面向协同工作的CAPP系统信息集成策略研究

     1 引言
    
     随着计算机技术及企业现代制造技术的发展，协同设计已成为一种全新的产品开发模式，在协同设计过程中，工艺是连接设计和制造的桥梁，工艺数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，同时也是企业编制生产计划、制订采购计划、生产调度的重要基础数据，在企业的整个产品研制过程中起着重要作用。传统的CAPP 系统大多独立发展，过多的注重于工艺设计功能而忽略了与其他系统的信息集成，因而在企业中形成“信息孤岛”，严重影响了企业整体数据的一致性和完整性，无法满足现代协同设计的要求。
    
     传统的数据交换大多采用基于关系数据库的串行模式。CAPP 从网络数据库中提取零件信息，完成工艺规划，将工艺规划后的工艺信息以关系表的形式存放到网络数据库中，这样通过网络数据库与CAD、等系统进行产品数据的交换与共享。由于关系数据库存在面向记录、不支持设计过程和缺乏协调机制等不足，导致它们无力处理非结构化数据（图形、文档等），无法实现产品数据、设计过程的一致性，影响产品项目开发的协同性。另外，随着对CAPP 系统研究的发展及其在企业中的实际应用的不断深入，传统的CAPP系统逐渐暴露出这样一个共性问题，就是未能从整个产品生命周期角度出发，CAPP 系统数据孤立，且难以很好的解决工艺信息图文综合表达的问题，给企业实施产品全生命周期管理和协同设计造成很大的困难。
    
     针对以上问题，本文提出基于PDM 的CAPP 系统信息集成策略，可以支持企业各类应用系统实现信息集成、功能集成和过程集成，改变CAPP 系统的集成环境，对于实现协同设计过程中CAPP 系统的数据传输和信息共享具有重要意义。
    
     2 CAPP 系统的集成环境
    
     企业实施CAPP 技术应达到以下几个目的：1.利用CAD产生的图形和数据，减少重复工作，提高效率，这是很必要的，但这只占实施CAPP 技术比重的15%左右；2.CAPP 系统要有一定的开放性，使企业可以根据本行业、本企业的实际情况进行二次开发，这一点占企业实施CAPP 技术比重的25%左右；3.不管是自动生成的工艺数据，还是手工填进去的数据，都应能很方便地被提取、汇总、处理，并顺畅地提供给企业相关部门，所以，工艺数据的管理、集成与共享才是企业最为关注的，这是现代企业实施CAPP 技术的关键所在，这一点要占企业实施CAPP 技术比重的60%左右。其内容主要包括：实现与产品设计的双向信息交换与传送；与生产调度计划系统的有效集成；与质量控制系统建立内在联系等.
    
     在协同设计开发环境中，CAPP 是连接CAD和CAM的中间环节，CAD产生的设计信息经过CAPP 系统生成CAM所需的加工信息，所以的结果能否有效用于生产实际，CAM 能否充分发挥其作用，都受到CAPP 设计及实施效果的影响。除此之外，CAPP 系统生成的工艺文件还包含着许多管理所需要的信息，是企业ERP系统的重要信息来源，生产管理和计划调度等部门也必须依靠CAPP 系统的输出数据才能做出相应决策。CAPP作为企业信息化建设的重要组成部分，是实现协同设计的中枢环节，企业必须实实在在地把CAPP 单项技术应用好，打通设计和制造之间的信息通道，才能消除“ 信息孤岛”，进一步发挥CAPP 在整个协同设计过程中的桥梁作用。使CAPP 系统更准确地“理解”来自CAD或用户所提供的设计信息，使CAPP 所生成的信息能更有效地被CAM 及企业其他系统所用。
    
     从产品整个生命周期来看，工艺设计是产品数据在工艺领域的处理过程，CAPP 是产品数据进行转化的使能器，其产生的工艺数据是产品全生命周期中其他子系统（如CAD、CAM、ERP 等）要进行引用的重要信息源，如图1所示。

     
     3   CAPP 系统体系结构改进
    
     3.1  CAPP 系统的基本功能结构
    
     传统的CAPP 系统通常包括3 个基本组成部分：产品设计信息输入、工艺决策和产品工艺信息输出。对于不同的企业，因其企业规模、生产性质等的不同，工艺设计的具体过程可能有所不同，但其设计内容大同小异，所以大部分CAPP系统都包含以下功能模块，如图2所示。
    

     其中，零件信息输入模块的作用是获得CAPP 系统所需的产品信息，其中包括直接从CAD系统获取的信息和通过人工输入等手段获取的信息；工艺过程设计模块运用已有的工艺知识，进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，选择所需的加工设备，供加工及生产管理部门使用；工序决策模块生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图；工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC 加工控制指令所需的刀位文件；NC 加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC 代码库中适应于具体机床的NC 指令系统代码，产生NC 加工控制指令；加工过程动态仿真模块对所产生的动态过程进行模拟，检查工艺的正确性；输出模块可输出工艺流程卡，工序、工步卡，工序图及其它文档，输出程序自动生成的各种工艺文件，亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改，得到所需的工艺文件。输出模块还可提供CAPP 系统与其他系统的接口功能；控制模块协调各模块的运行，是人机交互窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式，使系统功能能够满足集成的需要。
    
     3.2 对传统CAPP 系统功能结构的改进
    
     传统的CAPP 系统主要关注如何辅助工艺人员完成工艺规程设计，减少工艺人员的重复性劳动，缩短产品制造的工艺编制周期，提高工艺设计的效率和质量，而忽略了CAPP系统与上下游各分系统之间的信息传递和转换。在协同设计环境中，CAPP 不再仅仅是独立的工艺设计系统，而是成为整个协同工作过程中的信息枢纽和功能调节中心，所以从产品协同设计整体考虑工艺数据管理成为CAPP 系统的一项关键功能。工艺数据生成模块根据由工艺规程设计模块生成的零件加工工艺规程，结合企业当前资源情况，生成工装设备清单、材料清单和各工种需求清单；工艺数据分析模块再根据这些信息，经过处理得到其他各系统所需信息。CAPP 系统所生成的工艺技术资料是指导制造企业产生准备数据的依据，它可分为两部分：工艺设计信息和工艺汇总信息，工艺设计内容包括工艺路线、工序尺寸、工序图、工时定额等；工艺汇总信息是对工艺设计信息的设计数据和工艺数据为基础，对各种工艺的汇总，包括企业管理所需的明细表和汇总表等，如工时定额汇总明细表、材料消耗总明细等，这部分信息极大的简化和方便了为生产管理提供基础数据的工作。最后，这些信息由输出模块采用一定的集成策略传递给企业中的其他系统。
    
     由于传统的CAPP 系统大多独立发展，与其他各系统采用纸质文档方式进行数据交换，所以，工艺数据大多体现在工艺文件中。在传统的CAPP 系统中增加工艺数据生成和分析模块，可以根据集成需求和企业整体规划将不同系统所需的工艺数据提取出来，为实现协同环境中工艺数据的有效利用做好准备。