在制造業(yè)信息化過程中，企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段引入了不同的信息化系統(tǒng)，CAPP是在制定產(chǎn)品加工制造過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助手段規(guī)范工藝規(guī)劃的一種方法，是將企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，PDM是管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程的技術(shù)，其中產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)以其是連接產(chǎn)品沒計(jì)和產(chǎn)品制造的橋梁顯得至關(guān)重要。

    目前企業(yè)傳統(tǒng)CAPP著重于工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理，對(duì)工藝數(shù)據(jù)管理要求不高，一般更多地用于采用文件形式保存工藝數(shù)據(jù)的單個(gè)零件的工藝自動(dòng)生成，然而隨著企業(yè)信息化的深入，傳統(tǒng)的基于文件保存工藝數(shù)據(jù)的方式不能對(duì)基于集成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，同時(shí)信息化的工藝設(shè)計(jì)必然要求對(duì)工藝過程進(jìn)行管理，這就要求對(duì)CAPP工藝數(shù)據(jù)管理和工藝過程管理技術(shù)進(jìn)行深入研究。

    基于企業(yè)信息深入應(yīng)用的要求及現(xiàn)狀，一種有效解決途徑是采用平臺(tái)化CAPP的軟件，然而獨(dú)立開發(fā)一套平臺(tái)性的CAPP軟件需要考慮流程與數(shù)據(jù)的管理、要求有跨平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)施能否成功也需要反復(fù)在企業(yè)驗(yàn)證，因此，一套成功的平臺(tái)化CAPP軟件的形成需要非常長(zhǎng)的周期和巨大的代價(jià)。

    實(shí)際上平臺(tái)式CAPP的相當(dāng)一部分功能在PDM中有著類似的體現(xiàn)，PDM的流程和數(shù)據(jù)管理功能完全或略加變化便能適應(yīng)CAPP的管理。基于中小企業(yè)信息化的需求，本文提出了在PDM系統(tǒng)框架下如何實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程與PDM系統(tǒng)功能的有機(jī)結(jié)合問題，并給出了有效的解決方案，建立了基于PDM的CAPP系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型，開發(fā)了面向中小企業(yè)的基于PDM的CAPP系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)過程與PDM系統(tǒng)功能的有機(jī)結(jié)合，工藝過程設(shè)計(jì)靈活快捷，具有較好的實(shí)用性和通用性。

1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型

    綜合考慮中小型企業(yè)的實(shí)際狀況及基于PDM的CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、功能要求，構(gòu)建如圖1所示的基于PDM的CAPP系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型與業(yè)務(wù)流程。系統(tǒng)通過采用基于KBE和實(shí)例推理的派生式CAPP方式，盡量提高產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化；采用PDM思想和技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝任務(wù)管理、工藝文檔管理、工藝文件審批、歸檔、發(fā)放、版本管理、工藝設(shè)計(jì)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(tǒng)由三條業(yè)務(wù)主線構(gòu)成：工藝設(shè)計(jì)主線，工藝知識(shí)主線，工藝過程管理主線。

    圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型與流程

    工藝知識(shí)主線——主要是固化產(chǎn)品工藝知識(shí)、工藝資源、典型工藝、工序單元、工藝流程段知識(shí)，通過對(duì)產(chǎn)品的分類和典型產(chǎn)品的總結(jié)歸納，對(duì)提取到產(chǎn)品典型特征進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理（數(shù)據(jù)的信息化表達(dá)），建立典型零件工藝特征與工藝關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立典型產(chǎn)品工藝庫(kù)、產(chǎn)品特征庫(kù)、工藝資源庫(kù)、工藝流程段庫(kù)等，通過這種形式建立為新工藝派生提供基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

    工藝設(shè)計(jì)主線一一基于KBE和實(shí)例推理的工藝設(shè)計(jì)主線，建立典型工藝相似度計(jì)算算法、工藝設(shè)計(jì)實(shí)例檢索、推理算法，根據(jù)新產(chǎn)品工藝特征，快速查找出與新產(chǎn)品最接近的典型工藝進(jìn)行派生，提供工藝路線、工藝工序，控制計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書、PFMEA文件等集成編輯環(huán)境，同時(shí)與工藝知識(shí)庫(kù)聯(lián)動(dòng)，通過少量的人機(jī)交百編輯，即可得到新產(chǎn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝任務(wù)創(chuàng)建，指派，執(zhí)行，轉(zhuǎn)交，工藝文檔審批、歸檔、變更、版本、發(fā)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(bào)表生成、輸出打印控制等。

    輔助功能一一系統(tǒng)工具，主要包括：人員組織結(jié)構(gòu)管理、用戶權(quán)限設(shè)置、系統(tǒng)安全機(jī)制設(shè)置、系統(tǒng)日志管理、數(shù)據(jù)集成接口、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)等。

    三條業(yè)務(wù)主線和一個(gè)輔助功能構(gòu)成了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型，該業(yè)務(wù)模型是架構(gòu)在先進(jìn)IT技術(shù)和數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、KBE技術(shù)、PDM技術(shù)基礎(chǔ)之上的先進(jìn)實(shí)用的CAPP與工藝管理技術(shù)，既繼承了產(chǎn)品

    現(xiàn)行工藝設(shè)計(jì)與管理的歷史經(jīng)驗(yàn)，又融入了數(shù)字化設(shè)計(jì)與信息化管理新技術(shù)。

2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

    為滿足系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建了如圖2所示的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。現(xiàn)對(duì)該結(jié)構(gòu)自底向上進(jìn)行描述：底層平臺(tái)層，由硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)和操作系統(tǒng)層，主要由服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)組成；核心服務(wù)層，核心服務(wù)層由中間件處理CAPP和管理核心業(yè)務(wù)處理邏輯，放在服務(wù)器上運(yùn)行，從而減輕客戶端事務(wù)處理壓力；應(yīng)用組件層，主要處理人機(jī)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(yīng)用工具軟件層，主要為一些常用設(shè)計(jì)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(tǒng)間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或XML中間件集成接口，實(shí)現(xiàn)工具軟件與CAPP系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換；頂層為先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)和工藝管理模型、標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)等。

    圖2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    基于PDM的CAPP系統(tǒng)框架從實(shí)用性和通用性出發(fā)，建立了PDM系統(tǒng)框架下的CAPP系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PDM和CAPP的功能組合而成，充分發(fā)揮PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和過程管理的優(yōu)勢(shì)，CAPP系統(tǒng)主要是執(zhí)行工藝設(shè)計(jì)功能，而將工藝設(shè)計(jì)功能以外的各種管理交給PDM系統(tǒng)，大大縮短CAPP系統(tǒng)開發(fā)周期和降低系統(tǒng)開發(fā)難度。

    3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)主要由工藝設(shè)計(jì)和工藝管理兩部分組成，包括七大子系統(tǒng)，分別是典型工藝庫(kù)子系統(tǒng)、工藝派生設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、典型工藝知識(shí)庫(kù)、工藝資源庫(kù)、工藝設(shè)計(jì)管理子系統(tǒng)、工藝計(jì)算/特殊符號(hào)庫(kù)、系統(tǒng)工具子系統(tǒng)，通過對(duì)工藝設(shè)計(jì)過程、以及工藝文檔管理實(shí)現(xiàn)CAPP與PDM的一體化。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)樹如圖3所示。

    圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)樹

    3.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

    系統(tǒng)采用當(dāng)今最流行的MVC開發(fā)模式和支持更廣泛的組件類型和中間件服務(wù)J2EE的B/S結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)層、持久層、業(yè)務(wù)層和表現(xiàn)層構(gòu)成四層體系架構(gòu)，以應(yīng)用邏輯部署在中間運(yùn)用服務(wù)器，客戶端采用零配置方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化CAPP的核心部分。如圖4所示。

    圖4 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

4 系統(tǒng)功能應(yīng)用

    4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的創(chuàng)建

    具有項(xiàng)目任務(wù)管理權(quán)限的人員進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)的創(chuàng)建和指派，任務(wù)按照類型可以分為工藝設(shè)計(jì)任務(wù)、工裝設(shè)計(jì)任務(wù)等，任務(wù)在創(chuàng)建時(shí)需要說明任務(wù)的基本屬性，包括任務(wù)的開始時(shí)間、最遲結(jié)束時(shí)間、預(yù)警時(shí)間、任務(wù)的輸入輸出、任務(wù)的審批流程等。

    4.2 工藝的派生設(shè)計(jì)

    工藝派生設(shè)計(jì)模塊的主要功能是提供良好的交互式工藝設(shè)計(jì)環(huán)境，生成企業(yè)需要的工藝成套文件，并基于工藝數(shù)據(jù)的匯總分析，形成工藝數(shù)據(jù)報(bào)表。該模塊以工藝為設(shè)計(jì)主體，基于KBE和實(shí)例推理的工藝設(shè)計(jì)主線，通過根據(jù)產(chǎn)品工藝特征進(jìn)行典型工藝實(shí)例檢索，查找符合與新產(chǎn)品最接近的典型工藝進(jìn)行派生設(shè)計(jì)，提供工藝路線、工藝工序、控制計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書、PFMEA文件等集成編輯環(huán)境，生成新的工藝成套文件。

    一個(gè)新產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)工作基于以下流程：首先提取新產(chǎn)品工藝特征，通過特征與工藝規(guī)則庫(kù)在系統(tǒng)典型工藝實(shí)例庫(kù)中查找與其相似的成套工藝文件，對(duì)于原產(chǎn)品中已存在的零部件，或與原產(chǎn)品中相似的零部件，進(jìn)行工藝借用，可以在借用的工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯，生成目標(biāo)工藝；然后進(jìn)行零件層的工藝編輯，對(duì)無法匹配到的已有的產(chǎn)品實(shí)例，進(jìn)入工藝文件編輯系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，最后將典型產(chǎn)品作為實(shí)例歸檔到產(chǎn)品實(shí)例庫(kù)，同時(shí)增加新產(chǎn)品特征和工藝規(guī)則，方便以后工藝設(shè)計(jì)知識(shí)復(fù)用。

5 結(jié)論

    工藝數(shù)據(jù)和工藝過程管理在CAPP中起著舉足輕重的作用，本文通過對(duì)中小企業(yè)過程管理的實(shí)際需求分析，結(jié)合CAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于PDM的CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了PDM和CAPP一體化的無縫集成，該系統(tǒng)在多家中小型企業(yè)進(jìn)行驗(yàn)證，不僅能夠大大提高企業(yè)工藝部門的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理，更好的滿足了企業(yè)信息化建設(shè)的需求。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于PDM的CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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