（航空宇航制造工程专业论文）基于iman的capp系统关键技术的研究与实现.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n ts o f t w a r eh a sb e e n p l a y i n gak e y r o l e i nt h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，a g i l em a n u f a c t u r i n ga n d c i m s c a p ps y s t e mb a s e do nt h ep d mc a l lf u l l yu t i l i z et h ed a t au n d e rd i f f e r e n t e n v i r o n m e n t c a p p s y s t e ma l s o c a l lm a k ef u l lu s eo f t h e m a n a g e m e n t f u n c t i o no f p d m t oc o n s t r u c tt h ea r c h i t e c t u r eo fc o n c u r r e n td e s i g n t h i sp a p e rp r e s e n t st h eg e n e r a ls t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l e so fa ni n t e g r a t e dc a t ps y s t e m b a s e do ni m a n t h ef o l l o w i n gk e y t e c h n i q u e s i nd e v e l o p i n gt h i ss y s t e ma l ei l l u s t r a t e di nd e t a i l s ： ( 1 ) d b cd a t a b a s ei n t e r f a c et e c h n o l o g y ； ( 2 )v i s u a l i z e dp r o c e s s p l a n n i n ge d i t i n gm a c h i n e ； ( 3 ) t h e a p p l i c a t i o no f o l et e c h n i q u e i ne d i to f p r o c e s ss k e t c h e s ； ( 4 ) t h e a p p l i c a t i o no f t y p i c a lp r o c e s s ； ( 5 ) t h e q u e u i n g o f p r o c e s s p l a n n i n gc o n t e n t a c c o r d i n g t o p r o c a s s n u m b e r ； ( 6 ) t h e i n s e r t i n go f p r o c e s ss y m b o l s ； ( 7 ) t h e p r i n t i n go f p r o c e s sp l a n n i n g ； ( 8 ) t h e g e n e r a t i o n o f p r o c e s s p l a n n i n g i n3 - d f e a t u r e m o d e l i n ge n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：c a p p , p d m ，o l e ，o d b c ，f e a t u r e ，c s 南京航空航天大学硕士学位论文 1 1c a p p 概况 第一章绪论 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 ) 系统是 生产技术准备工作的第一步，也是连接计算机辅助设计( c a d ) 和计算机辅助 制造( c a m ) 的桥梁。它是计算机集成制造( c i m ) 中的重要组成部分，也是企 业信息化过程中的关键环节。 1 1 1c a p p 的基本概念和基本原理 工艺规程是决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保 证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都 有着直接的影响，是生产中的关键工作。 计算机辅助工艺设计的原理正是基于人工设计的过程及需要解决的问题 提出的。首先，产品零件的数据信息应能利用，并建立零件信息的数据库；其 次，工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享；第三，制造 资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库；第四，充分利用 标准( 典型) 工艺生成新的工艺文件。 c a p p 系统按其工作原理可以分为五大类： ( 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标准工步、典型工序进行工艺 设计，工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。 ( 2 ) 派生式c a p p 系统 派生式c a p p 系统是利用成组技术将工艺设计对象按其相似性( 例如，零 件按其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能和装配工艺相似性等) 分类成组( 簇) ，为每一组( 簇) 对象设计典型工艺，并建立典型工艺库。当 为具体对象设计工艺时，c a p p 系统按零件( 部件或产品) 信息和分类编码检 索相应的典型工艺，并根据具体对象的结构和工艺要求，修改典型工艺，直至 满足实际生产的需要。 ( 3 ) 创成式c a p p 系统 创成式c a p p 系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它是 从无到有自动生成具体对象的工艺规程。 创成式c a p p 系统工艺决策时不需人工，因此易于保证工艺规程的一致性， 但是，由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等，对于结构复杂、多 样的零件，实现创成式c a p p 系统非常困难。 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 4 ) 综合式c a p p 系统 综合式c a p p 是将派生式、创成式和交互式c a p p 的优点集为一体的系统。 目前，国内很多c a p p 系统采用这类模式。 ( 5 ) c a p p 专家系统 c a p p 专家系统是一种基于人工智能技术的c a p p 系统，也称智能型c a p p 系统。 专家系统和创成式c a p p 系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式 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。 1 1 2 国内外c a p p 系统的发展概况 在制造业自动化领域内，c a p p 的发展是最迟的部分。1 9 6 9 年挪威正式推 出世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s ，并于1 9 7 3 年正式推出商品化的a u t o p r o s 系统。美国是6 0 年代末7 0 年代初开始研究c a p p 的，并于1 9 7 6 年由c a m i 公 司推出颇具影响力的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。从6 0 年 代末至今，先后出现了在设计方式上不同的两类系统，即派生式系统和创成式 系统。派生式( v a r i a n t ) 系统已从单纯的检索式发展成为今天具有不同程度 的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和方法。创成 式( g e n e r a t i r e ) 系统的研究与开发始于7 0 年代中期，而且很快得到普遍重 视，被认为是有前途的方法。近年来，这两种系统都在发展中不断改进提高和 互相渗透，而且在传统软件技术( 如的过程性结构和判定树、判定表等决策形 式) 继续应用的情况下，从8 0 年代开始探索将人工智能( a i ) 、专家系统等技 术应用于c a p p 的研究和开发，研制成功了基于知识的( k n o w l e d g e _ b a s e d ) 创 成式c a p p 系统或c a p p 专家系统。近年来，有人将人工神经网络技术、模糊推 理以及基于实例的推理等用于c a p p 之中，也有人提出了c a p p 系统建造工具的 思路。还有人提出了将传统派生法、传统创成法与人工智能结合在一起，构造 了所谓的混合式( h y b r i d ) c a p p 系统。目前国内外已有许多上诉各类系统的 实例，但一般是针对某类零件的专用c a p p 系统，迄今为止已得到生产实际考 验和令人满意的系统还不多。 9 0 年代末，各种实用化的c a p p 开始走向市场，其开发方法和重点也各不 相同，有的c a p p 系统在c a d 图形平台的基础上开发，然后将生成的工艺数据 传送到其他的数据库系统中；有的c a p p 系统在某种特定的数据库系统上生成 工艺数据，然后在c a d 平台上生成工艺卡片；甚至也有c a p p 系统是纯粹的工 艺卡片填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。 以上c a p p 系统都不能满足企业工艺设计的全过程要求，也不能满足现代 企业对信息化建设的需求。综观目前国内外c a p p 的研究和开发状况，c a p p 的 南京航空航天大学硕士学位论文 发展趋势是集成化和柔性化。集成化是指c a p p 系统与其它系统信息的及时传 输与共享。柔性化是指c a p p 软件经过一定程度的修改和调整后，能用于不同 零件和不同的生产环境，这种修改和调整越容易，柔性化程度就越高。 1 2c a p p 关键技术的研究现状与发展 1 2 1 当前c a p p 技术的研究现状 c a p p 系统的研究和发展经历了较为漫长曲折的过程，对c a p p 技术的研究 逐渐呈现出一些特点。 第一，创成式系统发展为基于知识的专家系统，知识型c a p p 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，系统推理机和知识库实现分离，便于系统设计者和工艺师的合作。工艺规 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。而且，专家系统的跟踪解释功能使工艺设计过程透明化，易 于工艺人员接受，便于使用、检验和维护。但由于专家系统技术本身缺陷和工 艺设计的特殊性，c a p p 专家系统在开发和使用过程中也存在问题，例如：工 艺专家的很多直觉和经验很难获取；一旦超出专家知识领域，系统性能急剧下 降；知识表达能力和决策推理能力有较大的局限等。 第二，目前在企业发挥作用的仍然是派生系统，派生式c a p p 建立在成组 技术基础上，技术成熟，实用系统多，但这样的系统只能完成检索式实际任务， 难以适应零件类型和加工环境的变化。从实质上讲，编制工艺规程都是由人完 成，自动化程度低，准备时间长。 第三，c i m s 环境下的c a p p 技术是研究热点，c a d c a p p c a m 的集成是c i m s 的难点和关键，集成的各方必须遵循统一的产品数据模型和数据交换机制。目 前数据交换在向s t e p 靠拢。为了集成，我们正在建立基于特征的，支持统一 产品信息模型的c a p p 系统。但由于对零件信息描述方式的不同，从s t e p 模型 中抽取c a p p 零件信息不是一个直接过程，而是包涵一系列映射转换的复杂过 程。另外一种方法是从共享数据库中通过统一数据接口提取工艺信息，集成 c a p p 系统的工艺知识表达方法和工艺决策方法也有别于传统方法，必须以统 一的工艺信息模型为基础。 第四，并行工程的c a p p 技术正在兴起，面向并行工程的c a p p 必须根据自 动化制造系统的制造环境、生产调度、质量检测、毛坯设计制造等下层功能模 块的反馈信息生成适应性加工工艺。并及时对产品设计过程提供咨询信息，就 产品可加工性、可装配性、可检测性、加工经济性等制造因素为产品设计的优 劣提供可评估性指标。 第五，p d m 正逐渐成为企业实现并行工程，敏捷制造和c i m s 的信息集成 3 南京航空航天大学硕士学位论文 发展趋势是集成化和柔性化。集成化是指c a p p 系统与其它系统信息的及时传 输与共享。柔性化是指c a p p 软件经过一定程度的修改和调整后，能用于不同 零件和不同的生产环境，这种修改和调整越容易，柔性化程度就越高。 1 2c a p p 关键技术的研究现状与发展 1 2 1 当前c a p p 技术的研究现状 c a p p 系统的研究和发展经历了较为漫长曲折的过程，对c a p p 技术的研究 逐渐呈现出一些特点。 第一，创成式系统发展为基于知识的专家系统，知识型c a p p 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，系统推理机和知识库实现分离，便于系统设计者和工艺师的合作。工艺规 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。而且，专家系统的跟踪解释功能使工艺设计过程透明化，易 于工艺人员接受，便于使用、检验和维护。但由于专家系统技术本身缺陷和工 艺设计的特殊性，c a p p 专家系统在开发和使用过程中也存在问题，例如：工 艺专家的很多直觉和经验很难获取；一旦超出专家知识领域，系统性能急剧下 降；知识表达能力和决策推理能力有较大的局限等。 第二，目前在企业发挥作用的仍然是派生系统，派生式c a p p 建立在成组 技术基础上，技术成熟，实用系统多，但这样的系统只能完成检索式实际任务， 难以适应零件类型和加工环境的变化。从实质上讲，编制工艺规程都是由人完 成，自动化程度低，准备时间长。 第三，c i m s 环境下的c a p p 技术是研究热点，c a d c a p p c a m 的集成是c i m s 的难点和关键，集成的各方必须遵循统一的产品数据模型和数据交换机制。目 前数据交换在向s t e p 靠拢。为了集成，我们正在建立基于特征的，支持统一 产品信息模型的c a p p 系统。但由于对零件信息描述方式的不同，从s t e p 模型 中抽取c a p p 零件信息不是一个直接过程，而是包涵一系列映射转换的复杂过 程。另外一种方法是从共享数据库中通过统一数据接口提取工艺信息，集成 c a p p 系统的工艺知识表达方法和工艺决策方法也有别于传统方法，必须以统 一的工艺信息模型为基础。 第四，并行工程的c a p p 技术正在兴起，面向并行工程的c a p p 必须根据自 动化制造系统的制造环境、生产调度、质量检测、毛坯设计制造等下层功能模 块的反馈信息生成适应性加工工艺。并及时对产品设计过程提供咨询信息，就 产品可加工性、可装配性、可检测性、加工经济性等制造因素为产品设计的优 劣提供可评估性指标。 第五，p d m 正逐渐成为企业实现并行工程，敏捷制造和c i m s 的信息集成 3 南京航空航天大学硕士学位论文 发展趋势是集成化和柔性化。集成化是指c a p p 系统与其它系统信息的及时传 输与共享。柔性化是指c a p p 软件经过一定程度的修改和调整后，能用于不同 零件和不同的生产环境，这种修改和调整越容易，柔性化程度就越高。 1 2c a p p 关键技术的研究现状与发展 1 2 1 当前c a p p 技术的研究现状 c a p p 系统的研究和发展经历了较为漫长曲折的过程，对c a p p 技术的研究 逐渐呈现出一些特点。 第一，创成式系统发展为基于知识的专家系统，知识型c a p p 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，系统推理机和知识库实现分离，便于系统设计者和工艺师的合作。工艺规 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。而且，专家系统的跟踪解释功能使工艺设计过程透明化，易 于工艺人员接受，便于使用、检验和维护。但由于专家系统技术本身缺陷和工 艺设计的特殊性，c a p p 专家系统在开发和使用过程中也存在问题，例如：工 艺专家的很多直觉和经验很难获取；一旦超出专家知识领域，系统性能急剧下 降；知识表达能力和决策推理能力有较大的局限等。 第二，目前在企业发挥作用的仍然是派生系统，派生式c a p p 建立在成组 技术基础上，技术成熟，实用系统多，但这样的系统只能完成检索式实际任务， 难以适应零件类型和加工环境的变化。从实质上讲，编制工艺规程都是由人完 成，自动化程度低，准备时间长。 第三，c i m s 环境下的c a p p 技术是研究热点，c a d c a p p c a m 的集成是c i m s 的难点和关键，集成的各方必须遵循统一的产品数据模型和数据交换机制。目 前数据交换在向s t e p 靠拢。为了集成，我们正在建立基于特征的，支持统一 产品信息模型的c a p p 系统。但由于对零件信息描述方式的不同，从s t e p 模型 中抽取c a p p 零件信息不是一个直接过程，而是包涵一系列映射转换的复杂过 程。另外一种方法是从共享数据库中通过统一数据接口提取工艺信息，集成 c a p p 系统的工艺知识表达方法和工艺决策方法也有别于传统方法，必须以统 一的工艺信息模型为基础。 第四，并行工程的c a p p 技术正在兴起，面向并行工程的c a p p 必须根据自 动化制造系统的制造环境、生产调度、质量检测、毛坯设计制造等下层功能模 块的反馈信息生成适应性加工工艺。并及时对产品设计过程提供咨询信息，就 产品可加工性、可装配性、可检测性、加工经济性等制造因素为产品设计的优 劣提供可评估性指标。 第五，p d m 正逐渐成为企业实现并行工程，敏捷制造和c i m s 的信息集成 3 南京航空航天大学硕士学位论文 平台的核心，基于p d m 的c a p p 系统可以利用p d m 开发工具透明地访问各异构 环境下的数据，c a p p 和其它系统之间的数据交换可以不再依赖于开发专用接 口。因此对p d m 平台上c a p p 技术的研究也已成为热点之一。 目前c a p p 所采用的关键技术主要有以下一些： ( 1 )知识表达 工艺规程设计涉及到的知识包括陈述性知识和过程性知识，前者用框架表 示较为合适，后者一般用产生式规则，一般认为，“框架+ 产生式规则”的混 合模式最适合表达工艺知识。 ( 2 )零件工艺信息描述方式主要有分类编码法( 适用于派生法) 、表面 元素法( 适用于回转体零件) 和方位特征法( 适用于非回转体零件) 。基于特 征的零件工艺信息建模是c a d c a p p 集成的需要，也是当前零件工艺信息描述 的主流。 ( 3 )工艺决策以逻辑决策为主，工序尺寸、加工参数、时间定额等决 过程涉及计算决策。 ( 4 )完全自动的工序图绘制仍是困难，大多采用必要的人工干预，一般 由c a p p 系统系统生成图形交换文件( 如d x f 文件、i g e s 文件) 。在其它c a d 软件( 尤其以a u t o c a d 为多) 环境下绘制完成。 1 2 2c a p p 技术的发展趋势 随着虚拟企业、敏捷工程等新的生成方式和哲理的出现和发展，企业为了 增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用这些新技术的环境下，对c a p p 提出了更多更广泛的要求。 以虚拟企业为例，虚拟企业工艺信息系统的需求、约束和运行环境与企业 内部的系统是不相同的，它应是基于i n t e r n e t 的系统，并且虚拟企业的动态 联盟性以及i n t e r n e t 下系统的安全性等问题都将对系统开发的各方面产生影 响。目前各方面技术的发展和成熟为此类c a p p 系统的开发奠定了很好的基础， 以下技术将得到应用； ( 1 ) c s 结构向b s 结构的转化：w e b 平台是一个调度任务集中的、以客 户为中心的应用程序平台：它是一个分布式、开放、适用性强、高性能、端到 端的平台：它使企业利用技术获取竞争优势。它使客户端很瘦小，并且很容易在 运行时自动升级：统一的、抽象的用户界面可使用户更有效地从同一数据源中 存取数据：这种结构可更有效地在企业内部网、国际互联网和外联网上运行。 ( 2 ) 多智能体技术：该技术具有任务竞争、机警性、应对性、柔性、学习 和通讯能力等关键属性的软件实体，它使得系统的决策分散化并可以基于当前 环境的实际状态进行动态的决策。按照工艺信息系统的特性，它要涉及制造过 程各阶段、各层次的业务活动，因此多智能体系统应是构建工艺信息系统体系 南京航空航天大学硕士学位论文 平台的核心，基于p d m 的c a p p 系统可以利用p d m 开发工具透明地访问各异构 环境下的数据，c a p p 和其它系统之间的数据交换可以不再依赖于开发专用接 口。因此对p d m 平台上c a p p 技术的研究也已成为热点之一。 目前c a p p 所采用的关键技术主要有以下一些： ( 1 )知识表达 工艺规程设计涉及到的知识包括陈述性知识和过程性知识，前者用框架表 示较为合适，后者一般用产生式规则，一般认为，“框架+ 产生式规则”的混 合模式最适合表达工艺知识。 ( 2 )零件工艺信息描述方式主要有分类编码法( 适用于派生法) 、表面 元素法( 适用于回转体零件) 和方位特征法( 适用于非回转体零件) 。基于特 征的零件工艺信息建模是c a d c a p p 集成的需要，也是当前零件工艺信息描述 的主流。 ( 3 )工艺决策以逻辑决策为主，工序尺寸、加工参数、时间定额等决 过程涉及计算决策。 ( 4 )完全自动的工序图绘制仍是困难，大多采用必要的人工干预，一般 由c a p p 系统系统生成图形交换文件( 如d x f 文件、i g e s 文件) 。在其它c a d 软件( 尤其以a u t o c a d 为多) 环境下绘制完成。 1 2 2c a p p 技术的发展趋势 随着虚拟企业、敏捷工程等新的生成方式和哲理的出现和发展，企业为了 增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用这些新技术的环境下，对c a p p 提出了更多更广泛的要求。 以虚拟企业为例，虚拟企业工艺信息系统的需求、约束和运行环境与企业 内部的系统是不相同的，它应是基于i n t e r n e t 的系统，并且虚拟企业的动态 联盟性以及i n t e r n e t 下系统的安全性等问题都将对系统开发的各方面产生影 响。目前各方面技术的发展和成熟为此类c a p p 系统的开发奠定了很好的基础， 以下技术将得到应用； ( 1 ) c s 结构向b s 结构的转化：w e b 平台是一个调度任务集中的、以客 户为中心的应用程序平台：它是一个分布式、开放、适用性强、高性能、端到 端的平台：它使企业利用技术获取竞争优势。它使客户端很瘦小，并且很容易在 运行时自动升级：统一的、抽象的用户界面可使用户更有效地从同一数据源中 存取数据：这种结构可更有效地在企业内部网、国际互联网和外联网上运行。 ( 2 ) 多智能体技术：该技术具有任务竞争、机警性、应对性、柔性、学习 和通讯能力等关键属性的软件实体，它使得系统的决策分散化并可以基于当前 环境的实际状态进行动态的决策。按照工艺信息系统的特性，它要涉及制造过 程各阶段、各层次的业务活动，因此多智能体系统应是构建工艺信息系统体系 南京航空航天大学硕士学位论文 结构的更合理的新形式。 ( 3 ) c o r b a 软件总线实现：c o r b a 的核心系统是对象请求代理( o b j e c t r e q u e s tb r o k e r ) ，o r b 的主要功能是实现c o r b a 框架下的服务请求和服务响 应，同时进行分布进程管理和通讯管理。基于c o r b a 规范构造软件系统主要有 以下几点优势：构件独立、网络透明、异构互联、系统规模可调。 敏捷制造的实现同样需要获得工艺设计理论及其应用系统的充分支持，分 布式工艺规程设计技术、支持企业资源动态重组和优化配置的工艺设计、并行 集成式工艺设计、广义工艺设计及集成、信息集成基础上的加工过程仿真、基 于网络通讯机制等关键技术将在敏捷制造下的c a p p 中得以应用。 c a p p 系统开发工具也将是研究重点，其理想实现模式应是三种类型( 外 壳型、模块组合型和语言型) 的专家系统开发工具的优化组合，它应该具备基 本的推理机，控制策略和知识表示框架；工具系统还应该提供足够多的推理机 功能构件，以适应外壳不能满足的设计要求；工具系统提供设计推理机功能构 件的简易可行方法，以满足某些特殊需要。 除了上述趋势之外，c a p p 在实现过程中还将用到其它一些新技术。这些 新技术包括人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，a n n ) 、面向对象 ( o b j e c t o r i e n t e d ，0 0 ) 方法、基因遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m 。g a ) 、组 件技术( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，c 0 m ) 等等。这些技术的采用为c a p p 的研 究和发展提供了更广阔的空间，将有可能解决c a p p 实现过程中的“瓶颈”问 题，适应现实的需要和未来的发展。 1 3 p d m 的概况 产品数据管理( p d m p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 是企业实现并行工程、 敏捷制造和c i m s 的信息集成平台，是企业各部门信息沟通的桥梁。企业采用 p d m 技术，可以有效地管理c a d c a p p c a m 的异地电子文档，同时也为企业的 人、财、物、产、供、销等部门及时传送准确的产品信息。 1 3 1 p d m 的基本概念和功能 p d m 将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信 息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，准确地描 述了企业想干什么事情的全部信息。 c i m s 环境下的p d m 主要解决的就是生产活动中不断变化，不断进步的动 态信息管理。p d m 系统使原来局限于产品制造过程的自动化发展到产品设计过 程、生产过程和经营管理过程的自动化，使企业全局信息的集成。 以信息的集成为代表的c i m s 由p d m 、m i s 和m r p i i 三部分组成，如图卜l 南京航空航天大学硕士学位论文 结构的更合理的新形式。 ( 3 ) c o r b a 软件总线实现：c o r b a 的核心系统是对象请求代理( o b j e c t r e q u e s tb r o k e r ) ，o r b 的主要功能是实现c o r b a 框架下的服务请求和服务响 应，同时进行分布进程管理和通讯管理。基于c o r b a 规范构造软件系统主要有 以下几点优势：构件独立、网络透明、异构互联、系统规模可调。 敏捷制造的实现同样需要获得工艺设计理论及其应用系统的充分支持，分 布式工艺规程设计技术、支持企业资源动态重组和优化配置的工艺设计、并行 集成式工艺设计、广义工艺设计及集成、信息集成基础上的加工过程仿真、基 于网络通讯机制等关键技术将在敏捷制造下的c a p p 中得以应用。 c a p p 系统开发工具也将是研究重点，其理想实现模式应是三种类型( 外 壳型、模块组合型和语言型) 的专家系统开发工具的优化组合，它应该具备基 本的推理机，控制策略和知识表示框架；工具系统还应该提供足够多的推理机 功能构件，以适应外壳不能满足的设计要求；工具系统提供设计推理机功能构 件的简易可行方法，以满足某些特殊需要。 除了上述趋势之外，c a p p 在实现过程中还将用到其它一些新技术。这些 新技术包括人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，a n n ) 、面向对象 ( o b j e c t o r i e n t e d ，0 0 ) 方法、基因遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m 。g a ) 、组 件技术( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，c 0 m ) 等等。这些技术的采用为c a p p 的研 究和发展提供了更广阔的空间，将有可能解决c a p p 实现过程中的“瓶颈”问 题，适应现实的需要和未来的发展。 1 3 p d m 的概况 产品数据管理( p d m p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 是企业实现并行工程、 敏捷制造和c i m s 的信息集成平台，是企业各部门信息沟通的桥梁。企业采用 p d m 技术，可以有效地管理c a d c a p p c a m 的异地电子文档，同时也为企业的 人、财、物、产、供、销等部门及时传送准确的产品信息。 1 3 1 p d m 的基本概念和功能 p d m 将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信 息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，准确地描 述了企业想干什么事情的全部信息。 c i m s 环境下的p d m 主要解决的就是生产活动中不断变化，不断进步的动 态信息管理。p d m 系统使原来局限于产品制造过程的自动化发展到产品设计过 程、生产过程和经营管理过程的自动化，使企业全局信息的集成。 以信息的集成为代表的c i m s 由p d m 、m i s 和m r p i i 三部分组成，如图卜l 南京航空航天大学硕士学位论文 结构的更合理的新形式。 ( 3 ) c o r b a 软件总线实现：c o r b a 的核心系统是对象请求代理( o b j e c t r e q u e s tb r o k e r ) ，o r b 的主要功能是实现c o r b a 框架下的服务请求和服务响 应，同时进行分布进程管理和通讯管理。基于c o r b a 规范构造软件系统主要有 以下几点优势：构件独立、网络透明、异构互联、系统规模可调。 敏捷制造的实现同样需要获得工艺设计理论及其应用系统的充分支持，分 布式工艺规程设计技术、支持企业资源动态重组和优化配置的工艺设计、并行 集成式工艺设计、广义工艺设计及集成、信息集成基础上的加工过程仿真、基 于网络通讯机制等关键技术将在敏捷制造下的c a p p 中得以应用。 c a p p 系统开发工具也将是研究重点，其理想实现模式应是三种类型( 外 壳型、模块组合型和语言型) 的专家系统开发工具的优化组合，它应该具备基 本的推理机，控制策略和知识表示框架；工具系统还应该提供足够多的推理机 功能构件，以适应外壳不能满足的设计要求；工具系统提供设计推理机功能构 件的简易可行方法，以满足某些特殊需要。 除了上述趋势之外，c a p p 在实现过程中还将用到其它一些新技术。这些 新技术包括人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，a n n ) 、面向对象 ( o b j e c t o r i e n t e d ，0 0 ) 方法、基因遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m 。g a ) 、组 件技术( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，c 0 m ) 等等。这些技术的采用为c a p p 的研 究和发展提供了更广阔的空间，将有可能解决c a p p 实现过程中的“瓶颈”问 题，适应现实的需要和未来的发展。 1 3 p d m 的概况 产品数据管理( p d m p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 是企业实现并行工程、 敏捷制造和c i m s 的信息集成平台，是企业各部门信息沟通的桥梁。企业采用 p d m 技术，可以有效地管理c a d c a p p c a m 的异地电子文档，同时也为企业的 人、财、物、产、供、销等部门及时传送准确的产品信息。 1 3 1 p d m 的基本概念和功能 p d m 将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信 息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，准确地描 述了企业想干什么事情的全部信息。 c i m s 环境下的p d m 主要解决的就是生产活动中不断变化，不断进步的动 态信息管理。p d m 系统使原来局限于产品制造过程的自动化发展到产品设计过 程、生产过程和经营管理过程的自动化，使企业全局信息的集成。 以信息的集成为代表的c i m s 由p d m 、m i s 和m r p i i 三部分组成，如图卜l 南京航空航天大学硕士学位论文 所示。通过集成上述三方面的信息，最大限度地共享企业全部信息系统。p d m 作为沟通企业中各种信息的桥梁和集成框架，已成为c i m s 中的主要课题。 图卜lc i w s 企业全局信息的集成 p d m 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息的机制， 覆盖了产品生命周期内的全部信息。与产品相关的信息包括任何属于产品的信 息，如c a d c a m 文件、材料清单( b o m ) 、产品配置、事务文件、产品定单、电 子表格和供应商清单等。与产品有关的过程包括加工工序、加工指南、相关标 准、工作流程和机构关系等处理程序。 p d m 系统主要应该包括以下几个功能： ( i )电子资料室及文档管理( d a t av a u l ta n dd o c u m e n tm a n a g e m e n t ) 电子资料室是p d m 的核心，它般是建立在关系型数据库如o r a c l e 基础 上，主要保证数据的安全性和完整性，并支持各种查询与检索功能。通过建立 在数据库之上的相关联的文本型记录，用户可以管理存储于异构介质上的产品 电子数据文档，如建立复杂数据模型、修改与访问文档、实现文档的层次于联 系控制、封装管理应用系统( 如c a d 、c a p p 、字处理软件、图象管理与编辑等) ， 方便地实现以产品数据为核心的信息共享。 ( 2 )产品配置管理( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 产品配置管理以电子资料室为底层支持，以材料清单( b o m ) 为其组织核 心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之 间的联系进行维护和管理，产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、 零件之间的多对多的装配联系，而且包括其它的相关数据，如制造数据、成本 数据、维护数据等。 6 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 3 )工作流程管理( w o r k f l o wo rp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 此功能主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。包括工程数据的提 交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。它主要管理当 一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项 目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。 ( 4 )分类及检索功能 p d m 的检索和零件库功能就是最大限度地支持现有设计的重新利用，以便 创造出新的产品，它包括零件数据库的接口、基于内容的而不是基于分类的检 索和构造电子资料室属性编码过滤器的功能。 ( 5 ) 项目管理功能 通过p d m 于流行的项目管理软件包接口，还可以获得资源的规划和重要途 径报告能力。到目前为止，项目管理在p d m 系统中考虑的还较少，许多p d m 系 统只能提供工作流程的活动状态信息。 以上介绍了p d m 系统应具备的功能。当前，没有哪一个商用的p d m 软件拥 有上述的全部功能，而且各种p d m 软件正在不断完善和发展各项功能。但 是，p d m 系统都包括文档管理、产品配置管理及工作流程管理等最基本的功能， 来对产品的整个生命周期进行完整的描述和控制，因此p d m 在企业中的作用已 经普遍为大家所认同。 1 3 2p d m 的产生发展及其应用情况 2 0 世纪6 0 、7 0 年代，随着计算机硬件技术飞速发展，特别是计算机性能 的巨大提高，使得更有效、更快捷、更方便的数据处理和数据传送成为可能。 计算机在生产和工程的应用由中央批处理方式转交到交互图形处理方式，以及 分布式处理和并行处理方式，从而使计算机辅助应用遍及多个应用领域，如 c a e 、c a d c a m 和c a p p 等，大大提高了生产率。但是，这些c a x 都是“孤岛式” 的单项技术软件和系统，由于信息没有集成，资源不能共享，所以整体效益差。 产品数据管理( p d m ) 正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。 它是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与 产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期内保持 一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境，从而缩短产品 研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。 产品数据管理系统p d m 是在关系型数据库的基础上加上面向对象的层。由 于其技术的先进性和合理性，今年来得到了飞速地发展和应用，国内外对新一 代信息集成平台作了大量的研究开发工作，一致认为p d m 系统是新一代信息集 成平台中最成熟的技术。它的转化如图1 - 2 所示。 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 3 )工作流程管理( w o r k f l o wo rp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 此功能主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。包括工程数据的提 交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。它主要管理当 一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项 目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。 ( 4 )分类及检索功能 p d m 的检索和零件库功能就是最大限度地支持现有设计的重新利用，以便 创造出新的产品，它包括零件数据库的接口、基于内容的而不是基于分类的检 索和构造电子资料室属性编码过滤器的功能。 ( 5 ) 项目管理功能 通过p d m 于流行的项目管理软件包接口，还可以获得资源的规划和重要途 径报告能力。到目前为止，项目管理在p d m 系统中考虑的还较少，许多p d m 系 统只能提供工作流程的活动状态信息。 以上介绍了p d m 系统应具备的功能。当前，没有哪一个商用的p d m 软件拥 有上述的全部功能，而且各种p d m 软件正在不断完善和发展各项功能。但 是，p d m 系统都包括文档管理、产品配置管理及工作流程管理等最基本的功能， 来对产品的整个生命周期进行完整的描述和控制，因此p d m 在企业中的作用已 经普遍为大家所认同。 1 3 2p d m 的产生发展及其应用情况 2 0 世纪6 0 、7 0 年代，随着计算机硬件技术飞速发展，特别是计算机性能 的巨大提高，使得更有效、更快捷、更方便的数据处理和数据传送成为可能。 计算机在生产和工程的应用由中央批处理方式转交到交互图形处理方式，以及 分布式处理和并行处理方式，从而使计算机辅助应用遍及多个应用领域，如 c a e 、c a d c a m 和c a p p 等，大大提高了生产率。但是，这些c a x 都是“孤岛式” 的单项技术软件和系统，由于信息没有集成，资源不能共享，所以整体效益差。 产品数据管理( p d m ) 正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。 它是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与 产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期内保持 一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境，从而缩短产品 研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。 产品数据管理系统p d m 是在关系型数据库的基础上加上面向对象的层。由 于其技术的先进性和合理性，今年来得到了飞速地发展和应用，国内外对新一 代信息集成平台作了大量的研究开发工作，一致认为p d m 系统是新一代信息集 成平台中最成熟的技术。它的转化如图1 - 2 所示。 南京航空航天大学硕士学位论文 图1 - 2 信息集成平台的转化 软件 集成平台层 软件环境层 运行环境层 经过近些年来的飞速发展，p d m 技术已经取得了长足的进步，在机械、电 子、航空航天以及非制造业等领域获得了普遍的应用。p d m 技术正逐渐成为 支持企业过程重组( b p r ) 、实施并行工程( c e ) 、c i m s 工程和i s 0 9 0 0 0 质量认 证等系统工程的使能技术。 据国外资料统计，p d m 的应用能使产品设计周期缩短2 5 ，减少工程设计 修改4 ，加快产品投放市场进度5 0 8 0 ，总成本削减2 5 以上。国外的一 些汽车、飞机公司实施p d m 系统后均大大提高了企业的效益。国内据对机电工 业近五百家企业调查，新产品开发周期平均达2 4 个月，其中单件、小批量产 品的生产技术准备周期约占供货期的3 2 ，有的高达6 0 ，采用p d m 技术后， 可缩短生产周期5 0 一8 0 。 早期实施p d m 的企业大部分都在美国，但是最近几年，在北美、欧洲、环 太平洋地区，特别是日韩等国家，对p d m 的投资都在不断增加，显示出p d m 的 实施呈现国际化趋势。一些先前从未开展实施这种技术的国家和地区，如印度、 巴西、中东等也开始实施p d m 。国内p d m 系统的开发和应用方兴未艾，目前， 华中理工大学的华中软件公司、清华大学的高华公司、中科院凯思公司、南京 同创公司和东北大学的阿尔派公司等都开发了自己的p d m 产品。 从目前发展形式看，p d m 技术是成功的。首先，p d m 的应用范围在不断扩 大。从本质上讲，p d m 应该适用于各种各样的产业部门。随着p d m 技术的发展， 一些部门象石油精炼、医药和电力、法律服务、运输等也开始对p d m 感兴趣， 正在大量投资。其次，p d m 产品市场在迅速增长。制造企业，特别是一些大公 司