在基于三維環境CAPP系統中，制造資源作為系統的重要物質基礎，是企業完成產品整個生產周期中所有生產活動的物理元素的總稱，為企業產品的設計及其工藝設計提供基礎信息，為綠色制造提供對環境負面影響最小的加工方法、設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據和信息。要建立集成度更高的基于三維環境的系統，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的運行效率，建立一個管理高效的制造資源管理系統。制造資源貫穿產品生產全過程。

　　1 三維CAPP系統對制造資源數據庫的需求分析

　　1.1需求分析

　　工藝規程的制定是CAPP系統的主要任務，工藝規程制定過程中所需要的資源是面向工藝設計的制造資源模型的重點和關鍵。分析CAPP系統對制造資源的需求，首先從分析工藝規程制定的內容開始。工藝規程制定的內容和順序為：(1)分析生產綱領，確定生產類型;(2)分析加工零件的工藝性，主要包括對零件的各項技術要求的了解，明確被加工零件在生產中的位置和作用，對技術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)工序設計，包括選擇機床和工藝設備、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。

　　在了解工藝規程指定的內容和順序后，分析CAPP系統的主要功能。CAPP系統應具有如下功能：(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程指定的內容和順序以及CAPP系統功能的基礎上，充分收集同行業各種工藝規程的特征和工程技術人員在工藝規程制定中的習慣和順序，確定CAPP系統對制造資源的需求，建立了CAPP系統對制造資源的需求模型，如圖l所示。

　　圖1 CAPP系統對制造資源需求

　　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;系統根據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，并根據毛坯選擇和制造的規則進行選擇和設計;在加工路線和工序內容擬訂是工藝設計和規劃的重點，根據裝夾定位方法、加工工藝規則和加工路線規則對加工方法和加工順序進行合理的規劃;加工設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，因此加工設備包括機加工設備、熱處理設備、鑄造設備、沖鍛壓設備、焊接設備、電加工設備和特種加工設備;最后形成工藝卡片輸出，每個企業的習慣不同，但工藝卡片的格式和內容幾乎是完全相同，因此，工藝卡片作為資源提供輸出形式。

　　1.2工藝資源數據的特點

　　工藝資源數據作為一種工程數據，必然有其自身的特點，其數據類型復雜并且是動態的數據模式。工藝資源數據不僅包含一般關系數據庫所能表達的數據類型，還涉及到變長數據、非結構化的數據、具有復雜關聯關系的數據、過程類數據和圖形類數據。

　　用一般的關系型數據庫較難實現這種復雜數據的管理，并且在工藝設計過程中各個問題求解行為必然產生中間及最終的設計結果，這些都是動態工藝數據，必須有相應的動態數據模式支持其處理。因此，導致它的數據結構的復雜性以及實現上的高難度。全局的工藝數據必須要涉及到樹、圖以及復雜的樹狀、網狀及圖狀結構。工藝資源數據具有以下的特點：

　　(1)數據量大，且數據類型及數據關系復雜;

　　(2)靜態和動態數據相結合;

　　(3)數據結構復雜實現較難。

　　2工藝資源數據的組成及結構

　　2.1 工藝資源數據組成及分類

　　在CAPP系統中，工藝數據是指設計過程中使用和產生的數據，在三維環境下CAPP系統中，應包括在整個產品的生產工藝流程中使用和產生的數據。從數據性質、工藝規劃和系統運行中的數據信息的變化情況，可將工藝資源數據分為兩大類：靜態數據和動態數據。

　　(1)靜態工藝數據主要涉及到支持工藝設計過程中所需的相關數據，在CAPP系統中這類數據常由《機械加工工藝手冊》中相關的加工材料數據、加工工藝數據、機床數據、工夾量具數據、工時定額數據、成組分類特征數據、已規范化的工藝規程及工藝術語等數據所組成，其數據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、設備表、生產類型表、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)動態數據是指在工藝設計的中間過程所產生的數據、工序圖或中間工藝規程和加工環境密切相關的一切工藝數據和決策知識，如制造設備數據、專用刀具數據、與特定工藝習慣相對應的數據或工藝規范等。

　　進行工藝設計的實質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，才能在實際生產中發揮作用。

　　2.2工藝資源數據結構

　　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據信息，包括加工設備資源(機加工設備、鑄造設備、特種加工設備等)、工藝裝備資源(刀具、夾具、量具等)、檢測設備資源等，如圖2所示。從廣義上講各種資源的選擇規則有時會變化，并隨技術的發展而改變，因此也是制造工藝資源。

　　圖2加工資源結構圖

　　3基于關系數據庫的工藝資源管理模塊設計

　　3.1工藝數據表的設計

　　工藝數據本身很復雜，因此在工藝數據的組織上需認真考慮如何通過現有的數據源獲取數據，以轉化為企業所需求的相關工藝文件，這也就是數據庫的用戶模式。而在分析如何將數據組織成表的時候，可以通過觀察工藝文件的內容分析結果。如在產品零(部)件工藝路線表中包括如下數據項：產品型號、產品名稱、零件圖號、零件名稱、每臺件數、加工方法、零件外協、工序外協和備注等，在加工工藝過程卡中含有產品名稱、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、設備名稱、設備編號、工裝名稱和備注等，而在加工工序卡片中含有產品名稱、零件圖號、零件名稱和工序名稱等數據項，三張表中同樣都含有產品名稱、零件圖號和零件名稱等。這樣，在建立工藝數據庫時，就應該考慮哪些數據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，將會有很大的數據冗余。例如：可以在零件總體信息表中存放產品名稱、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，而在與該零件有關的表中加入這個數據項，以建立起表與表之間的關系。同時，也可以把車間名稱、材料牌號、工藝裝備和刀具等數據建立成一張張單獨的表，在表中存放資源名稱、編號、規格型號和單位等相關屬性。屬性和名稱放在一個表中，這樣，就會減少一部分數據冗余，從而提高計算機存儲空間的利用和檢索速度。

　　3.2關系型數據庫的建立

　　CAPP系統的工藝數據庫由若干個數據庫組成，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計的最終要求走向毛坯狀態時，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，優化選擇。從這個角度分析，加工資源之間存在著復雜的關系。下面以機械加工工藝過程卡的生成為例，建立相關表的關系模型，如圖3所示。

　　圖3關系型數據庫模型

　　根據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鍵字對零件進行唯一標識。這個標識就是通常所說的關鍵字。工作過程簡述如下：先通過零件圖號檢索零件總體信息表，將零件的相關信息調入該卡片的表頭，再根據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入卡片中進行編輯修改。在修改的過程中，系統可根據欲修改的內容檢索相關數據庫，然后向用戶提供檢索結果，這樣可以提高修改速度。例如，用戶要修改設備，則系統會根據被加工零件的特征和精度等級要求檢索刀具數據庫，然后再根據零件的精度等級以及加工方法在機床數據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，也需根據零件圖號檢索零件總體信息庫，得到相關的參數信息。

　　3.3管理功能及實現

　　三維CAPP系統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，根據系統運行的需要完成加工工藝資源的調度和分配問題。所以要求該系統除了有數據庫的最基本操作外，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。工藝卡片是工藝數據的表現形式。工藝數據相對來說是具有一定共性，而工藝卡片是企業個性化的集中體現。支持用戶自定義工藝卡片是實現CAPP系統的前提。

　　(2)提供輔助工藝設計工具提高工藝設計速度與質量。

　　(3)工藝資源的利用和調度。

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

　　對三維CAPP的系統工藝資源關系數據庫進行分析后，作者在開發集成工藝管理系統時提出了以下工藝管理功能模型：在基礎庫、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數據整理及用戶組和用戶權限的初始化之后，基于對產品設計項目與工廠制造資源的分析，對產品工藝過程進行任務管理、工藝設計、工藝簽審管理、工藝版本管理、工程數據管理，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、項目進度分析與統計和通知發放工作，進行此工作任務管理的應是總工或工藝總工。

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

　　工藝簽審管理是指零部件工藝設計完且提交以后，工藝簽審人員對己提交的工藝設計及圖紙方案的簽審管理。工藝設計方案一旦提交，除非被打回，工藝設計人員再無權修改自己的工藝設計方案，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計時，每一新設計方案都不覆蓋以前的設計方案，而是以高版本的形式存儲于系統中，以便于工藝設計的評價與優化。

　　工程數據管理主要完成工程數據統計、查詢、打印工作。

　　工藝過程管理主要指基于以上各設計和管理模塊，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、進度及整個產品的工藝編制進度，大大提高了工藝設計過程對上級的透明度。

　　整個工藝管理功能模型均是在數據庫技術支持下的，這樣就使工廠所有的工藝師能共享所有的工藝技術資料，統一調配技術資源，隨時了解工廠工裝、設備情況，查詢已有工藝設計情況，為提高工藝設計質量提供了技術基礎。

　　圖4產品工藝管理功能模型框架圖

　　4系統運行

　　打開系統后，如果以工藝設計師的身份登陸，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結論

　　加工工藝資源數據庫在CAPP系統中起著舉足輕重的作用，作者通過對三維CAPP系統中加工工藝資源數據結構和組成的研究，得出了三維CAPP系統加工工藝資源數據之間的關系，以及三維CAPP系統對加工工藝資源庫的需求關系;以機械加工工藝過程卡的生成為例，完成了關系型數據庫的建模，使CAPP系統的制造資源在一定的約束下活動，對企業的制造起到正確的指導作用，并且可以提高系統的運作效率。