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| CAD/CAPP/MRPⅡ/GT信息集成的探讨 |
作者: 来源于:计算机辅助设计与制造
2003-7-10 14:11:10 |
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摘要
实现CIMS的关键技术之一是动态信息集成。本文论述了一个CIMS系统中CAD/CAPP/MRPⅡ/GT之间的信息集成技术及其实现方法，提出了在CAD系统中通过建立与工艺设计工步内容相匹配的、基于设计基本特征和工艺基本特征的特征建模技术及处理程序来实现CAD/CAPP之间信息共享的方法；论述了CAPP系统通过与MRPⅡ系统中工艺路线管理模块之间实时信息传递来实现并行式CAPP设计的步骤；提出了在GT与MRPⅡ之间寻找一个最佳结合体棗工装族的制造管理系统等新思想，论文对各子系统也做了简要描述。
一、前言
CIMS作为当代制造业的高新技术，是国家“863”计划自动化领域的一个主题，随着CIMS试点范围的扩大，曾被国家计委和原机械部列为国家“九五”期间成组技术重点推广示范厂的大连耐酸泵厂，也加入到申请行列。该厂经过四年多的系统开发，1998年底完成了CIMS的一期工程，现已应用于生产并初步取得了良好的经济效益，系统曾得到原机械部质量与科技监督司鉴定委员会及全国成组技术研究会专家们的高度评价。该厂在CIMS一期工程系统中，包括CAD、CAPP、GT、MRPⅡ子系统，如何实现各子系统之间的动态信息集成，是工程技术难点所在，集成的关键技术是CAD/CAPP、CAPP/MRPⅡ、MRPⅡ/GT之间的接口技术，本文主要研究它们之间的动态信息集成技术。
二、系统简介
1.CAD子系统
该子系统内容之一是进行特征描述、特征定位和特征组合，并且基于并行工程的策略，把设计信息与制造信息有机地组织起来，在更高的层次上表达产品功能和开头信息，完成特征建模工作，在产品设计的同时进行工艺设计，实现CAD/CAPP集成。
2.CAPP子系统
IBMPC350PC机Windows95操作系统内存：64MPB5.0数据库主频：P166BorlandC++3.1编程语言外存：4GBGHMDS2.0绘图软件
系统通过对零件的设计特征和工艺特征进行识别后，经工艺知识库按一定的数学模型进行判断优化，再经过二叉树排序后，形成工艺规程。系统包含有23个功能模块，它在Windows95环境下的程序管理器中设计有程序组图标，并在程序组窗口内又设计有SYSTEM、TOOLS、HELP三个图标，而且为了适应市场经济环境下产品对象、制造环境和生产技术等因素的快速变化，该子系统在强调实用性和工艺设计自动化通用体系结构的同时，系统的工具性工作也做得较好。
3.GT子系统
GT的软硬件环境同CAPP子系统。该子系统包含有零件模糊聚类分析和成组生产单元设计两大部分。模糊聚类分析采用了特征码位相似矩阵的数学方法，即用直积A×A={（ai，aj）|ai，aj∈A}中一个模糊关系R来描述A中每两项之间结构相似性，序偶（ai，aj）的隶属度μk（ak）=limak/n构成特征码位相似模糊关系矩阵。零件模糊聚类分析后进行分类归族，划分出零件组、工装族等，然后进行成组生产单元划分。成组生产单元设计包含有成组生产单元劳动量计算、加工设计负荷平衡、成组生产单元加工设备平面布置、成组生产单元工艺加工投资概算等内容。
4.MRPⅡ子系统
AS/400E10小型机内存24MbRPG/Ⅲ编程语言3000MbSQL/400结构查询式数据库OS/400操作系统
MRPⅡ子系统目前已经实现了工艺路线管理、车间细能力平衡、定单下达、资源数据管理、车间监控等功能模块，该子系统根据MRPⅡ给出的车间订单，由GT给出可成组的零件，再由MRPⅡ给出零件每道工序必须完成的日期，并按生产单元下达生产指令及进行监控。
三、技术难点
根据CIMS系统总体设计思想，系统第一层为DFD（DataFlowDiagram）。由于CAD系统提供了表明产品、部件、零件之间相互隶属关系的数据，这些数据可以在MRPⅡ中的BOM里直接应用；GT与CAPP之间的接口技术已经成熟。因此在实现了上述各子系统的同时，系统中有三个技术难点是显而易见的：CAD/CAPP、CAPP/MRPⅡ、MRPⅡ/GT之间的动态信息集成问题，即它们之间的接口技术如何来实现，其难点在于：
CAD中的几何建模系统，由于其数据结构上的特点，无法向CAPP直接提供有用的工艺参数、几何特征、形位公差等，而从几何模型中撮和识别工程信息是相当困难的。
MRPⅡ是成熟的商品化软件，CAPP也按自身的规律独立发展。很少有人提出过在MRPⅡ中的工艺路线管理模块中如何直接利用CAPP的动态工艺路线信息，并将MRPⅡ的结果反馈给CAPP，以利于CAPP的平行式设计，它们之间的数据格式也存在着很大的差异。
MRPⅡ与GT之间的管理思想、管理层次是不同的，它们之间存在着既相互统一又相互矛盾的一面，如果求出它们之间的最佳结合部，尚有待探索。
上述各子系统之间的硬件环境、操作系统、数据库模式完全不同，实现异型机之间的数据通讯，技术上显得更困难。
四、集成环境下各接口的实现方法
1.在IDEAS基础上进行特征建模
近年来，随着国际标准化组织ISO推出的PDES/STEP标准零件特征的纳入，基于特征的建模技术研究越来越受到人们的重视。所谓特征，是指零件上具有一定功能和技术要求的形状实体或几何实体。零件模型的特征可分为零件总体特征、设计特征和工艺特征。设计特征有圆柱面、圆锥面、型槽、凸台等；工艺特征有倒角、端面、键槽和螺纹孔等。对这些特征的描述必须是唯一的、统一的。为了使CAPP系统能够通过零件信息模型（即产品设计信息和加工能力信息）和工艺知识判定规则来匹配对应的加工过程及加工设备，必须建立与机械加工工艺设计中工步内容相对应的、典型的、常用的基本特征库,并以此为前提，来实现CAD/CAPP信息共享，具体步骤是：
1)建立工厂常用的、典型的基本特征库，所有设计基本特征和工艺基本特征均包含于其中。
2)在上述基本特征库中，通过特定的数据结构，对基本特征的开头参数和定位参数进行计算机唯一性描述。
3)将特征模型数据库存储在I－DEAS支撑软件中内含的PEARL数据库中去进行管理。
4)开发一个前处理程序，用它读取特征信息，写入一个ASCⅡ中性文件。
5)开发一个后处理程序，按公共数据结构读入机器内存，进行调度管理和数据交换，供CAPP系统获取信息。
2.CAPP系统进行并行式设计
随着计算机网络技术的日趋完善，并行工程思想已逐渐深入到CIMS的各个环节。CAD系统可以通过CAPP反馈来的制造资源约束信息对产品进行全局优化设计，而传统的CAPP系统较少考虑到生产订单、加工批量等生产计划管理相关资源。产品生产周期和制造成本未能实现最优，如CAPP/MRPⅡ实现动态信息集成后，CAPP就成为一个并行式工艺设计系统。我们通过以下步骤来实现CAPP/MRPⅡ之间的实时信息集成：
1)将FoxproForWindow环境下的CAPP系统中的·DBF数据库转换成·TXT文件，再通过一个实用程序将·TXT文件转换成·UAT格式。
2)在PC机内装CGS5250卡模拟AS/400环境，运行PC.Support/400通讯协议。
3)访问PC机中数据文件·UAT。
4)建立一个向AS/400主机转换数据文件的系统请求，执行该请求。
5)在AS/400环境中某终端上显示传输结果，将传输结果制成一个中间物理文件·PF。
6)由MRPⅡ系统访问·PF物理文件，即可实现CAPP与MRPⅡ系统之间的动态信息共享。
3.在GT和MRPⅡ之间建立一个最佳结合体
MRP是面向用户需求的计划主导型系统，强调的是确保产品的交货期，它以交货期为目标来确定零件的投产和完工日期，它是一个以计算机为基础的生产作业计划和库存控制系统。GT则是利用零件的结构相似性、工艺相似性来分类归族，相对地扩大加工批量，以大批量生产方式来提高劳动生产率的一套方法。虽然GT和MRPⅡ都是解决多品种、小批量生产存在问题的行之有效的方法，但二者的管理思想、管理层次是不同的。GT无法直接满足生产上一些很实际的时间上的要求；而MRP则尚未涉及如何有效地执行关于生产的指令。因此，如何使GT和MRPⅡ结合为一体，显得非常重要。
我们的思想是在GT和MRPⅡ之间寻找一个结合体，即通过零件信息编码系统（固定码+柔性码）对各零件的主要加工特征进行识别后，按相似零件在必要的工序级上按主要工艺特征（如工艺装备）进行成组，把同一工装组零件作为一个加工批次来安排生产，具体步骤为：
1)通过工厂信息编码系统中的零件分类编码系统，对产品零件进行分类归族，划分出工装族。此步骤由GT软件给出。
2)根据年生产大纲和产品订货情况给出主生产计划大致范围。
3)从生产能力方面检查上述计划的可行性，确定主生产计划。
4)进行能力需要量计算，确定每个计划指令的优先顺序。步骤bd由MRPⅡ软件实现。
5)通过计算机网络技术对BOM表中所有零件按GT方法归并到相应的零件组及成组加工生产单元，单元内以优先保证工装族的原则经MRPⅡ系统处理后，确定成组生产单元作业计划，下达生产和外购指令。该步骤由GT和MRPⅡ的结合体实现，此结合体称为工装族制造管理系统（GCM）。
五、结束语
四年多的系统设计与开发，及对它们之间的动态信息集成技术的探讨，在给工厂带来一定经济效益的同时，也给我们积累了一些经验。通过实践，我们得出如下结论：各子系统之间实现动态信息集成，技术上是可行的；CAD采用特征建模技术，建立基本特征数据库，是CAD/CAPP集成的前提；CAPP/MRPⅡ之间的接口设计非常重要，CAPP系统必须实行并行式设计；GT/MRPⅡ之间有一个最佳结合体。 | |
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