成组技术与CAPP系统论文Word格式.docx
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第一章绪论1
§
1.1制造自动化技术的研究现状与趋势1
1.2CAPP的现状、问题以及发展趋势3
1.2.1现状和问题3
1.2.2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11
2.4.1系统总体框架11
2.4.2功能子系统介绍11
2.5B/S和C/S混合模式的CAPP系统框架和实现13
2.5.1C/S与B/S模式的构成与数据处理方式13
2.5.2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18
3.2.1成组技术基本原理18
3.2.2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19
3.3.1零件信息总体模型20
3.3.2零件管理信息描述20
3.3.3零件主干信息描述21
3.3.4零件特征信息描述22
3.3.5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25
3.4.1零件族的划分25
3.4.2零件信息模型和逻辑制造单元的关系25
3.4.3零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28
4.2.1方案功能模型图28
4.2.2加工路线级描述29
4.3单元级描述30
4.3.1逻辑制造单元31
4.3.2物理制造单元32
4.3.3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36
4.4.1专家系统和知识库36
4.4.2逻辑加工路线设计的知识的表示37
4.4.3分组分级的知识的组织方式39
4.4.4知识的匹配模式与搜索策略40
4.4.5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
5.2CAPP与其它系统信息集成模型45
5.3制造信息集成技术综述49
5.3.1直接数据交换49
5.3.2间接数据交换50
5.3.3结论51
5.4基于XML的制造信息集成51
5.4.1XML简介51
5.4.2采用XML进行信息集成53
5.4.3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]。
⏹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；
⏹更加注重研究制造自动化系统中人的作用；
⏹单元系统的研究仍然占有重要的位置；
⏹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；
⏹柔性制造技术的研究向着深度和广度发展；
⏹适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起；
⏹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。
⏹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。
⏹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：
7.柔性：
包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性等。
8.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。
9.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。
……
⏹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。
⏹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（VirtualManufacturing）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。
⏹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。
⏹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。
1.2CAPP的现状、问题以及发展趋势
1.2.1现状和问题
分析国内外30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-AidedProcessPlanning，CAPP）是先进制造技术的核心技术之一，是实现CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）、并行工程（ConcurrentEngineering，CE）乃至敏捷制造（AgileManufacturing，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
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