做座基于三维平台的CAPP软构件库的研究与实

基于三维平台的CAPP软构件库的研究与实践

1 CAPP技术与制造业

进人21 世纪以来，随着CAD和计算机络信息技术的应用发展日臻成熟，现代络化制造环境对发挥信息化整体价值的要求猛增，制造业信息化正在从CAD/CAM的单元应用向PDM, PLM的集成应用过渡，因此作为联接设计与生产、产品与管理纽带的CAPP技术与工具软件业从此进人了一个新的应用阶段，国内CAPP工具的开发也已发展到以交互检索设计和数据化、模型化、集成化为基础，集成数据库技术、络技术的新阶段。在整个发展和应用过程中，逐步形成了开目CAPP、大恒CAPP,CAXA工艺图表/工艺汇总表、清华天河CAPP等工具系统。但是这些系统依旧存在以下典型问题:

1)几乎所有的CAPP系统都难以实现对产品工艺流程变化的良好支持，其表现在:无法对零件工艺变化作出充分的反应、无法适时地响应客户的需求。

2)现有的CAPP软件是把工艺设计制定等流程固定在程序中，按照程序的流程来执行，这使得系统二次开发和维护很困难。而且，有些关键部分需要依靠人员来操作，往往需要工艺人员经过长期经验积累才能胜任，如果此岗位人员一旦离开，设计新的良好工艺就会变得非常困难。

3)CAPP 软件大多是根据某一领域管理思想定制的。这导致了软件的通用性差，软件重复开发工作量增加，软件不适应企业产品快速变化所带来的体系变化要求，存在软件生命周期缩短等问题。

鉴于上述 原 因，基于三维平台的CAPP软构件库研究与系统开发，不仅要开发适应制造企业特点的CAPP系统(支持工艺卡片绘制、工艺资源与工艺信息管理等功能)，更重要的是构造三维CAD平台下CAPP的基础软构件库，能在对基础软构件进行增、删、改、查的基础上增加系统建模和软构件集成部署的功能，可根据制造对象、制造资源和企业的工艺需求，通过选择功能模块和设置重构参数，快速组成满足企业特定工艺设计要求的CAPP系统，具有对不同制造企业的通用性和对生产环境变化的灵活性和适应性;同时也致力于解决一些长期存在且迫切需要处理的CAPP问题，如支持CAPP与3D-CAD的同步可视化、三维模型的参数化双向驱动等CAPP技术难题。

2 3D-CAPP软构件库解决方案

3D-CAPP系统首先应当是建立在三维CAD平台下，同时应当能实现产品计算机辅助工艺设计过程的3D-CAD/CAPP同步可视化表达，保持三维CAD模型的可见性，让用户在工艺设计过程中，能方便、直观地查看并获取产品的三维模型属性和各种工艺资源信息。

与此相适应，除了应继承整体系统的优点外，还应整合相关各种业务应用，并加人有利于企业应用扩展的系列软构件。管理CAPP的基础软构件库，能在对基础软构件进行增、删、改、查的基础上增加系统建模和软构件集成部署的功能，可根据制造对象、制造资源和企业的工艺需求，通过选择功便可实现较好的色采效果能模块和设置重构参数，快速组成满足企业特定工艺设计要求的CAPP系统，具有对不同制造企业的通用性和对生产环境变化的灵活性和适应性(如图1所示)。

图1 3D-CAPP软构件库的管理而对我们实验机行业来说结构框图

另外，现有的CAPP系统，在生成工序卡片方面，虽然可以做到提取工序图的功能，但是工序图与CAD是非关联的，当CAD模型更改时，难以自动更新工序图形。因此，3D-CAPP系统应当是基于配置的三维参数化工艺设计，对产品模型采用三维模型的参数化双向驱动模式，实现工艺过程(零件特征与工序内容间)双向参数化驱动、工艺间简图(工序简图(尺寸等属性)与零件模型关联)双向参数化驱动、零件明细表自动生成，对相同、相似零件，工艺人员不必重新设计工艺路线，只需要改变零件的相关参数(比如零件的尺寸、表面粗糙度等)，工艺流程图、工序图将利用检索、创成自动生成相关工艺文件。

3D-CAPP软构件库根据系统功能需求设计各个功能模块。软构件库的功能如图2所示模块构成。各个模块分别完成系统的用户管理与密码维护、工艺设计任务管理、工艺模板定制、零部件工艺规程的数据输入与维护、工艺路线和工艺流程的生成、设计图纸浏览以及工艺文件汇总、工艺资源管理与维护、工艺零部件自动编码和输出打印等方面功能电子万能实验机是对金属、非金属等材料进行剪切、拉伸、紧缩、曲折等物理力学性能实验的1种万能实验机。各个功能模块之间操作界面相互独立，同时又与三维设计平台和PDM系统紧密集成.通过共同操作的数据库把系统联系起来，共同完成系统任务。

图1 3D-CAPP软构件库的模块框图

3 系统整体架构及其集成概述

3D-CAPP系统的关键是实现CAPP子系统与其他功能子系统之间的集成。3D-CAPP软构件库采用工程数据库的方式，通过底层数据库向功能层各模块提供数据支持，其他各模块通过数据库逻辑层提取所需要的数据，应用工程数据库来管理和操纵数据，简化了信息交换方式，增加了共享数据的完整性，如图3所示。这种方式可以满足数据共享性、独立性、安全性和完整性要求，并且通过工程数据库存取所需信息，达到数据共享和一致，减少数据冗余，缩短了存取时间。

图3 3D-CAPP软构件库整体架构

3D-CAPP采用软构件库方式建立后，所有的模块本身既相互独立又互相联系。功能层的所有模块均可根据客户实际需求添加、删除、更改、定制等，也可以把其中某一模块单独外包作为一个独立的模块使用，比如工艺资源库、工艺卡片模块等。

在3D-CAPP系统中主要实现的集成包括:CAD/CAPP系统集成和CAPP系统与PDM 的数据集成。CAD/CAPP系统集成，分为信息集成、过程集成、功能集成。目前的CAD/CAPP系统集成大多停留在信息集成的基础上，其主要集成方法有以下几种:通过专用数据接口实现集成、利用标准格式接口文件实现集成、基于产品数据管理的集成、直接集成4种类型。鉴于CAPP软构件库的灵活性和高度可定性要求，一般采用后两种集成方式，即基于产品数据管理的集成和直接集成。

3.1 墓于产品数据管理的集成

PDM是以软件技术为核心，通过计算机络和数据库技术把所有产品相关信息和过程集成在同一数据平台上，进行统一管理。将CAPP系统的产品工艺信息作为PDM系统中产品的属性，融合到PDM系统的数据库中，或者通过特定的文件格式保存CAPP系统的产品工艺信息，通过PDM系统中的图文档管理模块，保存、管理、检索和使用此类文件。基于PDM的集成，它不仅能实现分布式环境中产品数据的统一管理，同时还能为人与系统的集成及并行工程的实施提供支持环境，它可以保证正确的信息，在正确的时刻传递给正确的人。

3.2 直接集成

将主流的参数化造型设计系统和3D-CAPP系统作为一个统一整体考虑，将3D-CAPP系统作为设计链上的一个环节，以三维参数化特征造型系统为平台，利用主流开发工具和参数化造型系统提供的API函数进行二次开发，通过特征识别系统提取其中的几何信息和特征信息。这样CAPP就能够从中获取CAD文件所具有的工艺信息，为CAPP的工艺生成提供依据。直接集成的优势在于CAD/CAPP高度紧密集成在CAD平台上，有效实现了功能集成和信息集成，直接集成方式的采用与软构件库的其他模块相结合，利用三维参数化平台的优势，可方便地实现工艺关键数据的自动提取、工艺简图的参数化驱动、零部件的三维可视化装配非对称疲惫实验等难题，且开发难度低、运行效率高。直接集成的缺点是平台依赖与不同的特征造型平台，针对不同的平台需要开发不同的接口模块和特征识别模块。

4 3D-CAPP软构件库应用实例

采用直接集成的方法，将3D -CAPP软构件库思想与主流三维参数化设计平台相结合，研究开发基于SolidWork。平台的3D-CAPP原形系统。系统集成框架如图4所示。

图4 SolidWorks环境下3D-CAPP系统集成框架图

整个系统的开发在SolidWorks平台上围绕产品信息模型进行。在设计阶段根据设计特征完成几何特征模型的建立。利用SolidWork。的零件配置信息，通过人机交互的手段在几何特征模型上添加加工工艺属性要求，生成完整的产品信息模型配置。然后利用模型配置信息得到其中的几何信息、工艺简图以及加工工艺信息’，生成CAPP数据文件。通过工艺知识库、工艺设备库提取其中的资源完成工艺表格的填写，最后输出加工工艺文件，并检人到PDM数据库中。

5 小结

CAPP系统向着集成化、通用化、实用化、综合智能化、构件化、络化方向发展，基于三维平台的可重构CAPP系统代表着CAPP系统研究和开发的发展方向。本文提出的CAPP软构件库解决方案及其组织架构和集成方法为快速可重构CAPP系统莫定了基础。除此之外，软构件库组成模块的分类规则与分类方法、软构件库与不同三维CAD平台的模型信息提取接口等都是需要深人研究的内容。(end)