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PDM/CAPP一体化开发模式研究与实现

PDM/CAPP一体化开发模式研究与实现 2011年12月04日 来源： 1 引言随着企业信息化战略的实施力度不断加强，集成性要求成为企业应用系统的关键特征。独立的、难以集成的系统可以一时解决企业某方面业务问题，但是难以满足企业应用全面集成的需要，甚至会阻碍企业的信息化进程。工艺设计是优化工艺资源配置，合理编排工艺过程的一门艺术，是连接产品设计和加工制造的桥梁。现代CAPP 作为计算机辅助工艺设计系统，处于上游PDM 和下游ERP 的接口处，其实施目的不仅是让工艺设计人员“放下钢笔、甩掉手册”，满足辅助工艺设计的业务需求，还应该满足企业应用信息化和集成化的需求，实现与PDM、ERP 等系统对产品工艺信息的全面集成和产品设计、工艺设计、生产计划调度的全过程集成。2 现代CAPP 开发模式综述从企业信息化的全局上看，CAPP 开发可以分为独立系统开发模式和集成性系统开发模式。2. 1 独立CAPP 开发模式CAPP 是制造自动化领域起步最迟的应用系统。历经四代，其历程特点是从无到有、从研究性到实用型，从基于文件到基于数据库，从简单界面到可定制的图形化界面，从面向过程到面向对象。第一代是基于智能化和专家系统思想开发的CAPP系统。第二代是基于低端数据库开发的CAPP 系统。第三代是基于CAD 或者其他图形平台开发的CAPP 系统。第四代是综合平台型的CAPP 系统。这种模式完全基于数据库，面向对象，同时采用“所见即所得”的图形化界面和交互式设计方式，工艺卡片可以根据需要而定制，并且注重数据的管理，强调系统的开放性和集成性。目前独立CAPP 系统一般采用这种模式。集成性成为这类CAPP 的重要指标。并且有些通用的大型CAPP 系统还有数据管理、工作流、项目管理等PDM 的功能。2. 2 集成CAPP 开发模式CAPP 不应该是一个孤立于企业信息流之外的信息孤岛。CAPP 技术和功能的日臻完善和成熟，加上组件技术的发展，集成性需求催生出集成CAPP 的开发模式。工艺是零部件的加工装配工艺，但是零部件的设计信息一般由PDM 系统管理，所以CAPP 集成最多的是面向上游PDM 的集成。主要有三种面向PDM 的集成开发模式。第一种是基于应用封装。其做法主要包括用触发器触发另一个系统的数据更新、手动更新另一个系统的数据、导出和导入等等，有时候也会为了完成两个系统的数据转换和传递编写一些程序，其特点是已存在独立的PDM 系统和CAPP 系统，集成开发工作量小，维护工作量大，只是一个系统到另一个系统的单向数据传递，集成度低，两系统数据一致性维护困难，谈不上业务集成，集成方案不能通用。但是这种系统集成是国内普遍存在的方案。第二种是基于PDM 专用接口的开发模式。这种开发模式基于PDM 和CAPP 系统的专用接口进行二次开发，主要针对数据的输入输出。第三种是基于功能的紧密集成。这种模式将常规的、独立的CAPP 扩展改造成基于PDM 的CAPP。在PDM 的基础上进行CAPP 的开发，充分利用PDM 的数据管理、版本管理[4 ] 、流程管理等功能控制使用CAPP 进行工艺设计和工艺管理。这种模式抛弃了第四代独立CAPP 系统大而全的设计模式，不再开发某些功能，而是直接调用企业信息集成平台PDM的功能，体现了CAPP集成化的发展方向。2. 3 几种开发模式的比较独立CAPP 在客观上造成了信息孤岛的问题，使工艺信息游离于企业信息流之外。虽然解决了工艺问题，但是割裂了应用之间的有机联系，导致企业中的各种应用无联系、功能不连续不完备，并且因为模型异构、数据管理不统一导致了集成的效率的低下，一致性维护困难。面向全企业的信息集成的难以实现。PDM 和CAPP 的集成方案有上文所说的三种，它们之间的集成有数据之间联系但是联系松散，功能也不够流畅，有局限性，因为模型公用不彻底、数据管理不一致导致效率低下，面向全企业的信息集成有一定局限性，并且版本兼容性不好，维护困难，扩展性差。3 PDM/ CAPP 一体化开发模式现代CAPP 的集成需求已经从早期的面向工艺卡片、面向零件的局部集成，进化到面向产品结构、面向整个产品的全面信息集成和全过程集成。在逻辑上，产品的设计信息和工艺信息是一个有机整体。而现代PDM 是开放型、分布式和基于数据库的系统，已经构建了和其他系统集成的支撑环境和一些可以公用的基础设施。本文提出了一体化的PDM/ CAPP 开发模式。一体化的显著特点是PDM 和CAPP 的融合。首先，CAPP 成了PDM 的一个子系统。其次，工艺对象和PDM 中的产品、零件、文档对象一样，成了PDM 统一管理的对象，不像以前不同类型数据由不同系统管理。再者，CAD 集成、对象管理、文件服务、视图管理、流程管理等成为PDM 和CAPP公用的基础设施，支撑PDM 和CAPP 的企业业务。最后，不同角色用户可以在产品设计和工艺设计的工作区上快速切换，有效完成产品设计和工艺设计的协作。3. 1 一体化的体系结构考虑到分布式、性能和可扩展性等问题，按照界面、逻辑、数据分开的原则。系统采用如图1 所示的分层结构。界面和表示逻辑构成客户端。数据访问层、业务规则层和业务外观层构成应用服务器。其中，数据访问是由对象持久化服务完成的。客户端和应用服务器在局域网中通信。CAPP 部分和PDM 部分采用相同的分层结构。

作为企业信息系统， PDM 和CAPP 有很多相同或者类似的功能模块，如权限管理、元数据模型、对象持久化服务、版本管理、网络文件服务、工作流支持等等，一套基础设施可以同时支撑PDM 和CAPP 两套应用。相对于独立的系统，一体化系统开发复杂度和工作量将大大降低，避免了一些通用模块的重复开发工作。图2 是一体化系统对一些公共模块的重用模型。

3. 2 一体化的数据管理一体化重点要解决的是数据管理的模型统一，这是业务一体化的基础。由系统提供通用的元数据模型，完成对产品数据和工艺数据的统一定义，避免数据的异构。产品、零件、文档、工艺数据等由元数据模型统一定义，完成对数据实体类的属性描述和规则定义，并且在数据库中创建相关的表。并由元数据模型维护业务对象、元数据记录和表的对应关系。数据定义后允许有限修改，保证一定的系统柔性。设计数据和工艺数据都是动态变化的，因此运行时的系统对数据对象的读取和存储也必须动态进行，对象持久化服务就是提供这种动态持久对象能力的服务。它在元数据模型支持下，为各种业务数据对象提供统一的持久化的基础服务，实现对关系数据库的面向对象封装。工艺数据和产品设计的数据一样，由一体化系统统一管理。工艺数据直接和产品数据建立关系。在企业中，所有生产活动都是围绕着产品结构而展开的，一个产品的设计和工艺过程实际上就是这个产品所有属性和数据的生成过程。每一份工艺数据虽然是针对一个具体的零部件，但作为产品的重要数据之一，工艺设计也应该围绕着产品结构展开。这样有效避免了产品设计数据和工艺设计数据由不同系统管理，信息流脱节的情况。工艺可直接访问产品设计数据，工艺数据也可以直接反馈到产品设计，并且将CAD 中的产品设计数据自动关联到CAPP 子系统。3. 3 一体化的业务管理PDM 系统主要支持企业的产品设计和产品数据管理业务，而CAPP 系统则是在产品数据的基础上支持企业的工艺设计业务，这两套业务存在一定的逻辑关系。工艺设计是在产品设计产生的设计数据基础上进行工艺设计；反过来，工艺人员会根据企业的工艺状况对产品设计提出一些修正意见并反馈给设计部门；修改已经发放的产品设计数据后，工艺设计数据也要做相应的调整和修改，这是一个协同业务。在传统的企业应用中， PDM 和CAPP 之间的协同并不连贯，甚至是手动完成两部分的协同。一体化的系统整合了这两部分的业务。在支撑这两部分的业务的同时，完成这两部分业务的协同，使其更流畅连贯。视图是一体化业务管理的重要技术。一体化系统根据产品设计和工艺设计的具体要求定义不同的业务视图，不同角色的用户操作视图定义好的业务数据，完成业务过程。同时系统根据视图规则完成视图之间数据的切换和业务协同。效果图如图3 所示。

3. 4 一体化的操作环境一体化给用户带来的好处之一就是在一个操作环境完成PDM 和CAPP 两套业务，不必学习两套可能截然不同的操作环境，一次登陆即可执行权限允许的操作，不用在两个不同的系统之间来回切换。4 应用实例产品全生命周期管理( Product Overall Lifecycle Management ， PLM)是和PDM 一脉相承的概念，是对PDM 的集成和发展，强调模型统一、全面协同和应用集成。在清华英泰信息技术有限公司的PLM 产品TiPLMS 就是PDM 和CAPP 一体化的典型实例，该系统中产品数据管理和工艺两部分同步开发，实现了两套功能系统从数据到业务的一体化融合。该系统已成功在厦门金龙联合汽车工业有限公司实施。该公司以前有独立的PDM 系统和用Excel、Word 管理的简单工艺信息，工艺设计效率底下，变更和设计反馈不及时，数据分散，不能统一管理。该公司实施的TiPLMS 有效的解决了以上问题，产品设计人员和工艺人员在一个一体化的平台上进行设计和协同工作，提高了企业的快速反应能力和生产效率。5 总结各种数据由不同的系统管理，一些逻辑上本应该连贯的业务也被不同的系统分而治之，这是目前企业应用系统普遍存在的情况，造成了信息孤岛问题，阻碍了企业信息化的发展。一体化是解决该问题的行之有效的途径之一。(end)

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