虛擬制造環(huán)境中刀具資源集成系統(tǒng)開發(fā)

中航工業(yè)鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司 （河南 450001） 崔 冬

河南省黃河交通學(xué)院 （焦作 454950） 張 鵬 楊魯蕓

虛擬制造技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一的模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)仿真的、真實(shí)過程的實(shí)體數(shù)字模型之上。同時(shí)，虛擬制造可以對(duì)想象中的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。對(duì)于實(shí)體企業(yè)來講，虛擬制造環(huán)境是對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中的再現(xiàn)，它以數(shù)字化的方式反映了現(xiàn)實(shí)企業(yè)中所有的物品，并按照實(shí)際企業(yè)的架構(gòu)以及工作流程將各部門的信息匯總，形成特定方向的信息流，供相關(guān)部門隨時(shí)調(diào)取使用。

隨著虛擬制造環(huán)境建設(shè)的不斷推進(jìn)，為了滿足各種使用需求，具有各自功能的軟件種類在不斷地增加，這樣就增加了軟件之間的信息共享難度。對(duì)于機(jī)加車間來說，刀具是其中最重要的、包含信息最多的一類生產(chǎn)資料。機(jī)加車間對(duì)刀具的申請(qǐng)、使用和管理的需求不斷增強(qiáng)，對(duì)各種軟件之間的信息集成、共享提出了更高的要求。

1. 管理現(xiàn)狀

系統(tǒng)建成前機(jī)加車間共有四種軟件：CATIA、DELMIA、TOOLMANAGER和VERICUT，分為3個(gè)系統(tǒng)（CATIA和DELMIA處于同一平臺(tái)），其工作流程如圖1所示。其特點(diǎn)為：①工藝人員使用DELMIA編制工藝過程中，需要使用CATIA的刀具管理功能，自己定義刀具。②數(shù)控編程人員在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，需要使用CATIA的刀具管理功能，自己定義刀具。③數(shù)控編程人員在進(jìn)行最終程序驗(yàn)證時(shí)，需要使用VERICUT的刀具管理功能，自己定義刀具。④刀量具室的人員在進(jìn)行刀具準(zhǔn)備和維護(hù)時(shí)，使用TOOLMANAGER系統(tǒng)管理刀具組件、構(gòu)件、組合刀具以及刀具其他相關(guān)信息等。

圖 1

從以上的工作流程可以看出，幾個(gè)業(yè)務(wù)部門無法使用統(tǒng)一的刀具信息，管理結(jié)構(gòu)不一致，信息重復(fù)錄入，在管理的過程中就產(chǎn)生了信息孤島，如圖2所示。同時(shí)因工藝、編程部門的需求不能及時(shí)傳遞到刀具管理部門，無法獲得刀具的最新庫存信息和使用信息；車間現(xiàn)場(chǎng)的刀具信息無法反饋到數(shù)控編程人員，導(dǎo)致刀具閑置浪費(fèi)或購買到不合適的刀具；對(duì)于進(jìn)行加工驗(yàn)證人員來說，無法從數(shù)控編程環(huán)節(jié)繼承刀具信息，需要重新調(diào)整和維護(hù)刀具信息，進(jìn)行加工仿真和驗(yàn)證，產(chǎn)生更多的調(diào)整和輸入工作量，尤其是如果刀具信息不一致，對(duì)最終加工驗(yàn)證結(jié)果產(chǎn)生偏差。

圖 2

2. 需求分析

通過上述對(duì)目前工作現(xiàn)狀和各系統(tǒng)刀具管理的分析，需要將3個(gè)系統(tǒng)充分集成起來，構(gòu)建一個(gè)數(shù)字化車間刀具集成系統(tǒng)。具體需求如下：

（1）刀具的類、屬性、數(shù)據(jù)只需錄入一次。刀具集成系統(tǒng)自動(dòng)將用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換到TOOLMANAGER、VERICUT和CATIA，刀具在3個(gè)系統(tǒng)下的信息由程序保持一致，從而實(shí)現(xiàn)刀具信息的集成管理，如圖3所示。3個(gè)系統(tǒng)下的刀具分類和屬性可以彼此不同，因此應(yīng)提供關(guān)于刀具對(duì)照和配置功能，對(duì)于刀具的類和屬性等可以進(jìn)行對(duì)照，體現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性。

（2）以TOOLMANAGER為刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，刀具信息的修改必須在TOOLMANAGER中進(jìn)行。從TOOLMANAGER的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中獲取刀具的類、屬性、組件、附件及組合刀具的信息，并且放到中間數(shù)據(jù)庫中，可以瀏覽。TOOLMANAGER后臺(tái)采用SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，基于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫做二次開發(fā)，支持維護(hù)刀具的類和屬性以及對(duì)刀具的類和屬性的定義。

圖 3

（3）TOOLMANAGER庫中可能存在多種刀具文件，即在CATIADELMIAVERICUT中默認(rèn)支持的刀具文件類型和默認(rèn)不支持的刀具文件類型。在TOOLMANAGER中對(duì)刀具基本信息修改后，可以自動(dòng)生成其他系統(tǒng)可以使用的刀具數(shù)據(jù)格式，并保證CATIA刀具庫和VERICUT刀具庫能夠同步更新。對(duì)于默認(rèn)不支持的刀具文件類型，每類刀具都需要對(duì)應(yīng)一個(gè)刀具描述文件，需要在更新其他系統(tǒng)刀具庫時(shí)一并更新，能夠處理CATIA對(duì)刀具輪廓信息的圖形化顯示，因此需要在CATIAVERICUT上做二次開發(fā)，可以顯示其他刀具的參數(shù)化圖形。

3. 總體方案設(shè)計(jì)

（1）刀具信息系統(tǒng)信息流程。刀具信息集成系統(tǒng)信息流程如圖4所示，所有刀具信息由TOOLMANAGER錄入，刀具信息進(jìn)入刀具數(shù)據(jù)庫后，按照預(yù)先確定的數(shù)據(jù)對(duì)照關(guān)系，可以被CATIA或VERICUT通過刀具信息系統(tǒng)按照各自的字段進(jìn)行調(diào)用；另外在CATIA中創(chuàng)建的新刀具可以以DWG格式存入TOOLMANAGER。應(yīng)具有的功能如下：①更新CATIA刀具庫功能：從中間數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)對(duì)照關(guān)系，生成CATIA的EXCEL刀具文件。通過EXCEL文件，生成CSV，進(jìn)一步生成CATLOG文件；將非CATIA默認(rèn)類的刀具軌跡描述文件，轉(zhuǎn)換成CATIA支持的刀具格式，使得可以瀏覽刀具圖形。②更新VERICUT刀具庫功能：從中間數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)對(duì)照關(guān)系和刀具軌跡描述文件，生成VERICUT的TLS刀具文件。③基于CATIA的二次開發(fā)功能：使CATIA可以支持新的刀具類；使CATIA可以支持新的刀具屬性；使CATIA可以顯示新刀具類的參數(shù)化圖形。④基于VERICUT的二次開發(fā)功能：使VERICUT可以支持新的刀具類；使VERICUT可以支持新的刀具屬性；使VERICUT可以顯示新刀具類的參數(shù)化圖形。⑤基于TOOLMANAGER的二次開發(fā)功能：使TOOLMANAGER可以方便擴(kuò)展刀具類；使TOOLMANAGER可以維護(hù)刀具類的屬性。

圖 4

圖 5

（2）配置功能及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫配置如圖5所示。功能配制如下：①配置TOOLMANAGER、CATIA和VERICUT之間的刀具信息對(duì)照關(guān)系。刀具信息對(duì)照關(guān)系說明從TOOLMANAGER中的字段獲取信息，對(duì)應(yīng)到CATIA或VERICUT里相應(yīng)字段的名稱和說明。另外，對(duì)照關(guān)系還應(yīng)說明哪些類是CATIA和VERICUT默認(rèn)的類和字段，以便后續(xù)處理。如果對(duì)照關(guān)系沒有變化，只需要配置一次，配置信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。②配置功能除了定義對(duì)照關(guān)系外，系統(tǒng)在功能上應(yīng)提供簡(jiǎn)便的配制方法，為TOOLMANAGER、CATIA和VERICUT擴(kuò)展新的刀具的類和屬性。③定制每類刀具的刀具軌跡描述格式，便于后續(xù)在CATIA和VERICUT刀具圖形顯示中使用。④從TOOLMANAGER讀取刀具信息功能。根據(jù)對(duì)照關(guān)系，分析TOOLMANAGER的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，獲得刀具組件的分組、刀具類型和刀具屬性信息，依次為基礎(chǔ)獲得刀具組件基本數(shù)據(jù)和參數(shù)信息。將這些信息提取出來后，放到系統(tǒng)定義的刀具集成信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，為進(jìn)一步生成CATIA和VERICUT的刀具庫做準(zhǔn)備。

4. 結(jié)語

通過該系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了C A T I A、TOOLMANAGER和VERICUT三者之間刀具信息的集成和共享，通過實(shí)時(shí)調(diào)取刀具庫中刀具種類與數(shù)量的信息，極大地提高了技術(shù)準(zhǔn)備的效率和準(zhǔn)確性。

[1] 胡挺，吳立. CATIA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.

專家點(diǎn)評(píng)

隨著科技的進(jìn)步，虛擬制造也越來越廣泛地得到了應(yīng)用，為節(jié)省資源、減少環(huán)境污染以及實(shí)現(xiàn)綠色制造提供了可能。然而，現(xiàn)在軟件眾多，各有特點(diǎn)，其技術(shù)也參差不齊，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。好在大多數(shù)軟件都提供了二次開發(fā)功能，為實(shí)現(xiàn)局部統(tǒng)一提供了可能。本文就重點(diǎn)介紹了基于CATIA、VERICUT及TOOLMANAGER的二次開發(fā)功能，通過開發(fā)中間數(shù)據(jù)庫的方法，將不同系統(tǒng)中的刀具信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了刀具的類別、屬性及數(shù)據(jù)只需錄入一次，刀具集成系統(tǒng)自動(dòng)將用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換到TOOLMANAGER、VERICUT和CATIA中，刀具在3個(gè)系統(tǒng)下的信息由程序保持一致，從而實(shí)現(xiàn)了刀具信息的集成管理。解決了刀具資源在信息傳遞的過程中的信息孤島問題。從而解決了不同系統(tǒng)中生產(chǎn)資源的共享與同步更新問題。本文對(duì)于理論指導(dǎo)與實(shí)際生產(chǎn)都有很好的指導(dǎo)作用。