CAPP(Computer Aided Process Planning)技術自20世紀80年代以來一直是先進制造技術領域應用研究的熱點，國外推出了一些以交互式設計和模型化、集成化為基礎，集成二維CAD、數據庫技術應用為特點的商品化CAPP系統，如HMS-CAPP、CS/CAPP等。國內在20世紀90年代也研究開發出以交互式為基礎的二維CAPP系統產品。目前，以交互式為基礎、集成二維CAD的二維CAPP系統在國內已得到廣泛應用，滿足了企業對CAPP應用的基礎需求，并且在應用中進行了以結構化工藝數據為核心的數據集成、工藝數據管理與過程控制一體化的研究，解決了企業面向二維的工藝編制、工藝數據管理和信息共享等基礎問題，有效提高了工作效率。
但隨著以三維模型為基礎的數字化設計與制造技術的推廣和應用，基于二維CAPP的工藝設計和管理已不能滿足現在飛機制造業對工藝設計與管理的需要。國外以美國、法國為代表的西方著名飛機公司，如Boeing、Lockhead、Airbus等公司一方面應用CAPP系統實現基于二維的工藝設計與管理，建立電子工作指令系統，實現工藝數據的共享。同時采用新的技術架構建立基于三維設計模型的三維CAPP集成應用系統，覆蓋產品設計、工藝過程準備、生產制造的完整集成應用模式，并已成功地應用于新型飛機的研制中，有效提高了工藝的規劃和驗證效率，縮短了生產周期。
在國內航空企業數字化制造的建設與發展進程中，工藝業務部門廣泛應用了工藝信息系統進行工藝文件的編制管理工作，如AO(Assembly Order)、FO(Fabrication Order)、工序說明書等，通過與PDM系統的集成開發，實現了工藝文件與BOM信息的關聯管理、工藝數據的審簽流程控制、版本有效性管理等，企業工藝業務信息化建設向前邁出了堅實的一步。
現今，在某型飛機工程研制中，已全面使用了三維產品設計模式，實現了基于三維模型的設計數據管理和應用。型號設計部門發布到工藝制造單位的信息量是基于MBD的產品數據，產品研制模式由原來的二維工程圖紙為唯一制造依據、三維數據模型為輔助的模式，轉變為三維數據模型為制造依據的模式，要求三維數據模型在工藝準備過程中乃至生產制造過程中綜合應用，實現了基于三維模型的產品設計-工藝設計-工裝設計-制造過程-檢驗檢測等產品研制全過程的數據量貫通。基于三維模型的工藝數據表達方式、工藝設計方式方法、工藝管理及應用模式等技術的研究突破是實現三維工藝設計在飛機制造企業中應用的關鍵。
飛機工藝信息化技術應用需求
在系統分析企業工藝信息化建設基礎上，進一步明晰了三維工藝信息系統建設目標和需求。企業應用三維CAPP系統主要用于工藝詳細設計過程中工序流程的設計和工藝指令文檔的編制，覆蓋傳統工藝規程編制方法中包含的各項信息，并具備下列特征。
1.基于主流數據庫系統平臺的B/S應用系統
三維CAPP系統首先應是一套網絡版的應用系統，系統運行過程中的數據和文檔除緩存外應由系統控制存放于數據庫服務器或文檔服務器中，工藝人員通過三維CAPP系統可以對服務器中與其權限匹配的數據和文檔進行相關操作。
在系統架構模式方面，根據企業二維CAPP系統的應用情況，為便于企業內的實施部署及更新維護，三維CAPP系統應主要采用B/S架構，必要時可采用與C/S相結合的模式，以便于滿足復雜的應用需求。
2.采用結構化的工藝設計方式
在三維工藝系統中進行工藝設計工作時，要表達的信息量更加豐富多樣，同時為適應企業在工藝信息結構和工藝信息量等方面的擴展需要，三維工藝系統需要在企業工藝規范化、標準化的前提下，建立一套合理的工藝信息模型框架，以該模型框架為基礎，繼承和重構一套符合企業的工藝信息模型。構建好的工藝信息模型還可以在一定程度上根據企業需要進行擴展，例如增加對象類或者屬性等。
在工藝設計過程中，工藝數據基于構建好的工藝信息模型進行組織管理，對工藝對象、工序對象、標零成材對象、工裝對象等各類對象，根據工藝信息模型中建立的屬性進行描述，各對象之間的從屬關系也根據工藝信息模型中建立的對象類之間的從屬關系進行表達。形成具有一定關系的、包含屬性描述的對象結構，完整地表達工藝信息。
在工藝設計界面的設計上，以樹形結構等圖示化的方式表達各對象之間的從屬關系，用列舉方式或列表方式表達各選定對象的屬性描述。工藝對象、工序對象與相應的三維數字量對象、二維圖形圖片對象等之間的相互關聯也要清晰地表達出來。
在工藝設計方式方面，除對象關系和對象屬性描述外，還增加工序流程圖的描述，在工序流程圖中通過工序對象的圖示化描述與工序順序的圖示化描述，實現工序對象圖形與工序對象屬性和其他子對象之間的關聯關系。工序流程圖的繪制或編輯方法應簡潔易用。
3.工藝數據中集成應用輕量化三維數字量
工藝設計的目標對象的載體是設計部門提供的三維CAD模型。三維CAPP系統的基本原則和期望就是利用三維模型來表達工藝過程，但原始的三維模型的操作對計算機性能要求較高，不便于工程應用實施推廣。在工藝設計過程中，原始三維模型中很多信息是不必要存在的，因此三維CAPP系統應使用原始模型輕量化后的結果以使其適應在企業內一般性能的計算機客戶端上的應用。
在三維CAPP系統基于輕量化三維模型的工藝數據的完整表達中，除了各種類型數據對象的分類表達及數據對象關系的表達外，數據對象與輕量化三維模型中包含的對象對應一致時也應建立相應的關聯關系。
三維數字量中包含的部分文本類表達信息，包括裝配樹、零組件清單等，要求其既能顯示到工藝設計的工作界面中，更重要的是還要求這些信息能便捷地直接應用到工藝內容的文本描述中去，包括用來填寫工序參裝件等。
在工藝設計過程中還要求能與三維數字量進行必要的交互操作，例如在輕量化三維模型上進行標注注釋、進行三維動畫的播放控制等。進行交互操作時，用戶直接在工藝設計界面中啟動相關三維數字量的操作進程，包括在三維數字量外部的零件配套表上關聯三維數字量中零組件的縮放、旋轉等顯示操作。
4.與其他系統的集成應用
各企業都在規劃建設符合自身實際需求的信息系統體系，即除三維CAPP系統外，通常還具備其他如PDM、MES、ERP、IQS等系統環境，其覆蓋了設計、制造、質量等業務領域，包含了BOM管理、制造工程數據管理應用、業務協同、工作審批等相關功能。三維CAPP系統要得到更好的應用效果，與類似上述已有系統的集成是非常重要的。
(1)與PDM系統的集成。主要集成內容包括：CAPP應用PDM中的EBOM/PBOM數據，CAPP向PDM提供MBOM數據，CAPP向PDM提供工藝數據、PDM提供對工藝數據的工藝審批流程等。
(2)與CAD/CAM系統的集成。CAPP應用CAD/CAM系統中的工藝決策、工藝仿真等結果信息。
(3)與MES/ERP/IQS系統的集成。CAPP向MES/ERP/IQS提供工藝數據。
B/S模式的三維工藝設計
三維工藝系統主要由工藝數據基礎平臺、工藝設計管理功能構件、工藝業務集成管理服務、客戶端等構成，如圖1所示。
圖1 三維模型系統組成
根據工程需求，為適應三維模型在工藝過程中的應用和工藝信息集成共享的要求，三維工藝設計系統采用了B/S模式的結構化多視圖工藝設計作界面，具有以結構化工藝視圖為主、多視圖數據同步應用的系統風格，如圖2所示。三維CAPP系統包含的視圖種類主要有：
圖2 基于B/S模式的多視圖工藝設計界面
(1)工藝結構視圖。主要以樹形結構描述一份工藝規程中所包含的主要工藝對象的簡要信息及其結構關系。
(2)工藝信息視圖。主要包括屬性頁和對象列表兩種數據展現方式。
(3)工藝術語關聯視圖。對企業規范化的或用戶常用的工藝數據進行分類管理后，用于在填寫工藝對象的屬性內容時查詢選擇輸入。
(4)工藝流程圖視圖。通過對工藝對象（如工序等）的前置工藝對象（如工序等）的設置，調整該層次所有工藝對象的串并行順序關系。
(5)工藝資源關聯視圖。在工藝設計過程中填寫指定類型的資源對象（如工藝裝備）時，系統自動關聯列出系統內部的工藝資源數據庫（如工藝裝備數據庫），用戶可以從其中查詢并選擇相關對象作為工藝內容的組成對象。
(6)工藝過程仿真視圖。在工藝過程仿真視圖中，用戶可以定義三維工藝過程仿真（或其片段）與工藝對象（如工序對象）的關聯關系，以將其作為該工藝對象的重要參考內容。
(7)清單數據瀏覽視圖。針對工藝規程內部的清單數據統計，可形成靜態或動態的清單數據視圖。
(8)卡片式文檔瀏覽視圖。考慮到企業中工藝數據的組織方式習慣，尤其是工藝信息的應用方式限制，系統提供可定制卡片的卡片式文檔動態生成功能，以將結構化工藝設計方式生成的工藝數據按照企業要求的卡片格式進行組織，并能支持打印。
基于JSP動態頁面對工藝信息進行組織，以樹形結構結合多TAB頁的形式，以表單和列表為主的方式展示文本內容，以ActiveX控件的方式展示二維圖形圖片和（輕量化）三維數模、工程圖符等其他工藝要素，大量采用通用成熟技術對具體功能進行了實現。
三維工藝系統與PDM系統緊密集成，實現了工藝數據的集成管理，形成三維工藝集成應用系統，其整體的處理流程如圖3所示。
圖3 三維工藝集成應用系統整體流程
用戶登錄三維工藝系統打開系統主界面后，可以通過各種功能模塊進行系統支持功能業務操作或系統輔助功能業務操作，通過三維工藝設計集成環境可以進入三維工藝設計。
啟動三維工藝設計集成環境后，通過與PDM系統的集成訪問機制，使用PDM系統集成接口功能，可以查詢并獲取零部件信息后以其為對象創建三維工藝，在編輯三維工藝的過程中可以加載輕量化的三維模型文件，除可以實時查閱三維文件中包含的各種三維數據之外，還可以獲取三維模型文件中包含的組成對象數據作為工藝內容的組成部分，并能根據需要進行工藝組成對象與三維模型數據之間的關聯等。
在三維工藝設計完成后，可以向PDM系統進行檢入檢出操作，僅在檢出狀態時才可以對三維工藝數據進行修改，而在檢入狀態時可以進行刪除操作。檢入到PDM系統中的工藝文件（數據）可以通過PDM系統的工藝審批流程管理，在流轉過程中可以調用三維工藝集成系統提供的瀏覽程序打開查閱，工藝審批流程全部完成后，該工藝將被設置為發布狀態。
對于PDM系統中已經發布的三維工藝，通過三維工藝設計集成環境與PDM系統的集成接口程序，可以進行先行更改或修訂（換版）操作。
三維工藝指令MBI(Model Based Instruction)在制造端口應用方面，MES系統在執行工序流轉時，從中間數據庫中獲取工序數據。三維工藝系統提供三維工藝臨時更改處理模塊與MES系統集成，當MES系統中進行工藝準備或工序流轉過程中需要對三維工藝進行臨時更改時，對工序流轉狀態進行設置，并通過三維工藝臨時更改功能模塊將當前工藝的屬性及有效性狀態和工序流轉狀態提交給三維工藝系統，三維工藝系統根據這些信息利用自身與PDM系統的雙向集成功能產生一個臨時更改版本（可以區別于修訂和先行更改）的三維工藝，工藝人員根據要求修改其內容后將其提交審批。通過PDM系統中相應的審批流程管理，隨后再將工藝數據提交到中間數據庫中，最后，通過工藝人員重新設置的有效性，MES系統就可以繼續取用更改后的數據，如圖4所示。
圖4 MES系統執行工序流轉過程
開發應用經驗
在三維CAPP系統開發工作啟動之初，確定了三維CAPP的主要目標。作為企業工藝設計的共性工具，以實現工藝數據的統一管理與集成應用為主要目標，支持三維數據量在工藝和制造過程中的應用，形成結構化工藝設計系統平臺，并加入了支持三維數據量的功能元素，同時基于B/S模式對工藝設計功能進行了開發與應用嘗試。總體上，系統達到了預期目標，但在應用過程中也反映出了一些問題。
三維模型的加載效率較低。本系統選用的達索系統公司3DVIA系列產品進行輕量化三維數模的處理，在對較大三維模型（CATIA原始模型，1G以上）進行輕量化處理時，效率較低，對硬件設備的要求也超過了預期。目前國內在三維CAD方面尤其是輕量化應用方面的支持還是相對薄弱，亟待相關更優化的解決方案。
B/S模式系統在編輯功能方面存在一定的瓶頸。主要表現在編輯頁面記載速度和切換速度上，偶發的會話超時造成編輯內容丟失的問題也對應用產生了一定的影響。通過系統改造實現本地臨時存儲機制，優化了系統運行模式，較好地解決了相關影響。
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本文標題：B/S模式的三維CAPP集成系統開發
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