基于PDM的工艺规划数据管理模型研究

 PDM/PLM(Product Data Management、Product lifecycle Management)系统可以把与产品整个生命周期有关的信息系统统一管理起来，并且支持分布、异构环境下不同软硬件平台、不同网络和不同数据库，在企业中应用越来越广泛。在工艺设计阶段，由于企业类型、产品对象不同，其工艺规划数据产生巨大差异，不可能提供一个统一的直接可以应用的PDMlPLM框架，因此一定要根据企业的产品模型，结合企业的实际情况进行用户化定制。

1 面向PDM/PLM的工艺规划数据管理模型

1.1 基于PDM/PLM的制造过程信息化集成模式

基于PLM/PDM的产品生命周期管理是希望CAD、CAPP、CAM等应用系统都通过PDMlPLM进行信息交换，从横向和纵向实现各应用系统的无缝集成。因此必须建立基于PDMlPLM的产品制造过程信息化集成模式，图1为本文构建的基于PDM!PLM的制造过程信息集成模型，从左到右，由基于特征的零件信息模型可实现CAD、CAPP、CAM之间的横向集成。从上到下由PDM/PLM实现图形信息、文档信息和管理信息的纵向全面管理。

1.2 工艺过程设计模型

CAPP系统包括零件信息提取、工艺决策、工艺文件生成、工艺资惊管理等模块。图2所示的工艺过程设计模型可实现对CAPP系统各个设计模块的中间结果和最终结果的描述和表达，是各个设计模块之间进行信息交换的依据。该模型是以PDM/PLM系统、Web技术、网络和数据库技术为依托，在对工艺文件和工艺设计资源进行全方位管理的基础上进行工艺设计，并将CAD、CAPP、CAM的信息同时存放在PDMJPLM中，一份数据只有一个备份，提高了数据的可靠性，从而真正实现了CAD、CAPP、CAM、MRPII之间的数据集成与共享。

图1 基于PDM/PLM的制造过程信息化集成模式

 
图2 面向PDM/PLM的工艺过程设计模型

1.3 工艺资源管理对象模型

CAPP作为CAD、CAM、MRPII的桥梁，是一个基于制造工艺资源的工艺规划过程。因此，工艺资源是工艺设计的前提。为了实现各应用系统之间的信息共享，以及实现各环节的并行、协同工作。可构建工艺资源的管理对象如图3所示的模型。它把工艺数据划分为工艺视图、工艺BOM、工艺知识、工艺资源管理、工艺调度管理5类。

 
图3 工艺资源的管理对象模型

工艺视图把不同的工艺过程用各种不同的卡片、图表表示出来。

工艺BOM是以零件或组件为主体展开描述，一般以零件的机加王工艺为主要描述对象，实现对零件加工工艺规程等相关数据的管理。

工艺知识是指进行工艺设计过程中所运用的各种数据、工艺和现场经验等的集合。包括工艺术语、加工方法、工艺规范、决策原则等。

工艺资源指与加工环境密切相关的一切工艺数据与知识，如机床、刀具、量具、夹具、辅具信息及与各工厂特定的工艺习惯相对应的数据或工艺规程等。

工艺调度管理按一定的排序准则将规定的任务按周、日、小时具体分配给指定的工作地点及其设备进行加工，确保完成生产计划的要求。包括机床负荷的确定和作业排序。
2 基于接口交换方式的PDM/PLM与CAPP集成技术研究

2.1 PDM/PLM的接口交换方式

集成是PDM/PLM解决方案中的一项关键技术，PDMlPLM系统主要采用3种方式，应用封装方式，接口交换方式，紧密集成方式。本文根据某企业实际情况设计的基于SmarTeam的平台式CAPP系统允许应用CAPP进行工艺设计时，随时便捷地查询信息。因此，在CAPP与PDM之间必须能实现数据的双向交换口气因此就需要采用接口交换的形式来开发.

接口交换的作用是将应用系统和PDM/PLM系统需要共享的数据模型抽取出来，意义到PDM/PLM的产品数据模型中，这样两者就有了统一的数据结构。应用系统除了有这部分共享的数据模型，还可以有自己特有的数据模型，应用系统本身可作为对象纳入PDMlPLM系统环境中。其特点是：在应用封装的基础上，在应用系统和PDM/PLM系统间共享数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动创建到PDMlPLM系统中去，或从PDM/PLM系统中提取应用系统需要的某些数据对象，使二者保持异步一致。在SmarTeam中采用如下语句创建OLE自动化对象。

2.2 PDM系统与CAD系统的集成

(1)CAPP所需的CAD信息

CAPP主要获取CAD3个方面的数据：

a.产品设计信息：是指CAPP获取产品设计属性信息，如零件名称、代号、材料等。
b.产品图形信息：是指CAPP并能根据加工工序的要求，在CAPP软件界面下通过一定的方式，对产品图形进行编辑、修改，生成相应的工序图。
c.产品结构信息：是指CAPP获取产品结构树信息，并对该信息进行处理，生成相应的产品工艺树。

(2)SmarTeam与Solidworks系统的集成实例

以SmarTeam和Solidworks为例的PDMlPLM系统和三维CAD系统的集成功能结构如图4所示，以获取产品如下信息。

图4 集成功能结构

a.自动获取产品设计信息：SmarTeam可以通过接口程序自动提取Solidworks中产品的相关设计信息，如产品型号、产品类型、零件名称、材料等。

b.获取零部件图形信息：直接查看CAD模型有两种方式：一是以图像方式，直接在PLM中显示模型，该模型可被旋转、编放、固点，作为选择模型和修改的依据；二是以嵌入方式启动CAD系统，方便地进行查看和修改等。对于三维CAD软件，由于后者要启动应用程序，占用内存大，因此单纯查看多采用第一种方式。

在PDM系统中启动三维CAD系统，可以利用封装功能将CAD系统封装到PDM系统中，这样可以在PDM系统中激活CAD系统。

c.产品结构信息提取：利用SolidWorks和SmarTeam的API函数，在SolidWorks系统中开发基于PDM/PLM的客户端程序(即在SolidWorks系统中集成一个SmarTeam功能菜单项)。

通过这个害户端程序可以实现在SolidWorks系统中直接进行PDM/PLM操作，同时能在两系统之间进行数据交换和消息交换。例如SolidWorks的装配结构能够自动地被提取到PDM/PLM的敬据库中，当一个完整的装配体被存入SmarTeam，装配体的装配文件和所属的零件、子装配及其装配关系也会全部存入SmarTeam.同时SmarTeam会自动读取每一个零件和子装配的属性，从而组成产品结构树。

2.3 PDM与CAPP的信息集成

(1)PDM与CAPP数据交换

基于SmarTeam的CAPP系统，其与PDM之间的数据交换主要有两个方面：

a.从PDM中获取CAPP所需要的CAD数据；
b.CAPP系统对CAD的零件信息进行处理，最终生成的工艺数据和文档在PDM中进行保存。

(2)SmarTeam与CAPP系统的数据交换实例

以特征制造信息的提取为例，说明用VisualBasic实现SmarTeam与CAD、CAPP间的数据交换的关键技术。

3 结语

计算机辅助设计/制造离不开信息技术的支持，CAD系统与PLM/PDM系统已经被越来越多的企业所采用，但是作为系统集成桥梁的CAPP系统与CAD系统、PDMlPLM系统的集成仍然存在许多问题有待解决，本文研究、建立了工艺规划中的数据结构模型，从而保证了数据的一致性，并对其集成技术进行了深入研究，通过实例表明，通过对数据的合理管理与保存，能极大改善系统集成的效果。