在制造業信息化過程中，企業在產品開發的不同階段引入了不同的信息化系統，CAPP是在制定產品加工制造過程中應用計算機輔助手段規范工藝規劃的一種方法，是將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的一種技術，PDM是管理所有與產品相關的信息和所有與產品相關過程的技術，其中產品的工藝設計以其是連接產品沒計和產品制造的橋梁顯得至關重要。
目前企業傳統CAPP著重于工藝設計的數據管理，對工藝數據管理要求不高，一般更多地用于采用文件形式保存工藝數據的單個零件的工藝自動生成，然而隨著企業信息化的深入，傳統的基于文件保存工藝數據的方式不能對基于集成網絡環境下工藝數據進行有效的管理，同時信息化的工藝設計必然要求對工藝過程進行管理，這就要求對CAPP工藝數據管理和工藝過程管理技術進行深入研究。
基于企業信息深入應用的要求及現狀，一種有效解決途徑是采用平臺化CAPP的軟件，然而獨立開發一套平臺性的CAPP軟件需要考慮流程與數據的管理、要求有跨平臺的系統結構，實施能否成功也需要反復在企業驗證，因此，一套成功的平臺化CAPP軟件的形成需要非常長的周期和巨大的代價。
實際上平臺式CAPP的相當一部分功能在PDM中有著類似的體現，PDM的流程和數據管理功能完全或略加變化便能適應CAPP的管理。基于中小企業信息化的需求，本文提出了在PDM系統框架下如何實現工藝設計過程與PDM系統功能的有機結合問題，并給出了有效的解決方案，建立了基于PDM的CAPP系統的業務模型，開發了面向中小企業的基于PDM的CAPP系統，該系統實現了工藝設計過程與PDM系統功能的有機結合，工藝過程設計靈活快捷，具有較好的實用性和通用性。
1 系統業務模型
綜合考慮中小型企業的實際狀況及基于PDM的CAPP系統的設計原則、功能要求，構建如圖1所示的基于PDM的CAPP系統業務模型與業務流程。系統通過采用基于KBE和實例推理的派生式CAPP方式，盡量提高產品工藝設計的智能化、標準化和規范化，工藝設計數字化；采用PDM思想和技術實現工藝任務管理、工藝文檔管理、工藝文件審批、歸檔、發放、版本管理、工藝設計變更、工藝物料編碼、工裝管理等流程化、電子化，從而形成CAPP與PDM的一體化無縫集成，本系統由三條業務主線構成：工藝設計主線，工藝知識主線，工藝過程管理主線。
圖1 系統業務模型與流程
工藝知識主線——主要是固化產品工藝知識、工藝資源、典型工藝、工序單元、工藝流程段知識，通過對產品的分類和典型產品的總結歸納，對提取到產品典型特征進行結構化處理（數據的信息化表達），建立典型零件工藝特征與工藝關聯關系，建立典型產品工藝庫、產品特征庫、工藝資源庫、工藝流程段庫等，通過這種形式建立為新工藝派生提供基礎準備。
工藝設計主線一一基于KBE和實例推理的工藝設計主線，建立典型工藝相似度計算算法、工藝設計實例檢索、推理算法，根據新產品工藝特征，快速查找出與新產品最接近的典型工藝進行派生，提供工藝路線、工藝工序，控制計劃、作業指導書、PFMEA文件等集成編輯環境，同時與工藝知識庫聯動，通過少量的人機交百編輯，即可得到新產品成套工藝文件，再生成初始版本、輸出、提交、歸檔、打印。
工藝過程管理主線——采用PDM管理思想和技術，實現工藝任務創建，指派，執行，轉交，工藝文檔審批、歸檔、變更、版本、發放、查詢、借閱、歸還，工藝審批流程用戶自定義，出差代理、工藝物料編碼、工藝文檔分類管理、工藝信息匯總、報表生成、輸出打印控制等。
輔助功能一一系統工具，主要包括：人員組織結構管理、用戶權限設置、系統安全機制設置、系統日志管理、數據集成接口、數據備份與恢復等。
三條業務主線和一個輔助功能構成了系統的業務模型，該業務模型是架構在先進IT技術和數字化工藝設計、KBE技術、PDM技術基礎之上的先進實用的CAPP與工藝管理技術，既繼承了產品
現行工藝設計與管理的歷史經驗，又融入了數字化設計與信息化管理新技術。
2 系統體系架構
為滿足系統的業務需求，構建了如圖2所示的系統體系結構。現對該結構自底向上進行描述：底層平臺層，由硬件設備、數據庫和操作系統層，主要由服務器、交換機、路由器、數據存儲設備、操作系統和數據庫組成；核心服務層，核心服務層由中間件處理CAPP和管理核心業務處理邏輯，放在服務器上運行，從而減輕客戶端事務處理壓力；應用組件層，主要處理人機交互的CAPP和工藝管理信息輸入/輸出、流程審批、信息查詢、工藝表格的圖文編輯等；應用工具軟件層，主要為一些常用設計和文字處理工具軟件，如AutoCAD、NX、Pro/E、Word、Excel、OA等，工具軟件與CAPP系統間采用點對點或XML中間件集成接口，實現工具軟件與CAPP系統間的數據交換；頂層為先進的工藝設計和工藝管理模型、標準、知識等。
圖2 系統體系架構
3 系統的實現
基于PDM的CAPP系統框架從實用性和通用性出發，建立了PDM系統框架下的CAPP系統，該系統由PDM和CAPP的功能組合而成，充分發揮PDM系統的數據和過程管理的優勢，CAPP系統主要是執行工藝設計功能，而將工藝設計功能以外的各種管理交給PDM系統，大大縮短CAPP系統開發周期和降低系統開發難度。
3.1 系統功能結構
系統主要由工藝設計和工藝管理兩部分組成，包括七大子系統，分別是典型工藝庫子系統、工藝派生設計子系統、典型工藝知識庫、工藝資源庫、工藝設計管理子系統、工藝計算/特殊符號庫、系統工具子系統，通過對工藝設計過程、以及工藝文檔管理實現CAPP與PDM的一體化。系統的功能結構樹如圖3所示。
圖3 系統功能結構樹
3.2 系統技術架構
系統采用當今最流行的MVC開發模式和支持更廣泛的組件類型和中間件服務J2EE的B/S結構，以數據層、持久層、業務層和表現層構成四層體系架構，以應用邏輯部署在中間運用服務器，客戶端采用零配置方式實現了網絡化CAPP的核心部分。如圖4所示。
圖4 系統技術架構
4 系統功能應用
4.1 設計任務的創建
具有項目任務管理權限的人員進行項目任務的創建和指派，任務按照類型可以分為工藝設計任務、工裝設計任務等，任務在創建時需要說明任務的基本屬性，包括任務的開始時間、最遲結束時間、預警時間、任務的輸入輸出、任務的審批流程等。
4.2 工藝的派生設計
工藝派生設計模塊的主要功能是提供良好的交互式工藝設計環境，生成企業需要的工藝成套文件，并基于工藝數據的匯總分析，形成工藝數據報表。該模塊以工藝為設計主體，基于KBE和實例推理的工藝設計主線，通過根據產品工藝特征進行典型工藝實例檢索，查找符合與新產品最接近的典型工藝進行派生設計，提供工藝路線、工藝工序、控制計劃、作業指導書、PFMEA文件等集成編輯環境，生成新的工藝成套文件。
一個新產品的工藝設計工作基于以下流程：首先提取新產品工藝特征，通過特征與工藝規則庫在系統典型工藝實例庫中查找與其相似的成套工藝文件，對于原產品中已存在的零部件，或與原產品中相似的零部件，進行工藝借用，可以在借用的工藝基礎上進行編輯，生成目標工藝；然后進行零件層的工藝編輯，對無法匹配到的已有的產品實例，進入工藝文件編輯系統進行重新設計，最后將典型產品作為實例歸檔到產品實例庫，同時增加新產品特征和工藝規則，方便以后工藝設計知識復用。
5 結論
工藝數據和工藝過程管理在CAPP中起著舉足輕重的作用，本文通過對中小企業過程管理的實際需求分析，結合CAPP系統結構設計原則，設計并開發了基于PDM的CAPP系統，實現了PDM和CAPP一體化的無縫集成，該系統在多家中小型企業進行驗證，不僅能夠大大提高企業工藝部門的設計效率和設計質量，而且有利于實現產品全生命周期管理，更好的滿足了企業信息化建設的需求。
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本文標題：基于PDM的CAPP系統的設計與實現
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