d c a p p 系统的实际开发： ( 2 ) 针对线束图形设计，对图形组成元素即零件进行特征建模，提供强大、便捷、有 效的若干绘图功能，为快速获得线束c a p p 数据打下基础； ( 3 ) 综合考虑汽车电线束生产企业的实际状况，建立合理、科学的工艺数据库，使企 业的工艺资源得到有效的管理与利用： ( 4 ) 针对汽车电线束生产企业的共同特点，提出合理的集成策略，完成汽车电线束 c a d c a p p 系统的程序集成和信息集成，实现数据库数据、工艺文件数据、程序接口运行的 统一管理； ( 5 ) 基于数据库信息的集成方法，实现系统与企业e r p 系统之间的数据传输与共享； ( 6 ) 构筑“汽车电线束c a d c a p p 系统的研究与开发”，以完成汽车电线束产品设计和 工艺设计为应用实例，验证该系统的完整性。 1 2 3 课题研究意义 本系统是以线束产品的设计为基础，产品的工艺数据为中心，集线束图形设计、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。利用本系统： ( 1 ) 它可以减轻工艺设计人员的繁重劳动，减少工艺过程设计所需要的某些人为模糊 决策，同时提高工艺过程设计的质量。在人工编制工艺过程时，由于受到个人经历和知识 的限制，可能会编出不同的工艺过程，影响了生产组织工作。利用计算机能够编制出详细 的工艺过程，精确性高，减少了人为因素的影响： ( 2 ) 缩短线束生产准备周期，提高生产率。人工设计工艺过程繁琐、费时、速度慢， 不能适应多品种生产、产品更新换代、市场变化等要求。它还能减少工艺过程设计费用及 制造费用，提高对市场变化的响应速度和竞争能力； ( 3 ) 在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 ) 中，c a p p 是连接c a d 与c a m 的桥梁，它实现了工艺信息共享，有利于实现与企业产品设计、工艺设计、产品制造、生 产与经营管理、销售及物资供应部门的计算机应用系统的有机集成，有利于实现企业内部 和企业间制造资源的合理分配和利用。 通过本系统的开发与应用，进一步为线束企业实现快速工艺设计与产品制造提供有力 的支持，为实现计算机集成制造系统打下基础，同时可使企业的信息化程度得到了很大的 提高，进而提高企业的经济效益和社会效益。 第8 页武汉科技大学 硕士学位论文 1 3 本文的组织 本文共分八章： 第一章绪论。首先介绍了c a d 技术的发展趋势以及c a p p 的概念、分类、基本功能与 发展前景，然后阐述了本课题的研究背景和研究的主要内容，最后说明了课题的研究意义。 第二章介绍线束c a d c a p p 系统的总体设计方案。从介绍汽车线束生产的基本知识开 始，接着重点阐述了系统的需求分析与总体结构，分析了企业原工艺系统的特点，确定了 符合企业实际的系统功能需求与开发环境。 第三章阐述线束c a d 子系统的设计。首先设计了该子系统的功能模型，然后分别就 零件设计模块与绘图模块加以详细论述。 第四章论述了线束c a p p 子系统的设计。论述了该子系统的设计思想与工作原理，包 括工艺设计的决策系统、工艺参数设计、工艺数据设计。 第五章论述了线束c a d 与c a p p 的集成。首先总结现存的c a d 与c a p p 集成方法，然 后具体阐述本系统中c a d 与c a p p 的联系特点以及所采用的集成方法。 第六章探讨了系统的关键技术。主要从系统c a d 数据库和c a p p 数据库的建立、单配 算法的设计、系统与用友e r p 的集成、用户权限管理设计等方面进行详细论述。 第七章系统运行实例介绍。以实例的方式介绍本系统的主要功能和应用特点。 第八章总结与展望。总结作者完成的工作和应用本系统的技术特点，对今后系统需 要完善的方面进行展望。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 第二章c a d c a p p 系统的总体设计方案 2 1 汽车线束生产基本知识概述 汽车电线束是连接汽车各个电器与电子设备的重要部件，在电源、开关、电器和电子 设备之间传递电信号，素有汽车神经之称。1 ，是汽车动力和各种信号分配系统p a s d s ( p o w e r a n ds i g n a ld i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 的传输载体。目前，汽车线束由电线、插接件和包覆 件、包覆材料以及其他器件组成。 电线是线束的主体，主要负责电信号以及控制信号的传输，它具体有不同标准不同线 径不同颜色多种多样的材料；插接件一般有多孔，其中每个孔是电线插入的终端。电线与 插接件结合后，它将与汽车其他零部件结合形成导通回路传递信号。包覆件是线束的组成 元素之一，它的种类很多，有锁卡、定位夹、保险座、扎带等，主要起固定电线形态的作 用。包覆材料是附着在电线表面的一层物质，它种类繁多，有波纹管、塑料管、硬质管、 编织管等，为了不让线束直接裸露在外面，使用它起外层保护作用，增强线束的耐久性和 提高传递信号的质量。 如图2 1 至2 5 所示，为汽车线束各种零件图及成品线束图。 图2 1 插接件 第l o 页武汉科技大学 硕士学位论文 图2 2 接头 图2 3 经过压接的电线 圈2 4 整条线束 武汉科技大学硕士学位论文第1 1 页 2 2c a d c a p p 系统的需求分析 图2 5 线束在汽车中的透视图 2 2 1 汽车线束生产企业工艺设计的内容与基本流程 一般，企业工艺文件的形式是多种多样的，繁简程度也有很大区别，这主要决定于生 产类型。对于汽车线束生产而言：在生产中一般用a u t o c a d 软件绘制线束图形盎然后根据 图形结合有关工艺规则计算输出工艺卡、电线压接数据、物料消耗清单、电线单配工艺图、 电线检规工艺图，供线束生产管理和调度用。对于每一根电线的具体加工工序，一般由生 成的任务分配单决定。对关键性的或复杂性的零件则制订较为详细的专门任务分配单。 工艺设计基本流程如图2 6 。 图2 6 电线束工艺设计流程图 由上图可知：企业获取客户传真过来的线束图纸后，零件开发部门设计新材料的图块， 而后设计部门调用图块在a u t o c a d 等软件中绘制图纸。图纸做完后，首先要转到工艺部门 进行工艺性审查。经过工艺性审查后，工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的 修改。修改的设计图纸转到工艺部门后，图纸成为已审核的，而后由设计部门根据图纸在 c a d c a p p 系统上生成多种指导和管理的工艺文件。然后又将工艺文件转到工艺部门结合线 束图进行数据性和工艺性审查。审查通过后，制造部门及物资供应部门将以此为依据，进 第1 2 页 武汉科技大学硕士学位论文 行物资供应及生产的组织、调度。待生产线束的原材料到位后，结合工艺文件进行线束生 产。在生产过程中，部分工艺文件的内容会有所调整和修改，相应的工艺汇总文件必须修 改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、审核、标准化、会签、批准等工作 流程。定型后的工艺要进行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的，需修改时，同设 计部门一样需填写“工艺更改通知单”。 通常，线束产品都要经过如上的工艺设计过程，对于不同的企业，因其规模、企业性 质等的不同，工艺设计的具体过程可能有所不同但内容大同小异 2 2 2 目前企业工艺文件管理存在的主要问题 汽车电线束生产企业的工艺文件的特点是：小批量、多品种1 。企业的文件按产品归 档，这样各个部门之间的相互协调和沟通限制在纸质文件方式，对线束产品整个生命周期 的数据管理没有系统化，严重影响了企业经济效益的提高。其主要表现在： ( 1 ) 基于手工或在w o r d 、e x c e l 、a u t o c a o 上绘制工艺卡片的工艺设计 目前线束生产企业的工艺设计现状大多是手工进行工艺设计，少数是利用w o r d 、e x c e l 或a u t o c a d 绘制工艺卡片，基于卡片格式进行填写工艺。工艺人员的工作仅仅就是卡片的 填写工作。工作量比较繁重，不但影响了企业生产效率，降低了其市场竞争力，而且不能 对工艺数据、工艺信息进行有效的管理，不利于工艺文件的一致性和标准性。 ( 2 ) 产品数据没有实现共享 当代汽车线束生产领域中，多品种小批量生产的需求大量增加，这要求将计算机信息 化处理贯穿于线束规划、工艺设计、制造与管理的全过程。显然，企业传统的手工设计方 式已不能满足上述要求。由于产品数据基本采用纸质文件方式进行传输，实现数据的集成 和共享非常困难。 ( 3 ) 工艺专家的经验和知识没有实现积累 传统的工艺设计方式造成了工艺专家的经验与知识都是积累在自己的脑海中，师傅带 徒弟式的传授经验与知识，这往往造成了需要很长的时间才能使一名工艺人员成长为工艺 专家。 2 2 3 企业对c a d c a p p 系统的功能需求 一个科学有效的汽车电线束c a d c a p p 系统应该是以线束图为基础，围绕工艺数据来 解决企业的工艺设计问题。系统中产生的大量工艺数据要提供给设备、劳资、生产、财务 等部门。由这些管理部门依据线束图形和工艺数据来安排和组织生产，因此在此系统中线 束图形和工艺数据是至关重要的。作为企业信息化建设中的一步，本系统从线束图形设计、 工艺数据管理、集成等多方面来解决企业的工艺设计问题： ( 1 ) 基于线束产品结构：在汽车线束生产企业中，一切生产活动都是围绕线束图而展开 的。最重要的电线生产工序即单根电线在成品之前所需经过的相关工艺处理，也需要根据 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 线束图形，结合工艺数据才能进行。 ( 2 ) 工艺管理：它包括线柬产品的工艺加工路线设计和工艺归档等。 ( 3 ) 工艺设计：这是工艺工作的核心工作，系统应高效率、高质量的保证工艺设计的 完成，主要包括工艺卡的编制、线束单配图的绘制、物料消耗数据和电线压接数据的统计 等。 ( 4 ) 资源的利用：在工艺设计的过程中，常常需要用到资源，所谓资源就是工艺设计 需要支配工艺资源数据( 设备、工装物料和人力等) ，需要应用工艺技术支撑数据( 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) 。各个企 业的资源是不同的，并且使用资源的方式也是不同的。c a d c a p p 系统应广泛而灵活地提供 资源内容和资源使用方式。 ( 5 ) 工艺汇总：是工艺工作的一部分。工艺汇总卡片中的数据基于工艺规程，工艺规 程中的工艺数据修改后，必须修改汇总卡片中的相关内容。 ( 6 ) 工艺设计管理：诸如“工艺设计目录”、“工艺设计文件封面”等的填写，对于规 范工艺文件管理有着极为重要的意义。 ( 7 ) 流程作业管理：工艺设计要经过设计、审核、批准，会签的工作流程，c a p p 系统 应能实现这种工艺工作中的流程作业。 ( 8 ) 工艺设计的后处理：对定型产品的工艺进行分类归档，以及归档后对工艺文件的 有效利用。 ( 9 ) 标准工艺：系统中应有标准工艺( 或称典型工艺) 的存储。在工艺设计中根据相似 线束生产具有相似工艺的原理，标准工艺常常作为以后进行类似工艺设计的参考或模板。 ( 1 0 ) 必须可以输出工艺卡片：虽然办公化的趋势是趋于无纸化办公，但是目前纸质工 艺文件仍然在工业生产中占据着举足轻重的位置。所以在c a p p 系统中必须要求能输出工 艺卡片，为车间工人加工线束提供资料。 除了以上的功能需要外，系统还应该拥有友好的人机界面，并且要安装简便。系统的 操作应符合工艺设计人员的工艺设计习惯，使之能迅速掌握。 2 3c a d c a p p 系统的总体结构 2 3 1 企业原系统的特点 湖北三环汽车附件有限公司的产品设计目前是利用a u o c a d 2 0 0 6 二维图形设计功能进 行的，管理则是通过人工结合计算机电子化储存的方式来实现的，其原有作业流程如图2 7 所示。 第1 4 页武汉科技大学 硕士学位论文 图2 7 企业原系统流程图 由于原有的设计与管理方式不能对线束信息建立数据库，如果要对各种信息进行处理 和管理，就需要由人工来完成，这样设计与管理给企业的运作带来很多不便，将会导致人 工查询及处理的工作量非常大。例如在有新的设计任务时，所有的操作( 除设计功能外) 都要手工进行资料的查询，设计人员工作效率不高，这就为本系统提出了功能上和性能上 的要求。 2 3 2c a d c a p p 系统的功能模型 通过对企业的实际调研和分析，确定汽车线束c a d c a p p ”捌系统的功能需求应从设 计、管理、集成等多方面来解决企业的工艺设计和生产问题。计划系统的功能流程图如图 2 8 所示。 图2 8 系统流程图 武汉科技大学硕士学位论文第1 5 页 考虑到企业对c a d c a p p 系统的要求，本系统设计了系统管理、图形设计、工艺信息 管理、工艺设计、工艺资源管理、辅助管理等模块，其基本组成如图2 9 所示。主要模块 功能说明如下： 汽车电线束c a d ，c a p p 系统 系l 幽 引藤 图2 9c d c a p