在企業信息化建設過程中，不少企業陸續引進關于設計、制造等針對不同功能的軟件系統，用來解決企業局部的信息化問題。但是這樣的引進造成了各軟件系統之間無法進行理想的數據交互與共享，形成“信息孤島”。PDM與CAPP在大多數制造企業中均有應用，兩者之間也存在這種問題。
PDM與CAPP集成不是簡單疊加或組合，而是各模塊間信息合理交互、共享與處理的集成。目前PDM與CAPP集成在制造業信息化領域達成一致共識以PDM管理的數據為基礎，以CAPP系統為應用載體。在集成內容與形式方面，提出以工作流管理為主線、過程集成與信息集成的管理型CAPP系統。PDM與CAPP系統在信息、過程和功能上全部集成的緊密集成模式。PDM與CAPP集成的目的是通過兩個系統之間的數據交互與共享來提高工藝設計效率，故集成內容與形式應以其實際應用為基礎。本文提出基于工藝設計過程的PDM與CAPP的集成，以工藝設計活動實際應用過程為設計依據建立集成業務模型。
工藝知識是制造企業核心競爭力一部分，工藝設計過程中對工藝知識的調用可以大大縮短工藝設計時間并提高準確性。但是目前制造企業普遍存在工藝知識組織散亂、傳承性低、易泄露的問題。尤其是經驗型知識，存儲于工藝人員頭腦中，通過“師傅帶徒弟”的形式進行傳播使用，不符合現代制造業的要求。本文在PDM與CAPP集成體系中，著重描述了工藝知識庫的結構模型、知識創建及查詢業務模型。
1 基于PDM的CAPP系統構建
基于PDM的CAPP系統，包括用戶信息、文檔管理、工作流程管理、任務管理、工藝編輯、工藝知識庫等模塊。業務流程如圖1所示。
圖1 基于PDM的CAPP系統業務流程
用戶初始信息及權限設置，工作流程及任務執行過程中的審簽流程分別在“用戶信息”模塊、“工作流程管理”模塊由“系統管理員”進行設置，這是系統的數據基礎。用戶以合法的登錄名和密碼登錄系統之后，系統自動識別該用戶相應的權限，該用戶可以在系統中進行權限范圍內的操作。
工藝設計活動通過“任務管理”模塊以創建任務的形式進行發布。刨建任務時制定任務執行人與任務完成期限。任務執行人進行任務的執行，即在“工藝編輯”模塊進行工藝文件的編輯或者更改等操作。在工藝文件的編輯過程中可以從“工藝知識庫”中調用知識進行工藝設計。
工藝設計任務完成之后相關工藝文件歸入“文檔管理”中進行存檔。
2 基于PDM的CAPP系統中工藝知識庫構建
CAPP系統中的工藝知識管理一直是制造業信息化領域討論研究的熱點問題，近年來研究的焦點趨向于工藝知識的提取、表達、分類等。本文提出基于工藝設計過程的由粗到細的知識分類管理方法，并且基于保護企業知識與商業機密的原則，提出了知識密級控制，將知識密級與人員權限結合，預防知識泄露。
2.1 工藝知識庫結構模型
工藝知識創建與查詢的基礎是零件特征，故工藝知識庫中必須有“零件特征庫”這樣一個子庫。本文中工藝知識庫包含“零件特征庫”與“典型知識庫”兩個子庫。“典型知識庫”中包含與零件工藝設計密切相關的工藝知識。
2.1.1 零件特征庫結構模型
關于零件特征的分類，根據零件與特征之間的聯系，將零件的制造信息分為三個層次：零件層、特征層和幾何層。在特征層將零件特征分為管理特征、形狀特征、技術特征、制造特征、精度特征、材料特征等并列的幾類。本文中將零件特征分為兩部分，“典型零件”和“典型特征”。“典型零件”是企業長期生產活動中總結出來的具體的、有代表性的零件及其特征。“典型特征”是總結企業所有零件特征得出的具有代表性的特征，但是并不是每一組特征都能對應具體的零件。
在實際的工藝設計過程中，工藝設計人員最先識別的是零件的外形特征及結構特征，產品設計文件中提供確定的幾何特征、精度要求等信息，這三種特征是工藝設計過程中進行工藝知識查詢的條件。而且，三者之間不應該是并列的關系，而是有層次關系的。所以，在“典型特征庫”中，按照“零件外形類型（例如回轉體類與非回轉體類等）”→“結構特征”→“幾何尺寸/精度要求/材料等”這樣一個層次構建“零件特征庫”的結構。如圖2所示。
圖2 零件特征庫
2.1.2 工藝知識分類及表達
關于工藝知識，將其分為“工藝資源知識”和“工藝規則知識”，將其分為“靜態知識”與“動態知識”，將工藝知識擴展為“制造知識”，將“制造知識”分為“制造資源類知識”、“制造對象類知識”、“制造過程類知識”三類。目前對工藝知識的分類多是基于知識的本身，在實際應用過程中并不能保證工藝設計人員的應用得心應手。
企業長期生產活動中總結出的工藝知識可分為規則型知識與經驗型知識兩類。規則型知識是國家標準或企業標準中明確的工藝規定，如機床性能參數、材料性能參數等。這類知識一般可通過“IF...THEN...”形式進行量化表示。經驗型知識是工藝設計人員在長期設計活動中總結出的經驗數據和規則。經驗型知識的表達是工藝知識表達問題的關鍵。經驗型知識同樣可以通過“IF...THEN...”的形式進行量化表達，但是這種表達形式，無法說明選擇過程中經驗所起的作用，欠缺對于選擇結果的原因的表達。本文中通過“備注信息”解決這一問題，備注信息中可以通過圖片、文字、視頻等形式對該經驗型知識進行詳細闡述。如圖3所示。
圖3 工藝知識分類及表達
2.1.3 典型知識庫結構模型
在工藝知識分類上，以工藝設計過程為依據，參考零件特征庫結構，對工藝知識進行由粗到細的分類。圖4為典型知識庫結構模型。
圖4 典型知識庫結構模型
“典型零件工藝知識庫”與“零件特征庫”中“典型零件庫”具有映射關系，典型零件工藝知識即每個典型零件對應的詳細工藝文件。
“典型工藝流程庫”中存儲的是與零件典型特征組合對應的，具有代表性的完整工藝路線，該工藝路線只包含工序名稱與順序，不涉及對工序的具體描述。
“典型工藝流程段庫”中存儲的知識與“典型工藝流程庫”類似，不同之處在于該庫中存儲的工藝路線只是典型的工序組合，不是完整的工藝路線。
“工序知識庫”中對具體的工序進行描述，“工步知識庫”中則是對工序下具體工步的描述，其中就涉及到工裝設備的選用，加工參數的設定等。故在“典型知識庫”中還包含“工藝資源庫”與“參數知識庫”兩個子庫。“工藝資源庫”中記錄工裝、設備、材料等工藝設計過程中需要選定的資源及其屬性信息，“參數知識庫”則記錄產品參數表信息。
2.2 工藝知識的使用
創建工藝知識庫的主要目的是將企業長期生產活動中總結出來的知識進行梳理和存儲，方便工藝設計人員調用工藝知識以提高工作效率，并且保證工藝知識的傳承性與安全性。
2.2.1 工藝知識創建流程
工藝知識庫結構創建完成之后，就需要進行知識的填充。首先需要在“零件特征庫”中填充“典型零件庫”和“典型特征庫”的內容，這是填充工藝知識的前提，典型零件的屬性不僅包括基礎屬性如“零件名稱”、“零件編碼”等，還需要有其對應的特征屬性。
在“典型知識庫”中填充知識時，“典型零件知識庫”中的每份工藝文件都是對應一個典型零件。“典型知識庫”中每條知識者弦對應一個特征組合。
基于企業工藝知識安全性的考慮，每條知識都有一個屬性為“密級”，密級可分為“絕密、機密、秘密、公開”等不同等級，不同權限的人員可以查看不同密級的知識。
2.2.2 工藝知識查詢、調用與維護
工藝知識查詢、調用可以按照零件參考工藝知識的程度大小，分為快速查詢、逐層查詢，全新設計三個類型。如圖5所示。
圖5 工藝知識查詢調用
快速查詢適用情況：工藝設計人員非常有經驗，得到新的工藝設計任務之后知道其與哪種典型零件最為相似，可以直接從“典型零件知識庫”中得到該典型零件具體的工藝文件，在此基礎上進行修改完善，以得到新的工藝文件，完成工藝設計任務。
逐層查詢適用情況：工藝設計人員在接到工藝設計任務后，不能明確知道其與哪個典型零件最為相似或沒有典型零件與其非常相似。通過逐層查詢方式在“典型知識庫”中逐步鎖定最為相似結果。首先輸入新零件特征值，輸入的特征類型越多，限制條件越多，得到的符合特征的工藝路線越少。此時得到的是沒有具體工序內容描述的工藝路線。確定工藝路線之后，通過“特征+工序”查詢方式在“工序知識庫”中查詢得到具體工序知識，并在“工步知識庫”中查詢得到具體的工步知識。
全新設計，適用于全新的零件工藝設計任務，沒有可以參考的典型零件和特征，直接進行工藝文件的編輯，在編輯過程中可以從“工藝資源庫”中調用現有工藝資源，在“參數知識庫”查詢相關加工參數信息。
在基于PDM的CAPP系統中，工藝知識的更新與維護要做到可控制、可追溯。工藝知識的更新需要通過“變更任務”進行，工藝知識的刪除需要嚴格控制權限。
3 應用實例
基于以上理論，在A公司“CAPP與工藝管理系統”中進行具體應用。該系統中包含“系統工具”、“工藝設計管理”、“工藝知識庫”、“工藝資源庫”等模塊。根據A公司實際情況，將“工藝資源庫”單獨列出，但是其在工藝知識創建、查詢、調用過程中的作用沒有改變。
工藝知識庫中的“零件特征庫”如圖6所示。零件特征庫中，因為該企業生產的零件全部為回轉體類型，故沒有第一層的外形特征，直接從結構特征開始進行分層管理。
圖6 零件特征庫
創建新的工藝知識時，需要首先確定零件特征值，如圖7所示。工藝文件的編輯過程中需要進行工藝知識的調用，可以通過右鍵菜單或者菜單欄進入“工藝知識庫”進行知識的查詢。工藝文件編輯環境如圖8所示。
圖7 設定零件特征值
圖8 工藝文件編輯環境
4 結束語
本文主要描述了基于工藝設計過程的工藝知識庫模型的創建，通過工藝知識的調用可以快速準確地得到工藝設計結果，在實際應用中這一點也得到了驗證。但是，沒有涉及對得到的工藝設計結果的評估，難以保證選擇的設備空閑可用，選擇的加工方法最優。這是本文不足之處，有待解決。
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