基于Windchill的CAPP系统的研究与实现 - 文章

基于Windchill的CAPP系统的研究与实现

作者：程铮田锡天黄利江许建新

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引言

随着信息技术研究的深人和企业信息化的启动，越来越多的企业选择PDM系统作为CAD/CAPP/CAM的集成平台，通过集成系统来管理产品的全生命周期信息、工程信息、结构配置和开发流程.基于PDM平台的CAPP系统已经成为当前CAPP领域研究的热点，将CAPP系统构筑在PDM平台上是企业级CAPP系统的一个重要特征。

1 基于Windchill的CAPP系统结构

Windchill是PTC公司的PDM产品。它是一个网络化的以纯Java语言为核心的产品数据管理信息平台，能够在网络环境中以适当的访问权限在不同的操作系统无缝地连接各种格式的数据源。它是一个企业信息集成和分布操作的软件框架。图1所示为基于Windchill的CAPP系统的体系结构，它从系统集成的支撑关系角度描述了系统结构的层次关系。根据工艺设计与管理系统的目标，在充分利用现有资源的基础上，考虑到技术发展和系统的可扩展性，系统的总体结构为开放式结构。

计算机硬件环境与操作系统包括PC/ Windows, Unix, SUN/Solaris等异构分布的硬件平台与相应的操作系统;网络环境主要采用TCP/IP协议，通过Intranet连接各参与部门进行各种信息的交换，如图像、声音、图形、文本和报表等。数据库层使用对象关系数据库Oracle 8. X作为数据存储的媒体和框架的底层支持库。选用这样系统的好处是，企业将来的ERP开发既可以基于底层的Oracle数据库，也可以直接利用Windchill系统提供的权限管理、Web机制和高性能搜索等服务，从而减轻系统开发的工作量，减少企业在未来信息系统方面的投人，同时，也实现企业信息系统底层平台的统一，减少异构系统间接口带来的庞大工作量。

基于Windchill的集成框架是整个系统的基础构架，为其上的CAPP应用组件与应用系统提供了直接的应用基础。系统功能应用组件层在基础构架层之上，主要是工艺设计、文档管理、工作流程管理和信息查询浏览等，它们直接实现集成系统的各项功能，针对应用实施的客户化工作也主要是对这些组件功能的应用和二次开发。

整个体系结构的最上层就是面向企业各个部门用户的应用层，它是由多个运用了一个或几个功能模块的子系统所组成.用户通过使用相应的子系统，实现其所要进行的工作和任务。

2 系统间的数据交换

从系统结构可知，完成系统间的数据传递是实现系统集成的关键。在集成中，Windchill中产品数据结构一般表现为树状结构(产品结构树)，并以设计BOM(EBOM)的形式保存.CAPP的主要任务就是在这个树的相应节点上添加工艺信息，从而使树状结构上的信息更加完整。在设计数据接口时，工艺信息作为产品设计相应节点的分支添加到这些节点上。应用系统的数据接口中所传递的信息是双向的:CAPP从Windchill得到具有产品设计信息的产品结构，返回给PDM带有工艺信息的产品结构。二者之间所交换的数据以围绕产品结构树的形式被传递.其基本的集成框架如图2所示。

集成数据交换采用了通过中间文件进行数据交换的方式，具体地说是采用了基于XML中间文件的工艺信息交换方法。它是通过建立合适的Schema即工艺信息描述规范，利用XML的数据表示和数据交换功能，形成相应的文件结构即XML中间文件格式，并用这些格式表示的工艺数据通过网络在系统间进行有效交换。其原理如图3所示。

图3 XML传递方式生成工艺结构树

完成这一系列数据转换工作的是采用Java技术开发的Windchill-CAPP集成接口客户端，根据所使用的平台，采用jar文件或exe的方式发布。

3基于Windchill的工艺数据管理

3. 1工艺倍息模型的建立

本文采用面向对象的方法建立工艺信息对象模型。在进行对象类的抽取中，应综合考虑概念体系的完整性和实现上的简明性.建模从工艺信息整体出发，通过类之间的继承、引用以及组合特性，利用对象类树、对象关系图作为可视化的工具来构建整个工艺信息系统中工艺信息对象的基础框架，此后可以以此方法和工具进一步修正或者扩充对象体系.例如根据A企业的工艺文件，通过分析与抽象，大致抽取出以下对象体系框架如图4所示。

在对象抽取基础上，对每个对象进行详细定义，并以表格的形式列出来(列表略)。

用对象关系图来描述工艺信息建模中所涉及的对象的关联关系.在对象关系图中，用方框表示对象，在框内写出对象名称，用带箭头的线表示2个对象的聚合关系，并在线的上方或右方用1或n表示2个对象的1:1关系或1:n关系。

建立好了信息模型就可以对工艺数据进行有效的管理了，而工艺数据按照工艺设计过程可以划分成设计阶段数据和综合处理阶段数据。

3. 2工艺设计数据的管理

工艺设计数据是工艺设计阶段所产生的数据信息，大致可以分为以下4大类:工艺文档、结构化的工艺过程数据、工艺支持数据和工作流信息。在工艺系统中，工艺过程数据的管理是基于产品结构树，以零件工艺为基本单位进行的;工艺支持数据是工艺过程中定义的设备以及工装等资源;工作流信息是执行与监控工作流所需或所产生的各种信息。因此工艺设计数据管理主要是工艺规程文档、结构化数据的管理(工艺数据的结构化存储)和工艺支持数据的管理(工装设备等数据的存储和管理)。

对于工艺设计数据的处理过程如图5所示，包含了零件工序图信息的工艺文档作为一个整体对象，在windchill中利用后者固有的版本管理模块，实现文档版本管理和生命周期管理;在CAPP中生成的工艺设备、刀具等ERP或其它系统需要的数据，它们以关系数据的形式存储在windchill数据库中，并以惟一的索引与对应工艺文档相联系，以方便系统查询和被其它集成应用系统所读取;通过定义工艺数据类、类的属性和数据属性表的形式，将关键工序信息、辅助材料和主要材料等数据信息保存在Windchill数据库中。上述这些处理信息通过XML中间文件利用前文介绍的数据接口，在CAPP和Windchill间进行传递。

3. 3综合工艺数据的管理

综合工艺数据管理主要包括:设计前准备数据处理和设计后数据处理。这其中最为突出的2个方面就是材料定额管理和工时定额管理。

材料定额管理是基于PDM中PBOM的管理，其中材料定额信息与其所属的零件一一关联起来。其好处是:

a.管理结构清晰。在指定材料定额时，材料信息之间的关系可以用产品零组件的树状结构关系清晰地体现出来。

b，材料定额信息查找方便。不论是编辑产品下，还是某个部件下所有材料定额信息，甚至单个零件的材料定额信息，只要在产品结构树选择产品、部件或单个零件，就可以获得。

c.方便信息提取。正是因为材料定额信息与其所属的零件一一对应，就能根据零件信息查找该零件的数量信息、材料信息、毛坯信息以及每台件数和备件数等信息。

这大大减轻了重复劳动量，保证了数据的一致性。如图6所示。

工时定额管理也是基于产品BOM的管理，共分3大块功能:工时定额的编辑、工时定额的统计查询和工时定额信息的提取。其中这3大功能都是通过间接或直接操纵产品工时类、部件工时类和零件工时类这3大类信息。最终把编辑的工时定额的结果打印输出，参与工时定额的审批流程洞时在审批通过后，把各种统计汇总结果愉出文档，并提交由Windchill进行统一的结构化管理。

4基于Windchill的流程管理

独立的CAPP系统具备一定的工艺文件流程管理功能，但是其管理的专业化程度以及扩展性显然不及PDM系统.同样，具备强大文档管理功能的PDM在涉及工艺文档的处理上也存在一定的缺陷。本文研究的系统利用Windchill的审签模块，结合开发出的工艺文件批阅模块，较好地实现了无纸化的电子审签。

工艺文件由CAPP编制生成提交到Windchill系统以后，将触发Windchill系统中的相应工作流程对工艺文件进行审核批准。在整个审签流程中，大部分的管理功能都是由Windchill的流程管理来完成的。只有审签信息的加载、驳回批注以及定版工艺文件的打印需要通过数据接口和CAPP的配合来完成。

图7是审签信息查阅的实现过程。这一过程实际上就是通过Windchill提供的审签信息(XML文件)，按配置关系将存储在服务器上的签名文件加载到工艺文件的相应位置。这其中的签名文件是按照审签流程中的角色由用户提供的签名扫描图片，以系统可支持的图形格式存储在Windchill服务器上;配置文件是用来解析和统一审签信息在各自系统中的属性定义，同时也起到标签的作用。Windchill输出XML文件的格式如下所示:

< cappdata>
< capp type="GET_DOCUMENT_SIGNATURES">
…//(连接信息)
< /capp>
< signature>
< metadata name="ACTIVITY" value="…"/>//流程活动
< metadata name="COMMENTS" value="…"/>//审签意见
< metadata name="ROLE" value="…"/>//审签角色
< metadata name="SIGNER" value="…"/>//审签人
< metadata name="DATE " value="…"/>//审签日期
< /signature>
…//(多个流程签署记录)
< signature>
< /signature>
< message type="SUCCESS/FAILURE">

Windchill在输出这份信息的同时，将"SIGN-ER"对应的签名图片下载至操作者所在的本地机上。而CAPP端按配置文件将"ROLE"信息转换为工艺文件上对应的属性值，并按一定的格式生成新的XML文件供查阅模块调用，完成信息的加载.

同样，打印时的审签信息加载也是以这样的一种模式来完成的。

5 结束语

提出基于商用PDM系统Windchill的CAPP系统，并将此方案在某航空制造企业进行了实施。从实际应用的效果看，该系统建立了基于单一数据源思想的产品数据库，提高工艺信息的完整性和一致性;实现了工艺信息的集成共享，完成了基于BOM对工艺数据进行有效的管理和版本控制，基本达到了"无纸化"审签的目的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/14/2007)


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