工艺是设计和制造的桥梁，工艺的数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。零件设计信息与工艺制造信息的数据交换，长期以来一直困扰着企业信息的有效集成。对于CAD系统而言，重要的是输出零件的几何信息，而在工艺制造(CAPP／CAM)中，重要的是加工信息，零件信息要以加工特征为单元来标识。由于几何特征与加工特征之间存在较大区别，如何实现设计与制造信息交换就成为实现CAD／CAPP／CAM集成的关键。基于三维CAD的加工工艺设计系统，可以提供基于三维CAD的加工工艺设计工具，可以基于三维模型定义加工工艺特征，自动获取加工特征信息，可以基于特征加工知识进行辅助工艺决策。

    目前，已有许多性能优良而已商品化的CAD、CAPP、CAM系统，这些独立的系统分别在产品设计、工艺过程设计和数控编程方面起到了重要的作用。但是，采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间信息的有效传递和交换。企业要从整体上提高效率、改进技术、优化管理、降低成本，必须利用计算机网络将各种计算机辅助技术集成起来，构筑起企业级的信息集成系统，而PDM技术正是实现CAD／CAPP／CAM有效集成的一个平台。

2 基于PDM的CAD／CAPP／CAM集成系统框架

    CAD／CAPP／CAM集成，要求数控加工程序的生成是以CAPP的工艺设计结果和CAD的零件信息为依据，自动生成数控加工刀位文件，然后经过后置处理，将刀位文件转换成针对不同数控系统的NC加工程序。

    在CAD系统零件设计过程中，依据CAPP系统的要求进行特征定义，经过CAPP前处理将CAD系统基于特征模型表达的零件设计信息转化为CAPP系统基于加工特征描述的工艺模型信息，通过工艺设计专家系统输出零件加工工艺和刀具文件，由CAPP后处理产生刀具参数和切削参数文件，再经过CAM进行刀位轨迹规戈Ⅱ，产生刀位文件，最后通过CAM后置处理，生成针对具体机床的数控加工代码，其中的数据管理交由PDM系统。系统体系结构的功能模块如图1所示。

 

 

图1系统功能结构框图

    将PDM系统作为存储与传递信息的平台。具体地讲，在CAD特征建模模块中，完成零件的设计工作，以关系表的形式将设计信息存储到PDM系统中；在CAPP系统中，CAPP从PDM系统中提取零件的特征信息，采用工艺设计专家系统完成零件的工艺设计，并将得到的工艺信息以关系表的形式存储到PDM系统中；在CAM系统中，从PDM系统中提取CAD、CAPP所提供的信息，通过Pro／E的各种接口函数，将提取的工艺信息自动输入到Pro／E的加工模块中，在建立毛坯模型、夹具模型、加工设备模型和刀具模型的基础上，自动完成加工过程仿真，在加工过程仿真无误之后，输出刀位文件，依据机床信息通过CAM—POST将刀位文件转换成机床的NC代码。

3 集成系统的关键技术

    3．1面向特征对象的工艺建模

    工艺模型的建立就是对工艺的数据及结构进行定义和规范，使其具有一致的数学模型。对象是由一些相互存在一定联系的事物所组成。这里的对象=数据结构(静态描述)+操作方法(动态描述)。

    工艺建模包括特征建模和功能建模两部分。面向特征对象进行工艺建模的优势体现在：数据采用抽象的特征对象类和实例化的特征对象表示，在不同层次上，既能描述特征对象的各种属性，又能包括相应的处理方法，符合工艺建模中特征的描述要求和功能要求。工艺模型表达清楚、灵活，具有一定的通用性，适用于开放性的系统设计。

    工艺建模中另一个很重要的方面是需要充分考虑CAD和CAPP集成的要求。CAD与CAPP的集成建立在利用现有CAD资源的基础上，在实体造型系统上通过扩充特征自定义功能来满足集成需要的零件信息模型。

    3．2工艺设计专家系统

    工艺设计系统的主要特点体现在定位和夹紧方案的确定与工艺顺序的生成。工艺设计系统存在两种类型的逻辑决策：选择逻辑决策和创成逻辑决策。选择逻辑决策指的是通过数据查找、匹配或根据固定性原则进行确定的逻辑决策；创成逻辑决策指的是根据非确定性原则或众多工艺设计人员的经验来进行确定的逻辑决策。

    工艺设计专家系统的工作原理可以概括为：分析零件特征信息和特征关联信息，获取专家推理的各项条件；选择逻辑决策推理机根据推理条件，采用知识驱动、实现目标求解，即获取零件特征的加工方法链、每步加工所需的刀具和切削参数；创成逻辑决策推理机根据选择逻辑决策推理机已推导出的特征工艺信息进行规则驱动推理，完成零件工艺排序、工步排序及工艺顺序的全面生成。

    工艺知识的表达方式有：一阶谓词逻辑表示法、产生式规则表示法、框架表示法及语义网络表示法。分析各种表达方法的利弊及对工艺系统的适应性，产生式规则表述较为合适。

    选择逻辑决策有：加工方法选择决策、刀具选择决策、切削用量决策。工艺创成逻辑决策是工艺设计系统的关键所在，也是一种综合决策，决定特征加工方法在工艺原则指导下如何有序安排，产生符合企业工艺习惯的工艺顺序。包含定位、装夹及工艺排序等。

    控制策略涉及到工艺专家知识的有效使用和工艺系统的效率。目前常用的控制策略有：深度优先策略、冲突仲裁策略、估价系数策略及显示控制策略。其中，显示控制策略适用于较复杂的知识库，即将控制知识直接地、显示地以描述性的语言表现出来，如用产生式规则表示等。3．3 CAPP与CAM的集成

 

    CAPP作为CAD与CAM之间的联接纽带，最终要实现零件从毛坯到成品的转换。由于不同企业的加工工艺存在着显著差别，商品化CAD/CAM集成软件多少存在着一些限制与不足，不能完全适应国内的制造业。因此CAPP的开发肩负着在统一环境下针对不同企业的洲CAM集成重任。为了实现CAPP与CAM的高度集成，尽量减少手工操作，CAPP后处理器需考虑将已生成的工艺顺序和工艺参数转换为Pro／Manufacture所能接受的格式文件，以便CAM能自动完成刀位文件的生成，供CAM—POST产生NC代码和加工过程仿真使用。

    3．4数据交换的接口技术

    在CAD/CAPP/CAM系统集成中，产品数据的存储、维护和传输是非常重要的一环，要求产品数据管理系统以一种安全的电子文本形式存储产品及设计信息并保证对信息访问的安全性。为了提高数据交换的速度，保证数据传输完整、可靠和有效，必须采用通用的标准化数据交换标准。产品数据交换标准是CAD/CAPP/CAM集成的重要基础。为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，采用工程数据库管理系统来管理集成数据，使各系统之间直接进行信息交换。通过使用pro／ENGINEER的开发工具编写应用程序，建立数据交换的接口函数，将用户从PDM系统中获取的各种有关零件的设计信息和工艺信息传递到Pro／ENGINEER系统中，实现用户与系统的信息交换。

4 零件集成信息描述工具建模

    4．1零件集成信息描述工具模型

    在CAD/CAPP/CAM集成系统中，CAD/CAPP/CAM集成协议由零件信息描述特征字典和零件加工信息字典组成。CAD系统和CAPP系统共同制定零件信息特征字典，CAPP系统和CAM系统共同制定零件加工信息字典。在零件信息特征字典中考虑部分CAM信息的需求。

    CAPP开发工具由构造工具系统和用户框架系统组成。零件集成信息描述工具是构造工具系统的一部分，它采用特征设计的方法，在CAD系统中利用Pro/Engineer的二次开发工具Pro／Devdop开发系统，定义特征库和用户定义特征库，按照零件信息特征字典，生成CAD/CAPP接口信息文件。在零件集成信息描述工具中，用户根据自己的需要进行系统特征指定和用户特征自定义。在CAPP开发工具的用户框架系统中，对照零件信息特征字典进行特征提取，对CAD信息进行检查，CAM系统提供加工信息模板。用户在零件集成信息描述工具中对加工信息格式进行指定。在用户框架系统中，根据零件加工信息字典和加工信息格式生成CAPP/CAM接口信息文件。零件集成信息描述工具在整个CAD/CAPP/CAM集成系统中起到重要的信息交流作用。

    4．2零件集成信息描述工具的特点

    4．2．1集成化建模方法

    CAD/CAPP/CAM集成协议是CAD、CAPP、CAM三个系统共同遵循的标准。零件信息特征字典是CAD／CAPP集成的主要协议，零件加工信息字典是CAPP／CAM集成的主要协议。采用可编辑的零件信息特征字典和零件加工信息字典，便于系统的维护和扩充。

    4．2．2工具化建模方法

    零件集成信息描述工具采用工具化思想设计，提供了系统特征指定的功能，用户可以快速指定特征范围；提供了用户特征自定义功能，当系统定义的特征不能满足用户需求时，用户可以基于用户自定义特征模板定义新特征。零件集成信息描述工具是快速工艺开发工具的重要组成部分。对应每一种系统定义特征，在CAPP开发工具的工艺知识库中都有相应的工艺知识，还具有补充用户自定义特征工艺知识的机制，保证了零件集成信息描述工具与其他子工具的协作，以实现CAPP开发工具的功能。

    4．2．3面向对象的描述方法

    本文将零件信息分为零件层、装夹层、特征层，采用面向对象的方法描述。特征类中包含几何信息、工艺信息、加工信息等子类。

5 结束语

    零件制造信息的有效集成是制造业企业信息化追求的目标，在PDM环境下实施CAD/CAPP/CAM集成，又为实现这一目标开辟了新的成功之路。本文论述是在前期开发基于STEP标准的箱体类零件CAD／CAPP／CAM集成系统后，近期又在成功应用PDM基础上的探索，给出了基于PDM零件制造信息集成的解决方案。