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基于PDM的集成化CAPP系统

2001-03-20张汉新 蔡力钢 张国军 李培根

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    随着产品数据管理 (PDM) 技术的发展和应用的深入,在PDM平台上开发CAPP,实现面向整个产品的工艺设计和工艺文件的管理成为一种趋势[1~5].本文结合国家863CIMS应用示范工程——科龙CIMS重点项目的实施,选用EDS公司的PDM产品IMAN作为平台,开发出了一个基于IMAN的CAPP系统,实现了CAD/IMAN/CAPP/MRPⅡ集成.强调在IMAN的基础上实现CAD,CAPP与MRPⅡ之间的信息集成与共享,利用已解决的工艺设计问题解决新问题,不片面地追求工艺设计的自动化和智能化.

    1、基于IMAN的集成化CAPP系统总体结构
  系统总体结构如图1所示.

图 1 CAPP系统与CIMS其他系统的关系

  CIMS成败的关键在于集成.为了实现CIMS各子系统间信息的共享与集成,CAD,CAPP和MRPⅡ等应用系统通过统一的产品数据管理系统IMAN、产品数据库和网络集成起来,其中CAD和CAPP等应用系统的设计结果均提交给IMAN进行统一管理,各应用系统之间不再进行数据的直接传送 (即串行传送),而是通过网络、数据库与IMAN进行数据交换和实现数据共享 (即并行传送).
  根据以上分析,结合常规CAPP的功能,并考虑到在IMAN上开发CAPP的特殊性,充分利用IMAN原有的功能,兼顾CAPP系统本身的要求,同时实现与MRPⅡ的集成,进而实现CAPP与IMAN的紧密集成,提出了CAPP系统的功能结构.其摸块结构如图 2 所示,从图中可知,该系统包含以下六大功能摸块.

图 2 CAPP系统功能结构

  工艺资源管理模块:包括工艺设计规则,物料规则和工艺资源,用于在工艺设计时向用户提供在线资源查询和某些辅助智能工艺决策等.
  工艺文件管理摸块:用于对工艺文件 (包括典型工艺文件),如管理工艺文件、工艺规程文件和质控工艺文件等进行组织管理.
  工艺设计模块:用于生成和编辑工艺文件.
  MBOM生成模块:用于生成和管理MBOM.
  工艺设计流程模块:用于对工艺设计流程进行控制.
  系统管理模块:用于人员模型管理,权限设置,工作流程定义,系统配置,系统日志,备份等.

    2、关键技术及解决方案

    2.1 面向产品的工艺设计
  传统的CAPP大多面向零部件级对单个零部件进行设计,而本系统则基于工艺文件管理,面向产品并以产品结构树为基础,采用变异式方法进行工艺设计.同时,工艺设计过程的实质是产品结构树的生长过程.
  在面向产品进行工艺设计时,产品结构树是工艺文件组织管理的核心.因此,工艺设计前,先应将其打开.如果存在相同或相似的工艺文件,则可采用变异的方式进行设计.否则,需通过特定的流程重新创建.因此,产品类型越相似,系统中已存储的工艺文件越多,设计就越方便、越快捷.这样一来,文件在数据库中就存在着大量的引用关系,这对于利用已有的工艺设计新工艺是极为方便的,同时也降低了数据库的冗余,便于维护数据库的一致性.由于在实际中,产品的引用关系相当复杂,因此引用关系处理的好坏往往是系统成败的关键.
  工艺文件引用分成两个层次:自动引用和人工建立引用关系.当产品的某个部件或零件在设计时借用另一产品的某个部件或零件,而且当被借用的部件或零件的工艺文件已存在时,这些工艺文件将全部自动被引用.当一个部件或零件与现有其他产品或典型零部件相似,且二者之间并未建立设计引用关系时,可以引用另一个产品或典型零部件的单个工艺文件.这样可以充分利用已有的工艺文件形成新产品的工艺,达到减少重复工作、提高效率、维护工艺设计结果的一致性.工艺文件的引用由IMAN系统维护.

    2.2 IMAN与工艺文件编辑器之间的通讯
  由于工艺文件的管理摸块是在IMAN上二次开发的,同时,工艺文件是一个图文与表格的综合体,因此最好用图文编辑工具对其进行编辑,最常用的图文编辑工具当属AutoCAD,因此,工艺设计和工艺文件的生成和编辑在AutoCAD中进行.但是,工艺设计和工艺文件编辑的入口是在IMAN的workspace,,同时,工艺文件设计的中间和最后结果都将提交给IMAN进行组织和管理.因此二者之间必将存在相互通讯问题,一方面,IMAN的数据要及时提交给工艺文件编辑器提交,另一方面,工艺文件编辑器的内容也要及时提交给IMAN的数据库 (Oracle),以维护数据库中工艺文件内容的一致性.二者之间的通讯通过动态数据交换技术WinSocket来进行,其原理如图 3 所示.

图 3 CAPP系统工艺文件编辑器
与IMAN的关系

    2.3 CAPP与MRPⅡ之间的集成
  CAPP系统是CAD系统和MRPⅡ系统之间的桥梁.由于CAD所提供的是E-BOM,而制造部门需要的是M-BOM,因此,如何实现二者间的转换,是长期困扰工程界和学术界的难题.
  本系统可从工艺数据中获取加工路线,在E-BOM的基础上进行编辑生成M-BOM,然后将零件信息主记录、加工路线和物料清单按MRPⅡ规定的文件格式输出,MRPⅡ接收到该文件后将数据读入.从而实现了CAPP系统和MRPⅡ系统之间的更改信息的传递.其关系如图 4 所示.

图 4 CAPP 与MRPⅡ之间的关系

    2.4 版本管理、流程管理、配置管理
  a. 版本管理 在一个产品的生命周期中,往往要经过多次更改,生成产品数据和工艺文件的多个版本,而且更改结果要被企业各相关部门所知晓,为了保证各部门使用产品信息的一致性,必须对工艺文件的版本进行管理,工艺文件的版本包含归挡版本和工作版本两种.
  工艺文件归档版本:在工艺文件归档以后,就形成了一个工艺文件版本,此时只有当接到更改通知单时,按照特定的更改流程,该文件才能被更改,从而形成一个新的版本.
  工艺文件工作版本:在工艺文件生成过程中和文件被提交归档之前,往往要经过多次编辑和修改,用户的每一次存盘操作就形成文件的一个工作版本,工作版本的保留个数可以由用户设定.
  工艺文件的版本管理采用IMAN的版本管理机制,由系统自动维护.
  b. 流程管理 本系统采取了对工艺设计流程进行适度的控制策略,即在工艺设计中对工艺文件的工作流程进行控制.在工艺设计中,针对每一类工艺文件,产品工艺设计项目负责人必须选择一个预先定义好的工作流程,并进一步指定各个设计阶段的负责人和执行人,该类工艺文件的生成就会按这个工作流程进行创建和归档.
  例如,工艺文件审批流程为编制—审核—会签—标准化—审定—批准;工艺规程文件更改流程为填写更改申请—审核—会签—审定—批准;工艺规程文件更改流程为更改—审核—审定.
  c. 工艺文件模板定制与设计导航 由于科龙存在两个不同类型的分厂 (冰箱分厂和空调分厂),尽管二者存在一定的相似性,但由于历史的原因及工作习惯,还存在许多差异,因此试图采用一种方案即一个系统,一套配置,是不现实的.
  本系统在充分考虑到其差异的基础上,也注意到冰箱、空调同是制冷设备,在工艺设计中有许多共性,因此采用了一个系统,两套配置的方案,即在数据库的底层,二者是一样的,但在具体的文档规范,格式等方面,二者自成体系.这主要通过工艺模板定制与管理以及工艺设计导航来实现.
  工艺文件模板定制与管理模块的主要功能是:根据用户的需要和企业的客观需求,快捷,方便地生成各种工艺文件类型,并且还可以对其进行修改、添加等,从而大大地提高了系统的灵活性和实用性.
  CAPP基于操作的导航技术的原理是:以工艺数据的快速生成、快速定位、快速获取和合理重组为主要手段,通过系统引导的方式,利用设计规则、设计经验和设计资源,逐步引导设计人员完成设计工作. 充分利用已有的设计经验,实现数据重用和信息的快速获取,对工艺设计进行动态导航和柔性导航,提高工艺设计的效率和水平.


参考文献
[1]赵丽萍,要义勇,陈 升等.基于PDM的CAPP体系结构.计算机应用,1999, 19(1): 14~17
[2]吴胜利,黄 涛.CIMS环境中全局信息系统的总体结构与设计.清华大学学报, 1998, 38(3): 108~111
[3]吴年宇,孟 刚.基于PDM技术的制造业集成框架研究.清华大学学报, 1998 38(10): 73~76
[4]王 俊,卢正鼎,刘 青.PCB联装 CAD/CAPP/CAM 集成系统.华中理工大学学报,1999, 27(4): 25~27
[5]何平浒,蔡力刚,李培根等.CAPP开发平台的关键技术的研究.华中理工大学学报,2000, 28(4): 20~22

责任编辑:张宋
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