集成环境下面向产品的CAPP系统

    1 引言

    计算机辅助工艺设计（CAPP，Computer Aided Process Planning）是公认的将企业产品设计数据转换为产品制造数据的关键性技术环节[1]，进入九十年代以来，随着网络、数据库、面向对象方法、分布计算、系统集成等计算机相关技术的飞速发展，企业对CAPP提出了更高的要求，企业要求CAPP与其它相关设计或信息系统（如CAD、PDM、MRPII等）之间实现在产品信息的全面集成。这里的产品信息是指整个产品从概念设计、计算分析、详细设计、工艺设计、加工制造、销售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各个阶段的相关数据[2]，而不是传统CAPP系统所面对的零组件几何或工艺信息。而且，目前伴随全球市场的形成，通过Internet实现企业敏捷制造模式的思想已经被企业所逐步接受，如何实现企业间工艺信息共享、实现企业间制造资源的合理分配和利用，也为CAPP的发展提出了新的课题。
    因此，对CAPP的理解不能再仅仅停留于传统的计算机辅助工艺设计这一层次之上，CAPP更应能在实现企业工艺部门的工艺信息共享及工艺设计与管理的一体化的基础上，实现与企业产品设计、工艺设计、产品制造、生产与经营管理、销售及物资供应等部门的计算机应用系统的有机集成。
    针对这种情况，我们在863/CIMS 目标产品项目“基于微机环境的集成化CAPP应用框架与开发平台”的支持下，开发了集成环境下面向产品的CAPP系统棗CAPPFramework。

    2、集成环境下面向产品的CAPP

    在现代制造业中，产品工艺设计一般是由不同部门、不同职责的工艺人员来共同完成的，具有多层次性、多阶段性和连续性等特点。产品工艺设计一般包括产品工艺过程设计及产品工艺管理。产品工艺过程设计又可以划分为两个层次：总体工艺设计和专业工艺设计。产品工艺设计工作量大，重复劳动多，对工艺数据的统计汇总等产品工艺信息管理工作效率、准确性低，因此从企业管理角度来看，产品工艺信息管理在企业中也是十分重要的。统计表明，在一些企业中产品工艺信息管理占全部工艺部门总工作量的50~60%[3]。
    由此可以看出，传统的以零组件为主体对象的企业CAPP局部应用模式显然是难以适应现代企业发展的需求。传统的CAPP强调对零组件几何及工艺信息的获取和对零组件制造信息的输出，缺乏从整个产品角度来考虑产品工艺过程设计和工艺信息管理。从长远来看，这势必会造成企业工艺过程设计与工艺信息管理及其它的信息系统的脱节和不一致。
    而且，CAPP作为企业生产信息的汇集点和产品数据转换的使能器，在企业集成中充当着十分关键的角色。但传统的CAPP却存在着系统开发时间长、集成难度大、针对性强、应用范围窄及推广实施困难等缺点，以至于成为多年来企业实施CIMS的瓶颈，这也从根本上不能满足企业的需求。
    所以，在分析和解决传统CAPP所存在的问题的基础上，并结合863/CIMS 目标产品?/FONT>CAPPFramework的开发，我们提出了集成环境下面向产品的CAPP的观点，并认为集成环境下面向产品的CAPP应是“一个以整个产品为应用对象，以产品的工艺数据为中心的集工艺过程设计、工艺信息管理为一体的交互式计算机应用系统，并通过融合检索、修订、创成等多工艺决策混合技术以及人工智能技术和计算机系统集成技术，逐步和部分实现工艺设计和管理的自动化，从而提高工艺人员的工作效率并在应用中不断积累工艺设计人员的经验和知识，实现企业产品工艺设计和管理的计算机化和信息化”。   

    3、集成环境下面向产品的CAPP系统的实现——CAPPFramework.

    3、1 CAPPFramework的设计思想
    CAPPFramework的开发一直遵循以下设计思想：集成环境下面向产品的CAPP系统?/FONT>CAPPFramework是一个以整个产品为应用对象，基于O?/FONT>O技术和C / S模式，以工艺知识库 / 产品工艺数据库为核心，以面向对象数据定义和交互式设计为基础，辅以各种应用支持工具、二次开发工具、集成接口及各类标准和规范，能广泛应用于各种不同层次和类型的企业或企业的不同工艺部门（机加、装配、钣金冲压、焊接等），并且可以在不同应用层次和环境上实现集成化的交互式CAPP应用支撑软件。
    CAPPFramework的设计思想表明：1）CAPPFramework是一个交互式的软件框架和应用开发平台，企业实施CAPPFramework前也要进行相应的应用开发和用户化；2）CAPPFramework的核心是工艺知识库和工艺数据库，随着工艺人员工艺知识的积累，可以逐步提高工艺人员的工作效率，使工艺人员告别工艺手册，并实现工艺设计的标准化；3）CAPPFramework通过数据集成接口，可实现CAPP与CAD、MRPII、PDM等企业计算机应用系统的集成。

   3、2 CAPPFramework的体系结构 
    CAPPFramework采用三层C / S结构，即：用户界面层、事务处理层、数据处理层。其中用户界面层提供可视化的界面，并且与用户交互，将用户的操作组织为多个请求。事务处理层负责响应用户的请求，将这些请求分解为对多个对象的操作，以完成系统的各项功能。数据处理层将对对象的操作实际转化为对数据的操作（见图1)。

    3、3 CAPPFramework的实现方式 
    实现集成环境下面向产品的CAPP系统的方式主要有2种：基于局域网的CAPP系统和基于Intranet/Web系统的CAPP系统。
    CAPPFramework是一个基于局域网的CAPP系统，CAPPFramework可运行在Windows/Win95/Win NT操作系统，采用TCP/IP网络协议，后台数据库为MS-SQLServer，其它支撑软件主要有AutoCAD、Office等。
    在CAPPFramework的基础上，基于Intranet和Web系统的支持异地协同的CAPP系统正在开发中。

    4、CAPPFramework的集成模式 
    CAPPFramework可根据企业规模的大小或企业的要求采取不同的集成模式。

    4.1 以PDM为集成平台
    PDM是将所有与产品相关的信息及有关的过程集成在一起进行管理的数据平台[2]。它可在企业范围内，为设计与制造建立一个并行化的产品开发协作环境。CAPPFramework以PDM为集成平台，从PDM中获取所需的产品设计信息如：产品结构、EBOM等，并将PDM和MRPII所需的工艺信息如： PBOM、工艺路线等传输至PDM参加信息交换。 PDM将这些信息按照一定的数学模式加以定义、组织和管理，使工艺数据在整个产品生命周期内保持一致、最新、共享及安全，从而进一步实现企业产品信息的全面集成，见图2。

    目前，这种集成模式正在某汽车制造公司计算机集成制造系统SAMC-CIMS项目中进行实施。

    4.2 以面向产品的CAPP系统为集成核心
    企业实施PDM面临较大的风险，所以目前以PDM为平台的集成模式主要面向效益较好的大型企业。对于中、小型企业来说集成环境下面向产品的CAPP系统应首先加以考虑。
    以面向产品的CAPP系统为集成核心，利用CAPP系统丰富的集成接口和二次开发工具将CAD/CAM/MRPII有机的集成在一起，使CAPP真正的成为产品数据转换的使能器（见图3）。这种集成模式与传统的3C系统集成有很大的区别，传统的3C系统集成强调零组件信息的传递，其在企业的应用是局部的。而以面向产品的CAPP系统为核心的CAD/CAPP/CAM/MRPII系统集成则是模拟企业生产经营管理活动，强调整个产品信息以及零组件信息的输入与输出，所以在企业的应用是全面的。

   5、实现集成环境下面向产品的CAPP系统的关键技术

   5、1  CAPP面向对象模型的建立 
   工艺数据主要表现为大量的各类工艺卡片、工艺规范和手册及工艺经验和知识。CAPPFramework按照面向对象方法，将工艺数据组织成为计算机可以识别和处理的CAPP模型数据，并通过工艺知识库管理模块将其存入工艺知识库并加以管理。CAPP模型数据的建立和维护对CAPPFramework实施的成功与否起着至关重要的作用。

   5、2 零件特征信息的获取和转换 
   CAPPFramework在强调把握整个产品信息的基础上，并不忽视零件特征信息的获取和转换，零件特征信息是CAPPFramework获取所需信息的来源之一。目前，在设计特征和制造特征仍难以统一的情况下，CAPPFramework采用交互式特征定义方法建立零件制造信息模型。

    5、3 基于CORBA/ActiveX软总线和软构件的CAPP集成技术
   集成环境下面向产品的CAPP系统的设计思想及应用方式要求一个CAPP系统应具有异构平台互联、结构化系统结构等特点，而软件总线的思想正好满足了这些最更本的需要。软件总线的思想是把各种软件看成是挂接在软件总线上的构件，各个构件之间通过请求和服务的关系组织起来，完成系统的功能，并最终实现软件的即插即用。当前比较流行的软构件标准有CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理人结构）和ActiveX。
   CORBA是OMG组织（Object Management Group）定义的一种软总线结构[4]，ActiveX是COM/DCOM/OLE/OCX技术的总称[5]，是Microsoft公司在Windows平台上的软构件模型。
   利用软构件标准和规范构造软件系统主要有以下几点优势：
   构件独立：每个构件独立存在，不需要依附于特定的系统环境。
   网络透明：构件在网络上的位置对于服务方和客户方都是透明的。
   异构互联：系统能够以统一的方式处理对不同模型系统的请求。这一点对于异构数据库系统的互联更是一个极大的优势。
   系统规模可调：根据系统的要求，集成不同的构件就可以方便地构成不同规模的系统。
   系统集成：集成软件各方遵循一定的规范，集成难度和费用相对降低。　

   6 结论

   CAPP虽然经过二十年以来的发展，但是至今仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和企业CIMS实施和推广的瓶颈。这主要是因为长期以来，CAPP过分强调对零件信息的获取，缺乏从整个产品的角度去研究CAPP的应用和集成问题。集成环境下面向产品的CAPP系统?/FONT>CAPPFramework则为解决这些问题做了大量的工作，CAPPFramework在多家企业的实施表明，集成环境下面向产品的CAPP系统具有广阔的应用前景。
   近几年来，先进制造技术的飞速发展对CAPP提出了更高更新的要求。如何在CAPP系统中进一步结合Internet/Web、CORBA/ActiveX、Java等技术，实现基于Internet的支持异地协同的CAPP系统，以支持CIMS和并行工程等先进制造系统向基于Internet的虚拟企业的移植，将成为我们今后研究的重点。

参考文献

[1] 张振明, 黄乃康. CIM环境下CAPP的研究与实践. 西北工业大学学报，1996，1：54-57
[2] 叶晓俊, 王建民, 孙家广. 产品数据管理概述. 工程设计CAD及自动化，1998，2: 10-19
[3] 陈昱鹏, 韦瀛寰. 工艺文件计算机辅助编制系统. 成组技术与生产现代化, 1998, 1:32-35
[4] Object Management Group. The Common Object Request Broker: Architecture and Specification. Revision 2.2. Feb. 1998
[5] 吴刚, 吴源泉. ActiveX和CORBA/IIOP的比较. 计算机工程和应用，1999，1: 9-10