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1、http:/ 1 基于 PDM 系统的 CAPP 集成技术的研究 郭永辉，莫蓉，常智勇，杨玉红(西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西 西安 710072)E-mail: 摘 要摘 要：探讨了 PDM 与 CAPP 在产品结构管理、用户信息管理、工艺设计管理、工艺审批管理、数据存储管理等五个方面的系统集成问题。系统集成采用以单一产品数据为核心，以功能集成和数据集成为基础的集成方式，以 PDM 作为系统集成的平台，CAPP 作为工艺文件编制和工艺数据操作的运行环境，不仅保持了数据和用户操作上的一致性，还保留了 PDM 和CAPP 系统各自强大的专业功能，是一种实现简单但集成度较
2、高的集成。关键词关键词：PDM,CAPP,系统集成 1引言引言 对于制造企业的工艺信息化来讲，为实现工艺设计数字化、规范化、标准化、网络化，提高工艺设计质量，缩短工艺设计周期，使得工艺数据和管理能够真正融入到企业数据仓库中，成为产品设计与生产制造之间的桥梁，实现 CAPP 与 PDM 系统的全面集成，是企业信息化中 PDM 与 CAPP 系统集成较为理想的状态。在目前情况下，不同系统之间的数据交换问题尚未完全解决。在不同企业中，有着不同的工艺规范，企业往往依据自身的条件及传统，采用比较成熟的工艺技术。CAPP 系统不仅需要产品的设计信息，还需要产品的工艺信息。但在许多 CAD/CAPP/CAM
3、 系统中，CAPP 系统直接从 CAD 系统中读取相关信息的能力不足，许多工艺信息仍需用手工方式输入。目前很多企业已经开始使用 PDM 作为设计制造集成平台，PDM 系统可以把与产品整个生命周期有关的信息统一管理起来，它支持分布、异构环境下不同软硬件平台、不同网络和不同数据库。CAD、CAPP、CAM 系统都通过 PDM 交换信息，从而真正实现了 CAD、CAPP、CAM 的无缝集成，而 CAPP 和 PDM 的集成还有一些关键问题需要解决。如何有效地进行 CAPP 与 PDM 的系统集成一直是研究的热点。不同的集成方式，对系统之间的数据传输、信息共享等有重大影响。目前 CAPP 系统与 PD
4、M 系统的方式大致有三种31：封装性集成：封装性集成是指 CAPP 系统同 PDM 系统只是简单地通过操作系统的文件进行关联，只能做到工艺文件交由 PDM 系统进行管理，而工艺设计进行中 PDM 的数据是无法动态实时传递给 CAPP 系统的。数据库集成：数据库集成是指通过共享数据库数据来实现数据的存储、传递，即 PDM 本文受航空科学基金（05H53080）资助 http:/ 2 与 CAPP 共用一个数据库，这在工艺信息的唯一性上实现了高度集成，但是也影响了工艺数据访问的安全性，集成难度较大，而且 PDM 或 CAPP 系统的升级都会影响到整个系统的运行，造成系统的维护代价太大。中间件集成：
5、由于PDM 和CAPP 各自具有独立的数据库，所以中间件集成是指通过一个中间文件(XML文件),将PDM的数据导入到CAPP进行工艺设计,或者从CAPP将工艺数据导出到PDM进行处理，实现数据间的双向集成，其操作可以灵活地在PDM或者CAPP平台上进行。这种集成当系统升级时影响面比较小，便于系统的维护。本文针对北京神舟软件产品数据管理系统 AVIDM 和陕西金叶西工大软件 CAPP 系统CAPPFramework 的集成中的关键技术，面向企业需求，结合各自软件的架构特点，提出了一种合理的集成模式，并对其中的关键技术和解决方法进行了研究。为了使得CAPPFramework 编制工具中所产生的工艺
6、文件能够进入 AVIDM 中进行浏览、修改和审批，使得 AVIDM 能够正确提取 CAPPFramework 文件中相关的工艺信息，产品结构树在两个系统中能够互导（导入导出），同时为了充分利用 AVIDM 强大的数据安全保障机制，保证工艺数据访问的安全性，本文以中间件集成方式实现了上述两个系统的有效集成。该集成方式具有一定的通用性。2基于中间件的系统集成基于中间件的系统集成 一般的 PDM 系统都包含产品结构信息、CAD 模型或图档等产品设计信息，这些信息都是工艺设计所必须的，与 CAPP 的应用密切相关。由于独立的 CAPP 不能直接从 PDM 中获取这些产品设计信息，所以造成工艺设计时工艺
7、设计人员额外的工作量，信息共享程度差。由于 AVIDM 采用的是面向对象技术和三层客户机/服务器体系结构，客户端分布于各车间，而 CAPPFramework 也是客户端配置形式，AVIDM 与 CAPPFramework 的数据存储在各自的数据库中，不可避免的带来了数据的冗余，但是此种冗余，并不是完全的无用冗余，它是工艺数据的两种不同的表现形式，不同的用户可以根据不同的需要来决定以何种方式利用这两种数据视图，同时数据的冗余存储又为数据的安全性添加了一层保障。为了实现信息和数据集成，本着实用性与先进性并重，集成性与独立性并重的设计原则，AVIDM 与 CAPPFramework 系统集成采用以单
8、一产品数据源为核心，采用以数据集成为基础的集成方式，以 AVIDM 作为系统集成的平台，CAPPFramework 作为工艺文件编制和工艺数据操作的运行环境，即 AVIDM 负责管理产品结构、用户及权限、工艺文件的审批及其流程控制等，主要是给产品设计人员和工艺设计人员一个公共的平台，CAPPFramework 作为 AVIDM 的工艺编辑工具集，让工艺人员进行工艺设计，从而实现有效的集成。http:/ 3 要实现上述的要求，可以在AVIDM系统主菜单中增加一个CAPPFramework的菜单项,通过“导入/导出”功能,调用AVIDM接口函数来实现。具体的操作要求是：进入AVIDM系统，在产品结
9、构树中选择需要编制工艺的零件或部件节点，工艺人员可以根据该零件的实体模型或工程图纸，在菜单中选择“金叶CAPP系统 新建并引入工艺文件”，进入CAPPFramework进行工艺文件的创建和编辑工作，如图1所示：图 1 AVIDM 平台下直接启动 CAPPFramework 基于对AVIDM软件功能的分析,针对CAPPFramework的信息和功能的内涵,基于AVIDM的CAPPFramework具有图2 所示的体系结构。其功能需求是：1）AVIDM 作为系统集成平台，负责系统集成中需要的产品结构管理、用户管理、工作流程管理以及对 CAPPFramework 生成的工艺文档、工艺数据及其版本的管
10、理。2）CAPPFramework 作为工艺文件编制和工艺数据的生成和编辑环境，以 AVIDM 的产品结构、属性信息及其工艺流程信息为基础，在 AVIDM 中进行工艺文件的新建、编辑、浏览、打印、审批，并能够根据工艺文件生成对应的工艺数据，生成的工艺文件和工艺数据提交 AVIDM 管理，在 CAPPFramework 中实现产品工艺数据的统计汇总功能。http:/ 4 图 2 系统总体集成框架 33CAPPFramework 与与 AVIDM 的系统集成及实现 的系统集成及实现 为了使得CAPP编制工具中所产生的工艺文件等能够在AVIDM中进行浏览、修改和审批，使得AVIDM能够正确提取CAP
11、P文件中相关的工艺信息，产品结构树在两个系统中能够互相导入导出，同时为了充分利用AVIDM强大的数据安全保障机制，保证工艺数据访问的安全性，本系统运用中间件的集成方法，采用XML数据格式定义AVIDM与CAPPFramework之间需要交换的信息，通过接口函数进行传递。CAPPFramework与AVIDM主要在产品结构管理、用户信息管理、工艺设计管理、工艺审批管理、数据存储管理五个方面进行集成。3.1 产品结构管理集成 3.1 产品结构管理集成 产品结构管理在 AVIDM 下以产品结构树的形式表示，而在 CAPP 系统中用户可以通过从 CAD 图纸明细表标题栏、PDM、手工等途径建立产品结构
12、树。将二者集成，产品结构树由 AVIDM 统一管理，在 CAPPFramework 中不重复建立产品结构，CAPPFramework 依据AVIDM 的产品结构进行工艺文件（*.cxp）的编制和生成工艺数据文件（*.xml），并能够根据从 AVIDM 中读取 BOM 结构进行工艺数据的统计汇总。1)AVIDM 提供统计汇总时的参数，比如工艺文件所属的工艺规程模板或者统计汇总类型等等。2)AVIDM 给出统计汇总所需要的产品结构 XML 文件，其中包含产品结构信息、需要http:/ 5 统计汇总的工艺文件的版本信息等等。3)CAPPFramework 根据接口参数读取 AVIDM 组件生成的 B
13、OM XML 文件，解析 XML文件，提取所需信息。3.2 用户信息管理集成 3.2 用户信息管理集成 PDM 和 CAPP 有各自的数据库和用户管理功能，这部分管理要实现集成，必须统一在PDM 环境下。从并行工程的角度，工作团队包括了各领域的人员，相对产品设计和工艺设计来说，用户管理包括对产品设计人员和工艺设计人员的统一管理，由 AVIDM 负责，CAPPFramework 继承 AVIDM 确定的用户权限，即用户及其权限信息由 AVIDM 负责传给CAPPFramework。1)AVIDM 负责建立用户信息、传递用户信息和权限信息，将用户信息和权限信息传递给 CAPPFramework，并
14、将此信息存储到 CAPPFramework 的数据库中。2)CAPPFramework 负责解析传递的用户信息进行工艺设计审批。3.3 工艺设计管理集成 3.3 工艺设计管理集成 由于 CAPPFramework 产生的工艺数据需要提交到 AVIDM 系统进行统一管理,而CAPPFramework 所要求的设计及工艺资源等数据则由 AVIDM 提供,因此,两系统必然要共享和交换大量的产品数据。图 3 以编制某零部件的工艺卡片为例，说明了 AVIDM 与CAPPFramework 共享和交换数据的实现方法和过程，其前提条件是文件形式的设计数据已经保存到 AVIDM 的数据库中。图 3 编制工艺卡
15、片时 AVIDM 与 CAPPFramework 交换数据的过程http:/ 6 从两系统共享和交换数据的过程可以看出：(1)只有登录 AVIDM 的合法用户才有权限操作提交给 AVIDM 的工艺数据；(2)通过用户认证后，依据 AVIDM 的角色机制和访问控制策略确定可使用的 CAPPFramework 功能和对数据的操作权限；(3)工艺数据一旦提交成功，该数据就开始经历 AVIDM 对它的生命周期和版本管理，并接受安全性控制，直到废弃；(4)把各项不同的工艺任务作为产品开发过程的不同节点，利用 AVIDM 的过程管理功能，对工艺设计过程进行监控和调度。纳入 PDM 之下的 CAPP 不再是
16、一孤立的工艺设计系统，而是产品开发过程中的有机组成部分。3.4 工艺文件审批过程集成3.4 工艺文件审批过程集成 PDM 和 CAPP 分别有自己的审批流程控制功能，当二者集成时，其目的是将 CAPP 的审批流程纳入到 PDM 的统一流程管理下。将工艺文件的审批及其流程控制交由 AVIDM 完成，CAPPFramework 提供浏览、审批工艺文件的组件，CAPPFramework 能够自动回填 AVIDM的审批相关信息。3.5 数据存储方案 3.5 数据存储方案 基于对数据来源的一致性、数据访问的安全性、数据处理的高效性、数据访问的简单性、数据应用的扩展性和数据存储的冗余性等因素的考虑，由于分
17、布配置 AVIDM 的服务器和客户端,系统集成采用基于单一产品数据源的异形化的冗余数据存储方案较为合理，即在AVIDM 和 CAPPFramework 系统中采用不同的存储形式，对工艺数据进行冗余存储。考虑到 CAPPFramework 和 AVIDM 要保持数据库的独立性，统一以 AVIDM 的产品结构作为单一产品数据源，在工艺文件编制时，CAPPFramework 根据工艺文件生成与此工艺文件唯一对应的一份数据库表形式的工艺数据，并根据文件内容的变化而进行更新，针对相同工艺文件的不同版本，均对应一份工艺数据，如果在 AVIDM 中删除此工艺文件，则相应的也在CAPPFramework 中删
18、除此工艺文件对应的工艺数据；在 CAPPFramework 生成工艺文件数据的同时，也生成一份 XML 格式的工艺数据文件，提交 AVIDM 管理，此 XML 文件的数据内容与数据空间中的工艺数据保持一致；此外，CAPPFramework 还需要存储工艺信息模型、典型工艺等非工艺设计数据。4结束语 4结束语 本文重点研究了 CAPPFramework 与 AVIDM 系统集成的五个方面，充分体现了实用性与先进性并重、集成性与独立性并重的设计原则。不仅能从数据上和用户操作上保持统一http:/ 7 性，还能够保留 AVIDM 和 CAPPFramework 系统各自强大的专业性功能，是一种实现简
19、单但是集成度较高的集成。本集成已在企业运行，取得了满意的效果。参考文献 参考文献 1张汉新,蔡力钢,张国军等基于 PDM 的集成化 CAPP 系统J华中理工大学学报,2000,28(4):2022 2何爱新,徐弘山基于 PDM 框架的 CAD/CAPP/CAM 并行集成技术研究J计算机辅助设计与制造,1999,8 3房莉华,沈建心,廖文和基于 PDM 的 CAPP 系统集成技术的研究与实现J先进制造技术,2000,10 4乔良,马辉,李原,杨海成基于PDM的CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统的设计机械工业自动化,2000,4 5王洪宇,叶文华CAPP系统与SmarTeam集成技术的研究计
20、算机应用,2002,4 6曹扬,宁汝新,左昕等基于PDM的多模式集成CAPP系统北京理工大学学报,2002,4 Research on CAPP Integrated Technology based on PDM System GUO Yong-hui MO Rong CHANG Zhi-yong YANG Yu-hong(The key Laboratory of Contemporary Design and integrated Manufacturing Technology,Ministry of Education,Northwestern Polytechnic Univers
21、ity,ShanXi Xi an 710072 China)Abstract The five system integration problems about product construction mangement、user information management、process planning management、process examination and approval management and data storage management about PDM and CAPP are discussed.The integration mode in th
22、e core of the unique product data,and based on functions integration and data integration is used in the system integration,which is with the platform of PDM.CAPP is used as the emulation environment of process file works and process data operations,which not only keeps the consistency between data
23、and user operations,but also preserves the strong specialized functions of PDM and CAPP separately.It is a kind of simply-realized but higher integration.KeyWords：PDM,CAPP,System Integration 作者简介：作者简介：郭永辉(1982-)，男，山东莱阳人，西北工业大学机电学院，硕士研究生，主要研究方向：PDM/CAPP/信息化工程技术；E-mail： 莫蓉(1957-)，女，湖南常德人，西北工业大学机电学院，教授，博士生导师,主要研究方向：协同设计/PDM/CAD/CAM；常智勇(1971-)，男，陕西西安人，西北工业大学机电学院，讲师，博士，主要研究方向：CAGD/网络 CAD。