（机械制造及其自动化专业论文）cappframework应用技术开发研究.pdf

西北工业太学硕士论文摘要 摘要 诗冀枫辕动工艺攥程设诗( 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 ，c a p p ) ，怒绳 进生产撒餐工作自动化的有效途径，其应用对于缩短产品制造周期、提高产品 质量、降低产品成本具有重要意义。 本文主要缝合终纛在疆疆究黛期阉鼹c a p p 豹实薤盛瘸、舞发窥磷宠等 工作，研究了在c a p p f r a m e w o r k 警裔上的c a p p 应用开发技术，主要的内容包 括： l 。农c a p p f r a m e w r o k 平台上实现了一种攫工艺信息模型的基础上建嶷工 艺卡冀写之霹瘟豹浃瓣荚系，荠在工芑番意簇娶鬻浚藜关系鹣支持下完藏工艺 数据的撼取和入库的圈形化工艺设计技术。 2 掇出了一种综台派生式和生成式两种工艺设计方法的参数化工艺设计方 式；并邋逑c a p p f r a m e w o r k 平台实现了这秘工慧设诗方式， 3 c a p p f r a m e w o r k 作为p d m 的一种工艺设计工具与p d m 的集成与蜜现。 4 c a p p f r a m e w o r k 与车间生产臀理系统集成与实现。 关镌词t c a p pc a p p f r a m e w o r k面向对象的工艺信息模型p d m 图形像工艺设计参数纯工艺没诗车间黛产管理系绕 西北工业大学硕士论文 a _ b s t r a c t a b s t r a c t 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 ) ，w h i c hh e l p st oo r g a n i z et h e p r e p a r a t i o nw o r kf o rp r o d u c t i o n p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ns h o r t e n i n g p r o d u c t - m a n u f a c t u r i n gp e r i o d 。e n h a n c i n gp r o d u c tq u a l i t ya n dr e d u c i n g p r o d u c tc o s t a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo fc a p p i ss t u d i e do nt h e c a p p f r a m e w o r ks y s t e m ，o nt h eb a s eo fp u t t i n gf o rp r a c t i c e ，d e v e l o p i n g a n ds t u d y i n gw o r kf o rc a p pd u r i n gt h ea u t h o rg r a d u a t i o ns t u d y 。i nt h i s t h e s i s t h ek e y si s s u e so nt h et h e s i sa r ea sf o l l o w i n g ： 1 _ ag r a p h i c s b a s e dc a p pi sr e a l i z e do at h ec a p p f r a m e w o r ks y s t e m t h e k e yp o i n t s 1 i ei nt h a tb a s e do no b j e c t o r i e n t e dp r o c e s si n f o r m a t i o n m o d e l i n gt h em a p p i n gr e l a t i o n sb e t w e e nt h ep r o c e s sc a r da n di ti sb u i i t ， a n da c h i e v et h ep r o c e s sd a t aa c q u i r i n gf r o mt h ec a r d sa n ds t o r i n gi n t o d a t ab a s e 2 ap a r a m e t e r _ b a s e dc a p p ，w h i c hi sc o l l i g a t e db yt h eg e n e r a t i v ec a p p a n dt h ev a r i a n tc a p p ，i sp r e s e n t e d t h ec a p pi sr e a li z e do nt h e c a p p f r a m e w o r ks y s t e m ，t h e r e f o r e 3 a sat o o lo fp d m ，c a p p f r a m e w o r ks y s t e mi si n t e g r a t e di n t op d m 4 c a p p f r a m e w o r ks y s t e mi n t e g r a t e sw it hw o r k s h o pm a n a g e m e n ts y s t e m k e yw o r d s ： c a p p ，c a p p f r a m e w o r k 。o b j e c t o r i e n t e d p r o c e s si n f o r m a t i o nm o d e l i n g p r o d u c td a t am a n a g e m e n t g r a p h i c s _ b a s e dc a p p ，p a r a m e t e r b a s e dc a p p w o r k s h o pm a n a g e m e n ts y s t e m 西北工业大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 计算机辅助工艺过程设计( 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 ，c a p p ) ，作为 诗算瓤集成裁造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e x l m a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 熬一令重要缀 成部分，是逑按产品设计尊僚4 造的桥梁，是整个制造系统中的重要环节，对产晶 质量和制造成本具有极为黧要的影响；怒保证产品制溉过程中韵信息畅通的关键 耀节。 随着诗算机在制造企照中酶应鼹，c a p p 静应露越聚越广泛，窀秀提高工艺 设计的质量，缩短生产准铸周期，从繁琐、重复的劳动中将广大工藏人员解放出 求提供一条切实可行的途径。 1 1 c a p p 氍述 土世纪6 0 年代末，人们辘舞始了c a p p 豹研究每阡发，最早研究c a p p 技 术鼢国家有擦藏及蘸苏联等。毽在c a p p 发震变上其蠢鼙程碡意义瓣建设在美嚣 的国际性组耄f c a m - i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m - i sa u t o m a t e dp r o c e s s p l a n n i n g ) 系统。国内最早开发的c a p p 繇统是同济大学的修订式t o i c a p 系统 秘嚣l 工韭大学豹毫l 袋式c a o s 系统，葵竞残豹薅耀粼在上夔纪8 0 年我翅。 经过3 0 多年的历程，阑内乡 对c a p p 技术已避彳亍了大量的探讨与研究，无 论在研究的深度上和广废上都不断取得谶展。 1 1 1 c a p p 翦发展 上世纪9 0 年代中期阻前，人们在传统的修订式c a p p 系统、刨成式c a p p 系 绞疆及e a 豫专家系统兹开发疆究中，都瑕褥了一定戏祭。但虫子以蔓艺决策鸯 翡亿为唯一蟊际，以期在王笼设计上代替工艺入员静势动，因此，造成开发应鼹 中的诸多问蹶：系统开发周期长、费用谳、难度大；工艺人员在使用中需交互输 入大量的零件信息，麻烦两又容易出错，滩以掌握系统的使用：系统功能和应用 蕊溺秀羧( 蜀羧彀丈) ，鼷乏逶波生产繇凌交往懿灵活摸粒逶援牲，薅豁燕广应蘑。 尽管国内外不断地在开发王具( 包括专家系统开发工熙) 的开发、面向对象0 ， o b j e c t - o r i e m e d ) 技术的应_ 辫j 、c a d c a p p 集成应用等方面进行探索，但始终未 西北工业大学硕士论文第一章绪论 能有效推进c a p p 的实用化，因而未能给c a p p 发展奠定坚实的实践基础。 1 9 9 0 年代以来，c a p p 的实用化问题引起研究者和企业技术工作者的重视 以实现工艺设计的计算机化为目标或强调c a p p 应用中计算机的辅助作用的实 用化c a p p 系统成为新的主题。这些实用的c a p p 系统或是专用开发或是基于商 品化系统的应用开发，大致可分为以下两大类： 1 基于文字、表格处理软件或二维c a d 软件的工艺卡片填写系统 由于以自动化为目标的修订剧成式c a p p 应用存在的问题，许多企业自行 基于文字、表格处理软件或二维c a d 软件等通用软件开发工艺卡片填写系统。 在这些系统中，很多只是基于简单模板的计算机输出工艺卡片，仅取得了有限的 应用效果。但也有一些系统是企业在工艺标准化、规范化的基础上花费大量人力、 物力所开发出来的，且取得了很好的应用效果。1 9 9 7 年以来国内推出了几个 商品化c a p p 系统，其中许多是基于a u t o c a d 和其它一些图形系统的工艺卡片 填写工具系统。这类系统片面强调工艺设计的“所见即所得”，完全以文档为核心， 忽视企业信息化中产品工艺数据的重要性，存在难以保证产品工艺数据准确性、 一致性和难以实现工艺信息集成的致命问题。这类系统基本用文件形式进行管 理，有些虽然自称用数据库进行管理，但事实上是基于文件封装概念的管理，产 品工艺数据的准确性、一致性和工艺信息集成等问题仍无法解决。 2 基于结构化数据的c a p p 系统 从信息系统开发角度，分析产品工艺文件中所涉及的数据信息，建立结构 化的数据模型，并以模型驱动进行工艺设计。一些企业开发的专用c a p p 系统基 本属于该类系统，大都采用通用数据库管理系统进行开发。 1 1 2c a p p 的发展方向 目前，c a p p 正向一种面向企业信息化的制造工艺信息系统发展。面向企业 信息化的制造工艺信息系统阻实用化为基础，以企业全面集成应用为目标，综合 考虑包括工艺决策自动化等问题在内的各种工艺技术问题的研究与开发。面向企 业信息化的制造工艺信息系统的研究与开发呈现出如下三大特征： 1 c a p p 系统采用面向工程应用的、基于交互式的体系结构 从系统体系结构来看，c a p p 以交互式为基础的发展趋势，看上去好像是回 到c a p p 系统发展的初级阶段，但实际上并非如此。c a p p 系统在开发应用过程 中，其目标与早期的交互式系统以及后来的其它各种传统c a p p 系统有很大的不 同。这类符合现代制造系统需求的c a p p 系统在国内越来越多的企业得到应用 西北工业大学硕士论文第一章绪论 短短几年已取得相当显著的效果。 2 c a p p 应用从以零组件为主体的局部应用走向以整个产品为对象的全面应用 如果继续采用以零组件为主体对象的集成与应用模式c a p p 在企业的应用 只能是局部的应用，c a p p 的集成也只能是局部的集成，不可能实现企业产品工 艺设计与管理的全面信息化，必将造成企业工艺管理上的不一致与不协调，从而 难以真正实现p d m 、e r p 等相关系统对产品工艺信息的全面集成共享，并将在 根本上阻碍c a p p 的应用和发展。在企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的 变化而采用多种新技术的环境下，推广并普及计算机辅助技术，改变传统的工艺 设计手段，采用以计算机为工具的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上 台阶的关键之一，也是企业发展的必由之路。当前国内制造企业正在大力推行信 息化工程，许多企业在成功实施c a d 之后正在积极拓展c a p p 的应用范围，即 从以零组件为主体对象的局部应用走向以整个产品为对象的全面应用，逐步建立 企业及制造工艺信息系统，以便从根本上解决企业中关键的工艺信息共享问题。 3 c a p p 的应用开发以平台工具类c a p p 软件为基础 由于工艺过程设计与具体的生产环境、生产对象及生产技术水平密切相关， 因此，难以开发通用的c a p p 系统。而专用的c a p p 系统开发模式，将造成大量 的低水平重复，浪费不少的人力、财力。因此，如何把工艺过程设计中一般性的 方法内容和特殊性的要求相结合，建立易于扩充的工艺信息系统结构，发展符合 各类制造企业实际需求并可大力推广的c a p p 应用支撑软件( 平台，工具型c a p p 系统) ，成为c a p p 研究与开发的重要方向。 1 9 9 0 年代以前，国内外曾不断地在c a p p 开发工具的开发及面向对象技术 的应用上进行探索但受限于以自动化为目标和以零组件为主体对象，c a p p 的 工具化、平台化问题并未得到解决。在以交互式为基础的c a p p 系统体系结构指 导下，短短几年，c a p p 的工具化、平台化就得到了很大的发展。目前，国内外 已有相应的商品化软件推出。从总体来看，以交互式设计和数据化、模型化、集 成化为基础、并综合应用数据库技术、网络技术等是这些商品化c a p p 软件的 共同特点。 当今，世界已进入了信息时代，制造业正面临着新的挑战，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，集成化、智能化、系统化、实用化、工程化成为c a p p 的发展方向。 从技术发展看，c a p p 在新的开发模式、体系结构框架内结合现代计算机、 信息等相关技术的进展，采用新的决策算法、发展新的功能，在并行、智能、分 布、面向对象等方面进行着有益的尝试。 西北工业大学硕士论文第一章绪论 从工程应用看，c a p p 的发展正在逐步体现现代先进制造思想，向工艺设计 与工艺管理一体化的制造工艺信息系统发展。 1 2 c a p p 在企业中应用现状 虽然对c a p p 的研究已有3 0 多年了，但是在国内，c a p p 在企业中实际大规 模的应用是在最近的几年。c a p p 在企业中应用，给企业带来下面的好处： 使工艺设计人员摆脱大量、繁琐的重复劳动，将主要精力转向新产品、 新工艺、新装备和新技术的研究与开发。 提高产品工艺的继承性最大限度地利用现有资源，降低生产成本。 使没有丰富经验的工艺师设计出高质量的工艺规程，以缓解当前机械制 造业工艺设计任务繁重，但缺少有经验工艺设计人员的矛盾。 有助于推动企业开展的工艺设计标准化和最优化工作。 共享和连接产品设计信息与制造信息，保证信息的重用性和准确性、一 致性。 随着计算机技术的发展和企业信息化的更迸一步的深化，企业对c a p p 也有 了更高要求，主要体现在下面几个方面： 1 方便简单的操作c a p p 首先作为工艺人员进行工艺编制的辅助工具软 件，利用它进行工艺设计时，要符合工艺人员的设计习惯，操作要方便简单，界 面要友好直观。基于交互式界面，方便、简单、友好操作的c a p p 系统更为企业 接受。 2 强大的工艺信息警理c a p p 不能只是作为工艺人员“甩钢笔”、“甩手册” 的辅助工艺设计工具，它应该还需要兼顾工艺信息管理的强大功能。从企业管理 来看，工装设备、材料、工艺关键件、外协外制件、工时定额、辅助用料、关键 工序等各类统计汇总、产品工艺文件的更改与归档管理等产品工艺管理工作占有 十分重要的地位；有的企业工艺数据的汇总、计算、抄写等重复性劳动占全部工 作量的5 0 6 0 。工艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统计等重复性劳 动工作，不仅工作效率低，而且很难保证工艺文件的准确性、一致性。这些情况 都要求具有强大的工艺数据管理功能的c a p p 系统。 3 一定范置内自动化智能的工艺设计经过多年的c a p p 应用经验，c a p p 的完全自动化是不可能的这一事实已经得到了c a p p 研究者们和企业的共识，但 在一定的范围和条件下运用成组技术、专家系统、遗传算法、模糊推理等技术 实现部分自动化工艺设计还是可能的，在企业的实际应用中也得到了应用证明。 4 西北工业大学硕士论文第一章绪论 但是这样的自动化工艺设计系统的开发周期很长，效果并不是很显著。因而，一 种开发周期短且效果明显的智能化c a p p 系统就成为了企业的强烈需求。 4 真正的设计与制造的桥粱随着企业信息化的不断深化，并行制造、敏 捷制造、虚拟制造等先进制造技术的应用，c a p p 这个连接设计和制造的关键环 节显得更为重要。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及个人经验水平密切相关；生产环境不同( 不同的工厂， 甚至同一工厂内的不同车间) 、产品对象不同、生产批量不同，生产设备、工艺 方法和工艺习惯都不一样，使得产品工艺差别很大。这样企业中c a p p 的应用也 就根据企业的特点具有很大的差异。所以，在实际的集成过程中，工艺信息的集 成在很大程度上需要针对具体的企业对c a p p 的不同应用情况进行专用的集成 接口开发。一种具有方便快捷集成性的c a p p 系统对于加快企业制造信息化具有 推动作用。 1 3 c a p p f r a m e w o r k 概述 c a p p f r a m e w o r k 是一个以工艺知识库产品工艺数据库为核心，以交互式设 计为基础，集成工艺知识库管理工具等应用支持工具的c a p p 平台软件。它能广 泛应用于各种不同类型和层次的企业、企业不同层次的各个工艺部门( 机加、装 配、焊接、热处理等) ，并将不断集成各类二次开发工具和在不同应用层次上实 现集成化。利用c a p p f r a m e w o r k 的各种管理工具和二次开发工具，在这个c a p p 平台上根据企业实际情况进行相应的实施和二次开发，就可以建立起企业的制造 工艺信息系统，满足企业对c a p p 的各种要求。 1 3 1 c a p p f r a m e w o r k 的主要功能及其模块 c a p p f r a m e w o r k 系统包括工艺知识管理、用户角色管理、工作流管理、产 品结构管理、综合工艺管理、工艺设计集成环境、定制与集成工具、工艺文件管 理等八个模块。系统的运行依赖于内部的用户信息库、工艺知识库和工艺数据库 的有效支持，可以集成已有的工程数据库，并把系统产生的工艺数据共享给其它 系统。系统构成如图1 1 。 西北工业大学硕士论文第一章绪论 圈1 1c a p p f r a m e w o r k 蔫奠构成 1 3 2c a p p f r a m e w o r k 的基础面向对象的工艺信息建 模技术 工艺过程设计是典型的复杂问题，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量和 知识量相当庞大，根据这些知识在c a p p 系统中的作用可以将其分为：工艺信息 模型、工艺数据、工艺决策知识和决策过程控制知识等，并采用面向对象技术建 立工艺信息模型，工艺数据作为对象的“实例”，存储在知识库或工程数据库中， 采用产生式规则表示工艺决策知识和决策过程控制知识，由于这些知识描述了对 象类及其属性之间的相互关系，因此，这些知识作为对象类的“方法”，与面向对 象的工艺信息模型集成在对象类中。 1 面向对童的工艺信息建模 面向对象的工艺信息建模就是采用面向对象方法分析描述c a p p 系统的实体 结构、对象之间的关系及对象的操作等，形成能够正确反映工艺设计过程的对象 模型。 对象是应用领域中有意义的事物，对象类则是具有相同性质对象的抽象，它 将该组对象所具有的共同特性( 包括结构特性和行为特性) 集中起来，以说明该 6 西北工业大学硕士论文第一章绪论 组对象的性质和能力。对象类常简称为“类”。类的一大特性是具有层次结构，一 个类有超类和子类，利用对象类的层次结构实现对象类的属性和方法的可继承 性。 把零件、工序、工步、加工所用机床、刀具、夹具、切削参数、材料等分别 定义为不同的类，把所有对象共有的属性和方法定义为一个基本类，在此基础上， 利用对象的派生、继承等特点，使知识的扩充简便易行。 一个对象具有若干个结构特性，即对象属性。例如，车床可以用型号、名称、 最大加工直径、最大加工长度等属性来描述其结构特性。 一般来说，属性的值型为整型( i n t ) 、浮点型( f l o a t ) 、字符串型( s t r i n g ) 等。 为了描述对象关系和工程数据的需要，引入了对象型( o b j e c t ) 、对象表型( o b j l i s t ) 、 图形( d w g ) 、文本( t e x t ) 等数值类型。 对象方法是工艺决策知识的组织单元是具有相同决策功能的规则的集合。 一个对象可有多个对象方法，每个对象方法包含多条完成某一决策任务的产生式 规则。在对象方法定义时确定对象方法名称、推理方式( 按权重排序单一推理、 按权重排序多重推理、按规则顺序多重推理) 、启动类型( 主动方法、被动方法) 等。如“工序”对象类有“机床选择”、“工序排序”等方法。 为了规范化表示和处理产生式规则，引入了规则元的概念，同时根据工艺决 策规则的表示和推理的需要确定了一些保留字和命令词。 规则元是组成规则的基本单位，具有明确含义的指令或判断。按照其目的和 表示形式，规则元分为条件规则元、命令规则元、赋值规则元等。条件规则元用 在规则的前提部分，而命令规则元、赋值规则元用在规则的结论或否则部分。 工艺决策知识的表示和推理中，常需要一些词语指代相应对象，因此就引入 了保留字。如o p e r a t i o n 用来指代工序对象，s t e p 用来指代工步对象，t e m p o b j 用 来指代需要的临时对象。 同时，为了描述一些决策过程，或提供用户进行人机交互的操作，根据需要 引入了命令词。如c r e a t e ( 创建) 用来描述一个对象的创建过程，q u e r y o b j e c t ( 查 询对象) 用来描述一个对象数据的查询，g e t e h o i c e ( 用户选择) 用来描述请求用 户根据提示选择输入数据。 为了保持工艺决策规则在语法、语义上的正确性在进行对象方法的维护时， 需要进行规则的预编译处理。建立工艺信息建模与决策规则描述语言( 见表1 1 、 表1 2 ) 为工艺知识库的建立、维护与编译奠定基础。 西北工业大学硕士论文第一章绪论 象类：= i ( i = l - l 一i f - l i n c l u d e j i s l i n s i d e 箭令词：= c r e a t e i d e l e t e i g e t i n p u t 1 g e t e h o i c e i g e t o b j e c t i w r i t e n o r m a l _ u p l n o r m a ld o w n i c h e c k i u s e m e t h o d l u s e r u l e q u e r y o b j e c t i c o n n e c t i d i s c o n n e c t l s h o w m s g 生项：= 占项：= 果留字：= p a r t l p l a n i o p e r a t i o n i s t e p i r n - e i f e a t u r e i t e m p o b j 表1 2 产生式规则表示范式( 部分) 2 工艺信息模型的建立 利用面向对象的工艺信息建模技术建立的企业的工艺信息模型可以用c a p p 对象类树( c t ，c l a s st r e e ) 、对象类表示和零件工艺对象关系m ( o r g ，o b j e c t r e l a t i o ng r a p h ) 来表示，某企业的工艺信息模型如图1 2 、图1 3 和图1 4 。 3 西北工业大学颀士论文第一章绪论 机加工序 工序号 王穿名熬 工种：车 车间 机床 工序内容 王于 机床选择 工时计算 辅助工序寰摊 图1 3 对象类豹表示 9 零傅= e 艺 工枣 工步 常用术语 特拣字符 机廉设备 工芑装吝 焊接设备 热处理设备 车n 攘工孛心 材料 产酷 零件 毛坯 规如工艺 枫船工痔 机加工步 鹭l 。4 零停工艺对象荚蘸翻 西北工业大学硕士论文第一章绪论 1 4 研究主要内容 c a p p f r a m e w o r k 作为一个集成开放的c a p p 平台系统，在飞机、汽车、电 子船舶等企业中得到了广泛的应用，在多年的应用中也存在许多的问题：数据表 格形式的交互工艺设计界面不能满足c a p p 的发展的需求：虽然系统具有基于知 识的智能决策功能，但由于实施周期长在企业中的缺少真正实际的应用；与其 他系统的集成二次开发工作量大，缺乏一种与其他系统方便快捷可靠的集成方法 等。 本文主要以c a p p f m m c w o r k 在应用过程中的现实应用需求以及c a p p 的发 展需求为研究对象，来展开下面几个方面的研究： 基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术：实现图形化工艺设计的关键 就是在工艺信息模型的基础上建立工艺卡片与之对应的映射关系来实现工艺数 据的提取和入库。 基于参数化的工艺设计技术：提出了一种参数化的工艺设计方式，并讨 论了实现这种工艺设计的技术方法以及在c a p p f r a m e w o r k 平台上运用这种工艺 设计方式实现了在某企业的电缆工艺设计。 c a p p f m m e w o r k 的集成应用技术：主要论述了把c a p p f r a m e w o r k 作为 p d m 的工艺设计工具与p d m 集成的一种适用于企业中两个独立的c a p p 系统 和p d m 系统的集成技术；另外，还讨论了c a p p f r a m e w o r k 与车间生产管理系 统的集成。 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 第二章基于工艺信息模型的图形化 工艺设计技术 随着计算机技术和企业信息化建设的进一步发展，企业对c a p p 的要求越来 越高，特别是要求一种既能提供给操作人员所见即所得的友好操作界面，又具有 强大的工艺管理、信息集成以及智能决策等功能的图形化的工艺设计方式，这种 方式能使c a p p 应用给企业带来更大的效益。 2 1 工艺信息管理与圈形化工艺设计 c a p p 只有以结构化、模型化数据实体为存储单元，保持工艺数据唯一的数 据源，工艺设计的结果以结构化数据存储在工艺规程库中，才能实现工艺信息管 理( 工艺信息的统计汇总、制造b o m 的生成、工艺文档浏览与打印等) ，材料 定额、工艺路线、工时定额等信息的集成共享与统计汇总；根据用户需要自动生 成所需各种文档并提供工艺规程审批、批准发布系统和工艺文档浏览器等功能， 审批批准并发布提交工艺数据进入共享数据库，实现与p d m 、e r p 等信息集成， 为在i n t r a n e t 环境下实现网络审批和电子签名、工艺的无纸化奠定基础。工艺信 息管理的作用如图2 1 。 工艺设计与更改 工艺卡片 工艺信息模型 工艺知识库 工艺知识库管理 工艺信息管理 工艺规程库 b o m 工艺统计 汇总清单 工艺文档 共享数据库 圈2 1c a p p 中工艺卡片、工艺信息、统计汇总信息等关系 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 图形化工艺设计是在c a d 引擎的支持下，采用工艺人员熟习的工艺卡片格 式作为操作界面，提供简单直观的文字和图形输入方式完成工艺设计。图形化工 艺设计在操作界面上具有以下的优点： 1 操作习惯一致在没有使用c a p p 的时候，工艺员都是直接在工艺卡片 上用钢笔填写工艺数据，工序简图也采用手工绘制的方式；采用了图形化工艺设 计方式的c a p p 软件后，填写工艺数据也是直接在工艺卡片上输入，工序图的绘 制也直接绘制，只是采用计算机输入方式而已。 2 图形和特殊符号的表示直观工艺设计过程中，有很多特殊字符如公差、 行为公差、粗糙度等，这些符号在以往的采用数据表格形式的c a p p 系统中，都 是采用某些字符组合表示，而在打印显示的时候才以图形化的方式表示出来这 样既不方便直观也容易造成错误；而采用图形化工艺设计方式，这些符号直接就 以图形表示出来，很直观，操作也很方便。工序图在采用数据表格形式的c a p p 系统中是以路径的方式记录工序图的路径，在打印显示时利用o l e 等技术把它 嵌入显示的，也不直观，而在所见即所得的工艺设计界面上，图形直接就绘制到 工序卡片上。 但是基于图形化的工艺卡片是以一种c a d 文件格式的方式来表示和存储文 字和图形的而只有把这些文字和图形按工艺信息模型以结构化数据存储到工艺 规程中才能完成工艺管理、工艺信息集成等其他功能。所阻建立工艺信息模型、 建立工艺卡片和工艺信息模型的映射关系以及在图形化的工艺卡片中把工艺数 据提取并存入到规程库就成了实现图形化工艺设计的关键了。 工艺信息模型的建立见1 3 2 章节，下面就建立工艺卡片和工艺信息模型的 映射关系和提取和存储工艺数据来展开论述。 2 2 工艺信息模型与工艺卡片的映射 建立工艺信息模型与工艺卡片之间的映射关系是实现工艺数据提取与工艺 数据存储的前提条件，也是实现图形化工艺设计的关键。 2 2 1 工艺卡片模板和工艺规程模板 一般情况下，一份工艺规程的表现形式都是以一系列的工艺卡片组成。对于 一个企业中，各种工艺卡片的格式都是按国标、企标或厂标制定的。也就是说对 于一种工艺规程，都采用固定的一套或多套工艺规程模板。工艺卡片模板和工艺 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 规程模板就是建立在这些卡片标准的基础上的。 1 工艺卡片模板 工艺卡片模板就是单张的卡片模板。根据企业工艺卡片的标准绘制出来以 后，并在卡片上定义了与工艺信息模型的关系的工艺卡片。 根据工艺卡片模板和工艺信息模型直接的关系，工艺卡片模板在 c a p p f r a m e w o r k 中的分类如表2 1 。 分类卡片类型说明 工简单卡片附图 工艺附图、工序简图等模板 艺 简单封面只包含公共信息的简单封面 卡 其他简单卡片一些不需要提取工艺信息的其他简单卡片 片 数据卡片封面包含除公共信息的工艺信息卡片，如材料等 模 过程卡 工艺过程卡片，包含主要的工艺信息 板 工序卡工序卡片，包含某道工序信息 其他数据卡片需要提取相关工艺信息的其他卡片 表2 1 工艺卡片模板 2 工艺规程模扳 工艺规程模板是由一张或多张工艺卡片模板根据企业要求按一定顺序组成 的卡片模板的集合。工艺规程模板中必须包含一张工艺过程片模板。根据企业的 不同需要把工艺卡片模板进行不同的组合，可以定制出不同要求的工艺规程模 板。 工艺卡片模板和工艺规程模板的定制都在工艺设计集成环境模块中完成。在 工艺设计时就可以直接利用这些模板进行工艺设计了。一般情况下，在进行工艺 设计时，先选取工艺规程模板，在工艺规程模板上填入相应的工艺信息，存盘入 库，即可完成一份工艺的设计。 2 2 2 工艺卡片模板的工艺信息映射 从图形角度来看，工艺卡片可以划分为单元格、列、行和表。列由多个单元 格组合而成表又由列组合而成。按工艺卡片的填写习惯，同列的填的内容一般 都是相同性质的信息。而行则是不同性质的信息但它正好对应着工艺信息模型 中的一个对象，如工序、工步等。所以在工艺卡片定制过程中，只提供了列和表 的定制。单元格可以视为只包含一个单元格的列。由列和表就可以把一张工艺卡 片定制出来。 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 从工艺信息角度来看，工艺卡片中包含产品信息( 产品代号、产品名称等) 、 零件信息( 零件代号、零件名称等) 、工艺基本信息( 如车间、编制人员、编制 日期等) 、- r 序信息( 工序号、工序名称、工序内容等) 、工步信息( 工步号、工 步内容等) 等。这些信息都与工艺信息模型中的各种对象类的对象属性对应。 在工艺卡片模板中定制列时，需要把卡片中列与工艺信息模型中的对象的属 性关联对应。列定制完后，列中不仅包含了列名和列中工艺数据的填写方式、字 体等，还包含了工艺信息模型对象的相关信息，如对象名、对象所属( 父对象) 、 对象属性等信息。有了这些信息，工艺数据的提取才能与工艺信息模型对应起来。 为了方便工艺数据的提取，按工艺卡片中工艺信息的性质，把列分为了五个 等级：产品、零件、工艺、工序和工步级；可以把相同级别并且在一起的多单元 格列定义成表，一般过程卡中工序信息、工序卡中工步信息就可以定义为表等。 图2 1 是在c a p p f r a m c w o r k 中定制好的一张工艺过程卡模板。绿色的部分 就是定义的列。图2 2 显示了工艺卡片模板中列与工艺信息模型对象之间的对应 关系。 通过工艺卡片模板中列与工艺信息模型中的对象的属性关联对应，可以方便 的实现知识库动态关联、知识的交互动态获取以及基于知识的智能决策等功能。 在这里，只讨论怎样实现图形化的所见即所得的工艺卡片与基于工艺信息模型的 工艺信息数据的统一，也就是工艺卡片中工艺数据信息的提取与入库。 1 4 西北工业大学顾士论文 筇二章基于工艺倍息模型的图形化工艺设计技术 ，嚣巍1 工危过裣心寸、膏消“l 。4 馘f 惑芒8 甜 卜* l 卜州卜栅川t 并 iti序暮蕾f 1t 量毫 - 、 l意 -， 对# _ r ：序言息l 一卜 一ll 蕞对ll tt i t 嵌lk 拉 蕾堆i * | 圈2 1 工艺卡片模板 闰2 2 工艺卡片模板中列岛工艺信息模型对象关联对j 蔑 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 2 3 工艺数据摄取与工艺数据存储的实现 在工艺卡片模板和工艺规程模板的基础上，采用所见即所得的图形化工艺设 计方式，在卡片模板上直接填写工艺信息数据和绘制工序图等操作，完成工艺设 计。在工艺卡片模板中已经定义了工艺卡片与工艺信息模型对象之间的对应关 系，利用这个对应关系提取工艺信息数据，按工艺信息模型结构存入到工艺规程 库中。 2 3 i 卡片和工艺信息的c + + 对象关系 整个c a p p f r a m e w o r k 系统基本都是运用v c + + 开发的，系统运用面向对象 的分析方法已经建立了一系列的c + + 类，在这里不详细叙述这个过程。只简单 的列举一下在工艺数据提取与入库时用到的主要对象类： 1 卡片结构c + + 对象 从图形角度对卡片本身进行面向对象的分析建立的c + + 对象类，主要包括 c c b a s e 、c c e l l 、c c o l u m n ，c t a b l e ，c b l o c k ，c c a r d ，c c a r d c e l l 等类。c c b a s e 是所有图形要素的基类，c c e l l 对应单元格，c c o l u m n 对应列，c t a b l e 对应表， c b l o c k 对应一张工艺卡片模板；c c a r d c e l l 对于单元格中数据c c a r d 对应具体 的一张工艺卡片，它由多个c c a r d c e l l 组成；另外为了方便工艺设计，把产品信 息、零件信息和工艺基本信息都作为公共信息，这些信息只需要输入一次，而且 在工艺规程的不同卡片中都有出现，把这些单元格中的信息放入到一个叫公共信 息链表( c o m m o n a t t r i b l i s t ) 中。这样一份工艺规程卡片结构由c b l o c k 链表、c c a r d 链表和公共信息链表组成。卡片结构c + + 对象关系如图2 3 。 6 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 2 工艺信息c + + 对象 图2 3 卡片结构c + + 对象关系 以工艺信息模型为基础，建立工艺信息的c + + 对象类，主要包括 c p p b w o r k s p a c e c p p b o b j ，c p p b p a r t ，c p p b p r o d ，c k b c l a s s ，c k b a t t r 等类。 c p p b w o r k s p a c e 对应整个的一份工艺规程，c p p b o b j 对应工艺信息模型中的一 般对象( 如某个工序、工步、刀具等) ，c p p b p a r t 对应零件对象，c p p b p r o d 对 应产品对象，c k b c i a s s 对应工艺信息模型中的对象类( 如机加工艺类、机加工 序类等) ，c k b a t t r 对应对象类的某个属性。具体c k b c l a s s 对象类决定了所有 的c p p b o b j 对象和产品、零件对象，如产品对象类中定义的对象属性决定 c p p b p r o d 对象的成员，工序对象类中定义的对象属性决定c p p b o b j 工序对象 的成员等。由工艺信息模型可以知道，一份工艺规程由一个工艺基本信息对象， 多个工序对象组成，并对应某个产品或某个零件对象；工艺信息对象和工序对象 下还可能有子对象如工艺基本信息对象下有毛坯对象、材料对象等，工序对象 下有机床对象、工装对象、工步对象等。它的工艺信息c + + 对象关系如图2 4 。 1 7 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 图2 4i 艺信息c + + 对象关系 2 3 2 工艺数据的提取与入库 工艺数据的提取过程：读取图形化卡片的卡片结构中的数据，转化成对应的 工艺信息数据，入库。具体实现步骤如下： 1 公共信息的处理 从公共信息链表中提取工艺基本信息及工艺所属对象的信息，存入到工艺对 象和工艺所属的材料、毛坯等对象中；由于在工艺设计时是以产品结构树为组 织中心的，所以只需要对应上产品和零件信息即可。 2 非公共信息的处理 1 ) 搜索卡片链表，找到工艺过程卡。先对工艺过程卡提取工序信息，再循环 工艺过程卡中所有表( c t a b l e ) ，找到工序所在的主表，然后按工序号处理主表 形成工序对象链表，工艺数据处理流程见图2 5 ；并提取工艺过程卡的表中对应 每道工序的工序信息数据存入到对应工序对象，过程卡中单个工序对象数据处理 见图2 6 ；提取单道工序对象数据时，对工序下的对象( 对象表) 如设备、工装 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 等的处理过程如图2 8 。 2 ) 工序卡片的处理，先根据工序卡片名和工序号在已经形成的工序对象链表 中找到对应的工序对象，再提取循环工序卡中的列和表处理工序下的对象( 或对 象表) ，如果有工步，处理过程与工艺过程卡中处理工序相同，工序卡片工艺数 据的处理过程如图2 7 。 3 ) 对于其他数据卡片，提取相应的工艺数据存入到对于的对象中。这种情况 一般是工艺对象下的对象表，处理过程可以用处理单道工序的处理过程。 3 工艺信息入库 所有的卡片循环处理完后，就一份工艺规程的所有信息都存入到了工艺信息 数据结构中，这里把工艺数据都放到了c p p b w o r k s a p c e 对象中了利用它的入 库方法，即可完成工艺信息的入库( 这里不详述) 。 9 西北工业大学硕士论文第二二章基于工艺信息模型的图彤化工艺设计技术 骞逮 i 嫩翩、群谴点豹缱 图2 5 过程卡片数据提取流稔 2 0 西北工业大学硕士论文 第二章基于工艺信息模型的图形化工艺设计技术 图2 6 提取数据形成工序( 或工步) 对象 2 i 西北工业大学硕士论文第二章基于工艺信息模型的图形他王芑设计技术 奇止 豫蚵h 件储眷“j 拳 f 巍啦 挣地理 讣眷赭r # p e 蜷l i i 妈采 j 鎏2 7 撵淑王枣卡冀噻3 工艺鼗蠢裂王滓对蒙 西北工业大学磺士论文第二章基于工艺信息模型的图形化王芑设计技术 2 4 小螬 鞠2 8 普通对象信息提取 这一章主要讨论了实现黼形化工艺设计的关键：在工艺信息模黧静基础上建 立工艺卡片与之对应的映射关系，并根据这个关系实现工艺数据的提取和入库。 西北工业大学硕士论文第三章基于参数化的工艺设计技术 第三章基于参数化的工艺设计技术 3 1 参数化工艺设计基本原理与实现过程 1 参数化工艺设计基本原理 在传统的c a p p 方法中，派生式方法是将相似零件归并成零件族，设计时检 索出相应零件族的标准工艺规程，并根据设计对象的具体特征加以修订；生成式 方法是将人们设计工艺过程时的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策 逻辑、算法，在使用时由计算机程序根据内部的决策逻辑和算法，以及生产环境 信息，自动生成零件的工艺规程。参数化工艺设计是综合了派生式和生成式两种 方法的优势，以零件的参数作为依据来自动生成工艺的c a p p 方法。这种方法中 以零件参数为依据，将工艺设计过程中一些成熟的、变化少的内容