PDM集成平台下线缆行业CAPP系统研究 - 文章

PDM集成平台下线缆行业CAPP系统研究

作者：肖新华史明华郝刚杨亚楠

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1 引言

传统的工艺设计方法效率低、周期长、成本高，设计质量在很大程度上依赖于工艺设计人员的水平，很难做到标准化、最优化设计。工艺人员短缺和老龄化足全球制造业面临的共间问题。计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning：CAPP)是指在计算机技术辅助下，在一定的约束条件和有限的资源条件下，将零件的设计信息转换为将原材料加工成产品所需的一系列加工动作以及资源需求的描述。CAPP能很好地解决工艺设计中存在的问题，是连接CAD和CAM的桥梁，也是制造企业信息化成败的关键。

为了适应CAPP系统向着柔性化、智能化、集成化、网络化方向发展，在统一的集成平台上进行CAPP系统开发已成为研究热点。产品数据管理(Product Data Management：PDM)是一门用来管理所有与产品相关信息和相关过程的技术，它能提供统一的信息模型和组件封装技术，能实现与CAD、CAPP、CAM、ERP等系统的无缝集成。本文结合线缆制造行业的特点，以SmarTeam作为PDM集成平台，研究了线缆行业CAPP系统实现原理，进行了系统功能规划，阐述了基于SmarTeam集成平台的线缆行业CAPP系统开发过程。

随着计算机技术的飞速发展，各种应用软件系统层出不穷，广泛应用于办公自动化、产品设计、分析、制造、管理等领域。异构系统之问的信息集成于共享是企业信息化向纵深发展的重要保障。PDM提供产品数据的统一管理与保护，能方便地实现对应用工具的封装，便于有效管理应用工具产生的信息，提供应用系统之间的信息传递与交换平台删。因此基于PDM平台进行信息集成是企业全面信息化的良好解决方案，PDM集成平台框架如图1所示。

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图1 PDM集成平台的体系结构

2 PDM集成平台的框架

PDM服务器运行数据库管理系统和电子仓库管理系统。数据库中存放结构化数据，电子仓库存放应用系统产生的电子文档。

PDM平台主要由核心功能模块、定制工具、集成设置工具和功能扩展工具组成。核心功能模块是管理产品相关信息和过程的主要模块，包括项目、产品结构、文档、工作流程和电子仓库管理等。

由于各企业产品信息及管理的差异，PDM框架要求具备良好的定制能力，以便快速实施，缩短系统上线时间。图1所示PDM集成框架提供了数据模版定制、用户界面设计、用户权限管理、工作流程设计、生命周期规则设置、数据导入导出工具等定制工具。

集成设置工具可设置应用软件与PDM系统的信息集成，包括设置需要集成的应用系统(如CAD、CAPP、CAE、CAM、ERP等)，文件类型以及属性字段等。从而真正实现无缝集成。在PDM平台上企业往往需要开发个性化信息系统，如产品配置系统、产品明细表处理系统以及更深层次集成的CAPP系统等。这些系统可以通过功能扩展工具(脚本维护工具、菜单管理器)等将个性化应用系统嵌入到PDM平台，并实现统一的数据访问。

如图1所示，PDM集成平台能够通过定制工具将行业共性的数据和流程整合起来，形成行业通用的模版，行业中愈止的个性化需求则通过扩展工具来实现，具有良好的集成性和开放性。

3线缆制造工艺的特点

作为连接工程设计和制造的纽带、企业信息化建设的关键和核心技术，CAPP系统的研究开发受到了专家和学者的重视。目前已经开发出许多CAPP系统，但大多数应用在机械制造企业中，应用于线缆制造企业的CAPP系统较少。研究开发线缆行业CAPP，必须首先分析线缆制造工艺的特点。总体来说，线缆制造工艺具有以下特点：

(1)产品系列多：线缆产品一般是根据产品的物理化学性能分为不同系列，如耐火系列、阻燃系列、交联系列等，一个中等的线缆制造企业的产品系列有十几种甚至几十种。

(2)产品品种多：线缆产品可以用在电力、化工、石油、冶金、船舶、核电、铁路等许多行业，每个产品系列中的规格型号会因用户的特定需求进行很多的组合和变化，所以产品品种较多，一般会有上万种不问规格型号的产品。

(3)工艺路线短，耗费原材料少，为问歇式流程型生产类型。

(4)工艺过程由标准工序组成。线缆产品虽然系列较多，品种也较多，但从工艺过程的角度来看，每个制造工序都可归结到标准工序中，即线缆产品的工艺过程基本上都是由标准工序的一部分排列组合而成，这些标准工序一般只有几十种。产品系列化和标准工序的存在，为线缆制造CAPP软件的实现打下了基础。

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图2 线缆行业CAPP系统功能规划

4线缆行业CAPP系统开发研究

4．1线缆行业CAPP系统工作原理

CAPP系统按其工作原理可以分为以下四大类：交互式CAPP系统、派生式CAPP系统、创成式CAPP系统和智能CAPP系统。结合线缆制造工艺特点，线缆CAPP宜采用派生式和创成式相结合的方法，线缆制造工序生成主要按照派生式原理处理，而各工序参数的数据则按照创成式生成嘲。具体思路如下：

(1)设计线缆产品的编码规则。根据编码规则读取线缆的阻燃代号、系列代号、绝缘材料、导体种类、导体截面、屏蔽材料、护套材料等信息。

(2)定义标准工序。线缆产品的工艺过程基本上都是由标准工序的一部分排列组合而成，所以首先要利用成组技术，对所有产品制造中使用的标准工序进行分析，并且对每种标准工序的材料、设备等工序参数进行定义，然后将该标准工序的相关信息存放在工艺数据库中。对于工序中有规律町以鼙化的参数，总结出计算公式，以便根据具体需求创成出序参数。

(3)为每一种产品系列制定标准工艺过程模版，该模版包含了同系列产品中最为完整的工艺过程，其他产品的工艺过程可以由其删减、修改生成。

(4)设计工艺决策机制，包括工艺路线决策机制和工序参数决策机制，能根据产品编码特征自动生成工艺过程。

(5)设计工艺卡片打印模版。将产品规格型号、产品名称、使用的工序、所用材料和设备等信息自动填写到各产品工艺卡片模版中的相关区域，打印出标准的工艺卡片来。

4．2线缆行业CAPP系统功能规划

线缆行业CAPP系统划分为制造资源管理、工艺规程设计、工艺文件审核和系统管理四大功能模块，每一功能模块又可划分成若干子模块，如图2所示。
4．2．1制造资源管理模块

该模块由产品类别维护、基础数据管理、标准工艺过程维护和标准工序参数维护等组成。

(1)产品类别维护：分析线缆产品的生产特点，对产品进行分类；对每个大类的产品，再根据规格型号，产品性能指标等特征进行编码，并按顺序将其编码分为几部分，每部分由一个或多个字符串来表示确定的含义。

(2)基础数据管理：包括生产设备类别、线缆导体、绕包带、绝缘材料、线缆护套、成缆、填芯、金属丝编织、钢幺幺铠装等与工艺自动生成以及工序量化参数计算相关的基础数据维护与查询。

(3)标准工艺过程维护：对于每一系列产品，制定包含该类产品中所有产品生产特征的标准工艺过程(最长工艺路线)。各标准工艺过程由标准工序组成，同时管理产品的工序选择条件与产品编码的对应关系。

(4)标准工序参数维护：对典型线缆产品的工艺过程进行分析，抽象出标准工序，定义标准工序名称；同时对每种标准工序所用到的材料、设备等工序参数进行定义维护，包括定义工艺参数的创成规则等。

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图3 工艺文档审批流程

4．2．2工艺规程设计模块

该模块由工艺文档生成、工艺文档编辑、工艺文档打印等组成。

(1)工艺文档生成：根据产品型号编码规则，结合标准工艺过程的可选工序的决策条件，确定本型号的工艺过程(工艺路线)；然后根据型号、规格中所表明的工序特征，结合各自基础数据，生成工序的参数值、材料定额及人工工时、设备工时等。

(2)工艺文档编辑：工艺设计人员能够根据自身的知识和经验对自动生成的工艺规程文件进行编辑和完善，实现工艺规程的最优化设计。

(3)工艺文档打印：提供用户工艺文档格式的自定义功能，以便打印出满足企业规范的工艺文档。

4．2．3工艺文件审核

该模块由审核流程定制、流程监控等组成。

(1)审核流程定制：提供图形化的流程定义工具，包括流程节点、流程用户，角色、业务逻辑的定义等。如图3所示，工艺文件审核流程实例，工艺文件经审核、会签、批准后形成正式版本，抄送至相关部门。

(2)流程监控：可以查询流程的发起者，流程执行情况，给流程节点用户发送提示信息，督促相关人员及时处理本节点的任务，从而保证制造过程的顺利完成。

(3)系统管理(略)

该模块可配置数据库连接，进行用户，用户组／角色的维护以及数据库和工艺文档备份等。

5基于SmarTeam的CAPP系统开发过程

SmarTeam以其完全面向对象、框架灵活易于定制和强大的功能扩展能力等而得到了广泛应用。作为一款性能优异的PDM解决方案，SmarTeam是理想的企业信息集成平台。基于其上开发CAPP系统与传统开发模式有所区别，基本过程如下。

5．1CAPP系统功能模块的实现

将CAPP系统功能模块的实现分解成基于SmarTeam客户化定制和二次开发相结合的技术路线，充分发挥SmarTeam定制工具的优势，降低开发成本，缩短开发周期。功能模块中的制造资源管理、工艺文件审核、系统管理等可通过定制工具实现，工艺规程没计模块需采用组件重构技术进行二次开发。

5．2个性化定制

在SmarTeam平台上进行个性化定制，包括数据模版定制、属性卡片设计、工作流程定制、用户权限设置等。数据模版定制时首先将数据进行分析整理，根据数据的逻辑关系进行分类。构建数据的类结构及其类属性和方法。子类可以继承父类的属性和方法，也叮以增加自身的属性和方法。表明象之间的链接关系，SmarTeam可以定义任意两个类之间的链接类。属性卡定制可以采用图形化的流程图设计工具快速完成工艺审核等流程的定义。用户权限设置可以通过用户组、用户和角色三种方式授权，实现字段级的安全管理。

5．3工艺规程设计模块的二次开发

主要包括以下工作：

(1)进行工艺文档生成、编辑和打印模块的开发，生成ActiveX．dll动态库；
(2)编写SmartScript调用动态库，接口函数格式：
(3)运行脚本维护工具在PDM中定义二次开发功能模块的入口：
(4)利用菜单管理器设计自定义菜单，以便调用二次开发模块。
(5)设置工艺数据及文档与PDM的集成接口，实现工艺数据来源于PDM，而工艺文档也可以在PDM中进行流程控制、版本及生命周期管理、用户权限管理等。

6结论

随着企业信息化的深入，异构系统之间的信息集成得到了企业界和学术界的广泛关注。本文研究了PDM集成平台，结合线缆行业特点，在其上进行了线缆行业CAPP开发研究，为集成化CAPP系统开发提供了新的思路。开发基于PDM集成平台的线缆行业CAPP系统有利于保证工艺信息的统一、安全和共享，疏通线缆产品在设计、工艺、制造和管理等各环节的信息流动，有助于工艺设计的规范化、智能化和集成化，从而提高线缆行业工艺设计水平，降低制造成本，提升企业市场竞争力。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/22/2009)


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