基于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的CAPP及實(shí)施

1、基于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的CAPP及實(shí)施         0引言 在制造業(yè)由大批量、低成本生產(chǎn)向以用戶最大滿意度為目標(biāo)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，制造價(jià)值定向已由面向產(chǎn)品向面向顧客轉(zhuǎn)化，制造戰(zhàn)略重點(diǎn)由成本和質(zhì)量向時(shí)間轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)有效性成為制造業(yè)生存的關(guān)鍵。傳統(tǒng)追求大而全的生產(chǎn)組織模式已很難適應(yīng)當(dāng)今變化莫測(cè)的市場(chǎng)需求，機(jī)械制造的組織機(jī)構(gòu)正在向機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)、質(zhì)量可靠的零部件專業(yè)化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。為了能迅速對(duì)市場(chǎng)作出反應(yīng)，在企業(yè)內(nèi)部實(shí)施過(guò)程重組，在并行工程思想指導(dǎo)下，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行再思考、再設(shè)計(jì)，從而達(dá)到高效率、低成本、高質(zhì)量、服務(wù)佳、速度快的目標(biāo)

2、；在企業(yè)之間建立動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，將分散的技術(shù)資源、人力資源和>' target='_blank' class='infotextkey'>管理資源根據(jù)市場(chǎng)機(jī)遇迅速聯(lián)結(jié)成一個(gè)臨時(shí)性的制造實(shí)體，實(shí)行動(dòng)態(tài)協(xié)作，正成為制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。如此必然形成零部件廠商的多層次供貨體系，造成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的分布化局面。為了能夠全面支持企業(yè)過(guò)程重組和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的實(shí)現(xiàn)，作為CIMS信息中樞的CAPP，只有按分布方式進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理，才能按系

3、統(tǒng)工程和并行工程思想實(shí)現(xiàn)與CAD、CAM、CAQ和PPC之間的集成，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)環(huán)境下的全局范圍多目標(biāo)、多原則的工藝路線優(yōu)化，并能夠提供自身的快速重組能力，滿足分布式制造模式的要求。即CAPP應(yīng)由原來(lái)的面對(duì)單個(gè)制造環(huán)境、單個(gè)零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向?yàn)槎嘀圃飙h(huán)境的、包含整個(gè)產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理，達(dá)到能實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)目標(biāo)的分布式的CAPP。而實(shí)現(xiàn)分布式CAPP的基礎(chǔ)則是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 1分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 所謂分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在邏輯上屬于同一系統(tǒng)，但在物理上分散在計(jì)算機(jī)

4、網(wǎng)絡(luò)連接的多個(gè)場(chǎng)地(節(jié)點(diǎn))的一組數(shù)據(jù)集。每個(gè)場(chǎng)地上的數(shù)據(jù)一般用來(lái)描述本場(chǎng)地的現(xiàn)實(shí)世界，場(chǎng)地局部數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源和大多數(shù)用戶(應(yīng)用)一般均駐留在本場(chǎng)地，即每個(gè)場(chǎng)地具有獨(dú)立處理的能力(場(chǎng)地自治)，可執(zhí)行局部應(yīng)用；另外，場(chǎng)地間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊也能執(zhí)行全局應(yīng)用。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)從邏輯上看，如同集中式數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，用戶可在任何一個(gè)場(chǎng)地執(zhí)行全局應(yīng)用。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)復(fù)制使系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)冗余，從而增加了系統(tǒng)的可靠性和可用性；提供局部自治的數(shù)據(jù)共享和場(chǎng)地之間的協(xié)調(diào)，從而使系統(tǒng)具有快速的數(shù)據(jù)處理能力；另外，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與并行處理技術(shù)的結(jié)合，利用多處理機(jī)并行處理產(chǎn)生的規(guī)模效益，可提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能

5、力。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及地理上分散的部門、公司、廠商對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的需求，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)從單機(jī)擴(kuò)展至網(wǎng)絡(luò)，對(duì)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和傳播由集中式走向分布式、從封閉走向開(kāi)放已在所難免。處于分布環(huán)境下的工藝設(shè)計(jì)方法也應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的變化，應(yīng)能充分發(fā)揮分布式數(shù)據(jù)庫(kù)各場(chǎng)地的協(xié)作求解能力，著重解決工藝計(jì)劃的生產(chǎn)可行性問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)工藝計(jì)劃和生產(chǎn)計(jì)劃的整體優(yōu)化效果。 2分布式CAPP的實(shí)施 (1)上海某汽車制造股份有限公司是具有一級(jí)法人資格的總廠型>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟(jì)實(shí)體，屬下有轎車車橋廠、汽車底

6、盤廠、重型汽車廠、內(nèi)燃機(jī)配件廠、汽車拖拉機(jī)底盤廠等5家工廠，地理位置分散。為了能滿足總廠技術(shù)部與各分廠工藝部門及各分廠工藝部門之間的數(shù)據(jù)交換與共享，提高工藝設(shè)計(jì)效率，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，近期實(shí)施了CAPP系統(tǒng)項(xiàng)目。該公司CAPP系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)總廠技術(shù)部對(duì)各分廠工藝設(shè)計(jì)的總體協(xié)調(diào)控制、技術(shù)部與各分廠之間的及時(shí)信息交換、技術(shù)部對(duì)各分廠工藝設(shè)計(jì)結(jié)果的電子歸檔>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、打印查詢，并在各分廠內(nèi)部實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)>' target='_blank' class=&

7、#39;infotextkey'>管理和工藝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)化。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中考慮到了企業(yè)CIMS工程對(duì)系統(tǒng)的需求，使CAPP系統(tǒng)具備了與PDM及MRP集成的能力，其技術(shù)部的總體工作流程如圖1所示。技術(shù)部與各廠之間需交換的信息包括技術(shù)部任務(wù)分配結(jié)果、技術(shù)部任務(wù)協(xié)調(diào)結(jié)果、各廠任務(wù)進(jìn)行情況、各廠工藝設(shè)計(jì)結(jié)果等。這些信息中前三類為及時(shí)交換信息，各分廠工藝設(shè)計(jì)結(jié)果為批量單向發(fā)布信息。   圖1技術(shù)部總體工作流程圖 該項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)與>' target='_blank' class='infotextkey'>管理軟件采用上海交通大

8、學(xué)CIM所開(kāi)發(fā)的SIPM系統(tǒng)。SIPM是一個(gè)面向工藝設(shè)計(jì)師和工藝過(guò)程>' target='_blank' class='infotextkey'>管理的集成化CAPP系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的工藝設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)過(guò)程>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、工藝簽審、工藝版本>' target='_blank' class='infotextkey'>管理、>' target='_blan

9、k' class='infotextkey'>管理用工藝文件自動(dòng)生成等功能。SIPM系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使工廠的所有工藝師能共享所有的工藝技術(shù)資料，統(tǒng)一調(diào)配技術(shù)資源、隨時(shí)了解工廠工裝設(shè)備情況、查閱已有工藝設(shè)計(jì)情況，為提高工藝標(biāo)準(zhǔn)化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。CAPP系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施前，各分廠已基本形成了CAD網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，公司總部也已基本建成了MRP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并已將重汽廠、底盤廠與總部通訊采用了DDN專線，但網(wǎng)絡(luò)支撐大部分只是用于文件傳輸，并沒(méi)有對(duì)工作流程和結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一>' target='_blank' class='infotextke

10、y'>管理，其CAPP系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施前后效果及項(xiàng)目總體功能如圖2、圖3所示。   圖2CAPP系統(tǒng)項(xiàng)目效果   圖3總體功能結(jié)構(gòu)圖 (2)在數(shù)據(jù)處理上，批量單向發(fā)布信息由工藝任務(wù)進(jìn)展情況監(jiān)測(cè)程序觸發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，一旦工藝發(fā)布且網(wǎng)絡(luò)傳送許可，就一次性傳送所有工藝信息；而及時(shí)信息需進(jìn)行實(shí)時(shí)交換，由于信息存放在各場(chǎng)地的分散的數(shù)據(jù)庫(kù)中(不僅是物理上而且是邏輯上)，采用主動(dòng)激發(fā)應(yīng)用程序非常困難，故采用了公用數(shù)據(jù)區(qū)被動(dòng)激發(fā)的方法，即在分散的數(shù)據(jù)庫(kù)上開(kāi)辟公用數(shù)據(jù)區(qū)，需及時(shí)交換的信息動(dòng)態(tài)地對(duì)公用數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行更新，應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)掃描各公用數(shù)據(jù)區(qū)的更新情況，一旦發(fā)現(xiàn)有新數(shù)據(jù)就立即

11、對(duì)其進(jìn)行分類處理并更新公用數(shù)據(jù)區(qū)的狀態(tài)。為了能實(shí)現(xiàn)以上的目標(biāo)，采用了基于客戶機(jī)/服務(wù)器的計(jì)算環(huán)境分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，各場(chǎng)地的客戶機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(RPC)以SQL形式請(qǐng)求服務(wù)程序提供服務(wù)，服務(wù)器執(zhí)行所需的處理，然后將結(jié)果返回給客戶機(jī)，客戶機(jī)和服務(wù)器之間通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫協(xié)同計(jì)算；在整個(gè)系統(tǒng)中，各局域網(wǎng)之間采用TCP/IP協(xié)議通訊，通過(guò)數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)、兩階段遞交協(xié)議等來(lái)確保分布在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)場(chǎng)地上的同構(gòu)或異構(gòu)數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可用性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地組成如圖4、圖5所示。   圖4CAPP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)  圖5各分廠SIPM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需求 (3)目前該公司應(yīng)用系統(tǒng)主要是MRP系統(tǒng)

12、。項(xiàng)目實(shí)施后在網(wǎng)上的應(yīng)用系統(tǒng)除了MRP之外，還有PDM和CAPP系統(tǒng)，PDM、CAPP系統(tǒng)、MRP系統(tǒng)之間存在著大量的數(shù)據(jù)交換，見(jiàn)圖6。其中MRP系統(tǒng)根據(jù)合同給出產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；工程分系統(tǒng)中的PDM系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)BOM及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；CAPP系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息產(chǎn)生工藝規(guī)程及工藝BOM；MRP系統(tǒng)從PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)獲得產(chǎn)品BOM(包括結(jié)構(gòu)BOM及工藝BOM等信息)，并為CAPP系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。因此，須考慮各系統(tǒng)之間信息的集成。  圖6分系統(tǒng)信息流向 為了便于應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展及數(shù)據(jù)交換，可采用層次遞階控制型信息集成方式，見(jiàn)圖7。結(jié)構(gòu)BOM、工藝BOM、企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等子系統(tǒng)間交換

13、數(shù)據(jù)存放在企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中(企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息經(jīng)過(guò)重新整理分類，更具有完整性)；各子系統(tǒng)間的信息交換通過(guò)數(shù)據(jù)存取控制接口向企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送和讀取實(shí)現(xiàn)；各子系統(tǒng)可以再通過(guò)層次遞階控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信息交換(如圖3所示CAPP系統(tǒng)中，各分廠都擁有局部數(shù)據(jù)庫(kù)，總廠技術(shù)部工藝數(shù)據(jù)庫(kù)存在于局部數(shù)據(jù)庫(kù)與企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)之間)。數(shù)據(jù)存取接口可以通過(guò)程序控制或通過(guò)數(shù)據(jù)屬性的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)(如有效性控制可以通過(guò)程序比較文件的時(shí)間，也可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中增加時(shí)間戳字段等方法來(lái)實(shí)現(xiàn))。這種方式降低了各子系統(tǒng)之間接口的復(fù)雜性，增強(qiáng)了整個(gè)集成方案的可擴(kuò)充性；數(shù)據(jù)的交換集中在各子系統(tǒng)與企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)之間，提高了系統(tǒng)集成的可靠性；數(shù)據(jù)交換的功能在企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)與各子系統(tǒng)間進(jìn)行，企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)所在的服務(wù)器分擔(dān)大部分?jǐn)?shù)據(jù)交換所需的計(jì)算時(shí)間，可減少子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)交換的被動(dòng)響應(yīng)。  圖7層次遞階控制型信息集成方式 3結(jié)束語(yǔ) 本文探討了新的制造模式下