基于PDM软件的CAPP体系结构

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1　PDM概述 7 t0 C4 j( W4 @$ r5 u

　　-PDM（Product Data Management，产品数据管理）是近年来发展起来的一门新技术，它致力于缩短产品的研制开发和生产制造周期、降低成本、提高质量、改善产品性能、使新产品快速投入市场，从而为企业赢得竞争的主动权和优势。PDM技术作为企业重构和发展的一项必不可少的重大基础结构技术，企业各项先进管理计划（例如企业经营过程的重构、并行工程、CALS计划、ISO国际质量认证等）的实施都离不开PDM。近年新出现的加速新品进入市场的VPD（拟实产品开发）技术，同样也以PDM为主要的依托支持技术。PDM是管理与产品相关的所有信息和所有过程的技术，一个PDM系统应包含：数据保存和文件管理；产品结构管理;过程/工作流管理;分类与检索；计划与项目管理等主要功能^［1］。

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2　PDM与相关技术的关系

2.1　PDM与CAPP
　　PDM始于对工程开发/产品开发的管理，至今对工程设计自动化子系统的支持必然仍是其核心功能之一。
　　PDM对其下层子系统提供集中统一的运行环境，进行集中的数据管理和访问控制，对下层子系统通过过程管理提供工作流控制，实现设计结果的电子方式的便捷审批、项目阶段跃迁，并结合版本管理功能保证下层系统随时获得产品的各方面最新信息数据，从而保证协作工作在产品全生命周期各职能部分上的人员可及时互通最新信息，互相了解工作状态，达到高效、可靠的集成化运行。共同建立于PDM总控信息和过程管理环境之上的CIMS功能单元间可以借助PDM统一的总控环境，方便而有效地实现相互间的信息集成，乃至功能集成。
2.2　PDM与CE
　　PDM支持产品全生命周期的信息和过程的全面管理，而并行工程的功能范围与其相一致。并行工程首先是CAD与CAPP工程设计功能的集成，扩大了的并行工程概念扩展到产品全生命周期内所有设计、制造、测试、维护、销售……职能的并行考虑，这些并行职能系统同时全部接受着PDM的数据和过程管理。PDM作为一个客户/服务器结构的监管并行工程所有子功能的统一信息环境，可以在增加一定的并行工程环境支撑功能后，同时承担并行工程支持和管理的重任。
　　PDM系统为其下层功能提供了支持并行工程运作的框架和基本机制，借助PDM统控共享和信息互通环境，CAPP与相关功能系统的面向并行工程的集成可望更有效、方便地实现。

3　CAPP常规功能分析

3.1　CAPP的信息、功能环境
　　CAPP隶属CAD/ CAPP/ CAM/CAE工程设计分系统。它在CIMS中居于核心地位，尤其是在新产品设计要求频繁、产品开发成为企业生命线的现代市场环境中。如图1所示， CAD、CAPP、CAM在CAE环境支持和总控下集成工作。CAPP接受CAD的设计结果作为主体输入，以生产计划为主控，在企业或车间制造环境资源的求解空间和限制下，设计出零件的工艺规程，作为生产安排和计划控制的纲领性文件。CAPP不仅与工程设计自动化分系统内部其它子系统联系紧密，也与工程设计分系统以外的功能系统有着广泛的勾连，完全的信息关联示于图2中。

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图1　CIMS构成简图

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图2　CAPP与CIMS内其它子系统的信息关联

4　基于PDM的CAPP体系结构

4.1　三种集成方案
　　为了具体说明基于PDM的CAPP体系结构，本文以现有的PDM商用软件EDM（Engineering data management）为例，经深入分析EDM功能和接口手段，并比照相关的实现技术归纳提出三种不同结合紧密程度的接口方案。
　　第一种方案：松散耦合式，如图3。

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图3　松散耦合式EDMCAPP结构

　　在这种方式下，常规的CAPP系统和EDM操纵界面工具EDMClient逻辑上构成一个基于EDM 的CAPP系统，CAPP系统的使用者通过EDMClient通用界面实现与EDM相关的对CAPP信息的数据控制、访问和审批/发布以及查询等功能。操作者需要在实质上的、物理上的两个系统间来回游动。此种方案CAPP系统与EDMClient尚未建立软件上的关联。它不能适应信息化、快速化及自动化的需要。

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　　第二种，CAPP与EDM的集成方案：专用集成化接口工具式，如图4。

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图4　集成接口工具式EDMCAPP结构

　　这种方式的EDM与CAPP集成方案，也是常规CAPP系统不直接与EDM打交道。而以“面向CAPP设计的EDM操纵接口工具环境”代替第一种方案中的通用操纵界面工具EDMClient。集成接口工具将CAPP与EDM的联系集中封装在其中，使得CAPP与EDM的集成不许改动CAPP系统的已有实现。接口工具的实现只需考虑CAPP的输出与输入，不需深入了解其内部实现，实现难度较小。对已经存在的CAPP系统提出集成要求时的情况尤为适用。
　　但是，此种方式下进行工艺设计的人员仍要面对两个系统（CAPP系统和接口工具系统），系统间的适时来回移动仍未得到彻底解决，仍有许多隐含着的CAPP——EDM关联未在软件中实现控制，是影响EDM内信息及时性和CAPP使用中信息访问、过程管理功能发挥的潜在不确定因素。
　　第三种，紧密集成（功能集成）方式，如图5。
　　在CAPP内部每一个适当功能处都融入需要的EDM信息和功能，从而将常规的CAPP系统扩展、改造成为一个“基于EDM的CAPP系统”，这是实现CAPP与EDM集成的最紧密方式。这种方式的集成实现了CAPP与EDM信息和功能的全面集成，可以充分实现与每一CAPP细节功能特定相关的EDM信息访问和EDM过程管理专用化辅助，从而全面、便捷地控制使用CAPP进行工艺设计的全过程，实现最快速的共享信息更新与最便捷、自动的过程控制。这种以最快捷、最迅速、最自动的方式以尽需要细化的程度与EDM数据管理和过程管理同步执行，就有效地保证了CAPP与其它功能系统在EDM控制下的高效协作运行，并保证了工程更改的后效追踪及责任的反查等的顺利实现。

图5　紧密集成式EDMCAPP结构

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　　此种方式不仅意味着CAPP与EDM间（及通过EDM与其它友邻功能系统间）信息上的顺畅贯通，同时意味着CAPP功能与相关的EDM功能的适当组合。这有别于上两种方案中仅仅是信息集成的模式。
　　这种紧密集成方式的CAPP系统在运行时是最为高效的。其不足在于此种系统中的EDM接口功能及CAPP有关功能的可复用性差。此种方式适用于面向PDM应用新构建CAPP系统的场合。

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4.2　CAPP与EDM的信息关联
　　要构建CAPP与EDM的集成结构——基于EDM的CAPP体系结构，必须分析清楚CAPP与EDM间的功能、信息关联情况。
　　工艺设计系统中的零件信息是系统的输入，在工艺设计系统中期望获得电子形式的CAD零件设计结果——作为CAPP系统的输入供抽取或是在CAPP系统中输入零件信息时作为参照用，由于零件设计信息属产品信息、归属PDM／EDM集中控制和管理， CAD零件设计信息是CAPP系统与EDM关联的信息之一。
　　工艺设计结果是CAPP系统的输出，工艺设计人员，工艺设计过程控制等信息应纳入EDM的数据控制之下，并接受EDM的访问控制、项目和过程管理与控制。工艺规程是CAPP系统与EDM信息交互的又一数据流。
　　综上所述，CAPP与EDM的信息交互集中在读取CAD零件设计信息和全方位访问CAPP自产生的工艺过程及结果信息等方面。

4.3　体系结构
　　基于前面描述的常规CAPP功能结构，采用紧密集成的方式实现“基于EDM的CAPP系统”，给出基于EDM的CAPP的体系结构。
　　功能层次　从功能层次的视角，可以构造得如图6的EDM CAPP体系结构。

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图6　EDMCAPP层次体系

注：由于EDM进行数据管理和过程管理的基本数据单元是“文件”，所以在本文对EDM的论述中，产品数据与“文件”实质上同一意义。
　　如图6所示，EDM对CAPP的作用首先体现在对访问EDM中企业产品信息的用户权限控制，用户ID和口令对EDM意味着一整套的包括命令权限、文件读写权限、项目权限等的多级数据安全控制。通过用户认证后方可操纵以下将述的EDM信息和功能：
　　通用消息收发功能用于处在协作环境中的用户间交互信息；与数据访问同时提供给CAPP的EDM功能支持还有审批/发布控制、版本管理及统控信息查询功能，这二者都隐含地基于上述的文件访问基础功能之上。
　　可见，纳入EDM总体环境并与之紧密集成的CAPP系统，从功能层次上看，相当于按上述结构递阶套装了数据统控和上层通用的项目控制、信息查询、消息收发功能。当然，套装的目的在于最上层/最外层的信息和功能。
　　功能构成　从功能关联的角度进行基于EDM的CAPP体系结构的构建，得到如图7所示的功能集成结构。
　　图7中，“CAPP”指常规CAPP功能部分；EDM所提供的信息和功能部分；EDM FI指EDM Functional Interface， EDM功能接口，给出了“基于EDM的CAPP系统”中将溶入的EDM功能和信息成分；“EDM总控环境”，是指建立于EDMVault和EDMProject之中的各种控制方案， 它们是在CAPP内实现EDM集成功能（数据控制、文件审批、信息查询等）的底层支撑结构和辅助设施，它们共同构成EDM功能实际运行的支撑控制环境。EDM FI部分包括用户控制、文件访问、审批/发布控制和版本管理、项目总体信息和协作信息查看、消息收发等五方面功能。其中：
　　用户控制：进行登录和注销管理，实现用户级权限控制并将用户纳入到EDM的复杂权限控制之下。用户级控制同时隐含着对此后操作的权限控制方案。
　　文件访问：即文件存取，实现本地存贮空间和EDM控制下的全局统一数据仓库间数据以文件形式的往来移动，使文件受控于EDM或从EDM中暂时解控出来供编辑或其它目的。
　　审批/发布控制和版本管理：是电子方式的项目工作、工作流、工作档案控制和管理。
　　项目总体信息和协作信息的查看：EDM实现其数据统控、项目控制等职能是通过建立和维护相应的数据库表实现的，这些信息按照预定的权限控制向用户开放（可查询）。
　　消息收发：作为客户/服务器结构网络支持下的多用户、多应用协作环境，EDM提供了通用的信息互通机制。

图7　基于EDM的CAPP功能体系

5　结语

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　　本文分析了PDM相关技术，并以基于产品数据管理技术的商用软件EDM为例，详尽分析了基于EDM的CAPP体系结构及集成方案，将封装与EDM具体功能实现相关的管理机制和功能细节，提供CAPP环境相关的功能实现，给CAPP用户以尽可能便捷和透明的访问支持和控制实现，这通过将EDM FI中的相应功能溶合入有此功能需求的CAPP子功能中去、达成功能和信息的紧密集成来实现。使CAPP系统满足并行工程的需要。