摘 要：本文对在产品平台基础上的CAPP系统进行了详细地介绍，阐述了其整体结构框架，介绍了采用XML描述语言对工艺资源管理系统的功能模块、体系结构以及数据设计的方法，进一步地工艺设计系统的数据结构及功能模型，同时以零件族主工艺方面，对其工艺变型设计实施了详细的说明。
关键词：CAPP；产品平台；系统设计
引言
随着企业竞争的日益加剧，制造业企业面对各种新的挑战，纷纷采取对策，采用一些新的制造技术，以提高企业的技术水平。在制造业企业使用计算机综合翻造系统信息化进程中，计算机辅助工艺设计（Computer Aided Process Plating，CAPP）为其制造系统信息化过程中一个关键环节，它是企业现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS)建设过程中，把计算机辅助制造 (computer Aided Manufacturing，CAM)与计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)联系起来的纽带，为制造技术的基础。尽管计算机辅助技术有了较长时间的发展，但是其仍是CIMS一个比较薄弱的环节。
为此，本文采用模块化的设计思想，设计了一种CAPP原型系统，该系统主要包含两个模块：采用标签描述语言（XML）的工艺资源管理系统以及工艺设计系统。而在工艺设计系统中，主要是正艺变型设计系统，是在零件族主工艺文档基础上设计的。本文在产品平台的CAPP原型系统功能分析基础上，对系统的总体框架进行了详细的说明，对实现系统各功能模块方法进行了分析。
一、系统总体结构框架
在产品平台基础上的CAPP原型系统，它共包括5个部分，分别是：用户层，功能层，管理层，资源层，支持层。该5个部分之间是紧密联系的。
（1）支持层
支持层提供了系统的硬件及软件运行的支持，包含了网络通讯协议，异构软硬件平台，数据库系统和操作系统等，为应用程序运行提供了多种的环境，并实现了数据的存储。网络通讯协议，实现网络的信息之间的交换，例如数据一致性、数据传输速度、以及数据安全性等问题；使用通用数据库模型来进行对系统操作平台管理，完成对数据库的各种操作，如查询、存取、修改、等，提供管理层管理各资源层的数据功能，实现便捷的数据访问。
（2）资源层
资源层的主要功能是提供系统运行的基础数据支持，它为企业的基础的信息资源，主要包含和PDM系统、CAM系统、CAPP系统以及零件族等有关的信息资源。在资源层信息库类别中，主要包含有：基本信息库，文档库，知识库，材料库，事物特性信息库，工艺库，二/三维图形库，规则库等。
（3）管理层
管理层的主要功能是实施资源层信息管理，主要包含对数据信息的使用、维护，以及对数据结构的组织。能否有效提高数据管理效率，对系统有直接的影响，如系统运行效率，信息的完整性，集成环境中共享资源程度，以及在工艺设计过程重用资源程度，因此，能够有效地建立起企业的信息资源管理系统，对完善CAPP系统有着重要的意义。
（4）功能层
系统的核心是功能层，它包括有：工艺资源管理，零件族管理，以及CAM系统等模块。其中工艺资源管理模块是本文的研究重点。这些功能模块间的关系是非常紧密的。零件族管理系统，其为工艺设计系统提供各种有效的信息，例如零件模型信息、产品的BOM信息、编码信息等，设计工艺信息是通过工艺设计系统反馈到零件族系统的；工艺设计系统把已经完成的工艺文档提交给下层的CAM系统，然后在加工过程中，CAM系统把信息提交至工艺设计系统。
（5）用户层
用户层包含工具层及用户接口层两个部分。用户接口层是系统功能操作界面，负责用户对系统的操作。系统设计时，首先对用户操作习惯进行分析，为用户提供良好的人机交互界面，实现用户访问及操作系统。工具层主要是为方便实现操作的一些工具，例如数据集成工具，共享工具，视图映射工具，查询工具，以及维护工具等。
二、基于XML工艺资源管理系统设计
工艺资源管理系统，它为计算机辅助工艺设计系统提供基本的工艺数据支持，为其实施有效地保障。本文设计的在XML基础上的工艺资源管理系统，主要是采用XML数据集的方式，实施对企业工艺数组织管理，以及创建维护资源数据集和对当前的数据交互接口。
本资源管理系统，采用的事客户端/服务器（Client/Server，C／S）结构设计，共包括四层结构，它们为：用户层，系统功能层，技术支持层，以及数据层。数据源选用的是以XML为基础的数据集合，开发平台选用的是．NET平台，基于XML的工艺资源管理系统系结构图如图1所示。
图1 基于XML的工艺资源管理系统系结构图
数据层以分布式系统平台的XML数据集形式，实施工艺资源数据的管理，以在XML技术基础上的工艺资源数据集做技术支撑。
技术支持层提供了各种操作接口，这些接口是以XML基础上的工艺资源数据集为基础的，例如XML文档对象模型（XML DOM），X-Path XML Schema等。使用该系统接口，能够实施对工艺资源数据集中的工艺数据许多操作，如添加、修改、删除等等，同时可以完成工艺资源数据集和现行的数据库工艺资源交互访问。
功能层为该系统的关键部分，同时也是本文设计的重点工作。根据系统的开发设计，完成用户对工艺资源数据各种维护、浏览及查询等操作，以及实现在各种工艺资源数据间的交互，同时提供和CAX系统的接口。基于提高系统安全性的考虑，系统还增加了管理用户权限的功能。
用户工作层，它为用户实施对系统的各种操作，完成系统各项功能的操作界面。实施系统开发设计过程时，根据对通常用户使用系统习惯的分析，在重发实现工作要求的基础上，为用户设计出良好的人机交互界面，使系统更具有人性化，方便用户的操作。
三、工艺设计系统设计
工艺设计系统的主要宗旨，是为了辅助工艺设计人员实施对产品的工艺设计。其设计主要是指设计产品工艺规程。工艺规程，是工程设计人员在进行设计加工工艺时要遵循的一些基本方法及原理，根据生产类型、生产纲领及生产条件，形成各种产品及零部件工艺过程的文件规范和标准。在该文件规范和标准里，详细地规定了各种工艺的内容，如设计使用的设备、夹具、工具、辅具及量具等，产品加工顺序，装配、加工时间计划等。
（一）工艺设计系统功能模型
工艺设计系统，其主要完成的功能包含有：全新工
艺设计，工艺文档管理，工艺变型设计，材料定额管理，主工艺文档管理，工艺文档模块，以及工时定额管理等，工艺设计系统功能模型如图2所示。
图2 工艺设计系统功能模型
（二）工艺设计系统的数据模型
工艺设计系统的数据模型，它是对在机加工过程中，工序卡片及工艺过程卡片的数据模型描述。
根据对企业工艺设计过程通常的工序卡片及工艺过程卡片表示形式的分析，对于设计工艺卡片的数据结构，可以分为两种形式的工艺卡片数据，分别是一维的工艺数据及二维的工艺数据。
（三）工艺设计系统数据库设计
在详细分析了系统数据结构之后，构建起系统的数据库。该系统的数据库主要包含有：二维过程数据ProcessTwo；一维过程数据ProcessOne；零件数据Part；二维工序数据ProcedureTwo；一维工序数据ProcedureOne等。工艺设计系统的数据库表单形式如图3所示。
图 3工艺设计数据库结构
四、零件族主工艺文档变型设计系统
（一）系统功能模块
基于产品平台的CAPP系统，其最重要的子系统是零件族主工艺文档变型设计系统，它的基本功能主要有：工艺文档事物表，工艺文档参数化，主工艺文档变型，以及工序简图变型。
零件族主工艺文档的变型设计系统，是以工艺资源管理系统为基础，通过事物特性表技术的工艺文档参数化来实现。在完成了对工艺文档的分解参数化后，获取了工艺变型设计需要的参数化矩阵，然后通过变型条件，形成了工艺文档的实例。实施参数化工艺信息后，通过事物特性表的方式，储存在数据库里，该参数化的工艺信息和零件的CAD信息以及零件的CAM信息有密切的联系。而工艺文档的一些特性参数，从零件族主模型中继承了其CAD的属性信息，例如公差和尺寸等，于此同时，也可以为零件下层的CAM提供加工信息序列的参数。
通过使用面向对象的模块设计手段，零件族主工艺文档变型设计子系统和其它的系统之间的集成交互采用基于组件的开发技术，从而可以完成系统的双向数据通讯及无缝集成。
（二） 工艺变型数据结构
零件族主工艺文档变型设计子系统，其数据库设计的内容取决于子系统所需要完成的功能，主工艺文档变型设计子系统主要实现工艺文档信息的参数化，以及通过自定义参数实现工艺文档实例的生成，所以它所对应的数据库是存储参数化过程中生成的工艺参数及各参数值。
因为各个零件的工艺文档信息有所差异，所涉及的工艺参数种类及个数也不一样，所以不能构建起一致的数据表，以进行存储该子系统数据信息。因而，该子系统的参数化工艺数据存储，一定要系统提供实时的定制工艺参数库功能。
结束语
综上所述，本文对在产品平台基础上的CAPP系统进行了总体分析与设计，在基于XML的工艺资源管理系统、工艺设计系统，以及基于零件族主工艺文档的工艺变型设计子系统的角度对系统设计方案、功能模型及体系结构进行了详细地阐述。
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