文摘

为了提高智能制造业的信息和产品创意水平传感器技术的基础上,本文总结了CAx集成基于传感器技术的现状及其设计应用和分析现有CAx集成的缺陷,旨在准确,完整,及时,无障碍转移传感器产品数据和信息之间的CAx系统和MRPII / ERP管理信息系统。的概念和信息模型的功能扩展传感器组件面向传感器智能制造的整个过程。以传感器组件的功能扩展为集成链接,CAx集成框架结构及其设计应用模式建立了基于功能扩展,而关键技术和实现想法实现集成和设计提出了应用程序,它提供了一个有效的路径,实现传感器集成CAx和MRPII / ERP等管理信息系统。

1。介绍

传感器技术是一个迅速发展的高新技术在当今世界。这也是现代科学发展的一个重要标志。与通信技术和计算机技术,传感器技术构成了21世纪信息产业的三大支柱。如果计算机是人脑的延伸,那么传感器是人类功能的扩展。因此,每个发达国家认为传感器技术是本世纪关键技术来开发。传感器的应用也越来越广泛,已经渗透到各种专业领域。然而,传感器技术的创新和新产品开发的能力落后于国内外先进水平,限制工业自动化和信息技术的发展。

计算机集成制造系统(CIMS)基于传感器技术是制造业信息化的关键技术。CIMS需要快速、无损和无畸变的通讯产品计算机辅助X (CAx)之间的信息系统和管理系统等制造资源计划(mrpⅱ)和企业资源规划(ERP)。CAx集成技术研究了几十年来,研究人员和商业软件Solidworks和Pro-E等,这是典型的计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD / CAM)集成,已被广泛应用于多个行业。取得了丰硕的研究成果面向企业应用程序在统一平台集成多系统和跨系统的技术。然而,在这些技术仍然存在局限性,不能完全满足集成需求。

最有关的问题的应用CAx系统集成之间的畅通连接是基于传感器技术的CAD和其他CAx系统(1- - - - - -3]。研究人员一直在处理这个问题上做出了巨大的努力,和几个集成框架模型提出了在不同的情况下。CAD系统和PDM系统集成模式研究[4]。3 d CAD软件SolidWorks 2010和小型PDM系统的设计。CAD、CAPP、CAM集成系统框架,提出了基于PDM和定制内容和实现技术参与的实现框架研究在深度5]。CAx系统与PDM系统集成采用消息驱动中心说集成模式(6]。一个新的框架设计的CAx信息管理和集成系统(CAx-IMIS)基于产品数据管理(PDM)技术和步骤提出了集成技术7]。实现了CAD / CAE无缝集成,收口的设计质量和效率的提高(8]。知识集成系统框架,获得机械产品开发(9]。虚拟CAx系统的建模与仿真的工作流,并介绍了设计的新自行车塑料瓶(10]。CAx系统的未来发展和概念结构提出了影响汽车公司及其供应商(11]。研究人员结合CAD、CAM和计算机辅助工艺规划(CAPP)与计算机软件产品数据管理(PDM)平台,使用统一的控制程序实现提取、交换、共享,和操作的信息。这不仅能保证畅通无阻的信息流动在系统也有效的操作系统,因此,实现CAx集成目标(12]。Klocke et al。13)提出了一个方法的扩展函数块来减少数据丢失在适应过程链通过引入数据端口列表,实现了CAx系统的集成。李等人。14)提出了一种数字化协同设计模型,研究了产品设计过程集成技术基于网络服务。新概念的闭环制造过程数控机床CAD / CAM系统提出了基于STEP-NC (15]。

实现CAD / CAM信息集成,介绍了特征识别技术在CAM编程的相互作用,建立了数据管理、生产过程管理、企业资源规划。此外,倪et al。16)提出了一种面向异构系统集成框架的企业业务合作框架和分析相关的关键技术,如本体建模、本体映射和语义互操作机制,它提供了一个新的体系结构和业务合作建立异构系统集成的方法。提出了一种基于特征技术的CAx集成系统(17- - - - - -19]。系统实现子系统的集成CAD、CAM、CAPP界面和通过一步是适应产品设计和工艺设计的CAD系统与不同的格式。一些研究人员还研究了ERP / CAx集成基于CORBA, COM/COM +和JavaRMI组件技术和基于本体/ PLM CAx / PDM集成,旨在实现CAx和企业资源管理系统之间的连接,并支持合作设计。

1990年代末以来,应用CAx集成一直专注于企业应用程序和企业知识。因此,集成应用CAx逐渐从单独的每个单元技术应用系统开发的本地连接多个CAx系统最后实现整体集成(20.- - - - - -22]。此外,深度学习平台(23),动态系统(24,25),和故障诊断领域26)可以用于传感器部分的设计分析和集成工程。从以往的研究中,可以得出的结论是,现有的CAx集成技术主要关注基础,PDM-based,基于功能的集成。

尽管如此,仍有许多挑战在建立企业生产基于CAD / CAM / CAPP集成系统来满足工业信息化的要求。首先,基础集成模式使用中性文件为CAx系统提供一个“中间转换”或“中间接口,从而导致损失的CAD设计意图和不能完全满足集成需求。第二,PDM-based集成技术只提供了一个平台产品数据的集中管理。当CAx系统之间的数据和信息传输通过PDM平台,CAx的单一系统的固有属性表达式将丢失和集成需求不能完全满意。此外,尽管基于功能的集成技术可以解决这一问题的CAx系统之间的信息交换和共享,这是局限在CAx。子系统之间的信息交换是CAD、CAM、CAPP、CAFD必须支持的特征识别和特征映射技术。因此,CAx系统的无缝集成和管理信息系统,如CAQ和MRPII / ERP是不能实现的。与此同时,现有的功能本质上基于cad三维几何图形不包含的信息包括生产特性,夹具功能,质量特性,和资源的特性,因此,限制了实际应用的集成系统。

关注上述局限性,本文调查了功能扩展技术及其信息模型。此外,CAx集成框架扩展,建立了基于信息和关键技术实现无缝集成进行了研究。这项工作可以促进CAx系统的发展走向的方向高集成、网络、虚拟化,和智慧。

2。传感器组件的功能扩展原理及其信息建模

一般来说,应该多畴的产权特性包括设计、制造、质量、资源领域。这个属性使工程应用程序的功能完整的知识,独立于特定的工程系统。拟议的功能扩展的主要思想是建立一个新型的特性优点的独立、完整性、可重用性、可修改。这种类型的功能可以保证CAx的集成,满足功能的要求上面提到的财产。

在第二页的这一节中,提出的信息建模的原则和功能扩展方法将详细介绍。

2.1。传感器组件的功能扩展的定义和表达式

自适应的功能扩展是一个几何单元产品/组件的生命周期,包括产品或组件的完整信息。完整的信息(设计、制造、夹紧、质量、资源、和管理)和其相应的功能打包的功能扩展。这个属性使该功能扩展访问不同的应用系统来获取所需的信息。

根据上述基本概念说明,功能扩展可以表示为一组的一系列特点: 在哪里是(即功能扩展。,unit geometrical entity);是所有设计的设计特点设置信息的包装,包括特性ID、功能名称、材料和热处理信息、技术要求和几何拓扑结构;制造业的特点吗 ,与信息有关制造包装细节,如制造技术、工具的信息,和生产设备;夹具的特性包吗 ,装配信息包括定位、夹紧和导向;包装的质量特性 ,这是由检测计划、检测标准、检测方法,等等。是资源和管理特性集的资源和管理信息(资源规划、物流、交付进度,等等)是包装。

接下来,建设的五个特性集将详细说明。

2.1.1。的表达 :一个矩阵

提出了功能扩展需要内部特性的标签和匹配的可行性。以满足这样的要求,使表达更合理的设计特点,设计特性集可以设计如下: 其中每个在是一个列向量元素,对应于样品的功能扩展。其中,是标签向量表示的唯一标识样品;是向量存储的名称叫什么样品;是几何向量,提出几何实体的吗样品;存储功能扩展的几何尺寸和公差;和用于存储材料和热处理方法,分别的样本。

从上面的语句,它可以得出设计功能一种矩阵;每一列的表示某个功能扩展的设计特征。

2.1.2。建设 :树形结构数据

生产功能应该是提取设计功能 ,作为补充(技术细节)相关特性的包装 。考虑到生产的宪法知识,可以设计成树形结构数据,功能为核心的结构和信息。

基于上述分析,是设计成如图1。

2.1.3。的表达 :基于相关性的逻辑规则

全面描述了夹具的功能,容易得多,其他功能设置自可视为继承 。因此,打包在一个功能扩展可以设计为一个逻辑变量,指示是否一个功能扩展不信,表示为:

2.1.4。的结构设计

质量特性集包括产品或组件的质量规划、质量策略、检测方法、检测计划,等等。这些都是紧密相关的和 。所有必要的信息必须包含在所以CAQ可以访问所需的信息。因此,可以设计成图中给出的一个吗2。

2.1.5节讨论。包装资源和管理功能的结构设计

资源和管理功能集通常是由和紧密相关的企业管理策略。因此,一个特定的需求(公司的)资源管理应该打包在功能扩展。这个概念后,资源的包装和管理特性可以设计不仅包括制造,还管理细节,如图3。

2.2。信息模型的传感器组件的功能扩展

(提出的功能扩展1制造业)是提高设计质量和优化公司的管理操作。更具体地说,一个功能扩展是一种改进的特性集继承自其原始功能。功能扩展延伸“特性”的概念,通过添加新属性(如质量、夹具和资源)传统特性集。这意味着功能扩展的核心是一个几何实体所需的所有属性CAx和MRPII / ERP系统打包。

在上面的讨论中,提出了功能扩展的信息模型可以表示为数字4和5。

作为显示在图4扩展,该特性是设计为一个3 - layer结构,包括支持层、属性层和表现层。支持层是一组特性映射特性的知识,和特性规律,控制信息包含在它的自组织。最终结果,支持层地图的设计功能为制造业、夹具、质量和资源和管理功能,即。, , , ,和 ;财产构成的映射层。

最后,映射处理后的支持层、表现层作为一个几何实体,扩展显示和表达的特性,包装与所有属性提供的属性层、服务集成系统所需的信息。

我们从上面的例子可以得出特性扩展表达明确作为一种特殊类型的几何实体,可以视为一个信息实体,作为CAx和其他管理应用程序之间的桥梁。图5描述了包装内容和功能扩展的信息结构。显然,一个功能扩展包含整个产品或组件的功能信息索引。

3所示。结构设计的综合CAx系统基于传感器组件的功能扩展

提出了功能扩展方法的主要目的是相应地建立一个集成的平台面临企业所有的CAx系统相结合,企业信息管理系统、和工作流动的,在一起。这个平台功能作为一个信息中心系统对所有特定的应用程序属性的统一门户,feature-leading,和协同操作,其核心是拟议的功能扩展。

接下来,我们将说明综合CAx系统的结构设计基于该功能扩展技术。

3.1。建筑设计应用程序级别的集成系统使用传感器技术

应用程序级别的层次设计集成系统的呈现在图6,这是由四层:用户界面(UI)层,控制层,应用集成层,数据层的支持。

在以下内容,四层的定义将会介绍。

3.1.1。用户界面层

这一层的目的是为用户提供一个统一的门户网站允许用户操作和调用集成CAx系统。

3.1.2。控制层

这一层的主要任务是控制信息采集的功能扩展每个CAx或MPRII / ERP系统的集成系统。与此同时,控制层拨款部门每个应用程序访问和获取数据库,根据业务流程的逻辑。

控制层保证了合作(嵌入式的应用程序之间的集成系统,协同设计阶段)的过程,知识,和多学科优化。

3.1.3。应用程序集成层

应用程序集成层与CAx系统和其他嵌入式MRPII / ERP等管理系统。换句话说,应用程序集成层是一个集成的应用程序的CAD建模、CAPP技术规划、CAFD夹具设计,CAQ质量检测和控制、CAE工程分析和MRPII / ERP企业资源管理等。

在上面描述的集成应用,CAD / CAM集成设计的关键技术。和功能扩展这一层的核心组件,因为应用程序可以嵌入在这一层的不同类型的信息打包功能扩展。

3.1.4。数据支持层

数据支持层综合管理(即不同类型的数据库。,extended features database, the feature extension samples database, and the technical knowledge database), so that the data presentation and the upper-layer operation of the feature extension can be supported.

3.2。关键问题和解决方案在功能扩展的实现基于传感器组件

上一节介绍了层结构的综合CAx系统提出了研究。在本节中,根据功能扩展的定义和结构层集成的属性,我们将讨论技术细节如何扩展功能匹配相应的CAD实体以及功能扩展的组合形成一个功能扩展示例。

3.2.1之上。基于API的实现功能扩展

商业CAD软件的数字,Solidworks和Pro-E等,为用户提供一个二次开发的api。以来,用户可以方便地定义不同的功能扩展通过api在几何建模。

更具体地说,这些api可以用来包装各种信息(包括设计、制造、设备、质量、资源和管理信息)在几何实体几何建模。然后,综合信息和几何实体打包统一功能扩展。

功能扩展使用api的实现证明上面有一个显著的优点,用户可以修改属性打包在一个功能扩展按照一定的技术要求。

3.2.2。之间的匹配功能扩展和CAD实体

在这里,我们将介绍过程如何建立功能扩展和CAD实体之间的匹配。这个过程有四个步骤:

步骤1。获得从CAD实体特征构成特征扩展,使用特征识别技术。

步骤2。在步骤比较公认的特性1使用默认成员存储在数据库的功能扩展和计算的相似之处。最大相似性的成员成为候选解决方案所需的功能扩展对应CAD实体。

步骤3。修改步骤获得的候选解决方案2让它匹配的解决方案。

步骤4。存储解决方案的步骤3到功能扩展数据库,数据库可以包含更匹配的例子与匹配过程继续进行。

3.2.3。装配的功能扩展

证明之前,该功能扩展实际上是一组扩展功能。功能扩展与相应的几何实体捆绑。因此,功能扩展表示为一个特殊的几何实体和其他非常规特性,即。,一个几何实体工程语义。

不同于简单的捆绑功能,功能扩展是由特征匹配(见2);功能扩展取代了相应的CAD模型的原始特征。然后,小说类型的实体模型(组件)是完全由功能得到扩展解决方案;这样的实体是嵌入式组件的所有属性的功能扩展,实现CAx-independence的优点,提出了综合CAx系统可用。

通常,一个组件通常由几个结构。显然,根据上面的分析中,每个结构的匹配解决方案(组件)的需要组装功能扩展的实体。

一般来说,组件的解决方案之间的关系可以由原始CAD模型的拓扑结构和附件的细节结构。假定组件组成几何特性和表示组件的功能关系矩阵的CAD模型和矩阵可以表示为 在哪里n的关系几何特性(比如位置和依恋关系)。的元素, 显示功能和有一定的关系,如几何邻接和形式和位置公差基准。而元素, 显示功能和是无关紧要的。

因此,解决方案组件表示的功能扩展的功能扩展的解决方案。现在,假设是feature-extension-solution-expressed组件的关系矩阵,的关系和可以表示为 在哪里是一个通用矩阵函数。方程(5)表示是自动生成的 ,的元素的替换 。

4所示。设计应用策略的应用功能扩展

的定义和开发设计的扩展功能是两个关键问题综合CAx系统基于功能扩展。上述关键问题的一个实用的解决方案是进行广泛使用的商用CAD软件的二次开发。这种方法可以充分利用主流软件的优势,简化了编程过程。解决二次开发,这项研究提供了一个想法,得出以下四个阶段。

4.1。定义功能扩展,建立扩展特征库

这一阶段的主要任务是分类和编码的扩展功能。因此,我们可以建立信息模型对任何类型的扩展特性,进一步发展商业CAD系统功能扩展示例。之后,扩展功能库和功能扩展就可以构造相应的样本库。

4.2。属性扩展功能的包装

注意到商业CAD软件提供丰富的几何建模方法,其他功能,如制造业、夹紧,质量,和资源信息,可以打包产品的几何特性。的好处是,一旦完成,产品的完整的信息在他们的一生中可以生成的几何建模阶段。

4.3。从产品的几何模型转换功能扩展的实体

这一阶段的主要任务是构建一个匹配算法相关的几何形状和功能扩展的实体。这个操作保证了可见的产品不仅几何实体模型也可访问的一般信息实体CAx和MRPII / ERP企业资源管理系统。

4.4。产品的信息的自动采集

有必要为后续过程提供产品或组件的原始信息。例如,一旦获取了制造信息的CAPP系统,可以自动生成技术规划。因此,CAx系统必须能够自动获取产品或组件的信息。一个可能的解决办法是控制每个系统的工作流程和权威。

5。传感器组件的功能扩展的一个例子

摘要SolidWorks可以作为开发平台,visual basic, SQL server作为开发工具,SolidWorks API和用户定义的函数被称为开发功能扩展和修改其属性。下面是程序片段开发传感器特性扩展(如图7)和修改它的属性。

6。结论

提高设计质量和产品创意在制造业和优化公司的管理操作,本研究开发一个功能扩展方法CAx应用和MRPII / ERP集成在一起,以便制造和管理域紧密相结合。首先,功能扩展传感器组件的定义和扩展特性建立传感器的组件库。分类和编码的主要过程。第二,功能扩展属性的传感器组件包装。由于丰富的几何建模方法通过提供商业软件,制造业、夹紧、质量、资源信息可以打包。然后,产品的几何实体模型转化为功能扩展基于传感器技术。最后,传感器产品的信息自动采集。

信息模型和设计应用程序策略作了详细研究,这是建设性的研究人员和工程师从事先进制造特别是在传感器的发展。在下一步中,我们计划应用技术提出了研究一个小规模的企业(公司)大学评估性能和进一步提高传感器的研究。

数据可用性

这些传感器模型数据本文来自API Solidworks软件的二次开发。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

要哄唐宋Mengmeng歌贡献同样应该考虑这个工作和co-first作者。

确认

本文由以下研究项目:支持宁德师范大学人才引进项目(批准号2019造成),福建省自然科学基金(批准号2021 j011168也没有。2020 j01432),宁德师范大学的主要培训项目(批准号2020 zdk01),宁德师范大学创新团队(没有。2020 t02),工程研究中心闽东水产深加工、福建省大学。这些支持是感激地承认。