面向快速重组制造系统的CAPP制造资源模型研究

　　对制造资源的研究是当前CAPP研究的热点，一些学者认为：制造资源模型应包括三个方面，它们是资源的结构形式，制造能力和状态。结构形式是实现产品的所有物理元素，对它们的描述是基于物理特性和功能组成。制造能力是进行产品生产时资源可完成的工艺。状态反映资源的实际状况，如运行状况，负荷状况。
　　还有一些学者，通过研究建立了具有层次结构的二叉树设备环境模型，对于最底层的具体设备，采用基于特征的方法进行描述。通过对设备分类，并对每类设备的功能、工艺特性及状态进行分析，抽象出描述设备的两大属性：静态属性(包括设备的管理特征、加工特征、及控制特征)和动态属性(包括设备的状态特征和实时状态)。在此模型的基础上建立一个基于设备环境多工艺决策的CAPP原型系统。
　　这里在充分吸收上述学者研究成果的基础上，结合适用于快速重组制造系统的CAPP对制造资源模型的技术要求，建立了适应动态变化环境的制造资源模型。与以往研究的制造资源模型相比，这里提出的制造资源模型在内容上增加了加工工艺资源部分，由设备资源和加工工艺资源共同组成制造资源，完善了制造资源的内容：在实现方式上，通过建立制造资源与工艺设计的层次关系模型，采用前台执行工具与后台支撑数据库和知识库分开的方法，建立了适应动态变化环境的柔性决策机制。并利用上述思想开发了满足快速重组制造系统下CAPP 要求的一个重要模块-制造资源定制工具模块。

    1　制造资源模型的组成及相互关系

    1.1　制造资源模型的组成
　　从分析制造资源在工艺设计中的作用可知，制造资源主要是用于为各种决策提供具体的数据信息，所以不仅包括设备资源，而且还包括为决策提供支持的其它资源，如工序余量、切削参数和工时定额等。各种资源的选择规则有时变性，并随技术的发展而改变，因此也是一种制造资源。制造资源组成如图1所示。

图1　制造资源组成框图

　　这种包括了设备和加工工艺资源两个部分的制造资源，贯穿了制造企业中与产品制造过程相关的所有资源信息，建立这种完善的制造资源模型是CAPP满足快速重组制造系统要求的前提。
　　在设备资源中各组成项模型的建立分为静态和动态两个部分，静态属性是指与设备的具体使用无关的属性，即设备的物理属性；动态属性是指车间调度和具体使用对设备产生的影响，两种属性分别存储于不同的数据库中。

    1.2　制造资源模型组成项之间的相互关系
　　CAPP系统必须在一定的制造资源约束下才能对制造企业的生产活动起到正确的指导作用，良好的制造资源描述方法，可以提高CAPP系统的运行效率。因此，建立与工艺决策过程相对应的制造资源组成项之间的关系模型是评价制造资源模型成功与否的关键。这里所建立的制造资源组成项之间的关系模型如图2所示。

图2　制造资源组成项元素关系图

　　由图2分析可知，与工艺决策过程相关的制造资源各组成项之间的关系包含 以下方面：
　　(1)设备资源中包括机床设备和工艺设备(刀具、夹具、量具等)。每一台机床都有其自身的加工能力，这些加工能力的总和就是设备的加工能力，与加工方法相对应，组成加工方法库。
　　(2)零件离散成特征，在加工方法库的约束下与加工方法选择规则相匹配，构成特征的加工方法链。
　　(3)在加工方法、机床设备和特征几何特性约束下完成工步设计的刀具、量具和工艺参数的选择。
　　这种相互之间的约束关系，形成了一个完整的支持工艺决策的制造资源模型。

    2　制造资源与工艺设计的关系模型

　　零件的加工工艺一般由若干工序组成，一道工序可能由多次安装组成，在一次安装下可能包括多个加工工步。在零件实际制造过程中，机床与工序对应，安装由夹具实现，在机床和工序确定后每道加工工步由刀具来实现，工步加工参数由工艺参数选择确定，加工后检测由量具来实现。这样就层次化地表达了工艺设计与制造资源的关系。其关系模型如图3所示 。

图3　制造资源和工艺设计关系模型

    3　制造资源模型的程序实现

　　依据上述制造资源模型及制造资源与工艺设计关系模型，采用面向对象的数据库前台开发工具PowerBuider,结合FOXPRO数据库管理系统和Windows NT网络操作系统，开发了满足快速重组制造系统要求的制造资源定制工具平台，实现模型如图4所示。

图4　制造资源定制工具模型

　　(1)整个模型由前台执行工具和后台支撑库构成。系统提供的只是一个库维护工具以及一个行业类的制造资源库。
　　(2)模型的后台支撑库由两级制造资源库构成，第一级资源库为行业类的制造资源库，即广义制造资源库；第二级资源库是依据具体应用环境所建立的制造资源库，即本地制造环境资源库。通过制造资源定制工具实现制造资源从广义制造环境向本地制造环境的定制，从而使系统能够根据具体应用环境快速生成所需CAPP系统，满足快速重组制造系统要求。
　　(3)模型支持与工艺设计过程相应的设备资源的选择。设备的选择分两步完成：第一步独立于可获得性制造资源选择设备，建立可行设备库；第二步依据可行设备资源和相应的设备实时状况，完成具体设备的选择。

    4　结论

　　这里分析了适用于快速重组制造系统的CAPP对制造资源模型的新要求，建立了制造资源与工艺设计的关系模型，完善了制造资源包含的内容，并理清了各组成成员之间相互关系。在此基础上建立了适应动态变化环境的制造资源模型，开发了相应的制造资源定制工具平台，并以选择机床的过程说明了所建立的制造资源模型完全可以支持工艺决策过程。