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PDM/PLM/CAPP |
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CAPP开发平台的关键技术的研究与实践 |
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作者：华中理工大学 何平浒 蔡力钢 李培根 |
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摘要：介绍了系统的总体结构——基于网络和数据库的客户/服务器结构.阐述了CAPP开发平台中存在的若干关键技术——产品数据模型、数据库建模、数据安全、并发控制和工艺技术文档的实现等.
关 键 词：计算机辅助工艺设计；开发平台；数据库应用
CAPP是一个将产品数据转换成面向制造的指令性数据的重要环节，起到了承上 （产品设计） 启下 （加工制造与管理）、连接CAD与CAM及MRPⅡ等应用系统的桥梁作用［1，2］.
工艺设计对产品对象、制造环境和生产类型有很强的依赖性，制造环境或零件类型不同必然导致设计结果的不同，这就限制了CAPP系统的通用性.目前，国内绝大多数CAPP系统一般都是以特定环境下的特定制造资源为背景，甚至针对特定的产品进行开发的，这点从它们的命名就可看出.这种一一对应的开发策略，严重影响了CAPP系统的开发效率、通用性和商品化程度，不利于CAPP技术的迅速普及.
我们在工程项目的研究开发过程中，本着实用、通用和商品化的基本原则，开发了一平台型CAPP系统，并在实际运用中取得较好的成效.
1、CAPP系统的总体结构
系统的总体功能结构如图 1 所示.
图 1 CAPP 系统的总体功能结构图
为达到实用的目标，系统决定采用变异式工艺设计为主的混合式设计方法.系统要处理多达10余种工艺文档，为充分利用检索和修订等方式设计工艺，系统要提供10多个功能强大的文档编辑工具.工艺员通过这些文档编辑器，可以高效地生成工艺技术文档.这决定了系统必须有相应的文档编辑器管理模块.
工艺设计结果以工艺技术文档的形式表现出来，这些工艺技术文档包括工艺过程卡、工序卡、物料清单、数控加工过程卡等.经过收集和整理，工艺部门已经积累了大量的成熟工艺资料，并建立了标准工艺库.这决定了系统必须有相应的工艺数据管理功能模块和标准工艺数据库管理功能模块.
在工艺设计过程中，工艺设计资源的合理使用是提高工作效率、保证工作质量的主要手段之一.工艺设计资源包括刀、辅、量、夹、设备、材料、余量、进给用量、毛坯、工时定额、公差等各种数据，以及各种工艺术语，特殊符号、毛坯图库等，这些数据关系复杂，图、文、数字混杂，为使工艺设计者能方便快捷地检索到所需的数据，系统必须有相应的工艺资源管理功能模块.
综上所述，充分利用先进的网络和数据库技术，考虑各功能模块之间的联系，建立基于网络和数据库的变异式CAPP系统.
2、以PDM产品结构树为核心的产品数据模型
2.1 产品数据模型的提出
CIMS集成的关键技术之一就是建立面向产品生命周期的统一数据模型，对产品生命周期内的产品数据的集成管理是CIMS的一个基本要求.在并行工作的环境下，建立基于PDM的，以其产品结构数为核心的产品数据模型，使CAD，CAPP 和 MPRⅡ等应用系统共享产品数据信息，从而实现它们之间的集成，如图2 所示.
图 2 基于PDM的产品数据模型
2.2 产品数据结构的组织
产品结构是PDM系统中零部件对象与对象之间的关联关系的一种常见的展现产品装配结构关系的视图.采用图形方式，在零部件对象的引用与引用之间，建立层次拓扑关系，反映产品的装配结构关系.
基于PDM环境下的CAPP系统的产品数据对象的输入来源于PDM系统的产品数据对象的输出.在系统中，面向产品组织工艺设计，产品的整个装配关系形成一个树型结构，并在相应的节点上挂有各种对应的工艺技术文档，这样一棵工艺树称为产品结构树.产品结构树是CAPP集成平台组织工艺文档和进行工艺设计的核心或主干，它是将PDM系统内的产品数据对象以文件的形式读入后自动生成的.
3、基于模板的开放式数据库框架
在常规的数据库应用系统中，所有基本数据表的结构完全是由系统开发人员在设计阶段定义好的，用户所做的就是数据的录入、修改和查询.但在开发CAPP系统中，由于不同的企业、不同的产品类型，工艺技术文档种类繁多，因此根本没法预先定义通用、完整的数据库模型.那种常规的设计模式显然不适合开发平台型CAPP系统的数据模型的要求.
针对CAPP系统的特点，为适应不同企业制造环境的变化，将一般的数据库应用程序的设计思维向前迈进一步：在系统的设计阶段仅提供少量必要的数据表，构建一个开放式的数据库框架，并提供相应的接口，可由用户在系统的运行状态动态地增加、删除数据表，即向用户提供修改数据库结构的机制.这样就使系统能适应不同用户的不同需求.
3.1 模板的数据模型
系统的工艺资源数据模型如下：数据字典包括CAPP 系统表和工艺资源表，其中前者包括资源对象表、资源对象关键字表、模板元素表和模板定义表；后者包括材料表、设备表、工艺术语表、特殊符号表等.
3.2 模板的应用
在CAPP系统中，针对不同用户对同一工艺技术文档的信息结构和表达形式的不同，使用模板的概念来实现系统的开放式数据模型.模板对应各种不同的工艺技术文档.在系统的具体实施阶段，根据用户的要求添加或删除相应的模板，进而添加或删除相应的基本表，构建相应的数据模型，然后针对这个数据模型定制用户所需的表达形式，从而实现特定用户的特定需求.这样就实现了系统通用性的目的.
4、系统的数据安全与并发控制
在并行工作环境下，并发操作是不可避免的，为此，系统需要采用一种符合自身特点的并发控制方法.通过分析得出，完全依赖数据库的锁机制解决CAPP系统的并发操作控制问题不可行.在工业界提出长事务的解决方案之前，我们在CAPP系统中采用自己的控制方法，用程序来保证并发能力.
用户对工艺数据的操作是以文档为单位进行的，因此可以考虑使用CheckIn和CheckOut机制对文档的读写进行控制.用户操作时，工艺文档对象无非处于两种状态：一是CheckOut，一是CheckIn.在用户操作相应的对象时，应用程序记录该对象的当前状态，表明该对象在某个时间被某个用户执行了何种操作.用户结束操作后，更改该对象的状态.在此期间，如果多个用户同时对该对象进行操作，则应用程序会给出提示并限制此用户的操作权限.CAPP系统中的工艺技术文档对象的数据结构如下：
工艺技术文档对象表
对象编号 (OBJ－ID)
对象所属节点 (OBJ－NodelID)
…
对象状态记录 (OBJ－Status)(取值为 CheckIn/CheckOut)
…
仔细分析许多企业的各种工艺技术文档后发现：大量的同类型或不同类型的文档具有相同的数据信息块，例如：表头信息块、确认信息块、图形信息块等.结合现代软件开发的新思路，引入软件复用的思想，运用软件复用的相关技术——软件构件技术，从不同的工艺技术文档中抽取构件模型，形成基本构件库，完成核心代码.这样在系统实施和用户定制时就可以运用软件构件组装及构架技术实现软件复用，提高开发效率和开发质量.这显然更符合现代软件工程的思想，但其难点在于软件构件的抽取及软件构架系统的整体设计.
参考文献
［1］张汉新，蔡力钢，张国军等.以PDM 为平台的CAPP系统.华中理工大学学报，2000， 28(4)： 7～9
［2］王 俊，卢正鼎，刘 青.PCB 联装 CAD/CAPP/CAM 集成系统.华中理工大学学报，1999，27 (4)： 25～27
(end)
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(7/2/2004) |
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