在企业信息化建设过程中，不少企业陆续引进关于设计、制造等针对不同功能的软件系统，用来解决企业局部的信息化问题。但是这样的引进造成了各软件系统之间无法进行理想的数据交互与共享，形成“信息孤岛”。PDM与CAPP在大多数制造企业中均有应用，两者之间也存在这种问题。
PDM与CAPP集成不是简单叠加或组合，而是各模块间信息合理交互、共享与处理的集成。目前PDM与CAPP集成在制造业信息化领域达成一致共识以PDM管理的数据为基础，以CAPP系统为应用载体。在集成内容与形式方面，提出以工作流管理为主线、过程集成与信息集成的管理型CAPP系统。PDM与CAPP系统在信息、过程和功能上全部集成的紧密集成模式。PDM与CAPP集成的目的是通过两个系统之间的数据交互与共享来提高工艺设计效率，故集成内容与形式应以其实际应用为基础。本文提出基于工艺设计过程的PDM与CAPP的集成，以工艺设计活动实际应用过程为设计依据建立集成业务模型。
工艺知识是制造企业核心竞争力一部分，工艺设计过程中对工艺知识的调用可以大大缩短工艺设计时间并提高准确性。但是目前制造企业普遍存在工艺知识组织散乱、传承性低、易泄露的问题。尤其是经验型知识，存储于工艺人员头脑中，通过“师傅带徒弟”的形式进行传播使用，不符合现代制造业的要求。本文在PDM与CAPP集成体系中，着重描述了工艺知识库的结构模型、知识创建及查询业务模型。
1 基于PDM的CAPP系统构建
基于PDM的CAPP系统，包括用户信息、文档管理、工作流程管理、任务管理、工艺编辑、工艺知识库等模块。业务流程如图1所示。
图1 基于PDM的CAPP系统业务流程
用户初始信息及权限设置，工作流程及任务执行过程中的审签流程分别在“用户信息”模块、“工作流程管理”模块由“系统管理员”进行设置，这是系统的数据基础。用户以合法的登录名和密码登录系统之后，系统自动识别该用户相应的权限，该用户可以在系统中进行权限范围内的操作。
工艺设计活动通过“任务管理”模块以创建任务的形式进行发布。刨建任务时制定任务执行人与任务完成期限。任务执行人进行任务的执行，即在“工艺编辑”模块进行工艺文件的编辑或者更改等操作。在工艺文件的编辑过程中可以从“工艺知识库”中调用知识进行工艺设计。
工艺设计任务完成之后相关工艺文件归入“文档管理”中进行存档。
2 基于PDM的CAPP系统中工艺知识库构建
CAPP系统中的工艺知识管理一直是制造业信息化领域讨论研究的热点问题，近年来研究的焦点趋向于工艺知识的提取、表达、分类等。本文提出基于工艺设计过程的由粗到细的知识分类管理方法，并且基于保护企业知识与商业机密的原则，提出了知识密级控制，将知识密级与人员权限结合，预防知识泄露。
2.1 工艺知识库结构模型
工艺知识创建与查询的基础是零件特征，故工艺知识库中必须有“零件特征库”这样一个子库。本文中工艺知识库包含“零件特征库”与“典型知识库”两个子库。“典型知识库”中包含与零件工艺设计密切相关的工艺知识。
2.1.1 零件特征库结构模型
关于零件特征的分类，根据零件与特征之间的联系，将零件的制造信息分为三个层次：零件层、特征层和几何层。在特征层将零件特征分为管理特征、形状特征、技术特征、制造特征、精度特征、材料特征等并列的几类。本文中将零件特征分为两部分，“典型零件”和“典型特征”。“典型零件”是企业长期生产活动中总结出来的具体的、有代表性的零件及其特征。“典型特征”是总结企业所有零件特征得出的具有代表性的特征，但是并不是每一组特征都能对应具体的零件。
在实际的工艺设计过程中，工艺设计人员最先识别的是零件的外形特征及结构特征，产品设计文件中提供确定的几何特征、精度要求等信息，这三种特征是工艺设计过程中进行工艺知识查询的条件。而且，三者之间不应该是并列的关系，而是有层次关系的。所以，在“典型特征库”中，按照“零件外形类型（例如回转体类与非回转体类等）”→“结构特征”→“几何尺寸/精度要求/材料等”这样一个层次构建“零件特征库”的结构。如图2所示。
图2 零件特征库
2.1.2 工艺知识分类及表达
关于工艺知识，将其分为“工艺资源知识”和“工艺规则知识”，将其分为“静态知识”与“动态知识”，将工艺知识扩展为“制造知识”，将“制造知识”分为“制造资源类知识”、“制造对象类知识”、“制造过程类知识”三类。目前对工艺知识的分类多是基于知识的本身，在实际应用过程中并不能保证工艺设计人员的应用得心应手。
企业长期生产活动中总结出的工艺知识可分为规则型知识与经验型知识两类。规则型知识是国家标准或企业标准中明确的工艺规定，如机床性能参数、材料性能参数等。这类知识一般可通过“IF...THEN...”形式进行量化表示。经验型知识是工艺设计人员在长期设计活动中总结出的经验数据和规则。经验型知识的表达是工艺知识表达问题的关键。经验型知识同样可以通过“IF...THEN...”的形式进行量化表达，但是这种表达形式，无法说明选择过程中经验所起的作用，欠缺对于选择结果的原因的表达。本文中通过“备注信息”解决这一问题，备注信息中可以通过图片、文字、视频等形式对该经验型知识进行详细阐述。如图3所示。
图3 工艺知识分类及表达
2.1.3 典型知识库结构模型
在工艺知识分类上，以工艺设计过程为依据，参考零件特征库结构，对工艺知识进行由粗到细的分类。图4为典型知识库结构模型。
图4 典型知识库结构模型
“典型零件工艺知识库”与“零件特征库”中“典型零件库”具有映射关系，典型零件工艺知识即每个典型零件对应的详细工艺文件。
“典型工艺流程库”中存储的是与零件典型特征组合对应的，具有代表性的完整工艺路线，该工艺路线只包含工序名称与顺序，不涉及对工序的具体描述。
“典型工艺流程段库”中存储的知识与“典型工艺流程库”类似，不同之处在于该库中存储的工艺路线只是典型的工序组合，不是完整的工艺路线。
“工序知识库”中对具体的工序进行描述，“工步知识库”中则是对工序下具体工步的描述，其中就涉及到工装设备的选用，加工参数的设定等。故在“典型知识库”中还包含“工艺资源库”与“参数知识库”两个子库。“工艺资源库”中记录工装、设备、材料等工艺设计过程中需要选定的资源及其属性信息，“参数知识库”则记录产品参数表信息。
2.2 工艺知识的使用
创建工艺知识库的主要目的是将企业长期生产活动中总结出来的知识进行梳理和存储，方便工艺设计人员调用工艺知识以提高工作效率，并且保证工艺知识的传承性与安全性。
2.2.1 工艺知识创建流程
工艺知识库结构创建完成之后，就需要进行知识的填充。首先需要在“零件特征库”中填充“典型零件库”和“典型特征库”的内容，这是填充工艺知识的前提，典型零件的属性不仅包括基础属性如“零件名称”、“零件编码”等，还需要有其对应的特征属性。
在“典型知识库”中填充知识时，“典型零件知识库”中的每份工艺文件都是对应一个典型零件。“典型知识库”中每条知识者弦对应一个特征组合。
基于企业工艺知识安全性的考虑，每条知识都有一个属性为“密级”，密级可分为“绝密、机密、秘密、公开”等不同等级，不同权限的人员可以查看不同密级的知识。
2.2.2 工艺知识查询、调用与维护
工艺知识查询、调用可以按照零件参考工艺知识的程度大小，分为快速查询、逐层查询，全新设计三个类型。如图5所示。
图5 工艺知识查询调用
快速查询适用情况：工艺设计人员非常有经验，得到新的工艺设计任务之后知道其与哪种典型零件最为相似，可以直接从“典型零件知识库”中得到该典型零件具体的工艺文件，在此基础上进行修改完善，以得到新的工艺文件，完成工艺设计任务。
逐层查询适用情况：工艺设计人员在接到工艺设计任务后，不能明确知道其与哪个典型零件最为相似或没有典型零件与其非常相似。通过逐层查询方式在“典型知识库”中逐步锁定最为相似结果。首先输入新零件特征值，输入的特征类型越多，限制条件越多，得到的符合特征的工艺路线越少。此时得到的是没有具体工序内容描述的工艺路线。确定工艺路线之后，通过“特征+工序”查询方式在“工序知识库”中查询得到具体工序知识，并在“工步知识库”中查询得到具体的工步知识。
全新设计，适用于全新的零件工艺设计任务，没有可以参考的典型零件和特征，直接进行工艺文件的编辑，在编辑过程中可以从“工艺资源库”中调用现有工艺资源，在“参数知识库”查询相关加工参数信息。
在基于PDM的CAPP系统中，工艺知识的更新与维护要做到可控制、可追溯。工艺知识的更新需要通过“变更任务”进行，工艺知识的删除需要严格控制权限。
3 应用实例
基于以上理论，在A公司“CAPP与工艺管理系统”中进行具体应用。该系统中包含“系统工具”、“工艺设计管理”、“工艺知识库”、“工艺资源库”等模块。根据A公司实际情况，将“工艺资源库”单独列出，但是其在工艺知识创建、查询、调用过程中的作用没有改变。
工艺知识库中的“零件特征库”如图6所示。零件特征库中，因为该企业生产的零件全部为回转体类型，故没有第一层的外形特征，直接从结构特征开始进行分层管理。
图6 零件特征库
创建新的工艺知识时，需要首先确定零件特征值，如图7所示。工艺文件的编辑过程中需要进行工艺知识的调用，可以通过右键菜单或者菜单栏进入“工艺知识库”进行知识的查询。工艺文件编辑环境如图8所示。
图7 设定零件特征值
图8 工艺文件编辑环境
4 结束语
本文主要描述了基于工艺设计过程的工艺知识库模型的创建，通过工艺知识的调用可以快速准确地得到工艺设计结果，在实际应用中这一点也得到了验证。但是，没有涉及对得到的工艺设计结果的评估，难以保证选择的设备空闲可用，选择的加工方法最优。这是本文不足之处，有待解决。
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