计算机辅助工艺设计系统及与PDM系统的集成研究
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I
摘 要
随着现代科技和计算机技术的快速发展，现代企业在产品设计、生产、管理
乃至市场策划与销售上都面临新的挑战。企业的产品逐步向多样化、系列化、个
性化的方向发展。工艺设计是产品制造过程中的一项重要内容,是产品设计与实际
生产的纽带。因此，现代企业亟待发展计算机辅助工艺设计系统来提高企业工艺
设计的质量和效率。本论文从企业对计算机辅助工艺设计系统的需求出发，结合
当前的 Web 技术，提出了本课题——计算机辅助工艺设计系统及与 PDM 系统的
集成研究。
本文首先确定系统的总体设计目标和基本功能模块。然后对 J2EE 平台下的 N
层体系结构进行分析，确定了一个基于 MVC Model 2、以 SQL Server 作为数据库
服务器的基本系统架构，并提出利用 Struts 技术在 JSP Model 2 的开发框架基础上
实现该架构。其次本文对系统的工艺表格管理模块、工艺资源管理模块、典型工
艺管理模块、工艺路线编写模块、零件信息管理模块和工艺输入输出模块进行分
析，介绍了各个模块的主要功能以及数据库设计，在数据库的设计和操作中融入
了面向对象的思想。本文还研究了基于实例的工艺决策方法，其中包括确定零件
信息模型以及描述方法；同时还实现了计算机辅助工艺设计系统与 PDM 系统的集
成和直接从 SolidWorks 中获取零件特征信息。本文最后引以实例再现系统的使用
及操作过程，论证了系统的可行性和实用性。
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 工艺设计 PDM 集成
II
ABSTRACT
With the rapid development of modern science and computer technology, modern
enterprises are facing new challenges on product design, production, management and
even marketing and sales. Products develop to the direction of diversification,
serialization and personalized. Process design is a crucial section of manufacturing
process, and it is the bond of product design and actual production. Therefore, modern
enterprises should develop a system of computer aided process planning to improve the
quality and efficiency of process design. Based on the requirement of enterprises and
the development of Web technology, the research content—computer aided process
planning and research of integration of PDM was brought forward.
Firstly, Overall design objectives and basic functional modules of the system are
defined. Then, N-tier architecture of J2EE platform is analyzed, and a basic system
architecture based on MVC Model 2, with SQL Server as the database server is
determined, and the technology of using Struts in JSP Model 2 development framework
to achieve this architecture. Secondly, the thesis introduced the module of process table
management, process resource management, typical process management, process route
compile, part information management and process input & output, and main functions
&database of each module are analyzed, and the thought of object-oriented is infused in
the design & operation of database. Case-based process decision making is also studies,
including determination of part information model & part description. At the same time,
the integration of CAPP &PDM is achieved. Finally, an example is introduced to
represent the operation process of the system, which proves the system’s feasibility and
practicality.
The development and application of this system provides strong support to the
further achievement of rapid design and manufacturing to the enterprises, which makes
solid foundation for enterprises to realize the integrated manufacturing system. Also,
enterprise's informatization level is improved to boost enterprise's economic benefit and
social benefit.
Key Words: CAPP, Process design, PDM, Integration
III
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 ................................................................................. 4
§1.3.3 CAPP 的发展趋势 ...................................................................................... 4
§1.4 本文的研究内容和组织结构 ............................................................................6
第二章 CAPP 简介及系统总体设计 ..............................................................................6
§2.1 CAPP 概述 .........................................................................................................8
§2.1.1 CAPP 的定义 .............................................................................................. 8
§2.1.2 CAPP 系统的基本构成 .............................................................................. 8
§2.1.3 CAPP 的分类及其工作原理 ...................................................................... 9
§2.2 系统总体设计目标 ..........................................................................................12
§2.2.1 系统具有通用性 .......................................................................................12
§2.2.2 系统实现面向产品的集成化 ...................................................................13
§2.2.3 系统采用人机协同机制 ...........................................................................14
§2.3 系统功能模块 ..................................................................................................14
第三章 ecCAPP 系统架构设计 ....................................................................................17
§3.1 ecCAPP 系统架构分析 ...................................................................................17
§3.1.1 客户/服务器(Client/Server)两层体系结构 .............................................17
§3.1.2 传统的三层应用体系结构 ......................................................................18
§3.1.3 浏览器/服务器(Browser/Server)体系结构 ............................................. 19
§3.1.4 J2EE 系统平台 ..........................................................................................19
§3.2 ecCAPP 系统架构设计 ...................................................................................21
§3.2.1 基于 MVC 模式的系统架构 ....................................................................22
§3.2.2 Struts 的结构 .............................................................................................23
§3.3 数据库技术 ......................................................................................................24
§3.3.1 数据库表的设计思想 ..............................................................................25
IV
§3.3.2 面向对象思想在数据库操作中的应用 ..................................................26
第四章 ecCAPP 系统功能模块分析 ............................................................................29
§4.1 工艺表格管理模块 .........................................................................................30
§4.2 工艺资源管理模块 ..........................................................................................32
§4.2.1 工艺资源树编辑 .......................................................................................32
§4.2.2 工艺资源文件的导入 ...............................................................................33
§4.3 零件信息管理模块 .........................................................................................34
§4.3.1 零件信息的输入 ......................................................................................35
§4.3.2 零件信息数据库设计 ..............................................................................37
§4.4 典型工艺管理模块 .........................................................................................38
§4.4.1 典型工艺树编辑 ......................................................................................39
§4.4.2 典型工艺文件的导入 ..............................................................................39
§4.4.3 数据库设计 ..............................................................................................41
§4.5 工艺路线编制模块 .........................................................................................43
§4.5.1 工艺路线编制流程 ..................................................................................43
§4.5.2 模块主界面操作 ......................................................................................44
§4.5.3 工艺派生操作 ..........................................................................................46
§4.6 输入输出模块 .................................................................................................47
第五章 ecCAPP 系统与 ecPDM 系统的集成研究 ......................................................50
§5.1 ecPDM 系统概述 ............................................................................................ 50
§5.2 系统的集成方式及关键技术 .........................................................................52
§5.2.1 系统的集成方式 ......................................................................................52
§5.2.2 系统集成的关键技术 ..............................................................................53
§5.3 ecCAPP 系统与 ecPDM 系统集成的实现 .....................................................54
第六章 ecCAPP 系统的关键技术 ................................................................................58
§6.1 基于实例的工艺决策方法 ..............................................................................58
§6.1.1 概述 ...........................................................................................................58
§6.1.2 零件信息描述方法 ...................................................................................59
§6.1.3 零件匹配算法 ...........................................................................................62
§6.2 从SolidWorks 中直接获取零件特征信息 ................................................ 65
§6.2.1 基本方法 ..................................................................................................65
§6.2.2 SolidWorks 的二次开发 ...........................................................................66
§6.2.3 操作过程 ..................................................................................................68
V
第七章 系统的实现及实例运行 ...................................................................................70
§7.1 系统的配置 ......................................................................................................71
§7.2 系统实例运行 ..................................................................................................71
§7.2.1 任务概述 ..................................................................................................71
§7.2.2 登陆 ..........................................................................................................73
§7.2.3 零件信息输入 ..........................................................................................74
§7.2.4 零件匹配及派生 ......................................................................................76
§7.2.5 零件编辑及输出 ......................................................................................77
第八章 总结与展望 .......................................................................................................79
参考文献 .........................................................................................................................80
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................83
致 谢 .............................................................................................................................84
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题的来源
本课题来源于企业信息化建设项目。
信息时代的来临给社会和企业带来了前所未有的挑战和机遇，同时也给现代
企业的产品设计、生产、管理乃至市场策划与销售提出了新的要求。伴随着时代
的信息化，激烈的市场竞争迫使企业的产品要向多样化、系列化、个性化的方向
发展。产品流通领域的扩大，生产经营节奏的加快，使产品从策划、设计、制造
到市场的周期正在缩短。传统的产品设计、制造、生产经营管理模式和信息处理
手段已不能适应现代化企业高质量、高素质、高效率的发展要求。制造业正面临
前所未有的挑战。
工艺设计是产品制造过程中的一项重要内容,是产品设计与实际生产的纽
带，是一个经验性很强且随制造环境变化而变化的决策过程。工艺设计的质量和
效率直接影响企业制造资源的配置和优化、产品质量、生产组织效率、产品成本
与生产周期等方方面面。
传统的工艺设计一般由手工进行，这就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且信息不能共享等。
显然它已不能适应当代制造业的发展需要。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(Computer Aided Process Planning)
应运而生，广度和深度也在不断发展中。
PDM 是Product Data Management (产品数据管理)的英文缩写。它是一门管理
所有产品相关信息（包括零件、配置、文档、CAD 文件、结构、权限信息等）和
过程（包括过程定义和管理）的技术[1]。CAPP 系统的研究与开发一定要面向企业
多样性的产品对象，结合使用各种工艺设计方法，以制造资源为背景，充分发挥
各工艺小组的并行设计作用，走集成化 CAPP 发展的道路。PDM 技术的兴起为
产品的开发和制造提供了一个并行的协作环境，基于 PDM 平台的 CAPP 可以充
分利用 PDM 的强大功能，实现工艺设计过程控制和并行工程，因此开发 CAPP 系
统并与 PDM 集成则必将成为一个发展趋势。
§1.2 研究的目的和意义
由于工艺设计问题的复杂性和产品与制造环境的特殊性，导致 CAPP 很难实
现实用化和通用化。在制造自动化领域，CAPP 是发展最迟的部分。但是通过仅
摘要：
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I摘要随着现代科技和计算机技术的快速发展，现代企业在产品设计、生产、管理乃至市场策划与销售上都面临新的挑战。企业的产品逐步向多样化、系列化、个性化的方向发展。工艺设计是产品制造过程中的一项重要内容,是产品设计与实际生产的纽带。因此，现代企业亟待发展计算机辅助工艺设计系统来提高企业工艺设计的质量和效率。本论文从企业对计算机辅助工艺设计系统的需求出发，结合当前的Web技术，提出了本课题——计算机辅助工艺设计系统及与PDM系统的集成研究。本文首先确定系统的总体设计目标和基本功能模块。然后对J2EE平台下的N层体系结构进行分析，确定了一个基于MVCModel2、以SQLServer作为数据库服务器的基...
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