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面向并行工程的CAD/CAPP集成系统研究 |
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作者：李东波 窦万春 李坤宇 张世琪 |
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摘要：本文基于网络开发环境，建立了一种面向并行工程的CAD/CAPP系统结构，并对有关模块的功能进行了分析。在理论分析的基础上，作者面向生产实际，以PowerBuilder为开发平台，在网络环境中实现了该系统结构中的所有模块，经实际运行，效果良好。
关键词：并行工程，集成，网络，面向对象。
1、引言
作为先进制造理论的一种，并行工程要求面向产品的全生命周期，在设计一开始，就充分考虑设计下游有可能涉及的影响因素，随着概念设计、详细设计的深入，有关工艺、制造等相关信息也随设计阶段的不同，逐渐融入设计领域，尽量避免在某一设计阶段完成后才意识到因工艺、制造等因素的制约造成该阶段甚至整个设计方案的更改。这就要求有一种能保证各部门适时通讯的并行工作环境，没有保证各部门并行工作的环境，这种工作模式只能是纸上谈兵。
计算机技术的发展为并行工程各单项技术的实施与发展提供了有利的工具与可靠的技术保障，但如何实现并行工程各单项技术的集成，还是制造领域急需解决的问题。造成这种情况的原因大致有以下几种：
(1)设计、工艺阶段的软件工作平台不同，所形成的文件格式不统一。
设计阶段主要以图形文件为主，而工艺阶段主要以表格、文本文件为主，如何将风格各异的工作环境和文档格式集成于一个统一的大环境中，这是CAD/CAPP集成中一个亟待解决的关键技术。
(2)设计阶段产生的信息，如何适时的传输到相应的工艺部门，也是制约CAD/CAPP集成的一项因素。网络技术虽然为信息传输提供了技术支持，但是在相关信息读取速度和具体集成工作方式方面还存在许多问题。
(3)随着图形、工艺信息量的增加，如何建立一套完善的产品数据管理(PDM)系统，实现科学有效的信息管理，满足信息检索的要求，这方面的问题随着并行工程的深入开展已越来越受到企业的关注。
2、CAD／CAPP集成体系结构的建立
作者根据在国家“863”CIMS技术开发、推广、 应用过程中的体会，结合并行工程的思想，建立如图1所示CAD／CAPP集成体系结构。
该系统基于网络环境，模拟实际设计过程，在设计阶段就将工艺思想贯穿始终。即在设计阶段进行的同时，工艺部门就可以读取相应的工艺信息，根据这些工艺信息，一方面可以对设计过程实施工艺信息监控，另一方面为制造部门提供早期的原材料和设备要求。
下面对几个重要模块加以详细说明：
(1)总体工艺分析
此阶段设计部门只能提供有关产品模型的初步构思及相应原始设计方案，所包含的工艺信息是有限的、粗线条的，但工艺人员从这些总体工艺信息中可以把握设计者的意图和思路。就象在某项目立项伊始，两位工程师和工艺师面对面的对设计方案从产品模型的功能、结构、可制造性和成本核算等方面进行综合评价，实质上就是从生产角度对设计方案进行考察。通过设计、工艺两方面的综合考虑制定的总体设计、工艺方案，在可行性方面就有了很大的保证。
(2)设计方案评价
随着阶段性设计工作的深入与细化，CAPP系统要能保证适时的对设计的每一细节加以评价，对从工艺方面无法实现或不太理想的设计，要及时通知有关设计人员，并根据设计意图提供合理化建议，将设计更改限制在最小范围内，其最终目的是通过设计阶段的多次“小循环”来避免串行工作模式中的方案更改“大循环”所造成的各项损失。
(3)工艺方案制订
在设计的不同阶段，设计部门提供的信息“粒度”级别不同，即信息详细程度不同。所以，在工艺制订过程中，也要跟踪相应设计流程，分层次制订工艺规程，根据设计不同阶段提供的工艺信息，逐渐细化总体工艺设计阶段制订的工艺方案，直至形成具体可行的工艺规程。
在该集成环境下，设计和工艺均面向实际生产制造现场，以实现产品的功能要求为最终目标，根据产品模型的功能要求和结构特点，始终将具体产品的制造环境、工装设备要求、相应零部件的可制造性评价及车间作业调度等因素贯穿于产品和工艺设计过程中，在设计过程中从工艺角度完成虚拟制造过程和产品的可制造性检测。使工艺不但指导实际生产，而且也指导产品设计，真正实现工艺作为沟通设计、制造环节的桥梁作用。
3、基于并行工程思想的CAD/CAPP集成软件系统功能分析
根据图1所示的体系结构模型，结合国家“863”CIMS技术的开发、推广、应用，作者面向企业生产实际，以大型数据库应用软件PowerBuilder为开发平台，利用面向对象技术，已开发出基于网络环境的CAD／CAPP集成软件系统，经企业实际使用，效果良好，目前已经过国家CIMS专家组验收，正式交付试点单位正常使用。限于篇幅本文不可能将该系统的所有功能及源程序一一罗列出来，下面就CAD／CAPP集成子模块的主要功能和关键技术加以说明。
图1 CAD／CAPP集成体系结构模型
如图2所示，这是CAD／CAPP集成子模块中工艺制订功能模块，左上方的项目下拉列表中是已经完成或正在进行的项目名称。选中所需项目，该项目包含的所有一级部件和零件就在下方的Tree View控件的显示区域出现。单击显示区域的项目符号，其隶属的一级部件和零件就以树状形式显示出来。单击某一级部件号，如果其包含二级部件或零件，其隶属的二级部件或零件就以树状形式显示出来。以此类推，就可以浏览该产品的整个零部件构成及隶属关系。双击某图号，其对应的图形和工艺信息就显示在指定区域。
图2 CAD／CAPP并行工作集成环境
双击图形或工艺显示区域，系统就直接进入AutoCAD R12(Windows版本)绘图环境或M.S.Word 6文本编辑环境。单击每一Data Windows数据窗口右上角的“□”符号，该窗口局部放大如图3所示。
图3 局部放大界面
典型工艺/工序指导规程由典型工艺/工序类别下拉列表来控制，实现动态联结库的信息存取。
该软件系统以PowerBuilder为开发平台，采用人机交互方式，在产品设计工作进行的同时，工艺部门就可以通过网络传输系统快速读取设计信息，既可以在网络环境中运行，又支持单机操作。该系统通过设计、工艺信息集成环境，很好的实现了图1所示的各项功能。
以上介绍的基于网络环境的CAD／CAPP集成软件系统较好的实现了功能集成、信息集成和过程集成，但是因为在CAPP过程中需要许多“人为”的创造性工作，有许多地方要用到人工智能的知识，目前该集成软件系统中的CAPP功能模块，只是在数据库集中管理的基础 上实现动态导航的引导作用。例如：设计部门进行工作时，首先提取设计特征，如某一设计零件为“板类”零件(或“轴类”、焊接类”部件等)，那么在该零件设计一开始，设计者在设计特征信息中就可以填入“板”和相应零部件号，利用关系数据库中“主键”和“外键”的关系，根据数据库中事先建立的基于本企业工艺特点的工艺标准“类”库，自动生成包含基本工序和典型技术要求的工艺模板文件(此时的工艺文件只是一种框架指导文件)。工艺部门通过网络系统可以在获得图形信息的同时，在工艺信息数据库中通过文件号将已经自动生成的工艺模板文件调出，同时利用关键字“板”将本企业常用关于“板”的典型工艺路线和方法库(如设备信息、一般工时计算或工艺技术要求等)调出，从中选出所需信息，通过信息继承和再设计，形成详细工艺文件。这种工作方式实现了图纸设计周期和工艺设计周期的部分重叠，极大的缩短了制造前的技术设计周期，而且在设计部门开展工作的同时，工艺部门通过网络系统浏览器和信息布告栏，对设计工作的工艺可实现性进行监督和验证，并在发现问题的时候进行信息发布和警告，从制造可行性方面保证了设计工作的可靠性，大大消除了设计中存在的返工隐患。
而在传统串行工作模式中，设计部门工作时，工艺部门无事可做;设计一旦完成，工艺部门紧张工作，而设计部门则要“坐等”工艺部门的“核查”结果，一旦工艺方面提出异议或存在制造不可行因素，则设计部门的某些方案或技术参数就要进行返工或修改。这种一来一往的信息滞后交流，造成了极大的时间浪费。而在本文介绍的CAD／CAPP集成软件系统中，以并行思想为指导，较理想的解决了串行工作模式中存在的信息“集中”转移的问题，将串行工作模式中部门之间信息转移和理解的这“段”独立时间融于部门之间的周期重叠中。图4a是本系统CAD／CAPP并行工作原理，图4b是串行工作模式中设计和工艺环节衔接示意图。从这两个示意图不难看出并行工作的优点。本系统基本上实现了并行工程在缩短产品上市周期、实现信息和过程集成的要求。基于当前CAPP技术还不是很成熟，所以本系统在工艺信息智能化生成方面还需进一步研究和扩充。
图4 并行工作模式和串行工作模式部门运作示意图
本软件设计中的几点关键技术：
(1)Powerbuilder应用软件中的OLE技术保证了本系统和AutoCAD绘图应用软件、M．S．Word文本编辑软件的良好接口。
将图形或工艺文本信息作为表(table)中的一个字段，数据类型(Data Type)设定为longbinary。在建立Data Windows时利用OLE技术，在Database Blob Object弹出窗口中，从OLE Class： Description(Only Class is Used)下拉列表里，根据需要选中AutoCAD R12(Windows版本)绘图应用软件或M．S．Word 6文本编辑软件。经过窗口联结，软件运行时，双击相应区域，即可自动进入建立Data Windows时选中的应用软件环境。
(2)Tree View控件中的图号隶属关系是通过设计功能模块中提供的零部件级别(如一级部件，二级部件，...零件等)来控制的。
(3)图形库、工艺信息库等文档文件包含信息量大，故在检索时速度较慢，建立索引、参数检索和分组技术可以很好的解决这一问题。如在建立Data Windows时，设定图号为检索参数，Tree View控件中doubleclicked事件中的源程序为：
dwname．settransobject(sqlca)
dwname．retrieve（tuhao）
说明：dwname——数据窗口(Data Windows)的名字。
(4)利用M．S．Word 6软件的编辑技巧
根据需要，事先在M．S．Word 6中建立本企业的工艺/工序编辑格式，以．dot格式存成模板形式。本系统运行时，双击工艺显示区域，进入M．S．Word 6应用软件，此时直接调用自定义的模板，在相应格式中直接进行工艺/工序编辑，节省了表格绘制时间，将会大大提高工艺/工序编辑质量和工作效率。
4、结束语
并行工程各单项技术已应用多年，如何构造一个统一的并行环境，从根本上改变各单项技术传统的串行运作模式，还要做许多具体工作。但是，充分利用现有设备和技术，营造一个初步的并行工作环境，提高各并行单元工作周期的并行度，在一定程度上实现各部门的信息融合，是切实可行的。
(end)
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(7/2/2004) |
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