基于产品结构树的CAPP系统开发技术

作者：刘志峰 梁峰 朱华炳

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 引言 目前，对于基于产品结构树的CAPP系统的研究主要是在PDM或Pro/E平台上进行的，CAPP系统本身不具有产品结构树的数据结构，它根据PDM的数据库或是BOM (bill of materials) 表形成产品结构树，这就使基于产品结构树的CAPP无法脱离PDM平台运行，限制了CAPP系统的独立性。但是如果CAPP系统自身具有产品结构树的数据结构，在与PDM系统的集成中，就可能导致CAPP与PDM产品结构树不一致。因此如何既保持CAPP系统的相对独立，又能够实现与PDM系统的良好集成，成为基于产品结构树的CAPP系统研究的重点。本文结合应用实例，重点阐述基于产品结构树的CAPP系统开发的关键问题。 1 设计思想及框架 产品结构树是描述零部件装配关系的树型结构。企业的生产经营活动都是围绕产品结构而展开，一个产品的生产过程实际上就是这个产品所有属性的生成过程。每一份工艺文件虽然是针对一个具体的零、部件，但作为产品的属性之一，工艺文件也应在工艺设计计划的指导下，围绕产品结构展开，这样就可以清晰地描述产品的装配关系，并可直接读取产品的明细表数据文件，将CAD 中的产品设计数据自动带入到CAPP系统中。因此，基于产品结构的CAPP系统更适应企业的生产环境。当前一些商品化的PDM、ERP 及MRPII系统，也都是建立在产品结构树的基础上，基于产品结构树的CAPP系统更易于实现与PDM等系统的集成。 基于上述思想，采用基于产品结构的设计方法，研制开发了面向用户的、多种决策方式并存的CAPP系统。系统的总体功能框架如图1 所示。 该系统是基于C/S 结构的分布式多用户系统，数据库放在服务器上，各个客户端通过ADO(activeX data object) 的方式连接到服务器。CAPP系统通过集成接口从PDM系统获取产品结构信息，形成产品结构树，并根据产品结构树进行工艺设计，返回工艺文件给PDM系统。系统采用Visual Basic 6.0 和SQL Server 2000 联合开发，界面友好，使用方便。 在系统的设计与开发过程中，产品结构树的数据结构设计和与PDM集成接口设计成为系统设计的关键点，而日志管理也是CAPP系统中一个不容忽视的问题。 2 产品结构树数据结构设计 在企业中，为了提高零部件的可重用性，零部件之间存在大量的借用关系，因此零部件之间的装配关系是一个多对多的关系，产品结构树的数据结构呈网状。如何将网状结构转化为可以用关系型数据库表达的有效结构，是产品结构树数据结构设计的关键。 常用的树的数据结构设计方法主要有3 种。 (1) 孩子表示法。用一条记录表示父部件与所有子部件的关系。在每个父部件结点设置多个指针域，分别指向该父部件所拥有的多个子部件。这种方法的优点是根据父部件可以迅速找到所有的子部件。但是由于每个父部件所拥有的子部件个数不一致，而关系型数据库不允许表的列数动态改变，因此必须在每个结点设置数目相同的指针域以指向子部件，这样存在很多空域，浪费了大量的存储空间，而且指针域的数目不容易确定。 (2) 双亲表示法。用一条记录表示子部件与其父部件的关系。在每个子部件结点，设置多个指针域，指向其所有的父部件结点。根据子部件，可以很快查找到其所拥有的父部件。优缺点与孩子表示法类似。 (3) 孩子兄弟表示法。表示产品结构时，用部件的第一个子部件和下一个兄弟部件来表示装配关系。通过这种方式可以准确唯一的标示零部件，而且不会存在空域。但由于实际应用中产品装配并不考虑同级零部件之间关系，这种方法在实际应用中很少采用。 在本系统的数据结构设计中，结合上述几种表示法的优点，把多对多关系拆分成一对一关系，用一条记录表示单个父部件与单个子部件之间的装配关系。图2 为产品结构树的转化过程。这种表示法虽然比孩子兄弟表示法多占存储空间，但后者不符合实际的产品装配关系；而与双亲表示法或孩子表示法相比，又极大地节省了空间。这样既可以表示确定的装配关系，又可以合理的占用存储空间。 表1 为产品结构的数据结构。图3 为系统的产品结构树界面。 3 与PDM系统集成接口设计 CAPP与PDM集成已经成为CAPP系统发展的趋势，由于PDM系统大都建立在产品结构基础上，基于产品结构树的CAPP系统更易于实现与PDM系统的集成。要实现与PDM系统的快速、安全、有效集成，集成接口的设计是一个关键问题。常用的集成方式主要有：①数据参数集成，即CAPP系统采用数据文件、参数传递等方式实现与PDM系统之间的信息交换。优点是系统独立，集成简单，但数据交换过程中有损失，而且公开的数据文件很难保障数据的安全性。②数据库集成，即PDM系统与CAPP系统共享同一个数据库，CAPP系统可以直接读取PDM系统中的产品结构信息。采用这种方式可以实现数据信息的无损交换，而且数据交换在同一个数据库内部进行，保障了数据的安全性。但这种集成方式要求CAPP系统必须与PDM系统共享同一个数据库，或是PDM系统对CAPP系统完全开放数据结构，这对于PDM与CAPP系统不是同步开发的用户来说，很难做到。 在本系统设计过程中，为了使已经成型的CAPP系统保持内部固有的结构(包括数据库结构) ，同时实现和PDM系统的良好集成，采用了建立数据公用区的方法。数据公用区负责数据信息的传输和处理。在进行工艺设计时，PDM系统传送产品结构信息到数据公用区，并发送信号通知CAPP系统；CAPP系统对数据公用区的数据处理后形成产品结构树，进行工艺设计，完成后把设计结果传送到数据公用区，通知PDM系统接收；PDM系统得到设计结果，生成工艺文件，清空数据公用区。图4为数据公用区的数据流程图。 这种集成方式虽然与数据库集成方式相比略显繁琐，但适用于大部分情况下的PDM与CAPP系统集成，可以保证CAPP系统的相对独立；与数据参数集成方式相比，既可以实现数据的完整交换，又能够保障数据安全性。在具体实现时，只需要双方系统把有关产品结构的一部分数据结构开放即可。 4 日志管理 日志管理作为管理系统的一部分，在CAPP系统中一直没有得到应有的重视，开发人员大都认为日志管理只是用于数据库的备份与恢复，而底层数据库系统(如：SQL Server，A ccess) 的日志管理功能已经可以满足这些要求。因此，在实际系统设计中，日志大多只是简单记录下用户的登录和注销情况，或是没有单独设计日志管理功能。但是对于CAPP系统的维护人员来说，数据库系统的日志显得晦涩难懂，用户很难通过日志来发现CAPP系统中存在的问题。 在本系统中，针对上述问题设计了系统的日志管理功能，从而减少了系统维护人员和工艺设计人员的工作负荷，提高了系统的恢复能力。表2 为本系统日志管理的数据结构表。 通过图5 的日志管理界面可以看出，对于CAPP系统来说，除了数据库的备份与恢复外，日志管理还具有以下功能： (1) 显示工艺的设计进度。日志记录下工艺设计人员的设计步骤，工艺负责人可以选择按“用户行为类型”排序，显示“用户行为类型”为“工艺设计”的记录，查看零部件的设计进度；或是按“用户姓名”排序，了解各个设计人员的工作进度。 (2) 有利于系统故障的诊断和恢复。日志可以记录下用户的操作步骤。当出现故障时，系统维护人员可以调出日志，了解故障发生前操作人员及其操作情况，便于确定故障原因，降低了系统维护的难度。 (3) 现在的CAPP系统大都是建立在基于网络的分布式结构基础上，同一时刻会有多个用户同时使用，详细的日志便于工艺负责人掌握整体情况，协调用户关系。 5 结束语 基于产品结构进行设计是企业工艺设计对CAPP系统提出的要求，基于产品结构树的CAPP系统也更适应企业的生产环境。在基于产品结构树的CAPP系统设计中，既考虑到CAPP系统的相对独立，又实现了与PDM系统的有效集成。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/21/2006)