PDM与CAPP简介

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       PDM和CAPP系统都是比较复杂的大型软件,第一章我们已经讨论了这两个系统的概念、现状及其发展。而它们的体系结构、功能特点等对于集成开发来讲也是非常重要的参考内容,如果对这些没有清晰的了解,则集成工作很难进行。因此在讨沦具体的集成丌发之前,有必要对这两个系统的上述内容作一下介绍,并简单说明一下它们的实施方法。
 
 
2.1PDM系统
 
2.1.1PDM的体系结构
 
       PDM系统的体系结构可分为四层,它们是用户界面层、功能模块层及开发工具层、框架核心层和系统支持层。如图2-1所示:

 
图2-1PDM的体系结构

 
 
       1)用户界而层:向用户提供交互式的图形界面。包括可视化的浏览器、各种菜单、对话框等,用于支持命令的操作与信息的输入输出。目前流行的图形界面包括Web浏览器(如IE和Netscape)和普通窗口(如TcEnt的绎典客户端)一般来劲普通窗口式的客户端功能比较丰富。
 
 
       2)功能模块及开发工具层:除了系统管理外,PDM为用户提供的主要功能模块有电子仓库与文档管理工作流程管理零件分类与检索工程变更管理产品结构与配置管理集成工其等。
 

       3)框架核心层:提供实现PDM各种功能的核心绐构与架构,由于PDM系统的对象管管理框架具有屏蔽异构操作系统、网络、数据库的特性,可以实现对数据的透明操作、应用的透明化调用和过程的透明化管理等。
 
 
       4)系统支撑层:PDM软件系统一般都是以流行的关系数据库作为系统支撑层,通过其提供的数据操作功能支持PDM系统对象在底层数据库的管理。而为了满足企业对分布式工作的需要,PDM通常都以分布式网络技术、C/S(客户端/服务器)和B/S(浏览器/服务器)结构作为它的环境支持,如图2-2所示。

 
图2-2PDM系统的分布式网络结构

 
 
       .协作服务器(corporateserver)是一切PDM协同工作的中心,它提供全局的、唯一的信息,其它的服务器可以访问和更改。
 

       .地区服务器(10calareaserver)应用在广域网的环境下,为与协作服务器不在同一局域网的工作组服务器和工作站提供PDM服务,也可以设置在同一局域网下,以降低协作服务器的负载。
 

       .工作组服务器(workgroupserver)为工作站提供PDM服务,它可以设置在协作服务器或者地区服务器下。
 

       .工作站(workstation)是用户工作的客户端,它提供图形化的界面,并将用户输入的数据传递给上述各种服务器。
 
 
2.1.2PDM的功能
 
       目前,全球范围商品化的PDM软件有不下100种,它们之间虽然有许多差异,但一般来说都具有如下的主要功能:
 
 
2.1.2.1电子仓库和文档管理
 
       电子仓库和文档管理是PDM系统的基础功能之一,主要是为了安全有效的管理企业内大量、分布式存放、多种类型的数据。电子仓库和文档管理能够对分布式异构数据进行存储、检索和管理,使得数据的访问对用户来说是完全透明的。
 
 
       管理员可以通过定义各种规则和条件,使数据只能被授权用户获取或修改。同时,在PDM中电子数据的发布和变更必须经过事先定义的流程后才能生效,保证了数据的正确性。
 
 
2.1.2.2产品结构与配置管理
 
       产品结构与配置管理提供在产品的整个生命周期建立和管理产品的定义和结构的能力,是PDM的核心功能之一。主要功能包括:

       ●BOM(BillofMaterial)表的建立、自动生成和编辑。

       ●产品结构的图示化浏览、查询。

       ●产品结构的多视图建模、管理。

       ●支持产品数据的版本管理

       ●基于规则的配置管理。

       ●与MRP、MRPII、ERP等系统的集成。
 
 
        在PDM系统中,零部件按照装配关系被组织起来,用户可以将各种产品定义数据与零部件关联起来,最终形成对产品结构的完整描述,并可阻按照不同的需要,呈现出不同结构的视图。
 
 
       PDM系统通过有效性和配置规则来对系列化产品进行管理。有效性分为两种:结构有效性和版本有效性。结构有效性影响的是零部件在某个具体的装配关系中的数量,而版本有效性影响的是对零部件版本的选择。
 
 
        产品配置规则也分为两种:结构配置规则和可替换件配置规则。结构配置规则与结构有效性类似,控制的都是零部件在某个具体的装配关系中的数量,结构配置规则与结构有效性可以组合使用;可替换件配置规则控制的是可替换件组中零件的选择。配置规则是由事先定义的配置参数经过逻辑组合而成。用户可以通过选择各配置变量的取值和设定具体的时间及序列数来得到同一产品的不同配置。
 
2.1.2.3零件分类管理与检索

       零件分类指的是按照零件的某种相似性(结构或制造方法的相似等)原则,将零件划分为若干类,分别予以管理。从而以零件为中心,组织有关产品信息,达到便于检索、借用和信息重用的目标。
 
2.1.2.4生命周期(工作流)管理

       PDM的生命周划管卵模块管理着产品数据的动态定义过程,其中包括宏观过程(产品生命周期)和各种微观过程(如图样的审批流程)。对产品生命周期的管理包括保留和跟踪产品从概念设计、产品开发、生产制造直到停止生产的整个过程中的所有历史记录,以及定义产品从一个状态转换到另一个状态时必须经过的处理步骤。
 
 
       管理员可以通过对产品数据的各基本处理步骤的组合来构造产品设计或更改流程,这些基本的处理步骤包括指定任务、审批和通知相关人员等。流程的构造是建立在对企业中各种业务流程的分析结果上的。
 
 
2.1.2.5项目管理
 
       项目管理是一种为了在确定的时间范围内,完成一个既定的项目,通过一定的方式合理地组织有关人员,并有效地管理项目中的所有资源(人员、设备等)与数据,控制项目进度等的系统管理方法。
 
 
        项目管理包括两个方面。其一是项目组织,即根据项目的特点和项目计划,围绕项目合理组织项目中的人员,有效管理项目所需的各种资源和数据,保证项目按计划顺利完成。其二是项目控制,即围绕项目跟踪其进度,掌握其各项工作现状,以便进行适当的资源分配和进度调整。在具体实施项目的过程中,随时对项目进行跟踪,以使项目按计划规定的进度、技术指标完陈个,并提供现阶段工作的反馈信息,以利后阶段的顺利开展和整个项目的完成。
 
2.1.2.6电子协作

       电子协作主要是用于支持分布式工作环境、Web环境下人们的协同工作方式,如电子会议、多人评审等。
 
 
2.1.2.7集成开发接口
 
       各企业的情况千差万别,用户的要求也是多种多样的,没有哪一种PDM系统可以适应所有企业的情况,这就要求PDM系统必须具有强大的客户化和二次开发能力。现在大多数PDM产品都提供了二次开发工具包,PDM实施人员或用户可以利用这类工具包来进行针对企业具体情况的定制工作。
 

2.1.3作为企业集成平台的PDM
 
       1992年英国拉夫堡的Wenston教授给出了一个集成的概念:将基于信息技术的资源及应用(计算机软硬件、接口及机器)聚集成一个协同工作的整体,集成包含功能交互、信息共享以及数据通信三个方面的管理与控制。如图2-3所示:
 
 
       应用集成按集成的水平划分,从低到高,可分成汇集、定制、远程过程调用、分布对象、集成平台或集成框架五个级别。所谓汇集,顾名思义,是软件系统的简单汇集,不作另外的开发与增值;所谓定制,是指针对用户的特定需求对应用系统作特定的、简单的开发,缺乏特有的应用集成技术的支持;所谓远程过程调用,是指在集成中采用远程过程调用技术,这种集成要求了解系统的实现细节;分布对象的集成则要求采用分布对象技术;集成平台或集成框架的集成是一种最新发展起来的软件系统集成技术。

 
图2-3集成的概念

 
 
       应用集成平台(框架)是一个支持复杂信息环境下企业应用系统开发、集成和运行的软件系统。它基于企业信息特征,在异构分布环境(操作系统、网络、数据库)下提供透明、一致的信息访问与交互手段,为应用提供服务,对其上运行的应用进行管理,并支持企业信息环境下各特定领域应用软件系统的集成。如图2-4所示。

 
图24集成平台
 

 
       按照集成平台的设计理念,它应当具有以下的功能:

       1)通信服务功能。它提供平台所需的在分布式计算机和不同操作系统环境下通用的通信服务功能。这些通用的通信服务功能可以使用户和应用程序无须关心具体的操作系统和应用程序所处的网络位置,而以函数调用(透明)的方式完成它们所需的通信要求。通信服务还提供了Internet上的通信和数据传输功能。它是在目前实现企业间集成所必须的功能,也是企业实现敏捷制造和并行工程的必要的基础支持。
 
 
       2)全局信息服务。支持异种分布式数据库的集成,实现数据库系统问的互交换和互操作。实现分布数据管理和全局信息模型定义和全局数据库建立。其目的是使在集成平台上运行的应用以透明的方式实现数据访问。
 
 
       3)客户化工具。包括菜单、工具栏、对话框等的界面定制工具和应用编程接口,以及定义用户数据模型和相关操作的工具应用编程接口是一组高层接口,以函数的方式为用户提供更为专业化的服务,从而使用户可以方便的集成现有的应用和开发新的应用。应用编程接口按照它们的通用性又分为独立于应用的应用编程接口和依赖于应用的应用编程接口。
 
       4)管理应用程序。它是应用集成平台的运行和控制模块,负责应用集成平台的系统静态和动态结构化,集成平台运行管理和维护,集成平台事件管理和出错处理等。
 
 
       作为近年来在企业应用中普遍受到重视的PDM系统,由于其良好的体系结构和功能模型,被看作是能够支持信息集成与应用集成的一种集成平台或集成框架。
 
 
       PDM是一个优秀的、有效的企业信息集成平台(框架)。PDM以如何管理好产品数据作为应用的立足点,在此基础上着手解决企业的功能集成、过程的集成及人与组织的集成,为企业有效组织和管理整个企业的产品数据、企业经营过程提供有力的支持。
 
 
       由于PDM建立在OODBMS(面向对象的数据库管理系统)基础上,支持异构计算机环境,包括不同的网络与数据库,因而增强了系统的平台无关性,加上PDM在数据管理上的优势,使其在企业信息集成的实现上更容易、更现实。
 
 
       以PDM作为企业各种应用软件的集成平台也是必然的选择。PDM系统管理的数据是企业的核心数据,从维护数据的一致性来考虑,企业希望各应用系统的原始数据都来自PDM系统(各应用系统本身特色的数据,如财务信息、人力信息等,可以从其它途径获取)。
 
 
       并且,企业也希望能够在PDM的流程管理、变更管理、项目管理的控制下,实现多用户、多应用系统的协同工作,提高数据共享率和工作效率。
 
 
2.1.4PDM集成应用软件的方法
 
       以PDM为平台集成各种应用软件需要解决的首要问题有两个:一,如何管理由这些应用软件产生的数据(以文件或者数据库的形式保存);二,如何管理用户使用这些软件的流程。为了解决这两个问题,可以通过如下三种方法在PDM平台上集成应用软件。
 
 
 
1.应用封装:

       应用封装的目的是为了实现异构应用系统间的文件信息集成。封装的内容包括两个方面:应用软件以及由这些软件产生的文档。其特点是:一方面PDM系统能够自动识别、存储并管理由应用软件产生的文件:另一方面被存储的文件在PDM中被激活时,可启动相应的应用软件,并在其中对文件进行编辑。
 
 
       应用封装的实现比较简单,通常在PDM系统中经过简单的配置即可,不需要做复杂的开发。图2-5是TcEnt应用封装应用软件的典型过程。但是这种方式的集成程度比较低,只能实现对文件整体的管理,而不能访问、操作文件内部的信息。

 
图2-5TcEnt下集成应用软件的应用封装方法

 
 
       例如某种CAD软件封装之后,在PDM中可以查找到这个软件工具,可以在PDM中直接启动它,然后进行设计绘图等,PDM可以对设计的结果——cAD图档——进行存储和管理,但仅限于该文件的整体,而不能从中获取零件材料、参数、特征属性,以及产品结构等信息。
 
 
2.接口交换:
       
       所谓接口指的是PDM和应用软件所提供的二次开发接口,如脚本、函数等。接口交换建立在应用封装的基础上,仍然可以在PDM中启动应用软件,并管理它们产生的文档,但是其集成的层次要高一些,可以利用两个软件提供的接口实现对文档内部数据的访问和操作。
 
 
       事实上,PDM并不需要访问或者操作那些文档中的所有数据,而是只对其中的一部分感兴趣,所以在集成时,通常先定义PDM和应用软件间的共享数据,建立统一的数据模型,然后分别在PDM和应用软件中,利用二次开发接口,操纵和访问这个统一的数据模型,从而在PDM和应用软件之间交流数据。
 
 
       但是由于接口所提供的功能有限,难以在两个系统间共享操作,所以当一方修改了共享数据之后,另一方不能立即获知,必须由人工启动相应的更新程序才能更新数据。
 
 
       例如,对于集成的三维CAD软件,PDM不仅要管理它产生的图档,还需要从图档中的装配树中获取产品结构层次关系,建立PDM的产品结构树:或者从PDM的产品结构树中提取最新的产品结构关系,通过接口去修改CAD图档中的装配树。而这些更新结构树(装配树)的操作不能自发进行,需要通过人工点击PDM和CAD软件中的菜单、工具栏进行触发。
 
 
3紧密集成:

       紧密集成是理想的集成方式,能够实现PDM和应用软件之间共享数据的同步致,一方数据发生变化,另一方的数据也能够自动修改?要实现紧密集成,不仅要共享数据,也要共享操作。
 
 
       所谓共享操作指的是:在PDM或者应用软件中针对共享数据的某种操作,不仅能够对本系统中的数据产生影响,也能够对另一方中的数据产生相同的影响,从而保证共享数据的同步一致。
 
 
       在实现紧密集成时,不仅要利用PDM和应用软件的二次开发接口,还要求双方系统提供足够的开放性,能够直接操纵对方的数据库、文档等,或者能够调用相应的功能。需要开发人员对双方系统的内部体系结构有深刻的了解,在必要的时候还有可能修改系统的源代码。
 
 
       因此,要真正实现紧密集成,在技术上取决于应用系统与PDM系统双方的开放性,以及对系统内部结构了解的详细程度,在花费上需要投入较多的人力、时间和资金,不是每个企业都能做到的。
 
 
       在实际的集成开发过程中,应当针对企业的需求,根据应用系统和PDM系统的开放程度进行开发,不一定要局限于上述三种方式。特别是对待那些与PDM存在功能重叠的复杂应用系统,除了要处理共享数据之外,还需要对应用系统的体系结构进行调整,去掉冗余的部分,添加与PDM的集成接口。在第三章中,作者将详细分析在PDM上集成CAPP系统的方式。
 
 
2.2CAPP系统
 
2.2.1现代CAPP系统的体系结构
 
       现代CAPP系统的体系结构如图2-6所示。同PDM一样,CAPP也是运行在网络环境下,支持分布式的业务模式。以网络数据库和图形绘制工具作为支撑系统,建立CAPP系统的应用开发平台。在实施的过程中,可以利用该平台,面向具体的企业应用,开发出适应企业实际情况的CAPP应用系统。
 
 
       CAPP的数掘库包括产品工艺数据库、工艺资源数据库和工艺知识数据库。大多数的CAPP系统为了实现工艺数据的安全管理,工艺设计的结果不是以独立的文档形式保存在文件夹中,而是以相互关联的数据表的形式存放在产品工艺数据库中。
 
 
       工艺资源数据库中存储工装、夹具、设备等信息,方便用户在设计工艺时的查询和参考;工艺知识库中存储典型工艺、工艺决策知识(加工方法选择、道具选择、工序安排)等信息,辅助用户完成工艺设计和决策。

 
 
       利用绘图系统,可以绘制工艺简图,也可以从CAD图档中导入,然后进行一些修改。工艺简图本身可以作为一个字段保存在表中,也可以仅记录其文件路径,打开工艺的时候可以从数据库中加载,也可以从记录的路径下加载。
 
 
       CAPP应用开发平台建立在知识获取与知识库管理、交互式工艺设计和工艺管理等的基础之上,并提供丰富的应用开发工具,支持实施人员开发出适应企业具体要求和特点的CAPP应用系统。
 
 
2.2.2现代CAPP的特点
 
       传统的CAPP系统是以零组件加工工艺编制为主,片面追求工艺决策的自动化,由于现代企业的发展要求CAPP系统提供广阔的适用范围,以及高效工艺决策自动化的实现难度,传统CAPP系统已经难以适应当前企业的需要。
 
 
       现代的CAPP系统则以实用化为基础,以企业全面集成应用为目标,综合考虑包括工艺决策自动化等问题在内的各种工艺技术问题的研究与开发。它以交互式为基础,以知以库为核心,采用检索、修订、生成等多种工艺决策混合技术和多种人工智能技术,以绘图系统作为辅助,快速、高效地帮助工艺人员完成工艺设计。
 
       现代CAPP的研究与开发呈现出如下三大特征:

       1)CAPP系统采用面向工程应用的、基于交互式的体系结构;

       2)CAPP的应用以整个产品为对象的全面应用为主;

       3)CAPP的应用开发以平台/工具类CAPP软件为基础。
 

2.2.3现代CAPP的应用效益
 
       企业制造工艺信息系统的开发与应用,可以给企业的工艺设计与管理带来四个方面的显著效益:

       1)减少工艺人员的重复性劳动工作,缩短产品制造的工艺编制周期;

       2)促进工艺的规范化、标准化,提高工艺设计质量;

       3)通过工艺的不断优化和工艺经验的不断积累,使工艺水平能够得以迅速提高;

       4)通过产品设计与工艺信息的共享与集成,提高信息的重用性和准确性、一致性。
 
 
2.2.4CAPPFramework简介
 
       CAPPFramework是由西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所研制开发的具有自主版权的计算机辅助工艺设计软件,它以Visualc++为开发平台,通过ODBC实现数据存取,在工作方式.图形功能知识库支持、卡片格式定义、汇总统计等方面都独具特色。
 
 
       CAPPFramework具有如下的基本功能:

1)工艺设计

       工艺人员在标准图形界面下以数据定义方式进行工艺路线(分工路线车间工艺路线)、材料定额制订等各类综合工艺设计和机加、装配、焊接、钣金冲压热表处理、铸造、锻造、返修等各类专业工艺设计。在设计过程中,可方便地利用知识库中所定义的知识/数据和已设计好的工艺,从而可减少查阅手册、资料等繁琐劳动,大大提高设计效率和质量。
 
 
2)工艺卡片自动生成与编辑

       系统根据工艺人员定义的工艺数据,在已定义好的工艺卡片格式文件支持下自动生成工艺卡片,并引入OLE(对象连接与嵌人)技术,使工艺人员充分利用其它应用程序(如AutoCAD、WORD等)的筹项功能进行工艺卡片编辑。
 
 
3)工艺管理

       在企业中产品工艺的查询与管理在工艺工作中占有重要地位,利用CAPP不仅可以对工艺数据和工艺文件进行层次化查询,而且可完成]:装设备、材料、工艺关键件、外协外制件、标准件辅助用料关键工序等各类用户自定义的统计汇总功能,并自动生成汇总统计报表(明细表)。
 

4)工艺知识库管理

       利用CAPP的知识库管理功能用户可以针对企业的实际情况建立工艺信息模型,在此基础上,用户可以用层次化方式建立自己的机床设备库、刀具库、夹具库、量具库、切削参数库材料库、典型工艺工序、工步、工艺术语等)库等,为工艺设计提供支持,并使用户逐步告别工艺手册。CAPPFrmaework提供了内容丰富的工艺知识库,便于用户扩充、使用。
 

5)工艺卡片格式编辑

       用户可方便地以图形交互方式对企业工艺文件中的各类工艺卡片格式进行定义、修改与编辑。
 
6)交互式动态知识获取

       工艺人员在工艺设计过程中,可随时将产品工艺中所定义的工序、工步、设备、工装等数据对象不经任何修改或经过一定的编辑修改直接放人知识库,从而实现知识库的动态扩充。
 
 
2.3PDM系统与CAPP系统的实施
 
       PDM系统与CAPP系统都是典型的复杂系统,不同于Office、CAD这类软件只要安装成功就可以使用,而是需要有一套科学的实施方法,针对企业的特点和需求,进行大量的数据分析整理、流程优化、系统调整等工作,然后才能在企业中真正发挥效用。
 
 
       大型复杂系统的实施首先要确定实施目标。PDM系统的实施目标可分为大小两种,大目标是将PDM作为企业各种应用系统的集成平台或集成框架,在CIMS、并行工程等复杂大系统中,对产品设计、工艺、制造、计划、销售、维护等环节的相关数据与相关过程进行管理,即提供对产品开发全生命周期的管理。
 
 
       另外一种较小的目标是指仅在产品的工程设计与工艺设计中管理相关的数据及相关的过程。作为单独的系统,CAPP的实施也面临类似的问题,不过在企业集成的目标下,CAPP主要的问题是与什么系统集成、怎么集成。
 
 
        在确定了目标和实施内容之后,就要组织起实施队伍,拟定计划,选定软件,并进行相关的人员培训。上述三步完成之后,开始真正复杂,需要投入大量时间和精力的实施过程。这一阶段包括企业各方面数据的收集与分析、企业信息建模、系统定制与集成开发、系统安装与调试。

 
图2-7PDM系统的实旋流程
 

 
       其实上述步骤只是大型复杂系统实施过程中的一次循环,很多时候,企业会经常提出新的需求,实施过程中也会发现以前未曾发现的问题。所以,系统实施是一个历经多次循环(包括整体循环和局部循环),长期、渐进的过程。如图2.7示。
 
 
2.4本章小结
 
       本章从体系结构、功能特点,以及系统实施等方面对PDM年HCAPP做了一个简要的介绍,并分别列举了一个比较典型产品:TcEnt和CAPPFramework,本论文后面的实例部分讨论的就是这两个系统的集成。另外针对PDM系统,还说明了它作为企业应用集成平台的优势,以及如何利用PDM提供的客户化功能集成各种应用软件系统。


 

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