在基于三維環(huán)境CAPP系統(tǒng)中，制造資源作為系統(tǒng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是企業(yè)完成產(chǎn)品整個生產(chǎn)周期中所有生產(chǎn)活動的物理元素的總稱，為企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計及其工藝設(shè)計提供基礎(chǔ)信息，為綠色制造提供對環(huán)境負面影響最小的加工方法、設(shè)備和材料等資源的選擇。制造資源還為制造過程仿真提供數(shù)據(jù)和信息。要建立集成度更高的基于三維環(huán)境的系統(tǒng)，就必須用良好的描述方法，來描述制造資源，只有這樣才可以提高系統(tǒng)的運行效率，建立一個管理高效的制造資源管理系統(tǒng)。制造資源貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)全過程。

　　1 三維CAPP系統(tǒng)對制造資源數(shù)據(jù)庫的需求分析

　　1.1需求分析

　　工藝規(guī)程的制定是CAPP系統(tǒng)的主要任務，工藝規(guī)程制定過程中所需要的資源是面向工藝設(shè)計的制造資源模型的重點和關(guān)鍵。分析CAPP系統(tǒng)對制造資源的需求，首先從分析工藝規(guī)程制定的內(nèi)容開始。工藝規(guī)程制定的內(nèi)容和順序為：(1)分析生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型;(2)分析加工零件的工藝性，主要包括對零件的各項技術(shù)要求的了解，明確被加工零件在生產(chǎn)中的位置和作用，對技術(shù)要求的合理性和材料選擇是否恰當提出意見;(3)確定毛坯的種類、形狀、制造方法和尺寸偏差;(4)擬訂工藝過程，包括劃分工藝過程的組成、選擇定位基準、選擇零件表面的加工方法、安排加工順序和組合工序等;(5)工序設(shè)計，包括選擇機床和工藝設(shè)備、確定加工余量、計算工序尺寸及其公差、確定切削用量及計算工時定額等;(6)按照標準格式和要求編制工藝文件。

　　在了解工藝規(guī)程指定的內(nèi)容和順序后，分析CAPP系統(tǒng)的主要功能。CAPP系統(tǒng)應具有如下功能：(1)檢索標準工藝文件;(2)選擇加工方法;(3)安排加工路線;(4)選擇機床、刀具、量具、夾具等;(5)選擇裝夾方式和裝夾表面;(6)優(yōu)化選擇切削用量;(7)計算加工時間和加工費用;(8)確定工序尺寸、公差及毛坯;(9)繪制工序圖及工序卡;(10)進行刀具軌跡、NC程序和加工過程模擬等。

　　在分析和了解工藝規(guī)程指定的內(nèi)容和順序以及CAPP系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，充分收集同行業(yè)各種工藝規(guī)程的特征和工程技術(shù)人員在工藝規(guī)程制定中的習慣和順序，確定CAPP系統(tǒng)對制造資源的需求，建立了CAPP系統(tǒng)對制造資源的需求模型，如圖l所示。

　　圖1 CAPP系統(tǒng)對制造資源需求

　　在零件信息輸入過程中，首先要確立零件信息表，主要是完成零件序號和零件名稱的填寫，以及該零件的三維模型;系統(tǒng)根據(jù)零件的三維模型特征對零件進行合理的分類，以便簡明的描述零件，方便進行典型工藝的提取和工藝方法的確定;在毛坯信息認定步驟中，需要對毛坯和材料的屬性進行描述，并根據(jù)毛坯選擇和制造的規(guī)則進行選擇和設(shè)計;在加工路線和工序內(nèi)容擬訂是工藝設(shè)計和規(guī)劃的重點，根據(jù)裝夾定位方法、加工工藝規(guī)則和加工路線規(guī)則對加工方法和加工順序進行合理的規(guī)劃;加工設(shè)備和工藝裝備的確定步驟中，通過對機床、刀具、夾具、量具和輔助器具選擇確定加工設(shè)備和工藝裝備，由于基本工藝分為機加工(冷加工)、熱處理加工、鑄造、沖鍛壓、焊接、電加工和特種加工，因此加工設(shè)備包括機加工設(shè)備、熱處理設(shè)備、鑄造設(shè)備、沖鍛壓設(shè)備、焊接設(shè)備、電加工設(shè)備和特種加工設(shè)備;最后形成工藝卡片輸出，每個企業(yè)的習慣不同，但工藝卡片的格式和內(nèi)容幾乎是完全相同，因此，工藝卡片作為資源提供輸出形式。

　　1.2工藝資源數(shù)據(jù)的特點

　　工藝資源數(shù)據(jù)作為一種工程數(shù)據(jù)，必然有其自身的特點，其數(shù)據(jù)類型復雜并且是動態(tài)的數(shù)據(jù)模式。工藝資源數(shù)據(jù)不僅包含一般關(guān)系數(shù)據(jù)庫所能表達的數(shù)據(jù)類型，還涉及到變長數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)、具有復雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)、過程類數(shù)據(jù)和圖形類數(shù)據(jù)。

　　用一般的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫較難實現(xiàn)這種復雜數(shù)據(jù)的管理，并且在工藝設(shè)計過程中各個問題求解行為必然產(chǎn)生中間及最終的設(shè)計結(jié)果，這些都是動態(tài)工藝數(shù)據(jù)，必須有相應的動態(tài)數(shù)據(jù)模式支持其處理。因此，導致它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復雜性以及實現(xiàn)上的高難度。全局的工藝數(shù)據(jù)必須要涉及到樹、圖以及復雜的樹狀、網(wǎng)狀及圖狀結(jié)構(gòu)。工藝資源數(shù)據(jù)具有以下的特點：

　　(1)數(shù)據(jù)量大，且數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)關(guān)系復雜;

　　(2)靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合;

　　(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜實現(xiàn)較難。

　　2工藝資源數(shù)據(jù)的組成及結(jié)構(gòu)

　　2.1 工藝資源數(shù)據(jù)組成及分類

　　在CAPP系統(tǒng)中，工藝數(shù)據(jù)是指設(shè)計過程中使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在三維環(huán)境下CAPP系統(tǒng)中，應包括在整個產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程中使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)性質(zhì)、工藝規(guī)劃和系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)信息的變化情況，可將工藝資源數(shù)據(jù)分為兩大類：靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。

　　(1)靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要涉及到支持工藝設(shè)計過程中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，在CAPP系統(tǒng)中這類數(shù)據(jù)常由《機械加工工藝手冊》中相關(guān)的加工材料數(shù)據(jù)、加工工藝數(shù)據(jù)、機床數(shù)據(jù)、工夾量具數(shù)據(jù)、工時定額數(shù)據(jù)、成組分類特征數(shù)據(jù)、已規(guī)范化的工藝規(guī)程及工藝術(shù)語等數(shù)據(jù)所組成，其數(shù)據(jù)庫中包含的表有零件總體信息表、標準工藝庫、典型工藝庫、實例工藝庫、典型工藝示意表、實例工藝示意表、圖形庫、典型工序表、零件類別表、設(shè)備表、生產(chǎn)類型表、車間表、材料表、刀具表、加工方法表、工序名稱表、通用工裝表和專用工裝表等組成。

　　(2)動態(tài)數(shù)據(jù)是指在工藝設(shè)計的中間過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、工序圖或中間工藝規(guī)程和加工環(huán)境密切相關(guān)的一切工藝數(shù)據(jù)和決策知識，如制造設(shè)備數(shù)據(jù)、專用刀具數(shù)據(jù)、與特定工藝習慣相對應的數(shù)據(jù)或工藝規(guī)范等。

　　進行工藝設(shè)計的實質(zhì)是把待加工的工件信息與制造資源所提供的制造能力進行匹配的過程。因此，只有全面表示各種不同的資源信息，才能在實際生產(chǎn)中發(fā)揮作用。

　　2.2工藝資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　制造工藝資源主要是用于為三維CAPP各個模塊提供具體的數(shù)據(jù)信息，包括加工設(shè)備資源(機加工設(shè)備、鑄造設(shè)備、特種加工設(shè)備等)、工藝裝備資源(刀具、夾具、量具等)、檢測設(shè)備資源等，如圖2所示。從廣義上講各種資源的選擇規(guī)則有時會變化，并隨技術(shù)的發(fā)展而改變，因此也是制造工藝資源。

　　圖2加工資源結(jié)構(gòu)圖

　　3基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的工藝資源管理模塊設(shè)計

　　3.1工藝數(shù)據(jù)表的設(shè)計

　　工藝數(shù)據(jù)本身很復雜，因此在工藝數(shù)據(jù)的組織上需認真考慮如何通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)化為企業(yè)所需求的相關(guān)工藝文件，這也就是數(shù)據(jù)庫的用戶模式。而在分析如何將數(shù)據(jù)組織成表的時候，可以通過觀察工藝文件的內(nèi)容分析結(jié)果。如在產(chǎn)品零(部)件工藝路線表中包括如下數(shù)據(jù)項：產(chǎn)品型號、產(chǎn)品名稱、零件圖號、零件名稱、每臺件數(shù)、加工方法、零件外協(xié)、工序外協(xié)和備注等，在加工工藝過程卡中含有產(chǎn)品名稱、零件名稱、零件圖號、文件編號、工序號、車間及工序名稱、工序卡片編號、設(shè)備名稱、設(shè)備編號、工裝名稱和備注等，而在加工工序卡片中含有產(chǎn)品名稱、零件圖號、零件名稱和工序名稱等數(shù)據(jù)項，三張表中同樣都含有產(chǎn)品名稱、零件圖號和零件名稱等。這樣，在建立工藝數(shù)據(jù)庫時，就應該考慮哪些數(shù)據(jù)源應該組織在一張表中，如果完全按照用戶模式建立表的話，將會有很大的數(shù)據(jù)冗余。例如：可以在零件總體信息表中存放產(chǎn)品名稱、零件圖號和零件名稱等基本信息，將零件圖號用作唯一確定一個零件的主鍵，而在與該零件有關(guān)的表中加入這個數(shù)據(jù)項，以建立起表與表之間的關(guān)系。同時，也可以把車間名稱、材料牌號、工藝裝備和刀具等數(shù)據(jù)建立成一張張單獨的表，在表中存放資源名稱、編號、規(guī)格型號和單位等相關(guān)屬性。屬性和名稱放在一個表中，這樣，就會減少一部分數(shù)據(jù)冗余，從而提高計算機存儲空間的利用和檢索速度。

　　3.2關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的建立

　　CAPP系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)庫由若干個數(shù)據(jù)庫組成，包括零件信息庫、零件加工特征庫、毛坯信息庫、刀具信息庫、機床信息庫、夾具信息庫、量具信息庫等。

　　利用三維特征，把三維特征與刀具聯(lián)系起來，同時刀具對應著相應的機床，那么，就可以建立特征、工藝、刀具與機床間的有機聯(lián)系，即一個三維特征對應著相應的工藝、刀具和機床。這不僅有利于知識的表示，更便于這些知識的查詢和利用。當過程特征逐步從零件特征設(shè)計的最終要求走向毛坯狀態(tài)時，可以礙到相應的加工方法和刀具機床。這樣，就有利于工藝決策時綜合考慮，優(yōu)化選擇。從這個角度分析，加工資源之間存在著復雜的關(guān)系。下面以機械加工工藝過程卡的生成為例，建立相關(guān)表的關(guān)系模型，如圖3所示。

　　圖3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫模型

　　根據(jù)成組原理生成某一零件的加工工藝過程卡時，該工藝過程的編制是以零件序號為關(guān)鍵字對零件進行唯一標識。這個標識就是通常所說的關(guān)鍵字。工作過程簡述如下：先通過零件圖號檢索零件總體信息表，將零件的相關(guān)信息調(diào)入該卡片的表頭，再根據(jù)零件的總體信息中的零件類型分類編碼查找工藝庫，然后將相匹配的工藝調(diào)入卡片中進行編輯修改。在修改的過程中，系統(tǒng)可根據(jù)欲修改的內(nèi)容檢索相關(guān)數(shù)據(jù)庫，然后向用戶提供檢索結(jié)果，這樣可以提高修改速度。例如，用戶要修改設(shè)備，則系統(tǒng)會根據(jù)被加工零件的特征和精度等級要求檢索刀具數(shù)據(jù)庫，然后再根據(jù)零件的精度等級以及加工方法在機床數(shù)據(jù)庫中選擇該刀具所對應的最合適的機床，之后將機床名稱和編號填入卡片。另外，若要生成工序卡片這類工藝卡片的文件時，也需根據(jù)零件圖號檢索零件總體信息庫，得到相關(guān)的參數(shù)信息。

　　3.3管理功能及實現(xiàn)

　　三維CAPP系統(tǒng)在運行時需要加工工藝資源的支持，加工工藝管理模塊的功能就是在一定約束的條件下，根據(jù)系統(tǒng)運行的需要完成加工工藝資源的調(diào)度和分配問題。所以要求該系統(tǒng)除了有數(shù)據(jù)庫的最基本操作外，如：添加、刪除、保存、插入等，還必須有以下功能：

　　(1)支持用戶自定義工藝卡片。工藝卡片是工藝數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。工藝數(shù)據(jù)相對來說是具有一定共性，而工藝卡片是企業(yè)個性化的集中體現(xiàn)。支持用戶自定義工藝卡片是實現(xiàn)CAPP系統(tǒng)的前提。

　　(2)提供輔助工藝設(shè)計工具提高工藝設(shè)計速度與質(zhì)量。

　　(3)工藝資源的利用和調(diào)度。

　　在工藝設(shè)計的過程中，常常需要用到工藝資源即在工藝設(shè)計的過程中所用到常用標準及手冊等數(shù)據(jù)資源。各個企業(yè)的資源是不同的，并且使用資源的方式也是不同的。CAPP系統(tǒng)應廣泛而靈活地提供資源內(nèi)容和資源使用方式。

　　對三維CAPP的系統(tǒng)工藝資源關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行分析后，作者在開發(fā)集成工藝管理系統(tǒng)時提出了以下工藝管理功能模型：在基礎(chǔ)庫、工藝庫和典型工藝庫的支持下，在完成工廠資源和工藝知識的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理及用戶組和用戶權(quán)限的初始化之后，基于對產(chǎn)品設(shè)計項目與工廠制造資源的分析，對產(chǎn)品工藝過程進行任務管理、工藝設(shè)計、工藝簽審管理、工藝版本管理、工程數(shù)據(jù)管理，進而達到對整個工藝過程的管理。

　　工作任務管理主要是負責制訂工藝設(shè)計人員的任務、每個零部件的簽審過程制訂、項目進度分析與統(tǒng)計和通知發(fā)放工作，進行此工作任務管理的應是總工或工藝總工。

　　工藝設(shè)計主要是完成基于工藝任務分配的零部件的工藝路線設(shè)計、工藝過程設(shè)計、工序設(shè)計、工步設(shè)計，它是后續(xù)的工藝簽審管理、工藝版本管理、工藝過程管理的基礎(chǔ)。

　　工藝簽審管理是指零部件工藝設(shè)計完且提交以后，工藝簽審人員對己提交的工藝設(shè)計及圖紙方案的簽審管理。工藝設(shè)計方案一旦提交，除非被打回，工藝設(shè)計人員再無權(quán)修改自己的工藝設(shè)計方案，此種簽審方式加強了簽審的科學性。

　　工藝版本管理是指對某一零件進行多個工藝方案設(shè)計時，每一新設(shè)計方案都不覆蓋以前的設(shè)計方案，而是以高版本的形式存儲于系統(tǒng)中，以便于工藝設(shè)計的評價與優(yōu)化。

　　工程數(shù)據(jù)管理主要完成工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、打印工作。

　　工藝過程管理主要指基于以上各設(shè)計和管理模塊，任務分配下達以后，工藝總工可以隨時查詢每個工藝人員的工作情況、進度及整個產(chǎn)品的工藝編制進度，大大提高了工藝設(shè)計過程對上級的透明度。

　　整個工藝管理功能模型均是在數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持下的，這樣就使工廠所有的工藝師能共享所有的工藝技術(shù)資料，統(tǒng)一調(diào)配技術(shù)資源，隨時了解工廠工裝、設(shè)備情況，查詢已有工藝設(shè)計情況，為提高工藝設(shè)計質(zhì)量提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　圖4產(chǎn)品工藝管理功能模型框架圖

　　4系統(tǒng)運行

　　打開系統(tǒng)后，如果以工藝設(shè)計師的身份登陸，能打開工藝編輯界面(圖5)和加工資源查詢界面(圖6);若資源維護員的身份登陸，可以打開資源查詢界面和資源管理界面(圖7)。

　　圖5工藝編輯界面

　　圖6資源查詢界面

　　圖7資源管理界面

　　5結(jié)論

　　加工工藝資源數(shù)據(jù)庫在CAPP系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，作者通過對三維CAPP系統(tǒng)中加工工藝資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組成的研究，得出了三維CAPP系統(tǒng)加工工藝資源數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以及三維CAPP系統(tǒng)對加工工藝資源庫的需求關(guān)系;以機械加工工藝過程卡的生成為例，完成了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的建模，使CAPP系統(tǒng)的制造資源在一定的約束下活動，對企業(yè)的制造起到正確的指導作用，并且可以提高系統(tǒng)的運作效率。