CAPP/PDM集成体系研究及其在装配型企业CAPP系统开发中的应用
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摘要
21世纪是知识经济时代，包括制造业在内的各行各业都面临着信息技术的冲击。在刚刚结束的中国共产党的十六大上，江泽民同志在未来经济发展的报告中明确指出“坚持以信息化带动工业化”，而制造业信息化是以信息化带动工业化的突破口。信息化推动制造业发展已经成为一种必然趋势，在这个过程中，各自动化单元之间的集成技术也愈来愈受到重视，“系统集成是制造业创新的重要形式”。
在这种大趋势下，CAPP由于其特有的地位和作用，在各个自动化单元之间的集成中，起着关键的作用，它的集成成为一种必然。PDM是一种基于并行工程和虚拟制造提出的新技术，由于它提供了一个基于PDM的各自动化单元集成的企业信息化软件框架，成为系统集成过程中一个很好的支撑系统。因此，在本篇论文中，本人研究了CAPP与PDM的集成问题，具有广泛的实际意义。
此外，对于装配型企业——在新的制造形势下企业改组后一种新的企业模式，它的生产组织方式和特点适应制造业的发展趋势，因此关于装配型企业CAPP系统的研究也应成为CAPP系统研究中的一个重要方向。本文通过对协作单位工艺工作特点的分析，提出并构建了一个适应装配型企业应用的CAPP与工艺管理系统框架。
具体来说，文中着重研究了以下内容：
以面向产品的方法论为出发点，提出并构建了CAPP／PDM集成系统的体系结构，对其工艺特点、工艺流程和基本功能模块进行了分析。并将重点放在CAPP对产品信息的自动获取上，研究了CAPP／PDM集成接口的模式、关键技术等相关问题。
以协作单位的工艺工作特点为出发点，进一步研究了该类装配型企业的特点，并对其主要工艺形式装配CAPP进行了分析，提出一种开放式的、供企业工艺设计、知识积累的装配型企业CAPP系统平台。并从平台的开放性和满足CAPP系统进一步集成考虑，预留了该系统二次开发的CAPP／PDM集成接口部分。
面向产品，研究了CAPP中的两种BOM形式(设计BOM、装配BOM)及它们的数据实现，并提出了改进的数据存储结构。在实际系统应用中，建立了灵活的产品信息输入和编辑方式，实现了设计BOM和装配BOM的信息转换。
通过对装配模型及装配序列规划的研究，提出了一种基于PBOM的分层、分步的装配序列生成规划方法，并在FSDCAPP系统中得到了实现。
最后，总结了本文的研究工作，得出了一些有益的结论，并提出了进一步研究的设想。
21 century is an age of information, in which information technology has a great impact on all industries including manufacture industry. Comrade Jiang Ze Min has point out that we should insist on the industrialization driven by informationalization in the 16th National Congress of Communist Party of China. And the manufacture's informationalization is the key during the industrialization. Manufacture's development impelled by informationalization has become the current trend. During the informationalization of manufacture industry, the integration technology between all automatization units is paid more and more attention, and systems' integration becomes the important form of the industry's innovation.
Under the trend, owing to its special status and effect, CAPP has a key effect during the integration of all automazition units, and its integration is a necessity. PDM is a new technology that is put forward based on Parallel Engineering and Virtual Manufacture. Because it provides an informationalization sofeware frame based on all automaziton units, PDM has become a good support system during integration. Therefore, the author researches the integration between CAPP and PDM in this paper, and that has a comprehensive and practical signification.
In another hand, for assembly-oriented enterprise, which is a new mode after enterprise's re-construction under the new trend of manufacture industry, its characters of production and organization mode fit well the new trend. Thus, research on assembly-oriented enterprise CAPP should become the important direction during the research on CAPP. In this paper, according the analysis of the characters of assembly-oriented enterprise, the author puts forward and constructer an assembly-oriented enterprise CAPP system. The followings are mainly studied:
Started from the methodology of product-oriented, puts forwards and constructers the CAPP/PDM integrated system frame. In that frame, analyzes its technical character, technical flow and basic function module. Puts the emphases on the automatic acquirement of product information, and researches the integrated interface mode of CAPP/PDM and the key technique of that.
Started from the characters of the cooperation factory, researches the characters of
assembly-oriented enterprise, analyzes the main technical mode--assemble CAPP,
and puts forward a opened, for enterprises technical design and technical knowledge accumulations assembly-oriented enterprise CAPP systems flat. Consider the opened and integrated of the system, arranges the integrated interface for the further realization in the system's second explore.
Researches the BOM's two modes--EBOM and PBOM, the data realization of
them, and puts forward the improved data storage structure. In the application system, sets up flexible ways of product information input and edit, and realizes the information conversion between EBOM and PBOM.
According to the research on assemble model and assemble consequence planning, puts forward an assemble consequence planning method of layered, stepped based on PBOM.
At the last of this paper, summarizes the research work, gets some useful conclusions, and puts forwards the further research thought.
在这种大趋势下，CAPP由于其特有的地位和作用，在各个自动化单元之间的集成中，起着关键的作用，它的集成成为一种必然。PDM是一种基于并行工程和虚拟制造提出的新技术，由于它提供了一个基于PDM的各自动化单元集成的企业信息化软件框架，成为系统集成过程中一个很好的支撑系统。因此，在本篇论文中，本人研究了CAPP与PDM的集成问题，具有广泛的实际意义。
此外，对于装配型企业——在新的制造形势下企业改组后一种新的企业模式，它的生产组织方式和特点适应制造业的发展趋势，因此关于装配型企业CAPP系统的研究也应成为CAPP系统研究中的一个重要方向。本文通过对协作单位工艺工作特点的分析，提出并构建了一个适应装配型企业应用的CAPP与工艺管理系统框架。
具体来说，文中着重研究了以下内容：
以面向产品的方法论为出发点，提出并构建了CAPP／PDM集成系统的体系结构，对其工艺特点、工艺流程和基本功能模块进行了分析。并将重点放在CAPP对产品信息的自动获取上，研究了CAPP／PDM集成接口的模式、关键技术等相关问题。
以协作单位的工艺工作特点为出发点，进一步研究了该类装配型企业的特点，并对其主要工艺形式装配CAPP进行了分析，提出一种开放式的、供企业工艺设计、知识积累的装配型企业CAPP系统平台。并从平台的开放性和满足CAPP系统进一步集成考虑，预留了该系统二次开发的CAPP／PDM集成接口部分。
面向产品，研究了CAPP中的两种BOM形式(设计BOM、装配BOM)及它们的数据实现，并提出了改进的数据存储结构。在实际系统应用中，建立了灵活的产品信息输入和编辑方式，实现了设计BOM和装配BOM的信息转换。
通过对装配模型及装配序列规划的研究，提出了一种基于PBOM的分层、分步的装配序列生成规划方法，并在FSDCAPP系统中得到了实现。
最后，总结了本文的研究工作，得出了一些有益的结论，并提出了进一步研究的设想。
21 century is an age of information, in which information technology has a great impact on all industries including manufacture industry. Comrade Jiang Ze Min has point out that we should insist on the industrialization driven by informationalization in the 16th National Congress of Communist Party of China. And the manufacture's informationalization is the key during the industrialization. Manufacture's development impelled by informationalization has become the current trend. During the informationalization of manufacture industry, the integration technology between all automatization units is paid more and more attention, and systems' integration becomes the important form of the industry's innovation.
Under the trend, owing to its special status and effect, CAPP has a key effect during the integration of all automazition units, and its integration is a necessity. PDM is a new technology that is put forward based on Parallel Engineering and Virtual Manufacture. Because it provides an informationalization sofeware frame based on all automaziton units, PDM has become a good support system during integration. Therefore, the author researches the integration between CAPP and PDM in this paper, and that has a comprehensive and practical signification.
In another hand, for assembly-oriented enterprise, which is a new mode after enterprise's re-construction under the new trend of manufacture industry, its characters of production and organization mode fit well the new trend. Thus, research on assembly-oriented enterprise CAPP should become the important direction during the research on CAPP. In this paper, according the analysis of the characters of assembly-oriented enterprise, the author puts forward and constructer an assembly-oriented enterprise CAPP system. The followings are mainly studied:
Started from the methodology of product-oriented, puts forwards and constructers the CAPP/PDM integrated system frame. In that frame, analyzes its technical character, technical flow and basic function module. Puts the emphases on the automatic acquirement of product information, and researches the integrated interface mode of CAPP/PDM and the key technique of that.
Started from the characters of the cooperation factory, researches the characters of
assembly-oriented enterprise, analyzes the main technical mode--assemble CAPP,
and puts forward a opened, for enterprises technical design and technical knowledge accumulations assembly-oriented enterprise CAPP systems flat. Consider the opened and integrated of the system, arranges the integrated interface for the further realization in the system's second explore.
Researches the BOM's two modes--EBOM and PBOM, the data realization of
them, and puts forward the improved data storage structure. In the application system, sets up flexible ways of product information input and edit, and realizes the information conversion between EBOM and PBOM.
According to the research on assemble model and assemble consequence planning, puts forward an assemble consequence planning method of layered, stepped based on PBOM.
At the last of this paper, summarizes the research work, gets some useful conclusions, and puts forwards the further research thought.
引文
[1] 张和明、熊光楞，产品需求获取及其结构化建模方法，计算机集成制造系统—CIMS，2001，10：18～21
[2] 胡少波、吴志军等，基于PDM的通用化产品结构创建系统的研究和开发，制造技术与机床，2001，10：23～25
[3] 曾富东，曾富鸿、唐业、郭钢，PDM中BOM实现技术研究，机械设计与制造，2001，8：94～95
[4] 朱海平，邵新宇、蔡力钢、张国军，面向BOM的CAPP系统研究与实践，华中科技大学学报，2001，4：57～58
[5] 胡敏，企业集成环境下的BOM研究，计算机工程，2001，6月第27卷第6期：22～24
[6] 苟凌怡、魏生民，基于关系型数据库的产品动态BOM的数据库设计与优化，组合机床与自动化加工技术，1999，5：6～9
[7] 逢淑明，蒋辉、范玉青，以BOM为主线组织企业CIMS信息流，制造业自动化，2002：17～19
[8] 倪莉、秦鹏飞、胡庆夕，基于PDM的装配BOM数据库系统的研究，机械制造，1999，9：13～15
[9] 郝建材、张玉峰、郁鼎文，基于PDM的产品信息模型的研究，制造技术与机床，2002，5：62～64
[10] 徐弘山、何爱新、付利华，基于PDM的CAPP系统体系结构的研究，城组技术与生产现代化，2001，1：21～23
[11] 王洪宇、叶文华，CAPP系统与SmarTeam集成技术的研究，计算机应用，2002，7：55～57
[12] 房莉华、沈建新、廖文和，基于PDM的CAPP系统集成技术的研究与实践，先进制造技术，2001，1：31～33
[13] 米小珍，刘晓冰，CIMS应用工程中PDM的实施，大连铁道学院学报，2001，3：26～30
[14] 冯站峰、倪小平、彭华、盛步云，PDM集成框架下CAPP于PDM的数据交换，武汉理工大学学报，2002，6：21～24
[15] 魏志强、王先逵、吴丹、杨志刚，CAPP集成框架系统的设计与实现，机械工艺师，2001，1：44～46
[16] 王正刚，CAPP系统工程化的关键技术研究，先进制造技术，2002，3：65～67
[17] 黄云战、李贵荣，CIMS下的CAPP系统运作模式研究，新技术新工艺，2001，4：7～9
[18] 邓琳、咎昕武、刘伟、黄茂林，基于单层BOM的产品BOM管理方法，重庆大学学报，2002，6：5～7
[19] 蒋辉、逢淑明、范玉青，物料清单及其演绎面向对象模型，计算机集成制造
系统——CIMS，2001，9月第7卷第9期：69～72
[20] 乌云、尚风武，基于PDM的应用系统集成过程中BOM表的讨论，工程图学学报，2002，1：37～42
[21] 袁平鹏、陈刚、黄金祥，BOM的一致性维护，计算机辅助设计与图形学学报，2002，1月 第14卷 第1期：83～86
[22] 李向东、范玉青，PDM中的BOM面向对象模型及其应用，计算机集成制造系统——CIMS，2002，7月第8卷第7期：505～510
[23] 卢怀静、郁鼎文、张玉峰，面向PDM／URPⅡ集成的装配BOM，机械设计与制造工程，2002，1月第31卷 第1期：34～36
[24] 阙定胜、陈统坚、李培根、蔡力钢，CIMS环境下MRPⅡ物料表及物料关系表BOM的建立与研究，工业工程，2001，3月 第4卷 第1期：54～57
[25] 马自勤、孙丽、王秀伦、孔宪庶，产品结构树在CAPP信息管理中的应用，大连铁道学院学报，2001，9月 第22卷 第3期：85～90
[26] 李顺彬、陈永府、张新访、王启付，以产品结构为核心的得工艺信息模型研究，计算机工程与设计，2002，5月 第23卷 第5期：36～38
[27] 蒋平、胡宇翔、汤绍林，制造技术面临的挑战及对策，中国机械工程，2001，3：253～255
[28] 张胜文，计算机辅助装配工艺设计系统开发平台的研究，江苏机械制造与自动化，2000年第4期：34～36
[29] 赵良才、景旭文、唐文献，产品装配序列生成、DFA分析和装配仿真集成系统研究，机械设计与制造，2001，4：29～31
[30] 朱大群，计算机辅助装配工艺规划与DFA研究综述，江苏机械制造与自动化，2000年第3期：7～11
[31] 汪利、王石刚、邹慧君、郭为忠，中小型企业PDM系统设计及实现，中国机械工程，1998，9：69～71
[32] 董建华、孙伟、刘晓冰、蒋平、韩永生，CAD／PDM信息集成研究，机械科学与技术，2001，3月 第20卷 第2期：
[33] 张国军、邵新宇、蔡力钢、李培根，工艺信息建模及其在装配工艺设计中的应用，机械与电子，2000，1：5～7
[34] 霍平、郭玉申、赵新华，面向产品装配工艺性评估的装配数据的描述方法，天津理工学院学报，1999，9月 第15卷 第3期：89～92
[35] 陈丹晔、易红、顾建钧，敏捷制造模式下的计算机辅助装配工艺设计系统的研究，机械设计与制造工程，2000，5：37～39
[36] 陶建华、宗志强、刘作毅，基于数据库的典型工艺CAPP系统，机械设计与研究，2001，3月 第17卷 第1期：24～26
[37] 高磊、王君英、王静蕾，基于Pro／E产品结构树的CAAPP，计算机集成制造系统——CIMS，2001，10月 第7卷 第10期：38～41
[38] THOMAS E V, WILLAM L B, WHYBARK D C. Manufacturing planning and control systems——3rd edition[M]. Homewood IL, IRWIN. 1997
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[42] Moo Young Jung, Kyunghuy Lee, Conceptual framework for automated process planning, Computers and Industrial Engineering, 1994, 27
[43] ENG KIATKHO. Wavevisions: A desk top virtual reality software [J]. Computer & Graphics, 1996, 20(1)
[44] B. Joseph Pine Ⅱ, Mass Customization the New Frontier in Business Competition, Massachusetts Bosron, Harvard Business School Prexs, 1996
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[47] Miller Ed. PDM Today. Computer Aided Engineering, 1995, 14(2)
[48] Homen L S de Mello. Sanderson A C. A correct and complete algorithm for the generation of mechanical assembly sequences. IEEE Transaction on Robotics and Automation. 1991, 7(2): 228～240
[49] Baldwin D F, Abell T E, Lui M C, Fazoi T k and Whitney D. E. An integrated computer aid for generating and evaluating assembly sequences for mechanical products. IEEE Transaction on Robotics and Automation. 1991, 7(1): 78～79
[50] Fazoi Tl de, Whitney DE. Simplifed generation of all mechanical assembly sequences. IEEE J of Robotics and Automation. RA-3(6):640～658
[51] ED MILLER. PDM in the Forefront[J]. Computer-Aided Engineering, 1998, (3): 30～42
[52] Ed Miller. PDM Today, Computer Aided Engineering, 1995, 14(9)
[53] Kiritsis D. A Review of Knowledge-Based Expert Systems for Process Planning: Methods and Problems. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 1995(10): 240～262
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[54] W M P van der Aalst, On the automatic generation of workflow process based on product structures[J], Computer in Industry, 1999, 39(7): 97～
111
[55] Q Li, W J Zhang, S K Tso, Generalization of strategies for product data modeling with special reference to Instance-As-Type problem[J]. Computer in Industry, 2000, 41(2): 25～34
[56] 路甬祥，团结奋斗、开拓创新、建设制造强国，2002年中国机械工程学会年会主旨报告
[57] 张曙，制造业信息化的内涵和策略，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：40120
[58] 贾晓亮、张振明、许建新、朱名铨、黄乃康，面向敏捷制造的工艺信息化集成平台研究与实践，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：40107
[59] 程光耀、孙厚芳、慈建平，基于PDM框架的CAPP集成系统开发，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：50127
[60] 江泽民，全面建设小康社会、开创中国特色社会主义事业新局面，中国共产党第十六次全国代表大会上的报告，2002年11月8日：21～23
[2] 胡少波、吴志军等，基于PDM的通用化产品结构创建系统的研究和开发，制造技术与机床，2001，10：23～25
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[56] 路甬祥，团结奋斗、开拓创新、建设制造强国，2002年中国机械工程学会年会主旨报告
[57] 张曙，制造业信息化的内涵和策略，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：40120
[58] 贾晓亮、张振明、许建新、朱名铨、黄乃康，面向敏捷制造的工艺信息化集成平台研究与实践，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：40107
[59] 程光耀、孙厚芳、慈建平，基于PDM框架的CAPP集成系统开发，2002年中国机械工程学会年会·论文集，编号：50127
[60] 江泽民，全面建设小康社会、开创中国特色社会主义事业新局面，中国共产党第十六次全国代表大会上的报告，2002年11月8日：21～23