基于知识的网络化工艺规划系统CAPP系统论文

摘 要随着网络化技术的飞速发展，以及制造企业的管理以及技术水平的提高，企业对CAPP提出了更高的要求现在国际上，CAPP朝着网络化、集成化、智能化的趋势发展，敏捷制造、并行工程等研究方向正是研究热点本篇论文以863项目为研究背景，讨论了网络化、集成化的工艺规划系统的体系结构以及实现的关键技术研究的主要内容包括：1． 通过对现有CAPP系统的应用情况以及企业网络化状况的分析，对于基于知识的网络化工艺规划系统的功能和体系结构作了详细的介绍2． 研究了零件信息建模的方法在对现行的零件信息建模方法进行比较，结合项目的实际情况，在现有理论的基础上提出了比较实用的零件信息建模方法3． 提出基于动态资源配置的多企业间的产品工艺分工的解决方案研究了基于知识的零件逻辑加工路线的设计，逻辑制造单元和物理制造单元的映射方式这为将来解决更为复杂的工艺问题提供了思路上参考4． 研究在Internet环境下，如何在企业内部实现各个单元技术之间的信息集成介绍了应用XML进行信息集成的实现机理关键词：CAPP，基于知识的网络化工艺规划系统，逻辑加工路线，逻辑制造单元，物理制造单元，信息集成，XML61ABSTRACTAs the manufacturing enterprises’ management and technology develop rapidly, as well as the network technology, higher requirements for CAPP have been put forward. CAPP research focuses on Agile Manufacturing and Concurrent Engineering and other fields. CAPP develops towards the trend of network、integration and intelligentization. Under the support of a 863 project, this paper introduces the key technology of the networked integrated process planning system and its framework. Main points of the paper include:1. Through the analysis of current situation, the function and the framework of the knowledge-based networked process planning system are given in details.2. The method of the part information modeling is studied. After referring current part information modeling methods and taking the actual situation of the project into account, a practical part information modeling method is presented.3. Solution for multi-enterprise part process allocation, based on dynamical resource, is presented. Knowledge-based part logical manufacturing process design, as well as the matching method between the logical manufacturing unit and physical manufacturing unit. are given, which provide references for the more complicated process questions .4. Internet-based information integration, between CAPP and other systems in the enterprises, is studied in this paper, as well as the realization of information integration via XML.Key words: CAPP, Knowledge-based Networked Integrated Process Planning System, Logical Manufacturing Process, Logical Manufacturing Unit, Physical Manufacturing Unit, Information Integration, XML目录第一章 绪论 1§1.1 制造自动化技术的研究现状与趋势 1§1.2 CAPP的现状、问题以及发展趋势 31.2.1 现状和问题 31.2.2 发展趋势 4§1.3 论文研究背景和意义 5§1.4 论文研究的主要内容 6第二章 基于知识的网络化工艺规划系统总体设计 8§2.1 传统模式的CAPP系统的局限性 8§2.2 基于动态资源的集成制造环境中CAPP系统的地位 9§2.3 基于知识的网络化工艺规划系统需求分析 10§2.4 基于知识的网络化工艺规划系统总体结构 112.4.1 系统总体框架 112.4.2 功能子系统介绍 11§2.5 B/S和C/S混合模式的CAPP系统框架和实现 132.5.1 C/S与B/S模式的构成与数据处理方式 132.5.2 混合模式的CAPP框架实现 15§2.6 小结 16第三章 系统零件信息建模 17§3.1 零件信息建模需求 17§3.2 成组技术 183.2.1 成组技术基本原理 183.2.2 成组技术在零件信息建模中的应用现状 18§3.3 系统零件信息模型 193.3.1 零件信息总体模型 203.3.2 零件管理信息描述 203.3.3 零件主干信息描述 213.3.4 零件特征信息描述 223.3.5 可定制的零件信息模型 23§3.4 零件信息模型在系统中的应用 253.4.1 零件族的划分 253.4.2 零件信息模型和逻辑制造单元的关系 253.4.3 零件信息模型和逻辑加工路线设计知识的关系 26§3.5 小结 26第四章 基于知识的网络化工艺路线规划 27§4.1 引言 27§4.2 基于知识的网络化工艺路线解决方案 284.2.1 方案功能模型图 284.2.2 加工路线级描述 29§4.3 单元级描述 304.3.1 逻辑制造单元 314.3.2 物理制造单元 324.3.3 逻辑制造单元与物理制造单元的匹配 35§4.4 基于知识的逻辑加工路线设计 364.4.1 专家系统和知识库 364.4.2 逻辑加工路线设计的知识的表示 374.4.3 分组分级的知识的组织方式 394.4.4 知识的匹配模式与搜索策略 404.4.5 知识库的维护 42§4.5 小结 44第五章 基于XML的制造信息集成 45§5.1 引言 45§5.2 CAPP与其它系统信息集成模型 45§5.3 制造信息集成技术综述 495.3.1 直接数据交换 495.3.2 间接数据交换 505.3.3 结论 51§5.4 基于XML的制造信息集成 515.4.1 XML简介 515.4.2 采用XML进行信息集成 535.4.3 实例说明 55§5.5 小结 56第六章 结束语 57§6.1 研究工作总结 57§6.2 下一步研究工作 57参考文献 58附录：零件BOM信息的Schema文件 62致谢 64第一章 绪论§1.1 制造自动化技术的研究现状与趋势制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分，也是当今制造工程领域中涉及面广、研究十分活跃的技术。

国内外对制造自动化技术的研究非常重视，已经进行了大量研究综合而言，制造自动化技术的研究现状主要表现在以下几个方面[1]n 制造系统中的集成技术和系统技术已成为制造自动化研究中热点问题；n 更加注重研究制造自动化系统中人的作用；n 单元系统的研究仍然占有重要的位置；n 制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见；n 柔性制造技术的研究向着深度和广度发展；n 适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起；n 底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃近年来，制造自动化技术的研究发展迅速，其发展趋势可用“六化”简要描述即制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化n 制造全球化制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应用发展迅速制造全球化包括的内容非常广泛，主要的有：1. 市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成2. 产品设计和开发的国际合作3. 产品制造的跨国化4. 制造企业在世界范围内的重组与集成，如动态联盟企业5. 制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用6. 球制造的体系结构将要形成。

n 制造敏捷化敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现而言制造环境和制造过程的敏捷性问题是敏捷制造的重要组成部分敏捷代制造模式，当前全球范围内敏捷制造的研究十分活跃敏捷制造是对广义制造系统化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势制造环境和制造过程的敏捷化包括的内容很广，如：1. 柔性：包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性等2. 重构能力：能实现快速重组重构，增强对新产品开发的快速响应能力3. 快速化的集成制造工艺：如快速原型制造RPM，是一种CAD/CAM的集成工艺　……n 制造网络化当前由于网络技术特别是Internet/Intranet技术的迅速发展，正在给企业制造活动带来新的变革，其影响的深度、广度和发展速度往往远超过人们的预测基于网络的制造，包括以下几个方面：1. 制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成2. 制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成3. 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用4. 通过网络，实现异地制造总之，制造的网络化，特别是基于Internet/Intranet的制造已成为重要的发展趋势。

n 制造虚拟化制造虚拟化主要指虚拟制造，又称拟实制造虚拟制造(Virtual Manufacturing)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术它将现实制造环境及其制造过程通过建立系统模型映射到计算机及其相关技术所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动和产品制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进行预测和评价n 制造智能化智能制造将是未来制造自动化发展的重要方向所谓智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化n 制造绿色化绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现，或者说绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。

§1.2 CAPP的现状、问题以及发展趋势1.2.1 现状和问题分析国内外3 0多年CAPP的发展情况，就其研究方法而言，CAPP可以分为派生式、半创成式、创成式几种系统目前正在广泛进行智能化、集成化、柔性化和并行化方面的研究工艺规划中所包含的问题需要人与组织之间的协调这种协调也许是跨越时间和空间的，并且通常要比人规划中所涉及的问题复杂的多就过去的研究而言，CAPP的研究存在如下一些问题：1．集成化问题现在的大部分CAPP系统强调单元技术，而忽略了与其他设计系统和管理系统的集成问题，目前的集成研究还主要集中在信息集成的研究面上面，对于功能集成以及过程集成的研究实现就更少了2．智能化问题随着企业管理和技术水平的日益提高，对CAPP的智能化要求也越来越高，基于知识的CAPP系统是研究的热点，但是目前的CAPP系统的智能化的深度和广度都不能满足要求，需要进一步的探讨和研究3．柔性化问题不同的企业不同的工艺规划要求，好的CAPP系统应具有良好的适应性由于产品工艺规划问题的复杂性和制造环境的多变性，好的 CAPP系统应具有良好的稳健性目前的大部分CAPP系统对于柔性化的研究还不够4．动态规划问题当前大多数工艺规划系统都没有考虑车间实时资源的动态反馈，使规划由于工厂的意外事故和资源瓶颈，影响预定规划的顺利执行。

1.2.2 发展趋势国内外制造业有一个共同的趋势：熟练的、有经验的工艺设计人员越来越少，而机械制造业的市场以多品种小批量生产方式起主导地位越来越强烈企业为适应市场瞬息多变的要求，缩短产品设计和生产准备周期是极其关键的环节计算机辅助工艺过程设计就是在这种情况下应运而生的CAPP技术在国外起源于1960年代末期，而在我国也有二十年左右的历史了，这些研究都是孤岛式的CAPP由于制造技术的发展，先进制造技术的深入应用，尤其是先进制造技术的基础技术，从建立企业工艺标准化体系到计算机软硬件及网络通信技术的发展，以及企业应用计算机从单一系统向集成化系统发展，加上企业正面对新经济时代的市场竞争，在这样的新基础、新形势下，CAPP的发展趋势将是：1． 为适应企业进入新经济时代，解决T、Q、C、S问题，在优化产品设计的同时，必须优化工艺设计，才能为优化管理打好基础因此，CAPP不能是简单的在卡片填写方式上用计算机代替手工，而必须通过应用CAPP系统提高工艺设计的优化、标准化水平（标准化不仅仅是文件格式的标准化，也是内容的标准化），以指导生产过程与生产管理，获得良好的效果，包括实施ERP、JIT、CIMS等的应用效果，使企业经营进入良性循环的轨道。

2． 应用相似性原理、成组技术、标准化技术开展工艺标准化工作，建立工艺标准化体系，解决工艺设计的多样性，为开发CAPP应用软件及其系统的通用化、商品化打下牢固的基础，使企业工艺工作适应市场经济的发展3． 一个企业的实用的、可行的CAPP系统，必须首先以企业中占70％以上的可以实现工艺标准化的零件及产品工艺信息为主体，形成多种CAPP技术方式的应用系统，包括目前条件下可能实现的专家系统、半自动生成系统、派生式系统、样件系统等对于那些暂时不能用以上方式解决的，可采用一些较为基础的方式4． 在应用CAPP工艺设计系统的同时，开展工艺信息管理系统的开发与应用用系统工程的原理与方法对企业工艺系统的全部工作进行系统分析、设计，形成完整的工艺信息系统，不但使工艺工作实现信息化，同时为企业工作的信息化提供坚实的基础，明确CAPP与CAD、PDM、CAM、MES、ERP的关系为了实现以上的目的，CAPP系统必须在以下几个方向进一步发展：1． 集成化 计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，CAPP系统集成化也是必然的发展方向在并行工程思想的指导下实现CAD／CAPP／CAM的全面集成，进一步发挥CAPP在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用，这包括：与产品设计实现双向的信息交换与传送；与生产计划调度系统实现有效集成；与质量控制系统建立内在联系。

2． 工具化 为了能使CAPP系统在企业中更好的推广应用，CAPP系统应提供更好的开发模式传统专用型CAPP系统虽然针对性强，但由于开发周期长，缺乏商品化的标准模块，适应性差，很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化而应用面广、适应性强的平台型（工具式）CAPP系统，已经成为开发和应用的趋势平台型CAPP系统把系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用户可以通过友好的用户界面根据本企业的情况输入数据和知识，针对不同的应用环境，形成面向特定的制造环境和工艺习惯的具体的CAPP系统也可以将开发平台提供给用户，使用户可以进行CAPP系统的二次开发，在开发平台上构造符合用户需要的CAPP系统从理论上讲，它可以适应各种应用环境，具有较好通用性和柔性；而且由于还具有二次开发能力，能适应企业内部发生的较大的变化3． 智能化 CAPP系统必将在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展§1.3 论文研究背景和意义本论文来源于国家863/CIMS重大专项课题，基于制造资源优化配置的制造过程管理系统该系统着眼于数字化企业条件下，研究基于制造资源优化配置的制造过程管理，包括可重构制造资源优化配置平台、基于知识的网络化工艺规划系统、集成化数控制造与仿真、基于构件的可重构的制造执行系统、可视化制造过程管理与监控系统等五个子系统。

作者负责基于知识的网络化工艺规划系统的设计开发工作计算机辅助工艺设计（Computer-Aided Process Planning，CAPP）是先进制造技术的核心技术之一，是实现CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）、并行工程（Concurrent Engineering，CE）乃至敏捷制造(Agile Manufacturing，AM)的重要基础性技术CAPP作为CIMS的关键环节，在实际应用中还存在不少问题其中一个重要问题是传统意义上CAPP仅完成工艺设计，而在实际生产中，工艺设计只是工艺信息生成和处理全过程中的一部分工作，其中并没有涉及大量烦琐的工艺信息与工艺设计过程管理工作工艺设计的局部高效率并没有带来工艺信息管理整体工作的高效率，因而使CIMS系统的功能和效率大打折扣事实上，工艺信息是产品工程信息的重要组成部分，是工程设计系统、管理信息系统等之间的重要桥梁在集成环境下，工艺设计系统要与许多其它系统发生联系，实现数据共享，其他系统对工艺信息的要求也是多种多样的为利用分布在世界各地的制造资源，保证产品质量，尽早推出满足顾客需要的新产品，保持和发挥敏捷企业的优势，必须通过有效的工艺信息管理。

近年来，随着分布式计算技术、企业模型和信息交换模型技术、Internet和Web技术的发展，国外许多研究机构和公司开始了基于Internet技术的异地协同产品开发、产品数据管理等集成技术的研究与应用开发而CAPP、CAM与生产过程管理与控制作为CIMS和并行工程的重要技术基础，它们的集成与应用是实现异地协同产品开发、产品数据管理的重要环节综上所述，一套实用的集成化、智能化的CAPP系统，既要能满足企业实际生产需要，又要能应用现有的先进的信息化技术应该能实现如下目标：实现工艺设计与工艺信息管理一体化、网络化规划、基于知识的综合智能化、实现与相关系统间数据、功能、过程的广泛集成与共享§1.4 论文研究的主要内容1．零件信息建模技术研究零件信息模型对于CAPP系统的可靠性和质量具有决定性作用，特别是一个良好的零件信息模型可以对CAPP系统的后续工艺决策产生重要的影响作者在成组技术零件描述法的基础上，结合企业的实际情况，提出了自己的零件信息模型2．基于知识的网络化工艺路线规划在现代制造型企业中，特别是在多个企业制造资源共享的情况下，如何合理地确定产品的工艺分工首先就是要确定产品的初步加工路线，然后根据企业联盟的实际资源的配置确定具体的制造单元。

作者介绍了逻辑加工路线、可执行加工路线、逻辑制造单元和物理制造单元几个新的概念，研究了逻辑加工路线的实现以及基于知识的逻辑加工路线设计的理论与实现方式3．CAPP与相关系统之间的制造信息集成技术CIMS实施的关键是进行集成，通过集成，可以实现整个企业的所有工程及管理信息共享，保证信息畅通，对提高各种资源的利用率、生产高质量产品、缩短生产周期、提高生产和工作效率、降低成本都有非常重要的作用本文以基于制造资源优化配置的制造过程管理系统为背景，研究了在Internet环境下，利用XML实现CAPP与其它单元技术之间的信息集成方式第二章 基于知识的网络化工艺规划系统总体设计§2.1 传统模式的CAPP系统的局限性在制造企业中，CAPP系统作为产品设计和制造的桥梁，已经在国内很多企业得到应用，但是传统模式的CAPP系统着重于工艺的辅助设计，例如工艺卡片模板的定义，工艺文档的的生成与打印，各种输入的快捷性与方便性这些功能当然也是很重要的，但是，随着CAPP在各行各业中愈来愈广泛的应用，网络技术日新月异的发展 ，企业的信息化水平和需求也不断提高，CAPP已经不仅仅用于辅助设计，同时也应该具有管理上的功能。

传统模式的CAPP系统功能上主要强调工艺编制过程所用到的功能的实现，例如工艺卡片模板的定义，工艺文档的生成和打印，各种输入的快捷性和方便性等，从体系结构来讲，传统模式的CAPP一般都是两层结构或者一层结构传统模式的CAPP系统存在以下问题急需解决：1． 集成的信息孤岛问题，传统模式的CAPP系统和CAD、CAM系统的集成度不高，商业化的CAD系统的信息不能直接被CAPP系统使用，增加了CAPP输入系统信息的难度，作为工艺下游的CAM软件也不能直接利用CAPP产生的数据现在有些企业在做“3C”集成，也只是针对具体的软件做专用的集成接口，没有办法推广应用而且，现在的CAPP系统不仅要和CAD、CAM集成，同时也要考虑如何与其他的制造管理单元技术如MIS、MES、ERP实现信息共享2． 传统模式的CAPP系统没有考虑到车间资源的实时情况这样，如果遭遇到车间生产的意外情况或者资源瓶颈，就会影响预定计划的顺利进行有些CAPP系统可以预先生成多条工艺路线备用，可以防止出现资源短缺问题而导致生产停顿如果能根据车间资源的实际情况动态的编制工艺，就可以大大的提高生产效率、节约时间成本3． 传统模式的CAPP系统一般是局限企业内部，编制的工艺规程也是基于本企业的组织结构和局部的制造资源。

当今的社会网络技术飞速发展，虚拟企业、敏捷制造、企业动态联盟等新的生产形式是研究的热点，传统的CAPP系统不能满足几个企业的合作协同需要4． 传统模式的CAPP系统对于知识的管理功能较弱，虽然很多CAPP产品有知识库管理这项功能，但是大部分生产制造知识没有很好的组织和利用，而且工艺知识在CAPP系统中的应用也只限于少数功能模块如果能够建立功能完善的知识管理和应用模块，可以增加系统的智能化程度5． 传统模式的CAPP系统一般是单机版或者客户/服务器版，这样的体系结构也限制了CAPP对于Internet的强大的功能与无限的网络资源的利用以上这些足以说明传统模式的CAPP系统不再能够很好的适应以网络化为代表的先进技术为基础的信息技术管理和应用如何有效的利用网络资源以及与其他单元技术进行集成是CAPP系统必须要解决的两个问题因此，适应网络化制造的CAPP系统是未来发展的必然趋势§2.2 基于动态资源的集成制造环境中CAPP系统的地位基于动态资源的集成制造环境中，CAPP系统是实现集成制造的核心环节，必须适应组织管理的高度灵活性，响应资源瞬时变化的及时性、快速反应性，以及最大程度的满足用户的需求。

在基于资源的集成制造环境下，需要打破管理机构和各制造单元之间的功能界限，使整个企业信息流畅，可实现设备、人员、技术信息和物料的有机结合，从而使CAPP成为以广泛的制造资源数据库、工艺规则决策库为基础，应用面向对象技术，开放式、集成化的系统同时，CAPP作为集成制造环境的制造数据管理中心，它生成的数据将作为企业各制造单元、生产管理系统等的输入，为集成数据环境下各个子系统之间进行信息和数据交流架起了桥梁企业接到产品订单，项目管理系统根据产品交货期制定产品的各段任务的起始结束时间，确定产品各个制造环节的时间界限，同时CAPP系统接收CAD或者项目管理系统输入的产品结构信息，然后根据制造资源库的资源配置，找出最佳的工艺分工路线，然后编制详细的工艺规程，将详细的工艺信息传递给CAM系统进行加工仿真，CAM将仿真信息反馈给CAPP系统以便于CAPP调整详细工艺路线，最后将工艺信息传递给MES(Manufacturing Execution System)在制造过程中如果出现意外也需要将情况反馈给CAPP系统，调整工艺路线，重新生产制造直至最后生产出成品从上可以看出，从接到产品订单到最后的成品，CAPP一直处于信息流的核心环节。

图2-1是基于资源的集成制造系统体系结构图管理数据生产状态数据管理数据工艺信息工艺信息项目管理与过程监控CAPPCAMMES产品信息产品可重构制造资源平库管理数据网络接口图2-1 基于资源的集成制造系统体系结构§2.3 基于知识的网络化工艺规划系统需求分析基于知识的网络化工艺规划系统是基于制造资源优化配置的制造过程管理系统的一个组成系统项目总体要求要反映当前CAPP发展的趋势，在原有CAPP的发展水平上增加对网络化制造、制造资源优化配置等先进的制造理念的支持，并且要解决过去一直被忽略的各个制造单元间的信息断层从系统级别来看，CAPP系统既独立运行，又和其他系统协同工作，共同完成制造任务为了更好的应用于企业，作者曾到西安飞机工业公司实地调研，发现西飞公司在应用CAPP软件的时候，没有形成真正的信息集成，各个系统之间都是孤立的，甚至很多工艺信息、零件信息、生产信息都是采取手工输入的方式；工艺知识的总结功能亟待完善；工艺管理很不规范等诸多问题需要解决结合理论和实际情况，基于知识的网络化工艺规划系统应具有如下功能：1. 工艺知识的系统化、规范化；2. 面向对象的工艺信息建模；3. 产品工艺分工的网络化制订；4. 基于知识的工艺路线规划；5. 基于知识的综合智能化工艺设计技术与实现手段；6. 多工艺方案的生成；7. 动态制造资源约束下的工艺优选与优化；8. 与数控编程系统集成生成数控代码；9. 工艺数据集成管理的唯一数据源；10. 工艺信息的统计汇总；11. 用XML语言实现制造信息集成；12. 基于Web的工艺信息发布。

§2.4 基于知识的网络化工艺规划系统总体结构2.4.1 系统总体框架根据实际需求以及基于知识的网络化工艺规划系统的总体目标，将系统划分为工艺知识管理、网络化工艺路线规划、综合智能化工艺设计和产品工艺数据管理四个子系统图2-2是基于知识的网络化工艺规划系统的体系结构图：图2-2 基于知识的网络化工艺规划系统体系结构用户界面工艺知识管理网络化工艺路线规划综合智能化工艺设计产品工艺数据管理知识库规程库TCP/IP网络关系数据库（ORCALE、SQLSERVER等）2.4.2 功能子系统介绍1． 工艺知识管理子系统工艺设计是典型的复杂问题，所涉及的信息量和知识量相当庞大工艺设计过程离不开工艺知识的有效支持工艺知识管理是在对工艺知识的有效获取、工艺知识的有效表示与有机组织的基础上，提供工艺知识的录入、检索、共享、使用、一致性维护和安全性控制等管理功能，促进工艺知识的转化与再利用，创造一个能让工艺人员及其它技术人员迅速有效地掌握、学习工艺知识的环境工艺知识管理子系统主要包括以下功能模块：n 信息建模管理；n 典型工艺管理；n 过程模型管理；n 工艺资源管理2． 网络化工艺路线规划子系统在网络化的环境下，根据产品的原始信息和设计要求，智能化的制定产品的工艺方案。

首先，根据积累的工艺知识，工艺员从逻辑意义上划分零件加工必须经过的几个阶段，然后根据制造资源库里制造单元的资源情况和工艺能力，以时间、质量、成本几个元素的组合为准则为每个加工阶段选择合适制造单元，制造单元的选择结果也可以反过来判断零件加工阶段划分的合理性和优劣性，这是一个双向的过程最终合理的制造单元选择结果可以作为工艺分工的输入，这些工艺数据和产品的各段任务时间要求一起成为产品制造的原始数据之一，对整个产品的生产制造过程的周期和质量具有决定性的影响同时，如何与其他系统集成也是本系统研究的一部分网络化工艺路线子系统包括以下功能模块：n 产品零件信息管理；n 工艺分工路线管理；n 逻辑加工路线管理；n 数据集成接口管理3． 基于知识的综合智能化工艺设计子系统工艺设计工作始终面对的是复杂多变、分布异构的应用环境，信息、资源与过程作为组成工艺设计应用环境的三要素，在工艺设计过程中始终处于动态变化之中，这使工艺设计工作在一定应用环境约束下求得最优解带来了很大的困难基于知识的综合智能化工艺设计的综合是指综合运用交互式、检索修订式和创成式等进行工艺设计，取各方式之长，而智能体现在工艺设计的全部或部分工作可由计算机自动完成。

基于知识的综合智能化工艺设计子系统包括以下功能模块：n 材料定额编制；n 工艺任务分配；n 工艺集成设计；n 工艺审批处理4． 产品工艺数据管理子系统以工艺信息为基础的产品工艺数据管理的目标是实现工艺数据的有效管理，为工艺规划系统与相关系统的有机集成提供统一有效的产品工艺数据管理工具，以保证工艺数据的唯一性、实时性、有效性和安全性产品工艺数据管理子系统包括以下功能模块：n 订单信息管理；n 工艺文件管理；n 工艺数据统计汇总§2.5 B/S和C/S混合模式的CAPP系统框架和实现2.5.1 C/S与B/S模式的构成与数据处理方式C/S是由客户机和服务器合作完成的二层结构系统平台模式C/S采用Client(客户应用代码)和Server(数据库服务代码)实现用户界面处理、业务功能处理和数据处理等功能，图2-3说明了C/S模式的数据处理模式Client向Server 发送用SQL编写的应用请求代码，数据库服务代码Server处理后得到的结果（数据）通过中间件传回给Client，为了发送SQL，Client必须明白Server语法、Server地址、数据库的组织方式、数据结构以及数据的有效性完整性等特征，同时回传的结果必须被Client 识别。

使用户界面处理、业务功能处理、数据处理这三个子模型相互独立，分别由不同的资源、代码来实现，由此形成浏览器/服务器 （B/S）模式在B/S模式中，客户端的标准配置是浏览器，如Microsoft Internet Explorer(IE)，业务功能处理模块从C/S代码中彻底分离出来，由独立的应用服务器处理，Web服务器成为应用服务的标准处理方式，数据处理仍然由数据库服务器（Database Server）处理图2-4为B/S模式构成和数据处理方式B/S模式是三层分布结构，即浏览器-Web服务器-数据库服务器SQL请求ClientServer中间件返回结果图2-3 C/S模式构成和数据处理方式请求检索结果ODBC数据请求结果Clients浏览器Clients浏览器Web服务器Database Server数据库服务器●●●...图2-4 B/S模式构成和数据处理方式分析比较C/S和B/S模式，可以发现：n C/S只有两层逻辑结构，而B/S为三层逻辑结构，因此，C/S的网络通信量要低于B/S模式，而且，对于相同的任务，C/S的运行速度要比B/S快一些；n C/S在客户端有一套完整的应用程序，可以有很强的交互性；n B/S在客户端安装的是标准通用的浏览器，而无需象C/S模式那样在不同的客户端安装不同的应用程序；n B/S模式的功能和任务都能在Web服务器上实现，使开发和维护工作简单易行。

因此，在CIMS环境下，面向不同用户对象、不同任务的CAPP子系统，应该利用C/S模式和B/S模式各自的特点，构成混合模式，平衡数据流量，从而在实现CAPP系统功能的同时，最大可能的优化系统的性能请求反馈图2-5 B/S和C/S混合模式的CAPP系统框架反馈请求Client端用户界面统计汇总产品工艺数据管理工艺知识管理综合智能化工艺设计信息建模典型工艺过程模型工艺资源材料定额任务分配集成设计工艺审批订单信息文件管理工艺知识设备、刀夹量等信息工艺知识库工艺规程库制造资源库网络资源数据库结果请求ODBCWebServer网络化工艺路线规划子系统逻辑加工路线管理系统集成接口产品信息管理工艺分工路线管理Browser端用户界面2.5.2 混合模式的CAPP框架实现如前所述，基于知识的网络化工艺规划系统包括工艺知识管理、网络化工艺路线规划、综合智能化工艺设计和产品工艺数据管理四个子系统其中，网络化工艺路线规划系统主要的功能在于网络化业务方面，它要和全局的制造资源库进行交互，而资源库中存有分布在异地的几个企业的制造资源信息；并且网络化工艺路线规划子系统也作为整个CAPP系统的集成窗口，负责向其他系统提供工艺信息，也把其他信息，如管理信息、制造信息、资源信息传递给CAPP系统的其他子系统。

所以，从功能上考虑，网络化工艺路线规划可以B/S的模式来实现而工艺知识管理、综合智能化工艺设计和产品工艺数据管理三个子系统因为不太需要从外部网络接收反馈信息，即使有需求也可以通过网络化工艺规划系统这个中介和外部网络交互，所以可以采用传统的C/S模式§2.6 小结本章结合现在CAPP发展的趋势，提出了基于知识的网络化工艺规划系统的需求详细介绍了基于知识的网络化工艺规划系统的结构以及各个子系统的具体功能，最后介绍了以B/S和C/S混合的新模式来实现基于知识的网络化工艺规划系统的构思第三章 系统零件信息建模§3.1 零件信息建模需求计算机辅助工艺规划 (CAPP)系统的核心主要包括两大部分：信息模型层面和功能单元层面其中信息模型主要有三个：零件信息模型、工艺规程模型和制造资源模型零件信息描述是 CAPP系统成功的核心问题之一零件信息描述的关键问题是完整的描述零件信息的同时，还要考虑到后续的工艺设计的过程，以便于根据零件信息智能化的进行工艺决策一般而言，零件信息模型还要解决CAPP和CAD、CAM之间的信息集成，在基于知识的网络化工艺规划系统中，零件信息的源头来自于项目管理系统，所以如何从CAD系统获取零件信息不在本系统的考虑范围之内。

零件信息模型从几何角度描述具有如下基本要求：n 完整性 零件信息必须包括完整的几何、工艺和拓扑信息，使后续的工艺决策得到完整的信息保障；n 灵活性 零件信息描述要具备适应各种形式多变的零件类型的能力，既能描述零件局部信息，又能刻画零件各个组成部分的依赖关系和约束关系；n 一致性 对于相同的零件应当产生一致的信息模型，以保证自动生成工艺文件的一致性；n 简洁性 要求零件信息描述的外部模式能够以最少的信息输入产生所需的模型；同时要求系统内部的表达形式尽可能地减少冗余零件信息模型从工艺角度描述具有如下基本要求： n 该零件信息模型应是一个柔性的结构，以便于设计者的定制，设计者可以在设计过程中的任何阶段，将设计中间结果（不完备的零件信息模型）交给工艺评价模块，并根据评价结果修改模型或继续设计；n 该零件信息模型应该强调零件族和工艺设计的关系，并在各种关系之间建立一种映射联系零件设计与工艺设计在满足零件功能要求的前提下进行交叉设计，使设计出的产品既能满足指定的功能，又具有经济上的可制造性；n 该零件信息模型应该遵循企业中组织生产制造的习惯，方便企业的应用§3.2 成组技术针对零件信息建模问题，国内外已有不少专家学者进行了大量研究和探讨，主要方法有：成组编码法、特征型面描述法、基于方位特征的分层式特征信息描述法、“实体 +方位特征”描述法等。

虽然零件信息的描述方法很多，但要运用成组技术使企业取得经济效益，必须把分类编码系统作为沟通企业各部门的共同语言以此作为各部门分享公共数据库中所有产品零件信息的统一检索手段这种方法就是成组编码描述法，它的意义不仅仅只是对零件的分类分组有用，更重要的是在于收集和检索有关零件从设计、工艺到生产的各种信息成组编码法简单好用，目前在企业中的应用也非常广泛本节主要介绍一下成组技术在零件信息建模中的应用的现状3.2.1 成组技术基本原理成组技术的核心原理是把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件组，按零件组制订工艺进行生产制造，这样就扩大了批量，减少了品种，便于采用高效率大生产方法，从而提高了劳动生产率为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径成组技术是一门涉及多种学科的综合性技术，其理论基础是相似性，核心是成组工艺成组工艺与计算机技术、数控技术、相似理论、方法论、系统论等相结合，就形成了成组技术成组技术是柔性制造系统的基础3.2.2 成组技术在零件信息建模中的应用现状成组编码描述法最早是捷克斯洛伐克金属切削机床研究所的ＳＵＯＳＯ编码系统，后来在此系统基础上，演变出许多编码系统，这些编码系统一般来说，可以分为两类：刚性系统和柔性系统。

1．刚性编码系统⑴ Opitz系统Opitz系统是德国阿亨工业大学H. Opitz提出的，它共九个横向分类环节，其中前5位是主码，用于描述零件的基本要素，后4位是辅码，分别描述零件的大小、材料、毛坯和精度Opitz系统是采用混合结构、选择组合方式建立纵向分类标志的分类系统，其特点是：n 系统总体结构简单，便于记忆和手工分类；n 主码的分类标志形式上侧重表示零件的结构特征，但实际上隐含着工艺特征,例如，零件的尺寸标志，不仅反映了零件的结构大小，同时也表明了零件加工过程中所用的机床和工艺装备规格；n 分类不够严密和准确；n 某些码位不能充分反映信息⑵ KK-3系统KK-3系统是由日本通产省机械技术研究所提出草案，再经过日本机械振兴协会成组技术研究会下属的零件分类编码系统分会修改而成，是一个供大型企业使用的十进制21位代码的混合结构系统KK-3系统的特点：n 结合零件各部分形状加工顺序关系安排码位的顺序；n 系统的前7位代码作为设计专用代码，便于设计部门使用；n 采用了按零件的功能和名称作为分类标志，便于设计部门检索使用；n 系统的某些环节设置不当，零件出现率极低⑶ JLBM-1系统JLBM-1系统是我国机械工业部开发的零件分类编码系统，并作为我国机械工业部的技术指导资料。

该系统采用了Opitz 和KK-3相结合的混合结构，克服了Opitz系统分类标志不足和KK-3系统环节过多的缺点JLBM-1系统是一个15位码的混合结构分类编码系统2．柔性编码系统柔性分类编码相对传统的刚性分类编码概念提出来的，柔性编码系统没有固定的码位设置和码位定义，其横向长度可以根据描述的对象的复杂程度变化柔性编码系统继承了刚性分类编码的优点，其编码结构模型为：柔性编码 = 固定码 + 柔性码固定码用于描述零件类别、总体结构参数、材料等零件的综合信息；柔性码主要描述形面特征、属性和工艺要求等的零件详细信息柔性编码工作无法按人工方法进行，而必须采用计算机辅助编码技术§3.3 系统零件信息模型结合项目的实际需求，在参考了JLBM-1和Opitz两种零件信息编码的基础上，本章提出了适合基于知识的网络化工艺规划系统的相应的零件信息模型并从管理信息、主干信息和特征信息三个方面描述了零件模型3.3.1 零件信息总体模型新的零件信息模型由三部分信息组成：1.零件的管理信息2.零件的信息主干3.零件的特征信息描述示意图可见图3-1特征信息图3-1 零件信息总体模型零件信息主干信息材料、毛坯信息工艺信息几何信息管理信息3.3.2 零件管理信息描述零件的管理信息就是在生产过程中，和管理紧密相关的一些信息。

管理信息不是从生产决策的角度来描述零件，更多的是从便于企业管理的角度来描述零件一般包括名称、编号、从属关系、图纸信息等信息因为制造企业的生产流程以及企业管理的模式都很相似，所以在大部分企业中，对于零件的管理信息的描述大体相近基于知识的网络化工艺规划系统中的零件管理信息由项目管理系统传递给CAPP的零件的管理信息包括这些信息：⑴零件名称⑵零件所属产品 ⑶数量⑷件号⑸页次⑹规格⑺标准⑻零件来源其中的标准是指设计标准，零件来源分3种：自制件、外购件和标准件以下是一个例子：零件名称：内六角螺钉所属产品：航空杯注射模数量：8件号：33页次：25规格：M12x50标准：GB70-85来源：标准件3.3.3 零件主干信息描述顾名思义，零件主干信息就是这个零件信息模型的主要部分，零件的主干信息对于零件的工艺设计以及制造加工的流程与方式起决定性的影响结合项目的需求以及制造企业的现状，作者认为零件的主干信息描述应该遵循以下原则：1. 根据零件的主干信息，应该能粗略的想象出零件的工艺特性以及大体的形状，可以大概的勾画出零件制造加工过程的主要工艺方案2. 零件的主干信息应该和零件的加工周期联系起来，可以反映从下料到成品的各个阶段的信息。

3. 因为在制造企业中，现行的成组编码描述法应用面很广，而且企业中也是根据成组技术来组织制造生产，取得了很好的效果，所以新的零件信息模型的主干信息没有必要对已有的零件信息模型进行大的改造，而是立足于完善这样也便于系统在企业中的实施4. 因为逻辑制造单元是能够完成某类零件的某部分加工过程的功能单元，其中包含了零件的信息所以零件主干信息的描述的合理性会影响到后续的逻辑制造单元建模5. 逻辑加工路线选择的知识前提条件就是零件的信息，所以零件的主干信息描述要考虑如何与逻辑加工路线选择的知识进行匹配零件的主干信息由毛坯、材料信息、工艺信息和几何信息三部分组成，详细信息见图3-2毛坯信息包括毛坯重量、尺寸以及毛坯类型，毛坯的重量尺寸和设备的加工能力相关，在加工零件的时候，会成为选择制造单元或者机床设备的选择条件；毛坯类型也就是毛坯的制造方法一般分为锻造、铸造、冲压、冷挤压、焊接、型材、粉末冶金七类，毛坯制造方法和大批量还是小批量生产相关材料信息是材料信息的合集，包括材料类型、材料牌号、材料规格、热处理状态以及材料的硬度和强度信息零件工艺信息包括零件的热处理状态、加工精度和表面粗糙度零件的几何信息包括零件的尺寸、重量以及零件类别。

零件类别是从外形上描述零件，一般有回转体、箱体、杠件、板件、不规则体等几种零件类别，系统中也允许使用用户自定义的零件类别零件的尺寸和零件重量指成品的尺寸和重量，尺寸有两种表达格式：⑴立方体格式，V代表体积，L、W、H分别代表零件的长宽高V=L*W*H⑵圆柱体格式，适用于回转体零件，D代表零件的直径V=D*H材料类型材料牌号材料规格热处理强度硬度毛坯类型毛坯尺寸毛坯重量毛坯信息几何信息工艺信息材料信息表面粗糙度加工精度热处理图3-2 零件主干信息零件类别零件尺寸零件重量零件主干信息零件的尺寸、重量和毛坯的尺寸、重量作为零件的两个不同阶段的状态，一样也会影响到制造资源的选择3.3.4 零件特征信息描述在基于知识的网络化工艺规划系统中，零件的特征信息描述不是零件信息的主要部分，本文讲的特征是指零件的形状特征详细的描述零件的特征信息要花很大的篇幅，这里主要根据系统运行的需要简单介绍一下 特征一般分为主特征和辅助特征两种，其中主特征描述零件基本几何形状的主要外部形状和主要内部形状，辅助特征描述零件次要几何形状以及在功能、结构、工艺特点上存在组合要求的特征，它依附于主特征或者其他辅助特征像圆柱面、圆锥面、螺纹孔等特征一般是主特征；倒角、台阶面、倒圆等特征是辅助特征。

在系统中，一个零件的特征信息包含两方面，一是单个特征的描述信息，二是特征之间的约束关系1．单个特征的关系包括：（1） 特征是主特征还是辅助特征2） 特征是内部形状还是外部形状3） 从成形方式考虑特征的类别，特征的类别可以分为七类：a孔及圆凸台特征；b槽及棱凸台特征；c平面特征；d台阶特征；e圆弧面特征；f孔系特征；g曲线槽类特征2．特征间的约束关系 特征间约束关系包括两个方面：方位约束和从属约束方位约束表明特征属于哪个方位面，方位面可以分为上下、前后、左右和回转面七个方向；而从属约束表明辅助特征属于哪一个主特征或者另一个辅助特征3.3.5 可定制的零件信息模型企业实现CAPP不同于实现CAD/CAMCAPP商品化系统仅能为企业提供产品工艺数据定义、组织、管理的基本框架以及CAPP知识库管理等应用支持工具与开发工具CAPP经过简单用户化（初步实施）后便可投入应用，实现工艺设计的计算机化不同的企业，不同的生产环境，不同的产品类型，产品工艺差别很大，这导致企业的工艺习惯也不是完全相同，企业在应用过程中针对自己的生产环境、特定生产对象以及特定功能需求，对于零件信息描述的完备性要求以及侧重点各不一样，这就决定了在基于知识的网络化工艺规划系统中，必须可以根据用户的需求，自己定制零件的信息模型，零件信息是后续工艺设计的基础，灵活的零件信息模型可以有助于灵活的工艺设计流程的实现。

如前所述，零件信息模。