基于Web的检索式CAPP系统研究
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摘 要
随着现代科技进步、全球化信息网络技术变革的加速发展、新产品的市场竞
争日趋激烈以及用户需求的多样化等因素造成产品的生命周期越来越短。为了提
高市场应变能力和竞争力，现代制造业必须解决其产品开发中的 TQCSE 问题，来
满足不同客户对产品的不同需求和社会可持续发展的需要。因此，作为连接 CAD
与CAM 的桥梁，CAPP 系统在企业中显得尤为重要。本论文从企业应用的需求出
发，结合当前 Web 技术的发展，提出了本课题——基于 Web 的检索式 CAPP 系统
研究。
本文首先对 J2EE 平台下的 N层体系结构、以及工艺管理的需求进行分析，确
定了一个基于 MVC Model 2、以 SQL Server 作为数据库服务器的工艺管理体系功
能结构。借助 Eclipse3.1 作为开发工具来创建 EJB 模型以及实现 Web 的应用模型。
同时介绍了工艺结构数据库的设计。
其次对系统的集成、工艺操作、版本管理、工艺输出以及工作流模块进行系
统的分析，实现了基于角色的访问控制管理解决方案。同时还介绍了面向产品的
工艺设计、CAD 图档信息获取与自动上传、人工智能与数据挖掘技术在 CAPP 系
统中的应用及大型数据库的检索方法等关键技术。最后对整个系统的配置及实例
运行进行了详细的介绍。系统的配置确保工艺管理系统能够在安全的端口下进行
发布；系统的实例运行再现了本系统的使用及操作过程。为进一步实现面向大规
模工艺信息管理打下了坚实的基础。
通过本系统的开发与应用，进一步为企业实现快速设计与制造提供强有力的
支持，为企业实现计算机集成制造系统打下了坚实的基础，同时可使企业的信息
化程度得到了很大的提高，进而提高企业的经济效益和社会效益。
关键词：CAPP 工艺管理 WEB 服务 检索式
ABSTRACT
With the improvement of science and technology, accelerating change of global
information technology, market competition of new product and requirement
diversification, the product lifecycle become more and more short. In order to enhance
the competitive power, enterprise has to solve the TQCSE to meet the requirement of
customer and social sustainable development. Obviously, as a bridge between CAD and
CAM, CAPP system plays a more and more importance role in modern enterprise.
Based on the requirement of enterprise and the development of Web technology, the
research content—a study of searches capp system based on Web was brought forward.
First，this thesis analyses the requirement of document management and J2EE N
tiers architecture and provides a new way to construe this system which based on MVC
Model 2 framework, SQL Server2000 database technology, Eclipse as develop tool to
create EJB model and build Web application model. Also, design database of process
were introduced.
Second, this thesis design system integration, document operation, version
management, process export and work flow module, analyses visit control management
and make the RBAC visit control management solution based on rules. Also, some key
technology such as procrss design based product, automatic upload, artificial
intelligence and data mining in CAPP and large database’s searches were introduced in
detail. Finally, system configuration and examples of operation were provided.
Configuration can issue document management system in a safety port, examples of
operation reappearance CAPP system’s operation, with which provide firm foundation
for large-scale process information management.
The development and application of this system provides strong support to the
further achievment of rapid design and manufacturing to the enterprises, makes solid
foundation for enterprises to realize the computer integrated manufacturing system.
Also, it can make the enterprise's informatization level improved greatly, so to improve
enterprise's economic benefit and social benefit.
Key Words: CAPP, Process management, WEB Service, Searches
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ...................................................................................................................1
§1.1 课题的来源 ........................................................................................................1
§1.2 研究的目的和意义 ............................................................................................1
§1.3 国内外研究的现状及发展趋势 ........................................................................3
§1.3.1 国外 CAPP 研究现状 ................................................................................. 3
§1.3.2 国内 CAPP 研究现状 ................................................................................. 3
§1.3.3 CAPP 的发展趋势 ...................................................................................... 4
§1.4 本课题研究的内容与实施方案 ........................................................................5
第二章 CAPP 与工艺管理需求概述 ..............................................................................6
§2.1 CAPP 概述 .........................................................................................................8
§2.1.1 CAPP 的定义 .............................................................................................. 8
§2.1.2 CAPP 的工作原理 ...................................................................................... 8
§2.1.3 CAPP 的设计方法 ...................................................................................... 9
§2.1.4 CAPP 的开发模式 .................................................................................... 12
§2.1.5 CAPP 的系统结构 .................................................................................... 14
§2.2 CAPP 的主要功能 ...........................................................................................15
§2.2.1 应用功能 .................................................................................................. 16
§2.2.2 系统功能 .................................................................................................. 17
§2.3 工艺管理系统需求概述 .................................................................................17
§2.3.1 工艺管理的对象 ...................................................................................... 17
§2.3.2 工艺管理的模型 ...................................................................................... 18
§2.3.3 工艺规程的描述 ...................................................................................... 19
§2.3.4 工艺的工作流 .......................................................................................... 20
第三章 基于 Web 的CAPP 系统架构设计 ................................................................. 21
§3.1 基于 Web 的CAPP 系统架构 ........................................................................ 22
§3.1.1 客户/服务器(Client/Server)两层体系结构 ............................................. 22
§3.1.2 传统的三层应用体系结构 ...................................................................... 23
§3.1.3 浏览器/服务器(Browser/Server)体系结构 ............................................. 24
§3.1.4 架构设计 .................................................................................................. 25
§3.2 数据库技术 ......................................................................................................28
§3.2.1 工艺结构的数据库设计 .......................................................................... 29
§3.2.2 产品结构树操作实现 .............................................................................. 30
§3.3 检索式 CAPP 系统功能设计 ..........................................................................33
第四章 基于 Web 的检索式 CAPP 技术 ..................................................................... 33
§4.1 CAPP 与PDM 的集成 ....................................................................................33
§4.1.1 系统的集成方式 ...................................................................................... 33
§4.1.2 CAPP 与PDM 集成的关键 ..................................................................... 34
§4.2 零件信息管理模块 ..........................................................................................36
§4.3 工艺操作模块 ..................................................................................................37
§4.3.1 工艺设计 ................................................................................................... 37
§4.3.2 工艺的操作功能及流程 ........................................................................... 38
§4.3.3 CAPP 系统信息模型的建立 .................................................................... 39
§4.3.4 Web 下工艺结构树的显示方法 ............................................................... 40
§4.4 制造资源管理 ..................................................................................................41
§4.4.1 制造资源概述 .......................................................................................... 41
§4.4.2 制造资源功能树 ...................................................................................... 43
§4.5 工艺的版本管理 ..............................................................................................44
§4.5.1 版本管理的模型 ....................................................................................... 45
§4.5.2 版本管理的实现 ....................................................................................... 46
§4.6 工艺的输出模块 .............................................................................................47
§4.6.1 工艺卡片输出 .......................................................................................... 47
§4.6.2 报表文件输出 .......................................................................................... 49
§4.7 工作流模块 .....................................................................................................51
§4.7.1 工作流的功能 ........................................................................................... 52
§4.7.2 工艺管理系统工作流实现 ....................................................................... 52
§4.8 安全与访问控制管理 ......................................................................................54
§4.8.1 工艺信息的安全和共享 ........................................................................... 54
§4.8.2 访问控制 ................................................................................................... 54
§4.8.3 基于角色的访问控制技术 ....................................................................... 55
§4.8.4 基于角色的访问控制的优点 ................................................................... 55
§4.8.5 权限控制的实现 ....................................................................................... 56
第五章 CAPP 系统的关键技术 ....................................................................................59
§5.1 基于 Model2 MVC 的WEB 技术 .................................................................. 59
§5.2 面向产品的工艺设计 ......................................................................................59
§5.3 CAD 中零件信息的上传 ................................................................................ 59
§5.3.1 CAD 图档信息获取 ..................................................................................60
§5.3.2 零件信息的自动上传 .............................................................................. 61
§5.4 产品信息批量上传技术 .................................................................................62
§5.5 人工智能、数据挖掘等现代设计技术在 CAPP 中的应用 .........................63
§5.5.1 人工智能技术在 CAPP 中的应用 .......................................................... 63
§5.5.2 数据挖掘技术在 CAPP 系统中的应用 .................................................. 64
§5.6 大型数据库的检索方法 .................................................................................65
第六章 系统的实现 .......................................................................................................66
§6.1 系统的配置 ......................................................................................................68
§6.1.1 软硬件的配置 .......................................................................................... 68
§6.1.2 Tomcat 与IIS 集成 ................................................................................... 68
§6.2 系统实例运行 ..................................................................................................70
§6.2.1 基于 Web 的工艺管理功能的实现 ..........................................................70
§6.2.2 产品结构信息管理模块 ........................................................................... 72
§6.2.3 工艺设计模块 ........................................................................................... 73
§6.2.4 工艺设计流程管理模块 ........................................................................... 75
§6.2.5 制造资源管理模块 ................................................................................... 76
§6.2.6 工艺卡的打印输出模块 ........................................................................... 77
第七章 总结与展望 .......................................................................................................80
参考文献 .........................................................................................................................81
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................84
致 谢 .............................................................................................................................85
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题的来源
本课题是上海市教委以及上海市重点学科建设经费资助项目（项目编号：
05EZ30、T0502）。
随着现代科技进步以及全球化信息网络技术变革的加速，新产品的市场竞争
日趋激烈，用户需求的多样化等诸多因素造成产品的生命周期越来越短。为了提
高市场应变能力和竞争力，现代制造企业必须解决其产品开发中的 TQCSE 问题，
即以最快的上市速度(Time)、最好的质量(Quality)、最低的成本(Cost)、最优的服
务(Service)及最有利于环境保护(Environment)来满足不同客户对产品的不同需求
以及社会可持续发展的需要[1]。
进入 20 世纪 90 年代以来，国内企业广泛采用 CAD、CAM、CAE、CAPP 等
各种计算机辅助设计制造技术来提高产品设计和制造水平，以巩固自身在市场中
的地位。21 世纪是知识经济时代，企业竞争的焦点是创新产品。通过向市场推出
满足用户需求的新产品，企业不仅可以扩大市场份额，而且还有可能开拓全新的
市场[2]。创新产品所带来的效益和优势可以缓解企业在成本和运作效率等方面的压
力，这正是近年来企业重视利用计算机辅助技术来进行产品研发的一个重要原因。
计算机辅助工艺过程设计(ComputerA idedP rocessP lanning:CAPP)是连接CAD
与CAM的桥梁，是许多先进制造系统的技术基础之一。因此，CAPP技术从60年代
末诞生以来，其研究开发工作一直在国内外蓬勃发展，而且逐渐引起越来越多的
人们的重视。遗憾的是，尽管国内外在各种决策方式、各种机加工工艺以及智能
化、集成化方面取得许多成绩。但应用基础还不很牢固，研究开发方向也和当前
的实际需求有较大差距。近年来，随着计算机集成制造系统(Computer Integrated
ManufacturingSystem: CIMS)、并行工程(Concurrent Engineering: CE)、智能制造系
统(Intelligent Manufacturing System: IMS)、虚拟制造系统(Virtual Manufacturing
System: VMS)、敏捷制造(Agile Manufacturing:AM)等先进制造系统的发展，无论
从广度上还是从深度上，都对CAPP的发展提出了更新更高的要求。
§1.2 研究的目的和意义
CAPP 是Computer Aided Process Planning(计算机辅助工艺规划或设计)的英文
缩写。由于长期以来采用手工方式进行的传统工艺过程设计不可避免地存在一些
缺陷：对工艺设计人员要求高；工作量大，效率低下；难以保证数据的准确性；
基于 WEB 的检索式 CAPP 系统研究
2
且信息不能共享等；同时，计算机技术的发展及其在机械制造业中的广泛应用，
使得计算机辅助工艺设计(CAPP)应运而生，广度和深度也在不断发展中。我们和
企业在经历了半年多时间的调研基础上提出了本课题——基于 WEB 的检索式
CAPP 系统研究。
本文研究的目的主要是围绕企业中工艺管理功能，进行基于 Web 的检索式
CAPP 关键技术研究以及系统开发，实现基于 Web 的检索式 CAPP 系统。系统采
用基于 Web 的三层 B/S (Browser/Server)结构，降低了企业的实施费用，加速了
CAPP 系统在企业中的应用。对于打破部门之间在空间和时间上形成的界限以及更
好地管理企业内各部门的协同来说无疑具有十分重要的理论和实际意义。具体来
说，企业实施 CAPP 能够带来如下好处：
(1) 它可以减轻工艺工程师的繁重劳动，减少工艺过程设计所需要的某些人
工决策，同时提高工艺过程设计的质量。计算机辅助工艺设计可以编制出一致性
好、精确的工艺过程。在人工编制工艺过程时，由于受到个人经历和知识的限制，
在同样生产条件下，可能会编出不同的工艺过程，影响了生产组织工作。利用计
算机能够编制出详细的工艺过程，精确性好，减少了人为因素(因人而异)的影响；
(2) 缩短生产准备周期，提高生产率。人工设计工艺过程繁琐、费时、速度慢，
不能适应多品种生产、产品更新换代、市场变化等要求。它还能减少工艺过程设
计费用及制造费用，提高对市场变化的响应速度和竞争能力；
(3) 建立了工艺知识的积累平台，有助于对工艺人员宝贵经验进行总结和继
承。通过工艺的不断优化和工艺经验的积累，使工艺水平得以迅速提高。CAPP系
统是一个强大的知识积累库，随着应用的深入，它的作用和价值会越来越大，大
大减少了对个体技术人员的依赖，加快了工艺人才的培养步伐，降低了人员风险。
(4) 提高了工艺的标准化和规范化。由于每个工艺人员都采用同一数据库，保
证了工艺规程设计的一致性。工艺标准化有利于推广先进的工艺技术，从而进一
步提高产品的质量，降低生产成本。
(5) 在CIMS( Computer Integrated Manufacturing System)中，CAPP是连接CAD
与CAM的桥梁，它实现了工艺信息共享，有利于实现与企业产品设计、工艺设计、
产品制造、生产与经营管理、销售及物资供应部门的计算机应用系统的有机集成，
有利于实现企业内部和企业间制造资源的合理分配和利用。
总之，通过本系统的开发与应用，进一步为企业实现快速设计与制造提供强
有力的支持，为企业实现计算机集成制造系统打下了坚实的基础，同时可使企业
的信息化程度得到了很大的提高，进而提高企业的经济效益和社会效益。
第一章 绪论
3
§1.3 国内外研究的现状及发展趋势
§1.3.1 国外 CAPP 研究现状
国外CAPP 的研究始于20世纪60年代后期，第一个CAPP系统是挪威1969 年
推出的AUTOPROS系统，1973 年正式推出商品化AUTOPROS系统。美国是20 世
纪60年代末70年代初开始研究CAPP的，并于1976 年由CAM-I公司推出颇具影响
力的CAM-I’Sautomated Process Planning系统，成为CAPP发展史的里程碑。
早期的CAPP 软件采用的都是所谓“标准工艺法”，从20世纪60年代末到目前30
多年期间，先后出现了在设计方法上不同的系统，即派生式( Variant ) 、创成式
( Generative) 以及半创成式CAPP系统。派生式系统已从单纯的检索式发展成今天
具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和
方法。创成式系统的研究和开发始于20世纪70年代中期，而且很快得到普遍重视，
被认为是有前途的方法。1977 年Wysk首次提出了一个创成式CAPP系统
——APPAS。理想的创成式CAPP系统，通过决策逻辑效仿人的思维，在无需人工
干预的情况下自动生成工艺。虽然经过多年的努力，但至今仍然没有一个真正意
义上的创成式CAPP系统。因此，一些学者提出了半创成式CAPP系统，即综合派
生法和创成法。在大多数情况下，使用派生法，若没有相应的典型工艺时,使用创
成法生成工艺。半创成式CAPP系统被认为是最有前途的发展方向之一。
随着计算机及其相关技术的发展，各种CAPP系统在发展中不断改进提高和互
相渗透[3,4]，从20世纪80年代开始探索将人工智能(AI)、专家系统、人工神经元网
络、模糊推理、基于实例的推理等技术应用于CAPP系统的研究中，进行CAPP 建
造工具及混合式CAPP系统的开发。
§1.3.2 国内 CAPP 研究现状
我国对CAPP 的研究始于20世纪80年代初，1982年同济大学推出了派生式系
统TOJICAPP，随后许多大学和研究机构兴起了研究CAPP的热潮。
在国家863-CIMS计划的支持和推动下，近年来CAPP技术已取得很大的成绩。
“九五”期间，随着我国大力推广电子信息技术在传统产业技术改造中的应用，大力
推进机械设计“甩掉图板”及相应计算机辅助技术的应用，企业对CAPP的应用需求
日益迫切。
1996年4月，针对国家863-CIMS重点推广应用工程西飞公司XAC-CIMS
工程子项目XAC-CAPP系统开发，提出“以交互式设计为基础，以工艺知识库为核
心，在波音737-700垂尾工艺设计和管理上全部实现计算机化、信息化,并实现通
基于 WEB 的检索式 CAPP 系统研究
4
过数据库系统同MIS 、MAS、FMS 等对产品工艺信息共享集成”CAPP开发与应用
模式。在此基础上，1997年6月，结合国家“九五”攻关项目子专题“基于微机环
境的实用化CAPP应用系统”的开发，提出“以工艺知识库/产品工艺数据库为核心，
以交互式设计为基础，以工艺知识库管理和工艺卡片格式编辑器为应用支持工具，
面向产品全面实现工艺设计与管理计算机化、信息化”的全新CAPP应用框架与应
用开发模式，标志着我们国家开始了CAPP产品化的工作。
近年来，国内外一些CAPP系统中引入了Agent技术[5,6]，但只是将该项技术作
为一种决策中的推理技术来应用，没有发展到系统整体结构的规划和研究。
经过二十多年的历程国内外对CAPP技术已进行了大量的探讨与研究，无论在
研究的深度和广度上都不断取得了进展。例如：
在设计对象上，所涉及的零件从回转体零件、箱体类零件、支架类零件到
复杂的飞机结构件等；
在涉及的工艺范围上，从普通加工工艺到数控加工工艺；从机加工工艺到
装配工艺 、钣金工艺、热处理工艺、数控测量机检测过程设计等；
在系统功能上，从独立的计算机辅助技术“孤岛”，到满足集成系统环境需
求的集成化；
在系统设计上，从单一的派生式或创成式模式，到应用专家系统等人工智
能技术，并具有检索、修订、创成等多种决策功能的综合/智能化系统模式；
在系统开发上，从单纯的学术性探索和技术驱动的原型系统开发，逐步走
向以应用和效益驱动的实用化和商品化系统开发。
§1.3.3 CAPP 的发展趋势
随着国家对制造业信息化政策的制订和落实，制造技术的进展，近年来商品
化CAPP系统的普及应用，对CAPP系统提出了更高的要求。在这样的形势下，
CAPP
技术和系统的发展趋势将是[7]：
a) 知识化、智能化。CAPP 系统不会停留在以解决事务性、管理性工作为主
的阶段，而应该考虑将工艺专家的经验和知识累积起来，并加以重用[8]。基于知识
的CAPP系统除了作为工艺设计辅助工具，而且还有将工艺专家的经验和知识积累
起来并加以充分利用的任务。在知识化的基础上，CAPP 系统应从实际出发，从
工艺设计在工序、特征形体层面或在全过程提供备选的工艺方案，并根据操作者
的工作记录进行各种层次的自学习、自适应；
b) 工具化、工程化。各企业的工艺环境、管理模式千差万别，CAPP既要适应
各企业的具体情况，又要控制针对具体企业的实施工作量、提高通用性，就需要
摘要：
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摘要随着现代科技进步、全球化信息网络技术变革的加速发展、新产品的市场竞争日趋激烈以及用户需求的多样化等因素造成产品的生命周期越来越短。为了提高市场应变能力和竞争力，现代制造业必须解决其产品开发中的TQCSE问题，来满足不同客户对产品的不同需求和社会可持续发展的需要。因此，作为连接CAD与CAM的桥梁，CAPP系统在企业中显得尤为重要。本论文从企业应用的需求出发，结合当前Web技术的发展，提出了本课题——基于Web的检索式CAPP系统研究。本文首先对J2EE平台下的N层体系结构、以及工艺管理的需求进行分析，确定了一个基于MVCModel2、以SQLServer作为数据库服务器的工艺管理体系功能结...
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