（机械电子工程专业论文）工具型capp系统的研究与开发.pdf

硕士沦文工具型c a p p 系统的研究与开发捅璺众所周知，在现代机械制造业中，c a p p 系统( 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 ，计算机辅助工艺规划) 具有重要的理论意义和广泛、迫切的实际需求。c a p p 系统的使用，不仅可以帮助企业大大提高工艺设计的速度和质量，而且可以提高工艺设计的规范化和标准化的程度。它的研究对于改革我国工艺设计现状和提高南4 造企业的竞争力有着十分重要的作用。本文在阐述了目前c a p p 技术现状及趋势的基础上，分析了现有c a p p 系统所存在的问题，结合企业对c a p p 系统的基本要求，开发出了符合用户需求的工具型c a p p系统。笔者在论文中研究了本c a p p 系统得以实现的几项关键技术，并从软件工程的角度对系统的开发过程进行了介绍。课题的重点是在c a p p 系统的通用性和工具型方面进行实用的研究与开发。系统以交互式工艺设计为主要技术思想，为用户提供了多个工具子系统，研究了资源数据存储和管理模式，建立了开放式工艺资源数据库管理系统，实现了工艺资源数据的动态管理。关键词：计算机辅助工艺规划，资源数据库，工具碌十论文工具型c a p p 系统的研究与开发a b s t r a c tt h a ti sk n o w nt ou sa 1 1 i nt h em o d e mm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g ，c a p ps y s t e m( 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 ) i so fg r e a ti m p o r t a n tt h e o r e t i cs i g n i f i c a n c ea n di sr e q u i r e dp r e s s i n g l ya n de x t e n s i v e l y m a k i n gf u l lu s eo fc a p ps y s t e mn o to 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 fp r o c e s sp l a n i t sa p p l i c a t i o np l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei ne n h a n c i n gt h ea c t u a l i t yo fo u rc o u n t r y si n d u s t r ya n ds t r e n g t h e n i n gt h ec o m p e t i t i v ep o w e ro f m o s to f e n t e r p r i s e s i nt h ed i s s e r t a t i o n ，o nt h eb a s i so fe l a b o r a t i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dt e n d e n c yo fc a p pt e c h n o l o g y ，t h ep r o b l e m st h a tp r e s e n tc a p ps y s t e mf a c e da r ea n a l y z e d c o m b i n e dw i t hb a s i cd e m a n d so fc a p ps y s t e mf r o mt h ee n t e r p r i s e ak i n do ft o o l sc a p ps y s t e mi sp r o p o s e dt os a t i s f yo u rc o n s u m e r w ea n a l y z e dt h ek e yt e c h n o l o g yo fc a p ps y s t e m ，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 ss y s t e mf r o mt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h i st h e s i se m p h a s i z e so nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h es y s t e m sg r e a tu s ea n da u x i l i a r yf u n c t i o n o u rs y s t e mm l a i r d yu s e sr e l e v a n tt e c h n i q u e so fv a r i a n tm e t h o d s ，a n dp r o v i d e ss o m et o o l ss u b s y s t e m sf o rt h ec o n s u m e r a n do i lt h eo t h e rh a n d ，s t o r a g ea n dm a n a g e m e n tm o d e lo f r 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 ts y s t e mo f p r o c e s sr e s o u r c ei sb u i l d i n g d y n a m i cm a n a g e m e n to f p r o c e s sr e s o u r c ed a t ai sa c h i e v e d k e yw o r k s ：c a p p r e s o u r c ed a t a b a s e 。t o o l si i声明y5 7 1 3 84本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分以外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：给钵学位论文使用授权声明年月日南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：纽! 熟年月日硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发1 文献综述及课题的提出1 1 形势与背景如何在一定的时间范围内利用有限的资源来实现特定的目标是每一个企业都需要解决的问题。企业的产品都要经历从开拓市场、扩大市场份额直到能够保持尽可能地稳定占有市场的历程。在世界范围的竞争中，市场瞬间万变，用户对产品更新换代要求的进一步加强，新产品投放市场的速度已经成为企业之间竞争的焦点。随着产品发布周期不断缩短，市场对企业的响应速度要求越来越高。资料显示，美国制造企业的经营策略从5 0 年代的“规模效益第一”，经过7 0 年代和8 0 年代的“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到当前的“市场响应速度第一”，时间因素被提到了首要地位1 。因此如何应用现代科技手段，以最短的生产周期、最低的制造成本向市场提供用户要求的高质量产品，成为当今制造工程研究的重要命题。当前制造业正向着以计算机、信息技求和先进制造技术为核心的新一代生产模式方向发展。1 9 7 3 年，美国j o s e p hh a r r i n g t o n 博士在( 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 g 一书中首次预言性的提出了计算机集成制造( c i m ) 的概念，到了8 0 年代初，美、日、欧共体都把c i m s 的研究与开发作为科技发展的一个战略目标。c i m s 就是在自动化技术、信息技术和先进制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂的全部生产活动所需的各种分离的自动化系统有机的集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。c i m s 的工作重点是企业内部的信息集成，强调技术支撑与管理。在实施过程中，c i m s 不断吸收新技术、新思想、新观念，发展形成多种新一代生产模式，其中具有较大影响的有：柔性制造系统、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟制造以及全球制造等等。砼“3 1新的制造理念c i m s 的提出，必然对其重要的组成部分c a p p 也提出了更高的要求。全球化、网络化的制造趋势的发展，企业对于整个供应链的协作力度加大，这必然要求工艺设计的反应要和产品的整体设计速度、转型速度及生产周期短的情况相适应；随着数控机床和加工中心的不断普及，对工艺设计也提出了更高的要求，以往普遍采用的手工编写工艺的方法已经不能适应现代生产的快节奏。信息化时代的管理工作要求工艺人员放下传统的纸与笔，充分利用信息技术的优势来进行我们的工艺技术工作和管理工作。作为生产型企业，管理的些原始数据、关键资料均来自生产一线，特别是工艺部门，因此，工艺技术人员工作硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发质量的优劣、工作效率的高低直接关于一个企业的发展，工艺部门是管理、设计与生产的核心部门之一。提高了工艺设计的质量与效率，就会突破企业管理及生产之间的瓶颈，在竞争激烈的市场站稳脚跟，促进企业的进一步发展。1 2c a p p 技术现状分析1 2 1c a p p 的概念及优点c a p p 是一种利用计算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到成品的制造方法，它的出现，为计算机集成制造系统的出现提供了必要的技术基础。一个完整的c a p p 系统所具有功能应该包括自动从c a d 系统中获取产品的相关数据，并且辅助工艺设计人员制定出可以被生产计划系统接受的工艺过程数据和资源清单( 刀具清单，机床清单，工装清单等) ，以及可以被质量控制系统接受的工艺过程数据等。c a p p 系统在缩短工艺设计周期、保证工艺设计质量和提高产品工艺的继承性等方面很有成效，使得工艺设计人员摆脱了大量、烦琐的重复劳动，将主要精力转向新产品、新工艺和新装备的研究与开发中去。引进并建立适合企业自身特点的c a p p 系统，就可以解决现存的许多问题，在实现工艺设计、管理信息化的同时，提高企业的竞争力，为企业信息化管理打下坚实基础。1 2 2c a p p 的地位和作用在制造企业中，工艺规程作为一种指导性技术资料对企业的生产运作起着至关重要的作用。工艺文件编制的基本任务是将产品和零件的设计信息转换为加工方法。传统的工艺设计方式，工艺数据的正确性完全由设计人员来保证。但由于工艺数据繁多而且很分散，处理起来繁琐、易出错。c a p p 技术的出现为缩短产品生产准备周期，提高工艺文件质量，提供了一条切实可行的途径。在面向现代化制造业的计算机辅助技术中，c a p p 是连接c a d 与c a m 的中间环节，是c i m s中不可缺少的部分。大部分企业一般都具有相对稳定的产品种类，其基本产品的工艺过程也是相对不变的，变化较多的则是产品的系列变化，因此，企业日常工艺设计的主要方式是基于产品工艺的改型设计。在这种方式下，企业生产过程中所需要的工艺文件在相当程度上都具有很大的类似性。而在工艺文件的生成过程中，工艺卡片填写、工序图绘制以及工艺计算是最主要的工作。因此，怎样实现这部分工作的计算机化才是提高企业工艺设计效率和质量，减少重复劳动，缩短开发周期的关键，也是我们在推广应用c a p p 过程中首先应该解决的问题。硕士论文 ：具型c a p p 系统的研究崎开发1 2 3c a p p 生成原理和开发模式众所周知，c a p p 的工艺生成原理有三种，即派生法、创成法和专家系统。这三种方法各有优缺点：派生式系统易干实现，但是柔性差，可移植性差；但要使创成式系统具有一定的适应能力，开发起来就比较困难；专家系统具有启发性、透明性、灵活性等特点，前景广阔，但是存在着知识获取的瓶颈等一系列的尚待解决的问题。除了专家系统方法，一些人工智能领域的最新研究成果也逐渐应用干工艺设计过程中。c a p p 系统按开发模式可以归纳为：专用型c a p p 系统和工具型c a p p 系统。专用型c a p p 系统是指专门为特定企业环境和零件对象雨开发的c a p p 系统。工具型c a p p 系统的基本特征是其工艺决策方法和其他系统功能是通用化的，因此它必须采用新的c a p p 系统设计理论。从体系结构上看，工具型c 时p 系统又可以分为框架型c a p p 系统和开发平台型c a p p 系统。11 2 4c a p p 现状及发展趋势c a p p 的研究始于6 0 年代中期，1 9 6 9 年挪威发表的第一个c a p p 系统a u t o p r o s ，它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺过程的形式形成相应零件的工艺规程。a u t o p r o s 系统的出现，引起世界各国的普遍重视。接着于1 9 7 6 年，美国的c a m - i 公司也研制出自己的c a p p 系统。这是一种可在微机上运行的结构简单的小型程序系统，其工作原理也是基于成组技术原理。到目前为止，在世界范围内已研制出很多c a p p 系统，而且有不少系统已投入生产实践使用。在已应用系统中，针对回转类零件的c a p p 应用比较成熟，而且多应用于单件小批量生产类型。由于c a p p 系统涉及问题的复杂性和对应用企业具体环境的依赖性，c a p p不象c a d 、c a m 等软件可以直接使用国外的成熟产品，而需要适合我国国情和企业状况的系统，因此只能采用自主开发的国产软件。国内最早开发的c a p p 系统是西北工业大学的c a o s 系统和同济大学的t o h c a p 系统，其完成的时间都在8 0 年代初。从2 0 世纪8 0 年代以来，国内在c a p p 技术的研究与系统的开发上已投人大量的资金与力量，在智能化决策及与其他应用系统的集成化方面提出了许多技术方案，并已开发出为数众多的c a p p 系统。在所开发的c a p p 系统中，有些系统已得到实际应用，少数已商品化。但总的来看，c a p p 的研究开发方向存在与实际应用严重脱节的偏差。“1自从1 9 9 5 年前后国内外出现多种基于交互式的商品化软件以来，总体情况有较大的改善，但缺乏对有使用价值的集成化和智能化功能的研究开发，仅仅是硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发工艺文档的编制，或者工艺信息结构化欠缺而难以信息集成和共享，或者过于依赖系统应用环境，兼容性和可移植性差，不能满足企业工艺信息数字化及集成化的需要。这种缺乏从整个产品的角度研究企业工艺信息化和c a p p 集成问题，并忽视工艺管理功能的研究与开发，难以满足先进制造系统对工艺信息化的应用和发展需求，甚至在计算机应用比较广泛的企业中也会失去应有的重要价值。分析国外3 0 多年和我国2 0 年c a p p 的发展情况，就其研究方法而言，基本经过了派生式、创成式的过程，目前正在广泛进行智能化、集成化、柔性化、并行化方面的研究。可以将c a p p 的研究现状与发展趋势归纳为如下几个方面：( 1 ) 真正能在企业中发挥作用的系统大多数仍是派生式系统，针对回转体零件的系统易于达到实用程度；自从t cc h a n g e 给出了“工艺自动设计”的明确定义后，工艺决策过程的自动化得到了全面的发展。面向并行工程下产品设计的c a p p 工艺决策加工元模型将工艺决策与产品设计有机结合，在理论和实践上对工艺决策模型、算法进行了有益的探讨与研究；基于神经网络的工艺设计实例推进索引模型，运用特征技术初步实现了回转类零件c a d c a p p 的集成：在建立统一产品定义模型基础上，采用框架结构、黑板结构的描述形式，将产生式规则应用于工艺过程的逻辑决策；基于制造信息建模、零件模型信息的正向离散与工艺设计基元信息的反向集中、基础数据与工艺设计决策控制分离的模型，提高c a p p 系统的柔性；模糊p e 订i _ 0 p n 网技术则针对装夹与定位方案提出可选工艺路线的决策方法；p d g 决策( 工艺决策图) 实现了工艺过程设计；基因遗传算法引入c a p p 系统从理论上实现了工步排序的优化。“1( 2 ) 创成式系统发展为基于知识的专家系统，已成为c a p p 应用发展的热点之一；早期的创成式c a p p 系统依靠决策树和决策表进行设计，难以随零件类型和生产环境变化自动生成合理的工艺规程；而c a p p 专家系统将工艺实践经验以产生式规则或其它知识表达形式纳入知识库中，成为系统推理的依据，推理机和知识库的分离便于系统设计者和工艺师的合作。工艺过程设计的主要问题不是数值计算，而是对工艺信息和工艺知识的处理，这正是专家系统的特长。( 3 ) 工程化、商品化c a p p 工具类系统应用较为广泛；工具型c a p p 的应用可以是企业根据自己的制造资源快速设置、建立适合企业特点的c a p p 系统。因此，对工具型c a p p 的制造资源的研究是当前研究的热点。目前有两种观点，其一是，制造资源模型应包括资源的结构形式、制造能力和状态。结构形式是实现产品的所有物理元素，对它们的描述是基于物理特性和功能组成。制造能力是进行产品生产时资源可完成的工艺。状态反映资源的实际硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发状况，如运行状况、负荷状况1 。其二是，通过研究建立了具有层次结构的二叉树设备环境模型。对于最底层的具体设备，采用基于特征的方法进行描述。通过对设备分类，并对每类设备的功能、工艺特性及状态进行分析，抽象出描述设备的两大属性：静态属性( 包括设各的管理特征、加工特征、控制特征) 和动态属性( 包括设备的状态特征和实时状态) 。在此模型的基础上，建立一个基于设备环境多工艺决策的c a p p 原型系统”1 。1 2 5c a p p 技术当前存在的问题虽然目前开发的各类c a p p 系统约有上百种之多，但c a p p 在生产实际中的应用情况尚不能令人满意，主要是下面几个关键问题尚未得到有效的解决：( 1 ) c a p p 系统的设计方法问题目前的c a p p 系统尚未很好地解决系统与数据的分离、知识与决策的分离，从开发模式上看大多为专用型系统，因此系统的扩充与更新困难，开发周期长。( 2 ) 零件信息描述和输入的问题现有c a p p 系统大多数依靠人工输入零件信息，费时费力且难以保证输入的正确性，成为阻碍c a p p 发展的一个瓶颈。( 3 ) 专家系统思想和系统决策方式有待完善与提高目前创成式c a p p 系统对于工艺知识的搜索与表达尚存在问题，必须进一步将经验知识理论化、公式化和标准化。同时由于人工智能技术本身发展还不完善，也给创成式c a p p 的研发带来困难。( 4 ) 系统实用性问题当前c a p p 系统还较多地存在柔性差、集成性差、智能化低、自动化程度低的问题，使c a p p 难以走向实用化。1 2 6 课题的提出及意义c a p p 技术自从诞生以来，其研究与开发工作一直是国内外的热点问题，而且随着时间的推移受到越来越多的关注。近年来，随着计算机集成制造技术、并行工程、虚拟制造、敏捷制造以及全球制造等先进制造系统理论的蓬勃发展，无论是广度上还是深度上，都给c a p p 系统的设计提出了更高的要求，c a p p 系统不仅是信息集成的中枢，同时也是并行环境下各子系统之间功能协调的纽带。它所提供的功能包括给c a d 系统提供反馈信息和支持设计决策，考虑车间层的实时动态信息，集成c a p p 与生产作业计划系统，用公共制造资源数据库集成c a p p与制造资源计划等。而国内外的现实显示，同c a d 、c a e 、c a m 、p d m 、m i s 、和e r p 等相关硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发的其它计算机技术相比，c a p p 的发展远远落后于其它计算机辅助技术了。而工艺设计及工艺数据管理是连接产品设计和产品制造的重要纽带，对企业生产经营的影响极大。因此，可以毫不夸张的说，c a p p 系统发展的相对滞后性已经成为了企业实施信息化改革的瓶颈问题之一。课题“工具型c a p p 系统的研究与开发”来源于和南京中科天文仪器有限公司( 以下简称中科天仪公司) 的信息化合作实施项目。本课题从系统化的角度出发，对计算机辅助工艺规划系统的集成性做了一定的研究，本着工具化的思想，以方便用户使用和最大限度满足用户需求作为出发点，构造了一个工艺人员能够在其基础之上方便地进行工艺设计的软件平台，与此同时，也在一定程度上实现了工艺资源信息的统一管理和共享。根据中科天仪公司的实际情况，考虑到企业需要的是计算机“辅助”工艺设计，而不是完全自动化的工艺决策逻辑，同时兼顾企业的工艺编制习惯和系统的先进性、开放性，笔者开发了一种便于操作，实用性强的工具型c a p p 系统。目前，智能化c a p p 系统由于其本身的缺陷以及实际情况的多种约束，尚不能普遍推广于中小型制造业企业，因此，不盲目地追求所谓的“先进性”，开发出一种能够满足实际需求的工具型的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，更加具有实际的意义。1 2 7 课题研究的主要内容本课题主要研究工具型c a p p 系统实现原理及其关键技术，对其中主要模块进行算法研究和程序实现。论文的详细研究工作如下：( 1 ) 工具型c a p p 系统总体结构的确定根据我们的调研得出中科天仪公司需求和实际情况，构造一种面向企业实际应用的工具型的c a p p 系统总体框架结构、数据信息流模型和数据库结构模型。吸收并借鉴目前已经形成商品化c a p p 软件的编制特点，采用模块化、基于对象的思想进行软件系统构建。( 2 ) 资源数据库管理系统研究资源的数据组织形式、数据库结构及对数据库的管理和维护。利用数据库技术，将机械加工工艺手册的部分内容输入系统的数据库，并且能够使得用户能够方便地进行调用和自定义的修改。( 3 ) 工艺卡片相关模块研究工艺卡片的生成以及输出模块，利用数据库技术和o l e 技术使工艺卡片的填写实现百分之百所见即所得，而且输出格式能够符合用户使用习惯。硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发( 4 ) 系统工具模块提供尺寸链计算、特殊符号查询以及公式计算和管理等辅助工艺人员设计的工具。( 5 ) 系统管理模块提供用户管理、数据备份与恢复等系统工具。1 3 论文组织结构图1 3 1 论文组织结构图第一章为绪论，简要介绍了c a p p 的发展历程和研究现状，以及本课题的主7硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发要研究内容和研究的意义；第二章在分析了企业需求以后，提出了软件的系统体系结构，包括系统总体结构、功能模型、数据信息流模型；第三、四、五章是本论文的主体部分，分别论述了本c a p p 软件系统的各主要模块：工艺数据库管理模块、交互式工艺设计、工艺卡片填写辅助工具模块，分析了其具体实现过程和所涉及的关键技术。在上述的理论研究基础上，开发了本c a p p 原型系统；第六章介绍了系统的应用环境以及用户管理模块。最后一章对论文的整个研究工作进行了总结，并对c a p p 软件的进一步发展进行了展望。堡笙苎三墨型曼垒竺至丝塑婴塞兰互生2 企业需求分析及系统的总体结构作为一个应用软件，其最终的归宿是用户，其设计的最终目的是用于生产实际，因此，在系统开发之前，必须对用户的需求做出分析，在软件工程中，所谓的“用户需求”是指软件系统必须满足的所有性质和限制。用户需求通常包括功能要求、性能要求、资源等方面的限制，其中功能要求是最基本的。下面本文将从企业本身的实际情况来分析企业对c a p p 系统的实际需求。2 1 企业基本情况南京中科天文仪器有限公司是2 0 0 1 年从研究型科研院所转制成股份制公司的企业。主要的产品是科普天文望远镜，圆顶，天幕，天象仪和科研用望远镜等。企业原来的产品开发主要来源是国家和天文科研院所的研究型项目，而自从转制后，企业需要面对开放的市场。对于企业来说，这个过程不仅仅是用户的转变，更是意味着从生产管理体制、模式到理念，企业将面临的一次重大的变革。2 1 1 中科天仪公司工艺相关部门现状描述中科天仪公司的生产部f 1 主要包括光学部、天文望远镜部、圆顶部以及光栅编码器部等几个部门。光学部的机加工和装配均在天文望远镜部，而圆顶部的工艺设计以及产品生产自成一个体系。总的来说，中科天仪公司的生产制造部门是一支年轻化的具有专业知识和技能的职工队伍。中科天仪公司工艺部门计算机配置和软件使用情况如表2 1 1 1 所示：表2 i 1 i 中科天仪公司工艺部门计算机配置和软件表序计算机台配置其他系统配置目的操作系统号型号数硬盘处理器内存软件o 茄c e 2 0 0 0w i n d o w s设计开发奔三a u t o c a dl兼容机33 0 g1 2 8 m9 8工艺编制1 0 5 g2 0 0 0w _ m x pp c c a d 等o f i i c e 2 0 0 0w i n d o w s设计开发奔三a u t o c a d2兼容机24 0 g2 5 6 m9 8工艺编制3 0 02 0 0 0w i n x pp c c a d 等硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发2 1 2 中科天仪公司生产流程描述现阶段中科天仪公司主要生产任务分为以下几类，一是根据市场开发部下达的生产计划生产科普望远镜系列；二是配合市场开发部、研发中心进行新产品的研制与生产；三是在满足公司内部生产要求的前提下加工一些外单位的外协产品( 主要是大件加工) 。图2 1 2 1 中科天仪公司工艺编排流程图1 0硕士论文上具型c a p p 系统的研究与开发2 2 企业应用c a p p 系统的必要性2 2 1 制约企业发展的生产方面的制约因素中科天仪公司脱身于事业单位，前身属于研究型的科研院所，生产和设计出的产品对市场的需要和成本的考虑并不是首要问题，只要注重其先进性和达到性能要求，力求精益求精。但是改制后的企业推向市场，必将面临生存的挑战。设计和制造不仅要考虑其实用性，还要考虑将成本降至最低，只有这样才能为企业创造更多的利润。公司的管理者也充分地认识到了这一点，设计开发部门的设计手段近年来随着三维c a d 系统的引入而逐渐趋向先进化，但是与此同时，产品生产过程中的工艺编排工作还大部分处于非常原始的手工编制状态，这种状况必然对高效率的产品生命周期开发要求造成阻碍。2 2 2 从生产管理内部环境分析中科天仪公司在产品开发和生产制造中积累了丰富的工作经验，形成了一套比较完善的规章制度。但随着产品数量的增加，产品以及产品零部件的图文档越来越多，零部件图文档的管理越来越困难，这些现象都严重影响了研发与生产的进度和质量。这种情况，在不仅仅在设计部门广泛存在，在生产部门，此类现象也是层出不穷。因此，应该借助信息化技术来理顺产品之间的关系，方便地管理企业所需要的信息，实现汇总和任务信息的自动传递，以缩短生产周期，高效率地完成任务。2 2 3 工艺编排工作中存在的瓶颈问题根据调研结果，本文研究认为，中科天仪公司生产部门的工艺编排主要存在以下几个问题：工艺卡的生成以手工为主，工艺编制人员以a u t o c a d 2 0 0 0 作为辅助工具对每个设计产品人工编制机加工工艺，而装配工艺则由工人自己掌握。显然，这种方式对于满足企业产品工艺的规范性的要求是无法实现的；产品同类零件的机加工工艺有一定的规律性。工艺校对由部门内部人员交互进行，并由主管领导进行审核。但每次对相关的同类产品进行工艺编制时，仍需要重新进行编制。重复劳动多，造成产品开发周期长：工艺数据重复填写、重复计算，存在大量的重复劳动，无法直接利用c a d硕士论文t 具型c a p p 系统的研究与开发信息，工艺设计工作量大、效率低、周期长、易出错：工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和工作经验，难以保证工艺数据的准确性，工艺质量无法保证；工艺方法因人而异，难以实现工艺设计的继承性、规范性、标准化和最优化，不能有效地降低生产成本：不能将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用，不能充分利用企业制造资源、工艺资源；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；2 2 4 企业应用c a p p 系统的必要性总结经过本文的研究调研，一方面，中科天仪公司生产的科普望远镜系列在技术上是成熟度很高的产品，大部分零部件的设计、工艺、制造和质量控制标准已经在公司内部规范化和标准化。对于这样的产品，产品成本的降低和控制是提高产品市场竞争力的关键。因此，在中科天仪公司的经营运作中，要充分实施产品开发、生产运作的标准化，要减少产品不必要的改型，促使生产能力达到最优，要提高制造工艺的稳定性，通过这些努力来减少和控制产品成本。另一方面，中科天仪公司的其它大部分产品都是根据客户需求定制的，这部分产品的特点是小批量( 甚至是单件) 、动态的产品开发与制造，具有时间的不确定性与紧迫性。我们发现，这部分定单不仅仅偶然性很大，批量较小，而且产品的交货期短，即产品从设计到制造的周期要短。换而言之，市场对中科天仪公司产品的敏捷度要求越来越高。这时企业赢得市场的关键是在尽可能短的时间内达到客户期望的产品性能要求，同时也要使产品成本在企业能够接受的范围之内。这就要求中科天仪公司能在迅速满足市场需求的前提下，能够提供多样化的产品来提高企业的市场竞争力。与此同时，还要注重产品和工艺的稳定可靠性。这两个方面存在很大的矛盾，即在满足多样化产品制造的同时又要使产品的成本最低，这是一个非常棘手的问题，给中科天仪公司的经营活动带来了巨大压力。目前，中科天仪公司虽然利用其强大的制造能力在一定程度上似乎缓解了这种压力，但是，如果要从根本上解决这个棘手问题的有效方法就是大幅提高中科天仪公司的产品开发能力，通过强大的产品开发能力来满足市场对产品多样化的要求，利用强大的研发能力来保证产品制造的标准化、实现产品的低成本制造。利用c a p p 技术，提高工艺编制的效率和标准化，并且使的工艺信息能够在企业硕_ ：论文工具型c a p p 系统的研究与开发信息系统内部实时传递和全面共享，能够有效缩短产品开发周期、降低产品开发成本，大幅提高产品的开发效率。因此，实旋c a p p 系统是解决市场对中科天仪公司产品开发敏捷性要求的有效途径，也是提升中科天仪公司产品创新开发能力的有效途径之一。结论：c a p p 系统的建立和实施，为中科天仪公司生产部门的工艺数据建立了数据共享和快速传递的机制，促使生产过程更加规范化和标准化，对有效缩短产品开发周期、降低产品开发成本具有直接的作用，从而为中科天仪公司及时响应市场需求奠定了重要的技术基础。2 3 企业需求分析及系统建模实践证明，符合企业需求的c a p p 系统才是有生命力的系统，因此，在开发本c a p p 系统之前，在做好理论探索的基础之上，深入了解企业需求，在保证c a p p系统先进性的前提下，才能开发出满足企业实际需要的、具有良好柔性、可重构性的开放型c a p p 系统。2 3 1 功能需求分析及功能模型建立中科天仪公司工艺编排主要以手工为主，辅助以a u t o c a d 2 0 0 0 作为工序图生成手段，目前看来，这种方式达不到企业对工艺信息规范化和标准化的要求，因此，迫切需要工具型c a p p 工艺编制辅助系统来辅助工艺卡片和工序图的生成，减少重复劳动，提高产品开发效率。从开发的角度来看，企业对c a p p 的要求包括：安装简便、人机界面友好目前实用型的c a p p 系统日趋复杂，企业在应用c a p p 系统时，往往需要较长时间的数据准备和系统调试，实践证明，安装期过长或者需要对企业使用人员进行长期培训的c a p p 系统往往在现实中的应用要受到很大的制约；良好的工艺卡片、工序图生成以及导出功能c a p p 系统最主要的功能就是辅助工艺人员生成工艺卡片、工序图以及相关文档，因此，良好的工艺卡片、工序图模块对于用户而言是必不可少的；系统工具c a p p 作为一个完整的软件系统，必然需要一个系统维护以及升级的工具，主要包括：用户管理、密码服务、系统数据备份和恢复等等。功能强大的辅助工具结构化分析方法( 简称s a 方法) 是目前主流的需求分析技术，它是一种面硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发向数据流的自顶向下、逐层分解的系统分析方法。通过需求获得出系统的高层数据流图，然后从数据流图的输入输出端着手分析，把数据流和数据存贮定义到元素级上，最终确定系统必须具有的最基本的元素。工具型c a p p 系统就是要为工艺编排人员尽可能地提供辅助工具，因此，必须提供辅助工具模块。那么，工艺编排过程中，究竟需要哪些辅助工具呢? 下面笔者将从编制工艺卡片的流程出发，具体分析c a p p 系统所需要的辅助工具模块。一般来说，零件加工工艺的编制可分为以下四个阶段：零件工艺分析、工艺路线制定、工序设计和工艺过程卡及工序卡填写。零件工艺分析包括主要表面质量要求、重要的技术要求和位置尺寸的精度要求。工艺路线制定包括加工方法选择以及划分加工阶段两部分，表面的形状和尺寸、表面精度与粗糙度、工件材料与热处理、工件构形与重量、产量与生产类型和生产条件等决定了加工阶段的选择；而加工阶段的划分又要考虑到工序集中和分散、基准选择和基准先行的原则和热处理及其它工序的安排。工序设计主要是跟加工有关资源和参数的确定，包括机床、夹具、切削工具及量具的选择，加工余量、工序尺寸及切削用量的确定。计算机辅助工艺系统的开发就是要模仿这个工艺设计人员的复杂的抽象的思维过程。”1 根据以上对工艺编制阶段的划分和理解，按照结构化分析的方法，本文研究给出了计算机辅助工艺规划设计系统的工艺数据流图( d f d ) ，如图2 3 1 1所示。从图2 3 1 1 我们可以看出，在选择加工方法的时候，需要查看企业技术标准、产品c a d 图纸、以及有关加工方法所能达到的经济加工精度等工艺情报信息。这些信息可以在工艺手册中查找，也可以是企业在长期的生产实践中根据自己的实际情况进行总结和归纳；在工艺路线设计和工序设计阶段，工艺编制人员需要查询的信息包括工人工作安排信息、机床信息、刀具信息、夹具信息、量具信息以及其它工装信息等，而在计算工艺尺寸的时候，需要查询加工余量、切削用量并且计算工时，有时也需要计算零件质量和工序尺寸链。因此，考虑到企业对工艺编制过程中的实际需求，本系统的辅助工具模块包括以下几个部分：1 ) 材料牌号信息、材料规格信息模块2 ) 机床设备信息、工艺装备信息模块3 ) 加工余量信息、切削用量信息模块4 ) 经济加工精度信息模块5 ) 工艺尺寸链辅助计算模块6 ) 零件质量计算模块7 ) 特殊符号查询模块】4硕士论文工具型c a p p 系统的研究与开发产品c a d 图纸产品编码零件描述信息3 n t 设备工时定额材料规格工装信息夹茎星婪捍关工艺路线文件图2 3 1 1 工艺设计过程数据流图8 ) 公差查询模块9 ) 材料牌号信息、材料规格信息模块1 0 ) 机床设备信息、工艺装备信息模块1 1 ) 加工余量信息、切削用量信息模块1 2 ) 经济加工精度信息模块1 3 ) 工艺尺寸链辅助计算模块1 4 ) 零件质量计算模块15 ) 特殊符号查询模块1 6 ) 公差查询模块堡丝壅工墨墨竖垒丛生型型堕塑盈圭塑卫2 3 2 性能需求分析及系统可重构性要求对c a p p 系统的软硬件配置都有使用的安全性和可靠性要求，要防止不必要的人为因素所造成的软、硬件系统运行的故障或严重损伤或系统破坏。软件系统数据的安全性；软件系统运行可靠，性能稳定，无二义性；软件系统操作方便、灵活、易于理解：有良好的人机界面，操作简单、方便、可靠，能够引导用户快捷地完成工艺设计由于工具型c a p p 系统要求有广泛的适用性，而且随着企业的发展，必然要对系统的结构以及数据资源进行修改与增删，因此系统要有一定的柔性和可重构性。具体表现在用户可以根据实际生产背景和拥有的资源情况，能够对工艺内容和制造资源库进行必要的修改和扩充。整个系统设计结构化、模块化，系统具有高的灵活性、可扩展性和可维护性，体现c a p p 系统的工具化恩想，提供用户实用、方便的辅助工具。2 3 3 资源需求分析及系统开发平台、运行环境分析设计v i s u a lb a s i c 是以结构化b a s i c 语言为基础，以事件驱动作为运行机制的新一代可视化程序设计语言。v i s u a lb a s i c6 0 在原有b a s i c 语言的基础上进步发展，综合运用了b a s i c 语言和新的可视化设计工具，既具有w i n d o w s 所特有的优良性能和图形工作环境，又具有编程的可靠性和简易性。v i s u a lb a s i c6 0 具有以下几个特点：v i s u a lb a s i c6 0 是面向对象的可视化设计工具，它运用面向对象的设计方法，把程序和数据都封装成为了一个个对象，大大提高了程序设计的效率：v i s u a lb a s i c6 0 沿用了结构化程序设计思想，具有丰富的数据类型、众多的内部函数和结构化程序设计结构，简单易学；v i s u a lb a s i c6 0 采用了对象的链接与嵌入( o l e ，o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ) 技术，利用o l e 技术可以很方便地开发图象、字处理和w e b 等对象于一体的应用程序；v i s u a lb a s i c6 0 支持多种数据库的访问，可利用数据控件或o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 访问多种数据库系统。【l 们而考虑到工程数据结构和联系的复杂性，既要处理设计过程中的图形数据，又要处理相关的非图形数据，而且还要能很方便地存储、查找、调用和组织这些1 6硕士论文上具型c a p p 系统的研究与开发数据，因此必须在程序设计中采用主流的关系型数据库系统。由于程序设计语言已选用微软公司的v i s u a lb a s i c6 0 ，因而在选用数据仓库的时候，考虑到系统的兼容性问题，因此也选用微软公司出品的a c c e s s 2 0 0 0 作为本c a p p 系统的数据仓库，来存储和处理工艺数据。a c c e s s 2 0 0 0 的并行处理体系结构、强大的数据处理功能在数据管理、维护、查询、汇总等方面具有很大的优越性，完全可以满足用户对其提出的绝大部分要求。2 4n a i r c - - c a p p 系统的总体结构n a i r c - - c a p p 是一个基于数据库管理平台的c a p p 集成系统，应用人机交互式工艺设计的思想，实现计算机辅助工艺设计的工具型c a p p 系统的开发。本c a p p 系统利用数据库技术建立了工艺资源库，通过对工艺设计资源的统一管理和共享，有效地提高了工艺设计水平。本c a p p 系统的工艺卡片输出模块基于w o r d 平台，充分利用了w o r d 的强大的文本处理功能，易学易用，能够快速方便的进行工艺设计。n a i r c - - c a p p 系统的主要功能模块包括：零件基本信息管理、工艺资源管理、典型工艺管理、工艺卡片处理、交互式工艺设计、系统管理等模块组成。总体结构框架图如图2 4 1 所示。图2 4 1n a i r c - - c a p p 总体结构框架图硕士论文l 一具型c a p p 系统的研究与开发2 4 1n a i r c - - c a p p 系统功能规划|工具型c a p p 系统用户界面应用层系统管理零件信息输入工艺设计辅助工艺卡片操作模块数据库管理模块模块系统模块模块用零资数资户用零件制工特新工工工工源据源添户件造艺尺公殊建艺艺艺艺数库数加密信资参寸差符工卡卡卡卡据信据功能层库与码息图源数链艺片片片片导份删管输纸选选计查号删查导库除理入输择择算询查卡存出维询片储除询入护出请求处理与数据接口接口层慝瞬离数据库层图24 1 1n a i r c _ c a p p 功能规划图本c a p p 系统功能规划如图2 4 1 1 所示，应用层是用户编制工艺规程卡片的主界面，提供所见即所得填卡系统和智能化辅助工具来帮助用户编制工艺。数据库层和接口层包括了数据库管理系统、网络环境和其它支撑软件，为系统提供环境支撑。功能层为系统的核心层，按照需求分析提供了以下几个模块：系统管理模块、零件信息输入模块、工艺设计辅助系统模块、工艺卡片操作模块、数据库管理模块等。i 零件信息输蕤獭囊绸零件信息输入c a d 图纸浏览圈羹墨感工艺卡片新建工艺卡片查询工艺卡片打开工艺卡片存储工艺卡片删除工艺卡片导出制造资源模块工艺资源模块尺寸链计算模块公差查询模块硕十论文上具型c a p p 系统的研究与开发特殊符号查询模块零件质量计算隆塑錾塑遗璧妻! 萋圜资源数据库查找资源数据库修改资源数据库增加资源数据库备份与恢复陵统管、理横浃i用户管理密码管理2 4 2n a i r c c a p p 系统信息流程随着c i m s 、敏捷制造等一批新的生产制造理念的出现和发展，企业为了快速响应市场的变化，仅仅实现工艺规程编制的计算机化，还难以满足企业整个信息化的需求。完整的制造工艺信息系统要求以各专业工艺的计算机辅助设计为基础，实现基础工艺信息管理、面向制造的产品结构管理、材料定额计算、工艺分工与工艺设计流程管理、产品工艺数据综合管理等工艺管理功能。除了方便的计算机辅助工艺规程编制功能外，更要包含对企业制造工艺信息及工艺工作流进行快速有效的查询，实现产品工艺设计及管理一体化，建立企业完整的制造工艺信息系统。图2