CAPP开发平台的对象模型驱动机制研究

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1、CAPP开发平台的对象模型驱动机制研究 摘要：在对制造企业工艺信息化应用模型的分析与总结的基础上，提出了CAPP开发平台的基础模型和应用模型，建立了以面向对象方法进行模型描述的方法体系，实现了基于模型驱动的系统开发运行机制，并对采用该方法在CAPPFramework系统中实现的关键技术进行了论述。? 下载论文网关键词：计算机辅助工艺过程设计； 开发平台； 面向对象； 模型驱动； CAPPFramework中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：10013695(2007)08007203信息化与知识化是制造业的发展趋势，制造企业需要进行信息、知识的快速分布、获取、共享和交换。对于制造企业

2、的工艺信息化，基于商品化的CAPP开发平台进行应用开发已经得到企业的共识，但是由于工艺的复杂性和在应用中的不确定性，开发应用过程中会对应用系统的需求和功能进行调整，这就要求CAPP应用系统应具有良好的RRS（reconfigurable reusable scalable）特性，即可重构性、可重用性和可扩展性。目前，面向建立具有RRS特性的软件系统，OMG最新的战略是建立模型驱动体系架构（model driven architecture, MDA），它是更有效地描述复杂系统的需要。因此，CAPP开发平台需要建立基于模型驱动的系统运行机制，通过建立制造企业的产品模型、工艺模型、工艺业务过程模型

3、、制造资源模型、工艺文件模型、组织管理模型等，实现以演进的模型驱动为核心的系统开发与应用。?1CAPP开发平台的对象模型驱动机制?实际上，模型和语言都是对系统的描述。传统的编程语言适合表述顺序过程，而模型可以表述复杂结构。通常，模型应具有以下几个分析要素：?a)模型的时效性。对于系统开发应用而言，模型分为运行期模型和开发期模型。对系统应用而言，运行期模型揭示了系统模型驱动的本质。?b)模型的可进化性。在系统应用过程中，通过应用开发者不断对模型进行改进，可以持续地适应应用环境与需求的变化。?c)模型的层级性。正如语言有多个层次一样，模型也具有层次，当系统很复杂时，模型的层次划分对于系统的设计与开

4、发是非常必要的。?由于CAPP应用系统是典型的开发生命周期较长、分布式的工程应用程序，CAPP应用系统需要基于MVC模式进行应用程序的设计与开发，建立具有柔性并可在运行期间不断调整的模型，满足系统具备RRS特性的要求。从CAPP应用系统开发的角度来看，模型不仅包含程序代码的开发数据模型，更重要的是CAPP应用系统面向应用企业开发的应用数据模型。它是建立CAPP应用系统开放性、扩展性的核心。?CAPP开发平台的对象模型驱动机制是基于CAPP应用系统开发期模型驱动CAPP应用系统运行期模型的过程。它是一种可进化的模型体系，其时效性贯穿系统的开发期和运行期，它描述的层级是系统中的对象一级。CAPP开

5、发平台基于对象模型驱动机制如图1所示。它表示CAPP应用系统的共性。基于CAPP开发平台面向具体企业开发的CAPP应用系统，其可变性由模型驱动，其专用性是依靠CAPP开发平台实施配置产生的开发期模型驱动保证的。?为了表示制造企业CAPP应用系统的共性，基于对制造企业工艺信息化的分析，本文建立了面向制造企业工艺信息化领域的基础模型，即制造企业工艺信息模型（process planning information model，PPIM）。它包括企业的工艺相关业务对象（如产品、零组件、工艺、制造资源、工艺流程等）的基础模型。PPIM通过确立标准的概念、术语模型，为CAPP应用系统的开发建立共同的协议

6、、标准，以实现工艺信息、工艺知识的交流共享。对于制造企业工艺信息模型，从概念层次可分解为其中：?a）ProdM（prod model，产品信息模型）。产品的信息描述模型，如产品代号、产品名称、版次以及产品的装配关系等。?b）PartM（part model，零件信息模型）。零件的信息描述模型，如零件名称、零件代号、版次等，以及零件的特征与加工元模型。?c）PPM（process planning model，工艺模型）。工艺的信息描述模型，它面向各专业的工艺设计，定义相关的工艺类型，建立包含工序、工步、零件、产品以及相关制造对象与制造资源间关系的模型。?d）MRM（manufacturing

7、resource model，制造资源模型）。有关制造资源，如设备、工装、刀具、量具等的信息描述模型。?e）MOM（manufacturing object model，制造对象模型）。有关制造对象，如材料、毛坯等的信息描述模型。?f）PPDM（process planning decision model，工艺决策模型）。基于模型分析的对象类，以对象方法和产生式规则形式定义的工艺决策模型。?g）PCM（process card model，工艺卡片模型）。基于对象模型，对工艺卡片进行的关联定义模型。?h）PFM（process file model，工艺文件模型）。对工艺文件之间的关系进行定

8、义的模型。?i）WFM（work flow model，工艺流程模型）。包括对工艺文件审批等定义的审批流程模型，以及对工艺分工、工艺文件更改等定义的工作流程模型。?j）OM（organization model，组织模型）。对企业工艺信息化应用系统相关的部门、组织结构等定义的模型。?k）UM（user model，用户模型）。对企业工艺信息化应用系统相关的用户、角色及权限定义的模型。?l）FCM（function configuration model，功能配置模型）。对企业工艺信息化应用系统的配置、功能选项等定义的模型。?2CAPP开发平台的面向对象分析与建模?面向对象（OO）方法是一种运用

9、对象、类、实例以及封装、继承等概念来构造软件系统的一种软件开发方法，它已是非常成熟的软件技术。其基本原理是对问题领域进行自然分割，按人类认识客观世界的思维方式来识别和定义客观世界中的相关实体（如领域概念、对象、属性、方法等），是一种直观、自然、易于理解的概念模型化方法。对于CAPP开发平台的分析、设计与开发，OO方法在技术的成熟性和技术能力上均可满足各阶段开发的需要。CAPP开发平台对象模型驱动机制如图1所示。?21CAPP开发平台与工艺知识库模型?工艺过程设计与管理所涉及的范围十分广泛，其信息量和知识量都相当庞大。在传统的CAPP应用系统中，工艺知识库通常是狭义的知识库，即工艺知识库中主要存

10、储推理规则等决策性知识，主要面向系统的工艺决策。CAPP开发平台的工艺知识库作为CAPP应用系统的核心，与传统的工艺知识库有很大区别。它是广义的工艺知识库，应包含企业以对象模型表示的模型知识、以对象实例表示的具体工艺知识和以对象方法表示的决策知识等，为CAPP应用系统的开发、应用和维护服务。?CAPP开发平台的工艺知识库的作用可分为两个层次：?a）为具体企业的CAPP应用系统建立其个性化的对象模型体系，包括产品信息模型、零件信息模型、工艺模型、制造资源模型、工艺决策模型、工艺卡片模型、工艺文件模型、工艺流程模型、组织模型、用户模型和功能配置模型等，并且在系统应用中不断维护。? b）基于建立的个

11、性化对象模型体系，对对象模型中与工艺知识相关的对象实例和对象方法进行管理，为工艺人员的工艺设计提供有效支持，如对模型中的典型工艺、典型工序和典型工艺等对象的实例，从而以工艺知识库代替手工查阅工艺手册及相关资料，代替手工查阅已设计好的工艺实例；基于工艺决策模型建立的对象方法决策知识，提供相关自动工艺决策功能，辅助工艺人员提高工作效率。? 在CAPP开发平台中，具体的工艺知识和工艺数据都是作为对象模型中对象的实例分别存储在工艺知识库和工艺数据库中。在CAPP开发平台的应用中，准确、完整的工艺知识库对象模型的建立是基础和核心。此外，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，企业的应用模型以及外部表现形

12、式、工艺知识等都可能发生变化。这需要做好工艺知识库的应用维护工作，真正体现工艺知识库模型的核心作用。?22 CAPP开发平台的对象模型描述?CAPP应用系统的开发通过CAPP开发平台建立其工艺知识库，即通过对象建模工具，实现CAPP应用系统的对象模型驱动机制。它是实现CAPP应用系统的RRS特性的基础和关键技术。根据分析的制造企业工艺化基础模型结构，可采用面向对象技术建立CAPP应用系统的应用模型。CAPP应用系统的应用模型可建立多个视图（如组织管理视图、人员视图、工作流程视图、文档视图、数据视图），它实现不同视图之间的集成。在CAPP应用系统的开发过程中，需要不断地对所建立的应用模型进行分析

13、与优化，从而支持CAPP应用系统渐进式的实施与开发过程。?在CAPP开发平台中，对象模型驱动是采用面向对象方法分析、描述CAPP应用系统的应用模型，形成能够正确反映工艺设计与管理过程的对象模型体系。CAPP应用系统的模型采用以对象类为基础、对象类与产生式规则相结合的面向对象模型表示方式；以对象类描述工艺信息实体的信息结构；以对象实例描述典型的工艺信息；以对象方法和产生式规则形式来描述、组织工艺决策知识和系统配置；以过程控制知识控制系统的决策及配置过程。面向对象的CAPP开发平台模型表示如下：?对象类:=对象类名称, 对象属性，对象方法, 对象实例?对象类名称:=字符串?对象属性:=序号, 属性

14、名称, 属性别名, 属性值型, 属性约束, 计算公式, 默认值, 取值方式, 关联, 属性类型, 属性特性?序号:=整型?属性名称:=字符串?属性别名:=字符串?属性值型:= 整型 | 实型 | 字符串型,长度 | 文本 | 对象, 引用对象类名称 | 对象列表, 引用对象类名称 | 逻辑型?长度:=整型?引用对象类名称:=对象类名称?属性约束:= | 属性值系列?属性值系列:=属性值,属性值?计算公式:= | 算术表达式?默认值:= | 属性值?取值方式:=自由取值 | 约束取值 | 关联取值?关联:=无关联 | 单关联, 关联对象属性名称 | 多关联, 关联对象属性名称系列?关联对象属性名

15、称系列:=关联对象属性名称, 关联对象属性名称?关联对象属性名称:=属性名称?属性类型:=外部属性 | 内部属性?属性特性:=公有属性 | 私有属性?对象方法:=方法名称, 推理方式?对象实例:=对象实例名称, 对象属性值系列?对象实例名称:=字符串?对象属性值系列:=属性值, 属性值?3CAPP开发平台的基础模型和应用模型?CAPP开发平台基于对象模型驱动机制进行CAPP应用系统的开发。CAPP应用系统是以应用模型的建立为核心进行系统的实施、开发和运行。为适应企业应用环境的变化，CAPP应用系统可通过对应用模型的更改，实现对其数据结构、数据流程的相应更改。?1）CAPP开发平台的基础模型它是

16、CAPP应用系统的运行基础，确立了系统的基本数据关系和运行机制，是企业CAPP系统应用模型建立的基础。通过对制造企业工艺信息化领域的分析，所建立的概念、术语集合及关系就是CAPP开发平台的基础模型。从软件系统开发的角度可以认为，所谓CAPP开发平台的基础模型，就相当于CAPP开发平台系统内部定义的保留类及关键字，它标志了制造企业工艺信息化领域相关实体信息模型的共性，其可变性由实施配置产生。基于对制造企业工艺信息模型的分析，CAPP开发平台以产品、零件、工艺、工序、工步作为核心对象类，并将制造企业工艺信息化领域所涉及的各种对象划分为四种基本类型，即制造工艺、制造对象、制造资源和工艺决策，它们构成

17、CAPP开发平台基础模型体系，如图2所示。?2）CAPP开发平台的应用模型在CAPP开发平台的基础模型的基础上，对具体企业进行工艺分析，可建立实际企业的工艺信息模型，这就是应用模型。它采用CAPP开发平台对象模型驱动机制描述具体制造环境的对象实体结构、对象之间的关系及对象的操作等，形成能够正确反映实际应用的对象模型体系。具体企业CAPP应用系统应用模型的正确建立和维护是CAPP项目实施、应用和开发的关键。?4CAPP开发平台的数据模型?基于CAPP开发平台的对象模型驱动机制的研究，笔者在国家“863/CIMS”支持的CAPP应用开发平台CAPPFramework的开发中，建立了以对象模型驱动为

18、核心的系统运行机制和开发平台的核心数据模型，涵盖了CAPPFramework的基础模型和应用模型。它们分别涉及系统的保留对象类和用户自定义的对象类。在处理上，CAPPFramework采取一致的数据模型，实现统一的数据处理方式，便于系统的扩充和维护。CAPPFramework的开发采用的是 Visual ?C+ 6.0 开发工具。这里以CAPPFramework对象层中与对象模型驱动机制建立相关的核心对象类及其关系来说明其数据模型。它是对CAPPFramework面向对象的对象模型驱动机制的数据结构设计与表示。其中：CPPBObj类是CAPPFramework基于对象模型的所有实例对象处理的通

19、用对象类，对应于CAPPFramework的对象层；CKBClass类是CAPPFramework对象模型的通用对象模型类，它对应于CAPPFramework的应用模型层；CKBAttr类是对对象模型的每一个属性进行描述的对象属性类，CPPBObj类中对象实例的对象属性就是根据CKBAttr类的定义而来的。?5结束语?建立模型驱动体系架构的CAPP开发平台是保证CAPP应用系统快速开发、实施和应用的基础。基于对象模型驱动机制的CAPP应用系统可以适应工艺的复杂性和在应用中的不确定性，保证系统的RRS特性的实现，并对系统的需求和功能变化进行适应性调整。本文所采用的面向对象建模方法建立的CAPP开

20、发平台基于对象类、对象方法、产生式规则和过程控制知识为核心的对象模型驱动体系是一种成熟有效的方法，它已在系统CAPPFramework的开发中得到应用和验证。? 参考文献：?1ROBO E D, CHUNG E C, VASSILIADIS C A. An object?oriented knowledge?based system for automating the routing process in a manufacturing environmentJ. Engng Applic Artif Intell, 1994,7(4):407413.2崔立元，罗燕京，李刚基于企事业模型的软

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