探討CAPP與PDM系統(tǒng)深度集成

中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司 白俊杰

CAPP(Computer Aided Process Planning， 計算機輔助工藝設計)的研究和開發(fā)是制造自動化領域的重要方向。CAPP作為連接CAD和CAM的橋梁，是企業(yè)CIMS（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）中的關鍵環(huán)節(jié)，一直備受制造業(yè)的關注。PDM(Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術)是用來管理所有與生產(chǎn)相關信息和所有與生產(chǎn)相關過程的技術，為企業(yè)內(nèi)應用系統(tǒng)的集成和數(shù)據(jù)傳遞提供了必不可少的支撐環(huán)境[1]。在整個企業(yè)中，PDM是整個企業(yè)數(shù)據(jù)與信息的平臺，它就像是企業(yè)各類綜合信息的倉庫，每一個系統(tǒng)都通過不同的集成方式集成到該平臺上，使產(chǎn)品相關數(shù)據(jù)高度集成和共享。因為CAPP從PDM中獲取和存儲信息，這些信息作為企業(yè)信息的基礎要通過PDM框架進行集成，所以，CAPP與PDM的集成具有重要的意義。

WindChill PDM系統(tǒng)面向企業(yè)產(chǎn)品全生命周期，對其研制數(shù)據(jù)和業(yè)務流程進行統(tǒng)一存儲、組織、管理和控制，確保企業(yè)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)的一致性、有效性、安全性、完整性和可追溯性。CAXA CAPP系統(tǒng)以工藝知識庫、產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫為核心，以交互式設計為基礎，集成工藝知識庫管理工具等應用支持工具以及專家系統(tǒng)等智能應用和二次開發(fā)工具，能在不同應用層次與系統(tǒng)間實現(xiàn)集成化[2]。

航空救生裝備產(chǎn)品應用的CAXA CAPP系統(tǒng)與WindChill PDM系統(tǒng)集成僅進行一定的數(shù)據(jù)及信息交換，屬于松散集成方式，不是深度、緊密的集成方式。集成模式是從PDM中導出EBOM及變更信息傳遞給CAPP，在CAPP中通過EBOM構建PBOM。工藝人員通過PBOM編制完成的各類工藝文件將生成的工藝文件檢入PDM并自動關聯(lián)相應產(chǎn)品結構，工藝文件審簽過程在PDM中操作，工藝文件審簽節(jié)點全部通過后，由PDM將簽名信息寫入工藝文件并負責電子歸檔。集成的原則是工藝設計過程仍然在CAPP系統(tǒng)中進行，PDM負責工藝數(shù)據(jù)的審簽和歸檔管理，接口訪問系統(tǒng)分別采用兩個系統(tǒng)中具有特定權限的某個公共賬號，不需要PDM和CAPP系統(tǒng)對用戶賬號進行同步。

CAPP與PDM系統(tǒng)獨立存在、各自運行，只是將CAPP工藝文件及審簽流程納入PDM管理，PBOM需在CAPP中創(chuàng)建，用戶信息在PDM及CAPP系統(tǒng)中同時并存，無法真正將CAPP作為PDM的工具集，無法實現(xiàn)CAPP與PDM系統(tǒng)的深度集成。

工藝設計與工藝管理過程是研發(fā)和生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)是進行數(shù)字化設計、制造與管理的基礎數(shù)據(jù)。因此，實現(xiàn)數(shù)字化工藝設計與管理的CAPP系統(tǒng)是產(chǎn)品生命周期管理環(huán)境的基礎組成部分，與其他業(yè)務系統(tǒng)有機協(xié)作，共同完成基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化業(yè)務過程。

1 集成需求

PDM系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的運行環(huán)境和管理框架，CAPP系統(tǒng)基于此環(huán)境運行，解決產(chǎn)品研制過程中的工藝設計數(shù)字化需求，滿足PDM平臺的管理要求。PDM平臺下的CAPP系統(tǒng)具備如下主要業(yè)務支撐能力：

（1）以工具集的形式嵌入PDM系統(tǒng)中，基于PDM平臺的單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，與其他業(yè)務系統(tǒng)協(xié)作運行。

（2）以XML方式將在CAPP系統(tǒng)中產(chǎn)生的工藝文件和數(shù)據(jù)提交到PDM平臺進行統(tǒng)一管理。

（3）實現(xiàn)各類工藝規(guī)程及工藝文件的設計和管理，提供方便、快捷的圖形繪制支持功能。

（4）提供工藝文件瀏覽、審簽、打印等工具，實現(xiàn)工藝文件的電子審簽、打印和發(fā)放。

（5）實現(xiàn)產(chǎn)品、零件、工裝、設備、材料等各類明細表的統(tǒng)計匯總。

2 集成目標

通過CAPP與PDM系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程全生命周期管理及工藝設計數(shù)字化過程，解決企業(yè)研發(fā)和工藝信息化建設中的信息孤島問題，有助于企業(yè)在產(chǎn)品研制過程中實現(xiàn)以下目標：

（1）基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源和統(tǒng)一的工作流程管理，實現(xiàn)工藝設計與產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造等業(yè)務部門的有效協(xié)同。

（2）基于XML方式的數(shù)據(jù)集成，確保產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)的單源性、全面性和準確性，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和全面共享。

（3）提供強大、便捷的工藝設計和圖形編制支持方法，有效提高工藝設計的效率和準確性，促進工藝設計的規(guī)范性和標準化程度。

（4）通過多種工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總與分析，提供可視化的匯總、分析結果展示，為工藝人員進行工藝管理提供決策性支持。

（5）保持業(yè)務系統(tǒng)的主體應用模式和使用習慣，確保工藝業(yè)務過程在系統(tǒng)重構過程中不中斷，實現(xiàn)工藝業(yè)務過程的穩(wěn)定、平滑過渡。

3 深度集成總體方案

3.1 集成框架

CAPP與PDM系統(tǒng)集成采用以單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源為核心，以功能集成和數(shù)據(jù)集成為基礎的緊密集成方式，以PDM作為系統(tǒng)集成的平臺，負責EBOM與PBOM的創(chuàng)建與管理。CAPP作為工藝文件編制和工藝數(shù)據(jù)操作的運行環(huán)境，在其本身所需要的支撐工具的支持下，完成工藝設計過程，即CAPP作為PDM的工藝編輯工具集，進行緊密集成。

PDM作為系統(tǒng)集成平臺，負責系統(tǒng)集成中需要的產(chǎn)品結構管理、用戶管理、工作流程管理以及對CAPP生成的工藝文檔、工藝數(shù)據(jù)及其版本的管理。

CAPP作為工藝文件編制和工藝數(shù)據(jù)的生成環(huán)境，以PDM的產(chǎn)品結構和用戶及其工藝流程信息為基礎，在PDM中進行新建、編輯、瀏覽、打印、審批工藝文件，并能夠根據(jù)工藝文件生成對應的工藝數(shù)據(jù)，生成的工藝文件和工藝數(shù)據(jù)提交PDM管理，在CAPP中實現(xiàn)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總功能。系統(tǒng)總體集成框架如圖1所示，其中虛線方框表示集成功能，雙實線方框表示系統(tǒng)各自的獨立功能。

圖1 CAPP與PDM集成框架Fig.1 Integration framework for CAPP and PDM

3.2 應用流程

CAPP系統(tǒng)基于自身制造知識和制造資源的基礎數(shù)據(jù)的支持，并在PDM平臺的工藝管理的支撐和協(xié)調(diào)下展開工作，完成工藝規(guī)劃、設計與統(tǒng)計匯總等各項業(yè)務。

CAPP系統(tǒng)以嵌入式工具集的形式在企業(yè) PDM平臺環(huán)境中運行，基于PDM平臺的單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源和用戶權限展開工藝設計工作，并采用統(tǒng)一的XML/PDF方式，將工藝設計結果提交PDM平臺統(tǒng)一管理。CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)在PDM平臺的統(tǒng)一工作流中，必要時使用CAPP系統(tǒng)提供的各種可視化工具，進行各種工藝數(shù)據(jù)的審批和更改。在最終發(fā)布后，采用CAPP系統(tǒng)提供的工具進行統(tǒng)計匯總和打印輸出。其總體應用流程如圖2所示。

4 深度集成詳細方案

依據(jù)上述總體方案，CAPP與PDM系統(tǒng)深度集成方案主要分為產(chǎn)品結構管理、用戶信息管理、工藝設計管理、工藝審批管理、數(shù)據(jù)存儲管理5個部分，各部分詳細集成方案闡述如下：

4.1 產(chǎn)品結構管理集成

產(chǎn)品結構管理由PDM統(tǒng)一管理，CAPP中不建立產(chǎn)品結構，CAPP依據(jù)PDM的產(chǎn)品結構進行工藝文件的編制和生成工藝數(shù)據(jù)文件，并能夠從PDM中讀取BOM結構進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總。

（1）PDM提供CAPP統(tǒng)計匯總時所需的參數(shù)。

（2）PDM給出CAPP統(tǒng)計匯總所需要的產(chǎn)品結構XML文件，其中除了包含產(chǎn)品結構信息之外，還要包含需要統(tǒng)計匯總的工藝文件的完整數(shù)據(jù)信息。

（3）CAPP通過集成接口參數(shù)讀取PDM生成的BOM XML文件，解析BOM信息。

4.2 用戶信息管理集成

用戶信息管理由PDM進行統(tǒng)一管理，CAPP不進行用戶管理，用戶、角色及權限信息納入PDM管理。

圖2 PDM平臺下的CAPP系統(tǒng)總體應用流程Fig. 2 General application flow chart of CAPP system under PDM platform

（1） PDM負責向CAPP傳遞用戶、角色和權限信息。

（2） CAPP負責解析傳遞的用戶信息進行工藝設計。

（3）CAPP負責解析傳遞的用戶信息進行工藝文件電子審簽。

4.3 工藝設計管理集成

工藝設計管理集成采用中間文件和命令行傳遞的方式進行集成。由PDM調(diào)用CAPP相關數(shù)據(jù)信息進行處理，主要功能分為以下部分：

（1）工藝文件新建。在PDM中需要建立工藝文件時，調(diào)用CAPP，傳入相應參數(shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，建立工藝文件，允許用戶進行編輯、保存，調(diào)用PDM接口提交工藝文件和工藝數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 工藝文件新建流程Fig. 3 New-Built flow chart of process file

（2）工藝文件編輯/升版。在PDM中需要編輯或者對工藝文件進行版本升級操作時，調(diào)用CAPP，傳入?yún)?shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，打開PDM檢出的工藝文件，檢查工藝數(shù)據(jù)空間是否存在。不存在需新建工藝數(shù)據(jù)空間；如存在，則允許用戶對工藝文件進行編輯、保存，再調(diào)用PDM接口提交工藝文件和工藝數(shù)據(jù)，如圖4所示。

（3）工藝文件刪除。在PDM中需要刪除或者取消工藝文件的版本升級操作時，調(diào)用CAPP，傳入?yún)?shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，自動刪除工藝文件對應的工藝數(shù)據(jù)，如圖5所示。

（4）工藝文件統(tǒng)計匯總。

圖4 工藝文件編輯/升版流程Fig.4 Edition/update flow chart of process file

圖5 工藝文件刪除流程Fig.5 Deletion flow chart of process file

在PDM中需要對工藝數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總時，基于BOM節(jié)點選擇統(tǒng)計匯總類型，調(diào)用CAPP，傳入?yún)?shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，打開PDM生成的BOM XML文件，進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總，生成統(tǒng)計匯總文件，允許用戶進行編輯、保存，并提交到PDM，如圖6所示。

（5）工藝文件瀏覽/打印。在PDM中需要瀏覽、打印工藝文件時，調(diào)用CAPP，傳入?yún)?shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，打開PDM檢出的工藝文件，允許用戶進行瀏覽、打印，如圖7所示。

圖6 工藝文件匯總流程Fig.6 Collection flow chart of process file

圖7 工藝文件瀏覽/打印流程Fig.7 Skimming-over/printing flow chart of process file

4.4 工藝審簽管理集成

工藝文件的審批及其流程控制由PDM完成，按照企業(yè)相關文件要求，定制各種工藝文件審簽流程；CAPP負責提供瀏覽、審批工藝文件的控件，CAPP能夠自動回填PDM的流程審批相關信息，如圖8所示。

圖8 工藝文件審簽總體流程Fig.8 General flow chart for process file countersignature

在簽署過程中，需要在CAPP中對工藝文件自動進行電子簽名。當PDM在流程中需要對工藝文件進行簽署時，調(diào)用CAPP，傳入?yún)?shù)，CAPP根據(jù)傳入的參數(shù)，打開PDM檢出的工藝文件，進行用戶、日期等流程信息簽署，并自動提交回PDM，如圖9所示。

圖9 工藝文件審簽流程Fig.9 Countersignature flow chart for process file

4.5 工藝數(shù)據(jù)存儲集成

工藝數(shù)據(jù)的存儲采用冗余數(shù)據(jù)存儲方案，CAPP系統(tǒng)在CAPP數(shù)據(jù)庫中直接存儲CAPP工藝文件以及對應的結構化工藝數(shù)據(jù)。在PDM系統(tǒng)中，CAPP編制的工藝文件以附件的形式進行流程作業(yè)，將CAPP系統(tǒng)編制的工藝表格進行有效存儲，并將相應的結構化工藝數(shù)據(jù)轉化為具有特定約束的XML文件提交PDM進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，如圖10所示。

5 結論

綜上所述，CAPP與PDM深度集成的實施應用，不但可以給企業(yè)帶來業(yè)務模式的全新變革，在實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理同時，提升業(yè)務執(zhí)行與業(yè)務管理的水平，而且通過工程數(shù)據(jù)和工程知識的充分管理與良好應用，將形成新的核心競爭力，實現(xiàn)技術帶動生產(chǎn)。

圖10 工藝數(shù)據(jù)存儲管理Fig.10 Storage management flow chart for process file

無論從企業(yè)信息化應用的實際需求和應用效果來看，還是從產(chǎn)品全生命周期思想和技術的發(fā)展方向來看，甚至從企業(yè)整體協(xié)同的角度出發(fā)，CAPP系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)深度、緊密的集成，可以讓制造數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)能夠切實連接起來，確保數(shù)字化制造過程進行有效的信息共享與交流。

[1] 李原，李建軍，何為平，等.基于PDM的CAx集成技術研究 .制造業(yè)自動化，2000(1)：23-26.

[2] 張振明，許建新，賈曉亮，等. 現(xiàn)代CAPP技術與應用. 西安：西北工業(yè)大學出版社，2001.