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作為數字化制造的重要組成部分，CAPP負責將產品設計信息轉化為制造信息，它既依賴于產品設計數據和制造資源等因素，又直接對產品的質量管理、生產管理和車間調度等產生影響，因此，如何有效管理工藝數據及工藝過程一直是研究的熱點。PDM已經成為企業(yè)數據和設計開發(fā)過程管理的集成框架。本課題結合某企業(yè)數字化制造的實際需求，深入研究PDM/CAPP集成技術，提出了基于集成中樞模型的集成方案，并在實踐中驗證了其可行性。
工藝設計過程分析
在離散制造企業(yè)中，典型的工藝設計過程通?？筛爬閳D1所示的過程。從圖1可以看出，制造企業(yè)中產品、工藝、資源、生產數據之間具有不可分割的內在聯系。工藝中的每一道工序/工步都依賴于零部件的特征信息或產品結構信息，不同的工序/工步會使用不同的刀、夾、量、輔等工具以及設備，同時還需要生成不同的NC代碼，這樣，以工藝數據為紐帶，連接產品、資源、生產數據，共同構成復雜的企業(yè)數據網。在工藝設計過程中需要考慮這些數據之間的內在聯系，同時，還需要對工藝設計過程進行控制，管理工藝人員的權限以及工藝文件的不同版本等。因此，工藝設計不是翻翻工藝手冊，然后填寫工藝卡片這樣的簡單工作，而是整個企業(yè)設計、制造、管理等活動中一個極為重要的有機組成部分。與此相對應，工藝規(guī)劃系統(tǒng)的設計與開發(fā)也應該從產品生命周期的全局考慮，在集成框架中重新定義其功能范圍和實現方法。
集成環(huán)境下CAPP分析
近年來，作為企業(yè)信息孤島之一的CAPP，為適應企業(yè)制造環(huán)境，滿足工藝設計過程的需求，功能不斷擴展。
這種功能齊全、信息完整、自成一體的CAPP系統(tǒng)不僅成為工藝的設計平臺，而且具備較強的工藝數據管理功能，目前市場上大部分CAPP都在向這個方向發(fā)展，如天河CAPP、大恒CAPP、艾克斯特CAPP以及西北工業(yè)大學開發(fā)的CAPP Framework等。作為獨立使用的工藝設計與管理系統(tǒng)，這樣的設計當然非常理想。但是，如果將CAPP融入企業(yè)設計/制造/經營/管理等一體化的集成框架中，上述優(yōu)點反而變成實現集成的障礙，表現為功能重復、數據冗余、信息分割和封閉等。例如，CAPP的工藝流程控制、工藝文件的版本和安全管理等功能均與PDM重復，工藝資源管理則與ERP沖突，其用戶數據、產品設計數據、資源數據、質量數據等都與其它系統(tǒng)有關聯和冗余。因此，在以PDM為信息集成框架的企業(yè)數字化制造環(huán)境下，應當合理界定CAPP的功能范圍，從工藝信息和工藝活動的本質出發(fā)，深入研究PDM/CAPP集成技術。
基于集成中樞模型的PDM/CAPP集成技術
1．集成中樞模型
建立一個能夠清晰客觀地反映產品、工藝、制造資源和生產數據之間本質聯系且面向集成而又不依賴于具體應用的統(tǒng)一的數據關聯模型，對于有效集成非常重要，通過對工藝設計過程的分析，本文提取僅與業(yè)務知道和業(yè)務活動有關的業(yè)務模型，并在此基礎上建立了集成中樞模型，圖3為采用UML建模語言描述的簡化模型。
集成中樞模型在系統(tǒng)集成時起到數據總線的作用，它所表達的主要涵義為：首先，定義主要的共享數據對象及其結構，如零部件（Partmaster）、工藝（Processmater）、設備（Equipment）、生產計劃（Manu-factureplan）等對象。其次，描述了產品生命周期同一階段數據之間的關系，以及不同階段數據之間的關系，如工藝、工藝版本（ProcessRevision）、工序（ProcseeOperation）和工步（ProcessStep）的聚合關系，并通過這4個對象在PDM中管理工藝數據；零部件版本（PartRevision）關系表達了工藝與資源的聯系；工序與文檔版本（DocumentRevision）的關聯允許采用PDM提供的文檔管理功能管理工序圖；最后，表達了以產品結構為核心組織產品信息的方法，通過數據間的各種關系實現產品結構在不同視圖間的映射和轉換；通過工藝版本與可視圖化（Qualifiable）的繼承關系實現工藝數據的視圖管理。總之，集成中樞模型是一個適合整個產品開發(fā)生命周期中所有階段數據管理需求的數據模型，不同的CAPP系統(tǒng)都可以通過該模型實現工藝數據在PDM中的統(tǒng)一管理。
2．集成方案
基于前文所述的集成中樞模型，結合某企業(yè)信息化的現狀，本課題搭建的PDM/CAPP集成框架如圖4所示，它充分利用PDM對產品數據和開發(fā)過程的管理功能，實現對工藝數據和工藝過程的管理，協調CAD/CAPP/CAM/ERP各系統(tǒng)的數據一致性。對于目前還沒有實施CAPP的企業(yè)，可以采用基于PDM開發(fā)全新CAPP的策略；如果已經實施CAPP，則可以在集成中樞模型的基礎上，擴展PDM的工藝對象，對CAPP進行集成開發(fā)，實現與PDM的集成。本文重點論述PDM與已有CAPP的集成方案。
在集成方案中，CAPP被設計成為工藝人員編制工藝規(guī)程的工具，而不涉及產品數據和過程的管理，一般應具有零件信息輸入、工藝過程卡編制、工序卡編制、工序圖繪制、典型工藝維護和NC代碼生成等基本功能，而用戶權限、工藝流程管理、版本管理等功能則由PDM承擔。
由于CAPP產生的工藝數據需要提交PDM進行統(tǒng)一管理，而CAPP所要求的設計及工藝資源等數據則由PDM提供，因此，兩系統(tǒng)必然要共享和交換大量的產品數據。圖5以編制某零件的工藝規(guī)程為例，說明了PDM/CAPP共享和交換數據的實現方法及過程，其前提條件是CAD產生的設計數據已經保存到PDM數據庫中。從兩系統(tǒng)共享和交換數據的過程可以看出：（1）只有登錄PDM的合法用戶才有權限操作提交給PDM的工藝數據；（2）通過用戶認證后，依據PDM的角色機制和訪問控制策略確定可使用的CAPP功能和對工藝數據的操作權限；（3）工藝數據一旦提交成功，該數據就開始經歷PDM對它的生命周期和版本管理，并接受安全性控制，直到廢棄；（4）把各項不同的工藝任務作為產品開發(fā)過程的不同節(jié)點，利用PDM的過程管理功能，對工藝設計過程進行監(jiān)控和調度。納入PDM之下的CAPP不再是一孤立的工藝設計系統(tǒng)，而是產品開發(fā)環(huán)境下的有機組成部分。
基于XML的數據交換技術
本課題采用XML數據格式定義BITPDM與BITCAPP之間的需要交換的信息，通過接口相互傳遞。這就要求系統(tǒng)具備兩種能力：一是識別處理XML文檔信息并存入數據庫中；二是實現數據庫到XML文檔的轉變。利用XML處理器（或稱解析器）可訪問XML文檔的任何元素和內容，ADO.NET則可以將數據庫中的數據提取出來，并將其轉換成為XML文檔。PDM/CAPP集成需要定義的XML文件主要包括零件設計屬性、零件特征信息、零件工藝規(guī)程等。
結束語
隨著企業(yè)信息化的發(fā)展，功能完善的CAPP系統(tǒng)已不再適應企業(yè)設計與制造全過程集成的需求。在構建基于PDM的工藝設計系統(tǒng)時，合理界定CAPP的功能范圍，可實現兩者的有效集成。文中提出的集成中樞模型利用UML統(tǒng)一建模語言準確地描述產品、工藝、資源和工廠數據之間的關系，在此集成中樞模型基礎上，集成了BITCAPP系統(tǒng)和自主開發(fā)的B/S結構的BITCAPP系統(tǒng)，從而驗證了集成方案的可行性。
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