在企業(yè)信息化建設(shè)過程中，不少企業(yè)陸續(xù)引進(jìn)關(guān)于設(shè)計(jì)、制造等針對不同功能的軟件系統(tǒng)，用來解決企業(yè)局部的信息化問題。但是這樣的引進(jìn)造成了各軟件系統(tǒng)之間無法進(jìn)行理想的數(shù)據(jù)交互與共享，形成“信息孤島”。PDM與CAPP在大多數(shù)制造企業(yè)中均有應(yīng)用，兩者之間也存在這種問題。
PDM與CAPP集成不是簡單疊加或組合，而是各模塊間信息合理交互、共享與處理的集成。目前PDM與CAPP集成在制造業(yè)信息化領(lǐng)域達(dá)成一致共識以PDM管理的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以CAPP系統(tǒng)為應(yīng)用載體。在集成內(nèi)容與形式方面，提出以工作流管理為主線、過程集成與信息集成的管理型CAPP系統(tǒng)。PDM與CAPP系統(tǒng)在信息、過程和功能上全部集成的緊密集成模式。PDM與CAPP集成的目的是通過兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互與共享來提高工藝設(shè)計(jì)效率，故集成內(nèi)容與形式應(yīng)以其實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)。本文提出基于工藝設(shè)計(jì)過程的PDM與CAPP的集成，以工藝設(shè)計(jì)活動實(shí)際應(yīng)用過程為設(shè)計(jì)依據(jù)建立集成業(yè)務(wù)模型。
工藝知識是制造企業(yè)核心競爭力一部分，工藝設(shè)計(jì)過程中對工藝知識的調(diào)用可以大大縮短工藝設(shè)計(jì)時(shí)間并提高準(zhǔn)確性。但是目前制造企業(yè)普遍存在工藝知識組織散亂、傳承性低、易泄露的問題。尤其是經(jīng)驗(yàn)型知識，存儲于工藝人員頭腦中，通過“師傅帶徒弟”的形式進(jìn)行傳播使用，不符合現(xiàn)代制造業(yè)的要求。本文在PDM與CAPP集成體系中，著重描述了工藝知識庫的結(jié)構(gòu)模型、知識創(chuàng)建及查詢業(yè)務(wù)模型。
1 基于PDM的CAPP系統(tǒng)構(gòu)建
基于PDM的CAPP系統(tǒng)，包括用戶信息、文檔管理、工作流程管理、任務(wù)管理、工藝編輯、工藝知識庫等模塊。業(yè)務(wù)流程如圖1所示。
圖1 基于PDM的CAPP系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程
用戶初始信息及權(quán)限設(shè)置，工作流程及任務(wù)執(zhí)行過程中的審簽流程分別在“用戶信息”模塊、“工作流程管理”模塊由“系統(tǒng)管理員”進(jìn)行設(shè)置，這是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。用戶以合法的登錄名和密碼登錄系統(tǒng)之后，系統(tǒng)自動識別該用戶相應(yīng)的權(quán)限，該用戶可以在系統(tǒng)中進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的操作。
工藝設(shè)計(jì)活動通過“任務(wù)管理”模塊以創(chuàng)建任務(wù)的形式進(jìn)行發(fā)布。刨建任務(wù)時(shí)制定任務(wù)執(zhí)行人與任務(wù)完成期限。任務(wù)執(zhí)行人進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行，即在“工藝編輯”模塊進(jìn)行工藝文件的編輯或者更改等操作。在工藝文件的編輯過程中可以從“工藝知識庫”中調(diào)用知識進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。
工藝設(shè)計(jì)任務(wù)完成之后相關(guān)工藝文件歸入“文檔管理”中進(jìn)行存檔。
2 基于PDM的CAPP系統(tǒng)中工藝知識庫構(gòu)建
CAPP系統(tǒng)中的工藝知識管理一直是制造業(yè)信息化領(lǐng)域討論研究的熱點(diǎn)問題，近年來研究的焦點(diǎn)趨向于工藝知識的提取、表達(dá)、分類等。本文提出基于工藝設(shè)計(jì)過程的由粗到細(xì)的知識分類管理方法，并且基于保護(hù)企業(yè)知識與商業(yè)機(jī)密的原則，提出了知識密級控制，將知識密級與人員權(quán)限結(jié)合，預(yù)防知識泄露。
2.1 工藝知識庫結(jié)構(gòu)模型
工藝知識創(chuàng)建與查詢的基礎(chǔ)是零件特征，故工藝知識庫中必須有“零件特征庫”這樣一個(gè)子庫。本文中工藝知識庫包含“零件特征庫”與“典型知識庫”兩個(gè)子庫。“典型知識庫”中包含與零件工藝設(shè)計(jì)密切相關(guān)的工藝知識。
2.1.1 零件特征庫結(jié)構(gòu)模型
關(guān)于零件特征的分類，根據(jù)零件與特征之間的聯(lián)系，將零件的制造信息分為三個(gè)層次：零件層、特征層和幾何層。在特征層將零件特征分為管理特征、形狀特征、技術(shù)特征、制造特征、精度特征、材料特征等并列的幾類。本文中將零件特征分為兩部分，“典型零件”和“典型特征”。“典型零件”是企業(yè)長期生產(chǎn)活動中總結(jié)出來的具體的、有代表性的零件及其特征。“典型特征”是總結(jié)企業(yè)所有零件特征得出的具有代表性的特征，但是并不是每一組特征都能對應(yīng)具體的零件。
在實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)過程中，工藝設(shè)計(jì)人員最先識別的是零件的外形特征及結(jié)構(gòu)特征，產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件中提供確定的幾何特征、精度要求等信息，這三種特征是工藝設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行工藝知識查詢的條件。而且，三者之間不應(yīng)該是并列的關(guān)系，而是有層次關(guān)系的。所以，在“典型特征庫”中，按照“零件外形類型（例如回轉(zhuǎn)體類與非回轉(zhuǎn)體類等）”→“結(jié)構(gòu)特征”→“幾何尺寸/精度要求/材料等”這樣一個(gè)層次構(gòu)建“零件特征庫”的結(jié)構(gòu)。如圖2所示。
圖2 零件特征庫
2.1.2 工藝知識分類及表達(dá)
關(guān)于工藝知識，將其分為“工藝資源知識”和“工藝規(guī)則知識”，將其分為“靜態(tài)知識”與“動態(tài)知識”，將工藝知識擴(kuò)展為“制造知識”，將“制造知識”分為“制造資源類知識”、“制造對象類知識”、“制造過程類知識”三類。目前對工藝知識的分類多是基于知識的本身，在實(shí)際應(yīng)用過程中并不能保證工藝設(shè)計(jì)人員的應(yīng)用得心應(yīng)手。
企業(yè)長期生產(chǎn)活動中總結(jié)出的工藝知識可分為規(guī)則型知識與經(jīng)驗(yàn)型知識兩類。規(guī)則型知識是國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確的工藝規(guī)定，如機(jī)床性能參數(shù)、材料性能參數(shù)等。這類知識一般可通過“IF...THEN...”形式進(jìn)行量化表示。經(jīng)驗(yàn)型知識是工藝設(shè)計(jì)人員在長期設(shè)計(jì)活動中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)則。經(jīng)驗(yàn)型知識的表達(dá)是工藝知識表達(dá)問題的關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)型知識同樣可以通過“IF...THEN...”的形式進(jìn)行量化表達(dá)，但是這種表達(dá)形式，無法說明選擇過程中經(jīng)驗(yàn)所起的作用，欠缺對于選擇結(jié)果的原因的表達(dá)。本文中通過“備注信息”解決這一問題，備注信息中可以通過圖片、文字、視頻等形式對該經(jīng)驗(yàn)型知識進(jìn)行詳細(xì)闡述。如圖3所示。
圖3 工藝知識分類及表達(dá)
2.1.3 典型知識庫結(jié)構(gòu)模型
在工藝知識分類上，以工藝設(shè)計(jì)過程為依據(jù)，參考零件特征庫結(jié)構(gòu)，對工藝知識進(jìn)行由粗到細(xì)的分類。圖4為典型知識庫結(jié)構(gòu)模型。
圖4 典型知識庫結(jié)構(gòu)模型
“典型零件工藝知識庫”與“零件特征庫”中“典型零件庫”具有映射關(guān)系，典型零件工藝知識即每個(gè)典型零件對應(yīng)的詳細(xì)工藝文件。
“典型工藝流程庫”中存儲的是與零件典型特征組合對應(yīng)的，具有代表性的完整工藝路線，該工藝路線只包含工序名稱與順序，不涉及對工序的具體描述。
“典型工藝流程段庫”中存儲的知識與“典型工藝流程庫”類似，不同之處在于該庫中存儲的工藝路線只是典型的工序組合，不是完整的工藝路線。
“工序知識庫”中對具體的工序進(jìn)行描述，“工步知識庫”中則是對工序下具體工步的描述，其中就涉及到工裝設(shè)備的選用，加工參數(shù)的設(shè)定等。故在“典型知識庫”中還包含“工藝資源庫”與“參數(shù)知識庫”兩個(gè)子庫。“工藝資源庫”中記錄工裝、設(shè)備、材料等工藝設(shè)計(jì)過程中需要選定的資源及其屬性信息，“參數(shù)知識庫”則記錄產(chǎn)品參數(shù)表信息。
2.2 工藝知識的使用
創(chuàng)建工藝知識庫的主要目的是將企業(yè)長期生產(chǎn)活動中總結(jié)出來的知識進(jìn)行梳理和存儲，方便工藝設(shè)計(jì)人員調(diào)用工藝知識以提高工作效率，并且保證工藝知識的傳承性與安全性。
2.2.1 工藝知識創(chuàng)建流程
工藝知識庫結(jié)構(gòu)創(chuàng)建完成之后，就需要進(jìn)行知識的填充。首先需要在“零件特征庫”中填充“典型零件庫”和“典型特征庫”的內(nèi)容，這是填充工藝知識的前提，典型零件的屬性不僅包括基礎(chǔ)屬性如“零件名稱”、“零件編碼”等，還需要有其對應(yīng)的特征屬性。
在“典型知識庫”中填充知識時(shí)，“典型零件知識庫”中的每份工藝文件都是對應(yīng)一個(gè)典型零件。“典型知識庫”中每條知識者弦對應(yīng)一個(gè)特征組合。
基于企業(yè)工藝知識安全性的考慮，每條知識都有一個(gè)屬性為“密級”，密級可分為“絕密、機(jī)密、秘密、公開”等不同等級，不同權(quán)限的人員可以查看不同密級的知識。
2.2.2 工藝知識查詢、調(diào)用與維護(hù)
工藝知識查詢、調(diào)用可以按照零件參考工藝知識的程度大小，分為快速查詢、逐層查詢，全新設(shè)計(jì)三個(gè)類型。如圖5所示。
圖5 工藝知識查詢調(diào)用
快速查詢適用情況：工藝設(shè)計(jì)人員非常有經(jīng)驗(yàn)，得到新的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)之后知道其與哪種典型零件最為相似，可以直接從“典型零件知識庫”中得到該典型零件具體的工藝文件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改完善，以得到新的工藝文件，完成工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。
逐層查詢適用情況：工藝設(shè)計(jì)人員在接到工藝設(shè)計(jì)任務(wù)后，不能明確知道其與哪個(gè)典型零件最為相似或沒有典型零件與其非常相似。通過逐層查詢方式在“典型知識庫”中逐步鎖定最為相似結(jié)果。首先輸入新零件特征值，輸入的特征類型越多，限制條件越多，得到的符合特征的工藝路線越少。此時(shí)得到的是沒有具體工序內(nèi)容描述的工藝路線。確定工藝路線之后，通過“特征+工序”查詢方式在“工序知識庫”中查詢得到具體工序知識，并在“工步知識庫”中查詢得到具體的工步知識。
全新設(shè)計(jì)，適用于全新的零件工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，沒有可以參考的典型零件和特征，直接進(jìn)行工藝文件的編輯，在編輯過程中可以從“工藝資源庫”中調(diào)用現(xiàn)有工藝資源，在“參數(shù)知識庫”查詢相關(guān)加工參數(shù)信息。
在基于PDM的CAPP系統(tǒng)中，工藝知識的更新與維護(hù)要做到可控制、可追溯。工藝知識的更新需要通過“變更任務(wù)”進(jìn)行，工藝知識的刪除需要嚴(yán)格控制權(quán)限。
3 應(yīng)用實(shí)例
基于以上理論，在A公司“CAPP與工藝管理系統(tǒng)”中進(jìn)行具體應(yīng)用。該系統(tǒng)中包含“系統(tǒng)工具”、“工藝設(shè)計(jì)管理”、“工藝知識庫”、“工藝資源庫”等模塊。根據(jù)A公司實(shí)際情況，將“工藝資源庫”單獨(dú)列出，但是其在工藝知識創(chuàng)建、查詢、調(diào)用過程中的作用沒有改變。
工藝知識庫中的“零件特征庫”如圖6所示。零件特征庫中，因?yàn)樵撈髽I(yè)生產(chǎn)的零件全部為回轉(zhuǎn)體類型，故沒有第一層的外形特征，直接從結(jié)構(gòu)特征開始進(jìn)行分層管理。
圖6 零件特征庫
創(chuàng)建新的工藝知識時(shí)，需要首先確定零件特征值，如圖7所示。工藝文件的編輯過程中需要進(jìn)行工藝知識的調(diào)用，可以通過右鍵菜單或者菜單欄進(jìn)入“工藝知識庫”進(jìn)行知識的查詢。工藝文件編輯環(huán)境如圖8所示。
圖7 設(shè)定零件特征值
圖8 工藝文件編輯環(huán)境
4 結(jié)束語
本文主要描述了基于工藝設(shè)計(jì)過程的工藝知識庫模型的創(chuàng)建，通過工藝知識的調(diào)用可以快速準(zhǔn)確地得到工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中這一點(diǎn)也得到了驗(yàn)證。但是，沒有涉及對得到的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果的評估，難以保證選擇的設(shè)備空閑可用，選擇的加工方法最優(yōu)。這是本文不足之處，有待解決。
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本文標(biāo)題：基于PDM的CAPP系統(tǒng)中工藝知識庫的構(gòu)建及應(yīng)用
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