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基于数据库的参数式CAPP系统研究
黄长林 苑举林 章见阳 胡树根 赵永红
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【摘要】基于企业网络,建立产品数据库，采用参数式输入方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据意义的参数数据，并直接为其它CAX系统和企业MIS系统所共享。修改工艺任何参数，即可自动得到新的工步内容，从一定意义上来说，实现了工艺卡的参数化。
关键词：数据库；参数式；CAPP
计算机辅助工艺过程设计（CAPP),解决了工艺过程设计中的多样性问题，减少了工程师的重复劳动，有利于实现标准化和工艺过程的优化，保证工艺设计的质量。
CAPP有两种：派生式和创成式。派生式工艺设计利用零件结构的相似性，通过检索得到相似零件的工艺规程，并对此进行编辑修改。而创成式工艺设计则利用人工智能的方法，通过相应的决策逻辑推理和知识库，创造性地解决工艺设计问题。
由于人工智能本身的不成熟和推理机构造的局限性，创成式CAPP系统远未进入实用阶段。
派生式CAPP较实用。常用的有3种模式：
（1） 利用WPS、WORD等通用文字处理软件生成固定表格，按工艺卡格式进行填充。此种模式仅仅是提高了表格和图的质量，统一了文字表格和图的格式，并没有解决手工编辑工艺文件所存在的问题。
（2） 基于AutoCAD等CAD软件平台设计工艺卡片，利用数据文件辅助工艺卡片的填写。这种模式虽解决了工艺卡片中的文字编辑和工艺简图绘制问题，但没有数据库管理功能，没有工艺卡汇总、统计等功能，没有解决工艺数据的管理问题。
（3） 基于FoxPro、PowerBuilder等数据库平台，利用数据库辅助工艺卡片的填写。这种模式解决了工艺数据的数据库管理问题，但图形编辑困难，同时对工艺数据没有考虑到今后其它CAX系统的应用，形成新的数据“孤岛”。
1、总体思想
在确定系统的总体思想时，从企业和产品的实际情况出发，首先考虑满足企业的具体要求，同时兼顾系统的先进性，考虑企业管理系统中的数据模式，设计了一种基于数据库的参数式CAPP系统方法。
系统的总体思想：
(1) 基于企业网络,建立产品数据库；
(2) 面向企业产品数据管理系统,所有工艺数据为其它CAX系统和MIS系统所共享；
(3) 在工序安排上实现标准化。应用成组技术，根据零部件结构的相似性，自动查找典型工艺库中合适的典型工艺，得到产品工艺的模板；
(4) 每一工序的工步内容,如工序内容说明、加工设备、车间、工装等，根据加工方式与工艺参数，自动决策并填充，定额工时自动计算。修改工步内容中的有关参数时，系统能自动得到相似结构产品新的工序内容和新的定额工时。
2、基于数据库的系统核心
数据库技术在数据管理、维护、查询、汇总等方面具有无可比拟的优越性。工艺设计需要产品的大量原始数据，如产品物料清单（BOM）、产品图纸等，同时工艺设计过程中涉及到企业的大量数据，如企业文献、国家标准和企业标准、工艺手册以至企业车间、设备等。我们应用数据库技术建立了有关大量的数据库，包括产品基本数据库、材料库、工装库、设备库、工种车间库、工时定额库、典型工步库等，这些数据库为CAPP系统和其它MIS系统提供可靠的基础数据，并由此生成或派生出其它数据库，如典型工艺库、产品工艺库、材料明细库、生产进度表等。
系统基于大型商业数据库软件PowerBuilder开发，网络环境，数据库模型，如图1所示。

（图片）

图1　系统数据库模型

3、独特的参数式方法
在对每一工步的信息输入方面，我们不是将工步内容的每一项逐栏填入的填卡式方法，而是采用具有产品数据意义的参数输入方法。
参数输入采用简洁友好的中文对话框输入，如图1所示。通过基本信息区和工艺参数区的参数输入和附加因素区的附加参数输入，如工步名称、加工材料、加工参数和加工方法等，自动在工装区从相应的数据库中得到每一工步的生产车间、加工设备、工装设备，并在工艺结果区自动组合工序内容和自动计算定额工时。这些内容全部自动的填充到工艺卡的每一工步上。
参数式输入方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据意义的参数数据，不仅有效实现了工时定额计算的自动化，而且这些具有产品数据意义的参数数据直接为其它CAX系统和企业MIS系统所共享，有利于实现全企业产品数据的管理。此外，只需修改某些参数，即可自动得到新的工序内容和新的定额工时，从某种意义上来说，实现了工艺卡的参数化。
4、智能的工步方案决策
在工序工种安排上，我们进行标准化工作，根据各加工分厂的设备布置，零件的加工成本等由有经验的工艺人员确定。工种确定以后，工艺过程卡的大致框架就基本形成，结合实践经验及工种的通用规则，填写每一工种的操作内容：包括工序内容说明、所在车间、所用设备、工装等。根据操作内容，对照时间定额标准，确定定额工时。
对于工步方案的填写，系统基于产品数据库和工艺知识库对工步内容中的各项参数自动决策并填充。
主要包括：
（1） 工序内容说明。根据工步名称、加工材料、规格参数和工艺参数获得。例如，工步名称= “锯”，加工材料=“工字钢”，规格为20mm，长度为2m，件数为5件，拼接方式为半数拼接，则工序内容栏自动组合为：“锯工字钢20×2000，5件，半数拼接”。
（2） 车间。主要根据工厂的工种、车间数据库获得。
（3） 设备。根据工种、规格参数和设备库等获得。例如，对于钢材下料，所需加工设备的决策原则是：
①厚度≥14mm的板材选用火焰气割下料；
②厚度≤12mm的板材可选用Q11-16，Q11-8，Q11-6，Q11-3剪床下料。
③中大规格的型钢，如果切口有粗糙度要求，选用G72弓锯，G607圆盘锯，GL4025A带锯下料。如果没有粗糙度要求可选用气割下料。
④小规格的型钢一般采用砂轮切割由铆工下料。
（4） 工装。根据工种和零件结构形状自动查找工装库。
（5） 工时定额。根据工种、规格参数、工艺参数、加工设备和定额工时库自动计算工时定额。
5、面向企业产品数据管理
一般的CAPP系统，由于采用填卡式的方法，因此，大多数数据不能被其后的CAM或MIS系统所共享，造成新的数据“孤岛”问题。
我们基于数据库技术和参数输入方法，参数数据具有特定的产品数据含义，因而能够为其后的CAM系统和MIS系统所共享。系统具有多输出通道，工艺卡不是唯一的数据出口，所有数据库数据都能为其它系统如成本核算系统、车间作业系统、生产计划系统、材料供销系统等共享。系统考虑了企业未来的发展，系统留有充分的可扩展的设计和数据借口。
CAPP系统与其它CAX系统和MIS系统的结构框图，如图2所示。

（图片）

图2　面向产品数据管理的CAPP系统

6、总　结
“基于数据库的参数式CAPP系统”是一个面向企业产品数据管理、面向生产实际、面向集成的系统，它为CAPP的发展开辟了一条新的途径。系统在浙江菲达机电集团公司的F系列电除尘器产品上得到实施，经过几个月的运行和试用，取得了较为满意的效果。
7/2/2004

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