基于PDM的CAPP系统的研究与应用

作者：张炜 陈峰 祝勇仁

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 随着企业信息化的发展，企业的工艺部门对工艺数据管理的要求逐渐提高，迫切需要CAPP具备较强的数据管理控制功能，即要求CAPP系统不仅作为工艺的设计平台，还要管理工艺部门的所有数据。PDM是用来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术，是整个企业信息的集成平台，各种应用系统都通过不同的集成方式集成到该平台上，使得企业各部门的所有产品相关数据得以高度的集成和共享。CAPP的输出信息作为企业信息化的基础信息也必然要通过PDM平台来集成起来，基于PDM平台的CAPP可以充分利用PDM的强大功能，实现工艺设计过程控制和并行工程，开发基于PDM的CAPP系统必将成为一个发展趋势。 1 基于PDM的CAPP体系结构 PDM最早是为了解决产品设计过程中产生的大量工程图纸、技术文档以及CAD文件的计算机化的管理问题，后来逐渐扩展到工艺制造、生产计划，外购订单等数据，直至覆盖整个产品开发过程中产生的所有数据。因此，PDM对数据的管理仍然侧重于产品设计数据，或者说是对产品设计数据的管理功能上较为完善，对工艺设计数据的管理上还不够深入。CAPP是工艺数据的发源地，但对数据的控制和设计过程管理方面较为薄弱。但从产品整个生命周期来讲，工艺数据仍然属于设计数据的范畴，它们在数据的版本管理、审批发放管理、历史数据管理、工程更改管理上具有相似性。以PDM为工艺信息系统集成框架，满足企业工艺设计与管理要求，实现信息集成、功能集成和过程集成的实用化，主要考虑以下几个方面的问题： 1.1 系统的集成性 工艺信息系统以信息集成、功能集成、过程集成为目标，实现基于PDM的工艺信息系统，可以与CAD、CAM、ERP等系统进行有效的集成。工艺信息系统应封装在PDM系统中，工艺设计所需要的数据如产品结构BOM、设计图纸信息、零组件信息、工程BOM等可以从PDM中直接获取，工艺设计流程直接在PDM系统中定制，并控制工艺信息系统的运行，工艺文档、工艺信息和相关统计汇总信息包括BOM等ERP所需的工艺数据直接提交PDM管理；工艺设计和工艺管理的有关数据作为数据集放在有关的Item下管理。 1.2 系统的安全性 在PDM系统中为用户设置适当的权限以及密码，做到管理方便、安全、可靠。此外，数据库、PDM及操作系统都设有相应的安全性管理措施。工艺信息系统将在此基础上建立较为完整的安全管理机制，对用户进行身份、权限的管理，使得以不同身份登录的人员具有不同的系统权限、在系统中进行不同的管理、设计工作，担任不同的角色。从而确保工艺信息系统的安全。 2 基于PDM的CAPP系统实现的关键技术 2.1 基于编码的成组技术 锅炉压力容器是典型的多品种、小批量生产产品，因此，可以应用成组技术的基本原理来解决锅炉压力容器的工艺设计的问题。 锅炉压力容器的工艺设计特点有别于机械加工工艺。它的工艺更多表现为焊接工艺，装配工艺。因此，必须根据成组技术的分组思想来对锅炉压力容器的零部件进行分组。基本的思想就是分组分类：即把锅炉压力容器分成零件组、组件组、产品组。本文通过自定义的锅炉压力容器零件分类编码系统，按成组技术的要求进行了分类，即把零件组根据不同的制造过程方法分成封头类、筒体类、管板类、管件类、法兰类等。编码系统采用两位类别码来定义零件的多种类别，基本上可以满足实际需要。对组件组、产品组的分类是从装配工艺的角度出发。组件组的装配工艺可以分成组对和组装工艺，例如，封头筒体的组对，管束管板的组对等；产品组可以根据类似的产品分类。系统模式以交互式为基础，工艺人员是工艺决策的主体，通过修改数据和决策规则可以控制推理工艺的生成。 2.2 专家系统 专家系统具有以下3个特点： （1）启发性。专家系统能运用专家的知识与具有进行推理、判断和决策； （2）透明性。专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户能够了解推理过程，提高对专家系统的信赖感； （3）灵活性。专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。由于这一特点，使得专家系统具有十分广泛的应用领域。 3 CAPP系统的实现及应用 基于上述思想，开发了基于PDM的CAPP系统，并在杭州锅炉厂得到应用，取得了良好的使用效果。该系统提供了产品数据管理职能，对产品的设计计划、设计数据及工程图、工艺信息及其他产品信息进行统一管理，系统的实现主要有以下几个方面： 3.1 工艺知识库编辑器设计和实现 对工艺知识库编辑器的设计，采用了树视图并结合图标、按钮的功能对工艺知识库进行操作。根据对工艺知识的分类分组情况，选择不同的组进行操作的时，编辑器中的下拉列表框会显示对应组中的不同类，选择该类，则该类的工序工步知识以及其检查规则会显示在不同的表格中。下方的条件知识编辑器用于对当前的工序工步决策规则作编辑，也就是把文字叙述的条件（可以选用左右括号和逻辑符“且”和“或”表示该工序工步的组合条件）通过条件码的方式进行表现，通过条件转换按钮转换成相应的条件码，条件码并不显示，以防止用户不适当的修改。保存时，条件码与对应的工序工步一起保存。通过“增加”按钮可以增加零件组、组件组和产品组的类，这样就可以不断地完善工艺知识库，通过“刷新”按钮可以同步显示新添加类的信息。 3.2 CAPP系统推理机的实现 工艺过程的设计在检索式和派生式系统中都是调用已有的典型工艺和成组工艺实现的，典型工艺可以不加修改，直接应用到生产中，成组工艺根据实际情况，进行适当编辑和修改，这个过程是人机交互的过程。对于不存在典型工艺和成组工艺的情况，必须输入详细的工艺设计信息，根据工艺知识库，通过推理机进行工艺的创成。 首先要从用户的输入条件中确定工艺基本条件表中对应的条件码，如果是字符型条件，直接匹配工艺基本条件表就可以找到这个条件码，如果是数值型的条件码，应先进行类型转换，然后根据比较结果确定对应的条件码，把这些条件码存入动态库，匹配的时候，根据对应类的工序工步逐个匹配条件，由于决策规则是组合的，每个括号内都是满足该工序工步的独立条件，因此，只要有其中的一个满足，就表示要选择该工序工步。这个过程就是检查每个括号内的条件码，把条件码逐个与动态库中的条件码相比较，如果条件码相同，则继续匹配，直到找出不匹配的条件码或匹配完所有的条件码，如果条件码完全匹配，则选择该工序工步，否则，只要有一个不匹配，则说明不符合该条件，退出第一个括号内的比较，继续直到匹配到有一个括号内的条件码都和动态库中的条件码都相符合或匹配完所有的独立条件。推理机的推理过程框图如图所示： 3.3 CAPP系统解释机的实现 解释机实现了推理的透明性，可以增强用户对推理的可信度，是系统的一个重要组成部分，系统的推理解释是在对匹配规则解释的基础上进行的。 在推理过程中，根据匹配每个工序工步的决策规则决定是否选用该工序工步，因此可以通过解释这个决策规则来实现对推理的解释。在推理过程中，只需要对匹配成功的决策规则进行解释，无须对不匹配的决策规则进行解释。对所有匹配成功的决策规则进行解释，就是对推理机的推理解释。这种解释实际上就是对决策规则的翻译，翻译的过程就是在动态规则库中查找对应的代码，把对应的代码用文字表示，并加上适当的连接词，给用户以一种自然语言的方式进行推理解释。据此，用户可以了解每个工序工步的推理来源，提高了推理的透明性。 推理的解释从第一个工序工步开始到最后一个工序工步为止，假设有N个记录，通过一个循环，把被选择工序工步的规则进行解释并写入解释文件就可以实现该推理过程的解释模块，如图所示。 3.4 CAPP系统的应用 以锅炉中球形封头的零件工艺设计为例，根据零件编码信息输入对话框和表头信息输入对话框输入零件的编码信息和表头信息，这时若要加载制造工艺图，按“载入”按钮可载入保存在硬盘上的制造工艺图（支持*.dwg格式的AutoCAD图），如果需要对制造工艺图进行编辑，按“编辑”按钮打开AutoCAD进行编辑，AutoCAD中保存后的图形自动在图中显示.确认后，如果典型工艺库中存在对应零件图号的工艺，则直接调用该工艺（这一步属于工艺的检索），否则，根据生成的零件编码与零件组中的各成组工艺对应的特征位码域矩阵进行匹配，匹配成功说明存在该零件的成组工艺（这一步属于工艺的派生），因此，直接调用该成组工艺作为球形封头的工艺，输出派生零件工艺界面。如果该工艺符合要求，则可以保存，否则，进行适当的编辑和修改以符合实际需要，并保存在典型工艺库中以备后用。 对于组件组和产品组的工艺设计过程，采用检索式和创成式相结合，因此没有编码信息的输入界面，输入表头信息后，检索典型工艺库，有则调用，否则进行工艺创成。 4 结语 通过对基于PDM的CAPP系统集成框架的分析，提出了一种PDM的CAPP系统功能集成构架，对该框架下PDM的CAPP数据集成机制进行了深入地探讨，从结构上保证了CAPP系统个性化特征的充分发挥，实现系统功能与数据的分离，通过对产品设计数据的充分利用，完成制造工艺的设计和管理、使得异地工艺设计共享一个工艺资源数据库成为可能，保证与PDM的无缝集成，在一定程度上满足当前企业不同制造模式对CAPP系统的实际需求，提高了CAPP系统对制造模式的适应能力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/16/2007)