【文章內容簡介】 調發(fā) 展。從適用的范圍講在統(tǒng)一的標準化工藝基礎上開發(fā)出適合一般企業(yè)工藝規(guī)程的 CAPP 系統(tǒng) ,包括二次開發(fā)的 CAPP 系統(tǒng)。從方式上講可以采 用部分人機協(xié)同工作、完全可視化。從工具化的思想出發(fā)開發(fā)零件信息描述工具、工藝決策工具、工藝文檔輸出工具、知識和數據的輸入工具、用戶界面構造工具等 [5]。 M E S C A M E R PC A P PC A Q C A D C A F D設 備狀 況工 藝 規(guī) 程設 備 需 要工 裝 需 求質 量需 求可 檢驗 性評 價產 品工 藝反 饋產 品設 計信 息工 藝修 改信 息設 備 工 裝工 藝 參 數刀 位 文 件數 控 指 令工 藝 規(guī) 程設 備 需 求工 裝 需 求工 時 定 額生 產計 劃工 裝設 計需 求工 藝規(guī) 程上海理工大學 本科生 畢業(yè)設計（論文） 3 以 PDM 為中心的集成框架 隨著產品數據管理 (Product Data Management, PDM)技術的發(fā)展和應用的深入，在PDM 平臺上開發(fā)面向整個產品的 CAPP，實現工藝設計和工藝信息管理一體化已成為一種趨勢。 以 PDM 的工程數據庫管理系統(tǒng)為基礎，將 CAD、 CAPP、 CAM、 ERP 和 MES等應用系統(tǒng)通過統(tǒng)一的產品數據管理系統(tǒng)和網絡集成起來，各應用系統(tǒng)的設計結果均提交給 PDM 進行統(tǒng)一管理 [6]。 PDM 可成為 CAPP 的入口， CAPP 的設計結果又可由 PDM進行統(tǒng)一管理。實現產品設計、工藝設計與管理、驗證和與 ERP、 MES 之間的功能集成。系統(tǒng)之間不再進行數據的直接傳送（即串行傳送）， 而是通過網絡、數據庫與 PDM 進行數據交換和實現數據共享（即并行傳送）。 PDM 的數據倉庫中存儲與產品定義相關的各類信息，包括制造資源信息、工 藝知識、工藝數據和文檔等可以保證工藝知識、數據的一致性和完整性。實現產品設計、制造與生產管理的數據集成。 與制造執(zhí)行系統(tǒng) MES 的集成 制造執(zhí)行系統(tǒng) （ Manufacturing Execution System， MES） ， 是面向車間的生產過程管理與實時信息系統(tǒng)，填補了車間計劃管理與底層控制的“鴻溝”是車間信息化的核心 [7]。過去 CAPP 與 MES 是相互獨立完成的，車間生產時經常發(fā)現工藝計劃和車間作業(yè)存在沖突，使得這些工藝不得不進行修改，從而造成了制造信息鏈和制造過程的中斷， 其最根本的原因就是缺少 CAPP 與 MES 之間信息與功能的集成。國內學者針對 CAPP 和 MES的集成問題進行了大量的研究。張凌云等采用并行分布式集成的思想，降低以往由于集中式集成所帶來的問題求解的復雜性， 而且允許不同時間范圍的規(guī)劃與控制決策在不同功能層次上做出， 因此能更好地實現 CAPP 與 MES 的分布式集成。王忠賓等基于并行工程理念，采用多代理技術，提出了一種智能 CAPP 系統(tǒng)體系結構，基于 BP 神經網絡實現制造資源的動態(tài)決策，提高了工藝計劃的可執(zhí)行性。這些研究對于解決 CAPP 和 MES的集成提供了有益的思路。 網絡協(xié)同化 面對 網絡經濟時代制造環(huán)境的變化， 傳統(tǒng)的制造模式已不能與之相適應，需要建立一種充分利用現有社會資源、快速響應市場需求的網絡制造模式。實施網絡制造要有新的工藝設計理論及其應用系統(tǒng)的支持，新的制造模式給 CAPP 系統(tǒng)提出了新的要求，因此，研究和開發(fā)適用于網絡制造環(huán)境下的 CAPP 系統(tǒng)是 CAPP 的重要發(fā)展方向之一。支持網絡化制造的協(xié)同工藝設計是一個網絡環(huán)境下企業(yè)和團隊以并行協(xié)同的方式來進行產品工藝設計，并對工藝設計過程交互數據進行管理的復雜活動過程， 需要建立一個具有群體性、交互性、分布性和協(xié)作性的人機交互工作環(huán)境。在網 絡化協(xié)同工藝設計中應解決三個關鍵問題：工藝設計任務的分解策略、協(xié)同工藝設計過程管理及制造資源的共享。 計算機輔助工藝庫建立 4 行業(yè)化 只有面向行業(yè)， CAPP 在企業(yè)才有生命力；只有解決了行業(yè)共性向題， CAPP 才能真正為企業(yè)帶來增值。要解決 CAPP 的行業(yè)化問題，則必須將 CAPP 平臺的通用性與行業(yè)工藝的特殊性結合起來，總結不同行業(yè)工藝設計的特點，提取行業(yè)工藝知識，解決行業(yè)共性問題。盡管不同企業(yè) CAPP 應用需求差別較大，但同一行業(yè)內的產品工藝及設計管理模式具有較大的相似性，因此，有必要建立面向行業(yè)的 CAPP 應用參考模型，具體 包括：工藝信息模、功能模型、資源模型、組織模型、過程模型等，并以此為基礎，提供面向行業(yè)的 CAPP 工藝解決方案。要做到向企業(yè)提供通用的 CAPP 應用系統(tǒng)的基本結構、基本工作流程和標準的用戶界面?？蓾M足各種不同產品類型和生產規(guī)模的企業(yè)、企業(yè)的不同部門 （ 如機加、裝配、飯金、焊接等所有工藝部門）對計算機輔助工藝設計和管理的基本需要，支持企業(yè)多層次、分階段的 CAPP 應用及實現全部產品零部件的 CAPP。 研究目的與意義 傳統(tǒng)工藝設計 CAPP 之前，工藝設計一般是根據工藝人員多年從事生產活動的經驗， 以手工的方式進行設計。經驗是一種寶貴的知識財富，但經驗需要較長時間的積累，而且由于每個工藝人員的經驗有限，習慣不同，對于同樣的零件由不同的工藝人員設計，會得出多種不同的工藝方案。并且，依靠個人的經驗，用手工方式設計的工藝規(guī)程不可能反映出最先進的加工方法和實現工藝規(guī)程的標準化、最優(yōu)化。 當前的工藝設計過程存在著大量的勞動浪費。當工廠上線一個產品時，針對產品所屬每個零件都要設計一個工藝規(guī)程，當產品更新換代時或者上線相似產品時，由于原有的零件的工藝規(guī)程要么不再使用，要么無從查找，工藝人員不能充分利用過去設計的工藝 規(guī)程，必須按照產品結構對零件工藝重新設計 [8]。 根據成組技術原理，各種機械產品的零件都在一定程度上具有相似性，因而它們的工藝規(guī)程都具有一定的相似性，所以并不是一個零件必須對應有一個工藝規(guī)程。曾有人對某機床廠的工藝信息做過研究，發(fā)現用 377 個工藝規(guī)程能夠制造 425 種齒輪零件，應用成組技術對齒輪和工藝規(guī)程進行仔細分析后，發(fā)現可以只用 71 種標準（典型）工藝規(guī)程就可以生產出 425 種齒輪 [9]。統(tǒng)計后發(fā)現，雖然投入生產的不同零件數不斷增加，但很多零件相似，真正不同工藝規(guī)程的增長率在下降，曲線逐漸趨于水 平，如 圖 12 所示。從例子可知，生產的零件品種數與工藝規(guī)程數并不是簡單線性關系。 上海理工大學 本科生 畢業(yè)設計（論文） 5 圖 12 零件品種數與工藝規(guī)程數的關系圖 傳統(tǒng)的工藝設計過程不僅本身是一種資源浪費，并直接影響產品的更新換代、生產成本核算和企業(yè)的市場競爭力，因此依賴于工藝人員生產經驗的傳統(tǒng)工藝設計已經無法跟上現代企業(yè)的生產節(jié)奏。 企業(yè)信息化現狀 各種計算機輔助技術在企業(yè)的應用著實使企業(yè)在很多方面的工作效率得到了顯著地提高。但隨著企業(yè)業(yè)務的不斷拓展，原有的應用遠遠 滿足不了企業(yè)需求，原來的操作流程和方法也暴露出了很多問題。產生這些問題的原因很多，如管理人員不夠重視、人員素質不夠高、實施不到位、設計不合理、系統(tǒng)需求不明確、基礎設施落后或者制度不健全等。以上這些問題既嚴重影響了信息系統(tǒng)效能的發(fā)揮，也制約了企業(yè)進一步的發(fā)展。歸納一下，主要體現在以下幾個方面： (1) 各個業(yè)務系統(tǒng)相互較為獨立，每個系統(tǒng)都有相應的使用對象和服務范圍，缺乏各業(yè)務系統(tǒng)之間的有效集成，無法跨部門、跨業(yè)務提供有效的數據支持 [10]。 (2) 盡管部分業(yè)務部門建立了自己的統(tǒng)計分析系統(tǒng)，但是這些分析型系統(tǒng)與 相應生產型系統(tǒng)耦合性較強，受到生產型系統(tǒng)影響較大，缺乏對全業(yè)務分析的支持。 (3) 各類業(yè)務系統(tǒng)內數據質量較低。不同的人員由不同的接口輸入的數據，雖說都是按照企業(yè)的標準和規(guī)范來執(zhí)行，但是難免會產生不一致的現象，并且產生大量的垃圾數據，這樣數據在各部門之間流通時，就需要專門的人員去協(xié)助其他部門去來解釋數據，從而達到各部門的協(xié)作，其實這部分協(xié)作完全可以通過數據的統(tǒng)一接口輸入來規(guī)避，使所有的部門使用的基礎數據達到最大程度的一致。 (4) 相同業(yè)務數據存在多個版本。例如，同一個產品，在設計部門往往以設計圖紙上的名稱 ，并標以準確的圖號，但是由于銷售人員不習慣設計部門的表示方式，同時為了與客戶的溝通方便，而使用更加通俗更加簡化的命名，這樣保存到銷售系統(tǒng)里面之后零件品種數 工藝規(guī)程數 實際工藝規(guī)程數 計算機輔助工藝庫建立 6 就會出現同一個產品信息無法匹配的問題。這種情況的出現，不僅浪費了大量的溝通和維護成本，同時也給管理帶來不便 [11]。 某企業(yè)為國內開發(fā)、生產離心機產品數量最多、規(guī)格最全的大型國有高新技術企業(yè)。隨著企業(yè)生產經營規(guī)模的日益壯大以及日益劇烈的市場競爭，企業(yè)急需尋求一條適合當前發(fā)展形勢的道路，信息化就成為了最為合適的選擇。企業(yè)當前信息化的現狀是企業(yè)的計算機更多時候只是充當一個 文字處理的工具，絕大多數業(yè)務都還是通過人工統(tǒng)計、上報、匯總等傳統(tǒng)方式，造成很嚴重的資源浪費和信息反饋的滯后 [12]。 這種情況導致了該企業(yè)面臨如下問題：信息反饋的滯后使得各部門尤其是管理層對業(yè)務的把控較難，無法及時準確地獲得數據，使企業(yè)無法適時、準確、合理地做出有效決策；大量的手工數據在產生過程中容易出錯，從而造成賬面數據與實際數據相差甚遠。 由于該企業(yè)信息化基礎比較薄弱，在信息化的過程采取各個擊破，最終聯合為一體的傳統(tǒng)做法，這種做法的好處是實現相對簡單，在進行的過程中會遇到較小的阻力，有益于項目的推進；其缺 陷也非常明顯，相互之間的信息很難做到很好的溝通，從而導致信息資源的浪費。所以就要求我們在信息化初期要根據企業(yè)的現有水平從全局把握，制定出適用的總體架構，然后根據企業(yè)流程和標準完善各模塊的功能應用，最后實現管理系統(tǒng)的高度集成。 采用 CAPP 的意義和必要性 工藝設計是產品車間生產準備工作的第一步，也是連接研發(fā)中心產品設計與生產車間生產制造的橋梁。工藝人員確定下來的工藝規(guī)程是進行工裝設計制造和零件加工的主要指導文件，它對組織企業(yè)生產、提高勞動生產率、降低生產成本、保證產品質量、縮短生產周期及改善工人勞 動條件等都有著直接的影響，因此是生產中的關鍵性基礎工作。 由于產品、制造環(huán)境的特殊性，導致 CAPP 很難實現通用化。在機械自動化領域，CAPP 可以說是發(fā)展最晚的一部分。但是通過近幾十年的理論研究和應用，足以證明 CAPP 是提高企業(yè)工藝水平、推動技術進步、增強市場競爭力的重要手段。 現今的制造業(yè)，需求趨于多樣化，產品更新周期縮短，因而工藝部門的任務正在成倍增加，而設計部門和制造部門的自動化技術已經極大的提高了效率，如果工藝設計工作仍采用傳統(tǒng)的設計方法，再加上有經驗的工藝人員的短缺，工藝設計不可避免地會淪為機械制造中的致命一環(huán) [13]。為此，必須尋找新的工藝設計方法，以代替以手工操作為代表的傳統(tǒng)的工藝設計，使得提高工藝設計的工作效率，減少設計的成本，縮短生產準備周期等。 計算機技術在制造業(yè)中的廣泛應用，為工藝設計提供了得天獨厚的技術手段。 CAPP 不僅能實現工藝決策過程自動化，還能通過建立包含工藝設計規(guī)則及方法的決策模型編制最優(yōu)的工藝設計方案。與傳統(tǒng)的工藝設計相比，采用 CAPP 的意義主要表現在以下幾個方面： 上海理工大學 本科生 畢業(yè)設計（論文） 7 (1) 減輕工藝設計工作量，縮短設計周期。 計算機輔助工藝設計可以最大程度地減少重復勞動，而且針對 設計的修改、變更等能做出快速響應，避免輸入錯誤等不必要的失誤，能夠使工藝人員擺脫大量的繁瑣勞動，將主要精力轉向新裝備、新技術、新產品和新工藝的研究與開發(fā)。 (2) 提高工藝設計質量，實現工藝資源的再利用 由于 CAPP 采用了技術經濟分析和優(yōu)化手段，因此可以編制出詳細、精確的工藝過程，減少了人為因素帶來的影響。 (3) 提高了工藝的標準化水平 由于設計過程中采用統(tǒng)一的數據庫作為數據源，保證了工藝規(guī)程設計的一致性。工藝標準化和規(guī)范化有利于推廣先進的工藝技術，從而進一步提高產品的質量，降低生產成本。 (4) 充 分實現信息共享和系統(tǒng)集成 信息的共享和集成是現代企業(yè)信息化建設發(fā)展的必然。要使 CAPP 的零件和工藝信息暢通并且不產生冗余，就必須實現計算機輔助設計系統(tǒng)與產品管理系統(tǒng)的集成 [14]。 充分實現信息共享和系統(tǒng)集成 ，實現工藝設計過程控制和并行工程，有利于實現企業(yè)內部和企業(yè)間制造資源的合理分配和利用。 本文組織結構 本文對企業(yè)需求進行了詳細分析，在集成思想的指導框架下，綜合運用各種開發(fā)技術開發(fā)了本系統(tǒng)。 本文共分為七章，各章內容安排如下： 第一章 緒論。本章首先介紹了課題的研究背景，對計算機輔助工藝設計進行了 概括性的描述，分析了傳統(tǒng)工藝設計的弊端，闡述了研究與開發(fā)計算機輔助工藝設計系統(tǒng)的目的和意義。最后，對本文的主要內容和組織結構進行了介紹。 第二章 系統(tǒng)運行環(huán)境介紹。本章首先介紹了計算機輔助工藝設計的工作原理和三種基本系統(tǒng)模式。了解有關 CAPP 有基本的認識。然后對 B/S 和 C/S 系統(tǒng)體系結構進行了分析，結合企業(yè)的實際條件和需求，設計了本系統(tǒng)的 B/S 總體結構。本章還依次介紹了 Tomcat 、 JSP、 SQLServer 和 JDBCODBC 橋的基本知識。 第三章 計算機輔助工藝設計系統(tǒng)。本章介紹 了 計算機輔助工藝設計系統(tǒng)的功能 。討論了系統(tǒng)