5 不斷發(fā)展的CAPP內(nèi)涵

    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及知識(shí)經(jīng)濟(jì)的來臨，制造業(yè)正經(jīng)歷著巨大的變革。知識(shí)經(jīng)濟(jì)使得制造活動(dòng)和銷售經(jīng)營(yíng)分散化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化，形成了全球性的大市場(chǎng)。每個(gè)企業(yè)都面臨著持續(xù)多變和不可完全預(yù)測(cè)的全球化市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)。為了提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，制造企業(yè)必須解決其新產(chǎn)品的T、Q、C、S、E難題，即以最快的上市速度（T-Time to Market），最好的質(zhì)量（Q－Quality），最低的成本（C－Cost），最優(yōu)的服務(wù)（S-Service）及最清潔的環(huán)境（E-Environment）來滿足不同顧客對(duì)產(chǎn)品的需求和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

    為了適應(yīng)制造領(lǐng)域發(fā)展的上述變革，各種新的制造技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造模式以及生產(chǎn)組織形式相繼提出并得到不同程度的應(yīng)用實(shí)施。例如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）、并行工程CE（Concurrent Engineering）、精益生產(chǎn)LP（Lean Production）、準(zhǔn)時(shí)制JIT（Just in Time）、智能制造IM（Intelligent Manufacturing）、敏捷制造AM（Agile Manufacturing）、先進(jìn)制造技術(shù)AMT（Advanced Manufacturing Technology）等。

    無論什么樣的制造技術(shù)、制造模式以及生產(chǎn)組織形式，CAPP作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的中間橋梁、信息樞紐的地位和作用不會(huì)改變。新的制造技術(shù)、制造模式以及生產(chǎn)組織形式的成功有賴于其包含的各個(gè)單元技術(shù)，CAPP作為核心的制造信息處理單元，無疑對(duì)其的成功實(shí)施具有重要的意義。與此同時(shí)，新的制造技術(shù)、制造模式以及生產(chǎn)組織形式對(duì)CAPP提出了更高的要求，賦予了它新的內(nèi)涵，其意義和作用更大。

    隨著研究的深入以及新技術(shù)、新需求的提出，CAPP的內(nèi)涵也在不斷的豐富。就像CAD有狹義的CAD和廣義的CAD一樣，CAPP也有狹義和廣義之分。從狹義的觀點(diǎn)來看，CAPP是針對(duì)零件的機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)（以切削為主），輸出工藝規(guī)程。但從廣義的觀點(diǎn)來看，CAPP包括工藝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)過程和活動(dòng)的管理。工藝設(shè)計(jì)的過程不僅僅產(chǎn)生零件的工藝規(guī)程，還為基于并行工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供制造可行性、加工成本分析、可裝配性等信息和數(shù)據(jù)；為MIS/ERP系統(tǒng)提供工時(shí)定額、材料定額、工裝一覽表、工藝路線表等基礎(chǔ)的制造數(shù)據(jù)；為計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)提供加工精度、粗糙度、形位公差等質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和要求，由計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)生成零件的工序質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)劃。根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求知道，實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)是由不同性質(zhì)的子任務(wù)組成，工藝設(shè)計(jì)分多個(gè)步驟完成，如工藝調(diào)研、分析和審查產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性、設(shè)計(jì)工藝方案、設(shè)計(jì)工藝路線、設(shè)計(jì)工藝規(guī)程、設(shè)計(jì)工藝裝備、制定材料定額、工時(shí)定額、工藝設(shè)計(jì)結(jié)果需經(jīng)過校對(duì)、審核、批準(zhǔn)等。這些子任務(wù)會(huì)涉及到多個(gè)部門如計(jì)劃處、生產(chǎn)處、工藝處、設(shè)備處、勞資科、標(biāo)準(zhǔn)化室等，所以工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)多任務(wù)和多用戶并發(fā)的過程，需要有一套權(quán)限、用戶管理協(xié)調(diào)機(jī)制。CAPP應(yīng)用的目的之一是提高工藝設(shè)計(jì)的效率，工藝設(shè)計(jì)效率的提高不僅僅依賴于單個(gè)零件的工藝決策過程的提高，期間涉及到工藝過程和工藝子任務(wù)的分解和協(xié)調(diào)。隨著并行工程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（PDM）、CIMS技術(shù)等的應(yīng)用和推廣，需要在CAPP里實(shí)現(xiàn)有效的人、技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)信息的管理，從系統(tǒng)、整體上提高工藝設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

6 CAPP的應(yīng)用（焊接）

    作為工業(yè)生產(chǎn)中最重要的材料成型方法之一，焊接的應(yīng)用遍及了航天、造船、化工、電力、建筑、汽車、微電子等領(lǐng)域，其質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的性能與安全，其成本也在較大程度上影響到產(chǎn)品的最終成本。

    焊接工藝的設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的，對(duì)于不同的焊件和焊接要求必須編制相應(yīng)的焊接工藝。生產(chǎn)中對(duì)焊接工藝的要求是十分嚴(yán)格的，特別是在鍋爐、造船等行業(yè)。但是很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，焊接工藝的編制與管理主要靠傳統(tǒng)的手工方式完成。因而，在管理、檢索、編制和保存焊接工藝等工作上，不但造成了大量的重復(fù)性勞動(dòng)，浪費(fèi)了焊接工藝人員的精力，而且時(shí)常造成不必要的人為失誤，影響了生產(chǎn)質(zhì)量和制造成本。因此，焊接工作者早在20世紀(jì)80年代后期就在焊接工藝設(shè)計(jì)與管理中引進(jìn)了CAPP技術(shù)。

    1990年前后，可以認(rèn)為是國(guó)內(nèi)焊接領(lǐng)域CAPP發(fā)展的起步時(shí)期。從1988年開始，太原重機(jī)廠在長(zhǎng)城GW系統(tǒng)機(jī)上自行開發(fā)了人機(jī)交互式計(jì)算機(jī)輔助焊接工藝規(guī)程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)TZ-WCAPP。該系統(tǒng)以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，以專家系統(tǒng)思想為指導(dǎo)，采用檢索法與創(chuàng)成法相結(jié)合，可以認(rèn)為是一種綜合式CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)還應(yīng)用集成概念，實(shí)現(xiàn)了CAD/WCAPP/MRP一體化。唐山鍋爐廠于1990年開始研究計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)，并采用漢字DBASE開發(fā)了一套適合該廠的CAPP系統(tǒng)，可以完成工藝文件的建立、修改、打印等功能。同期，金州重型機(jī)器廠等單位也進(jìn)行了類似的研究。這一時(shí)期的系統(tǒng)一般用DBASE，F(xiàn)OXBASE或BASIC開發(fā)，運(yùn)行在DOS平臺(tái)上。

    1994年左右，為數(shù)眾多的企業(yè)開始研究焊接工藝CAPP系統(tǒng)。清華大學(xué)與大連起重機(jī)器廠合作開發(fā)了CSCAMP系統(tǒng);哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)了焊接工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)；伙第一重型機(jī)械集團(tuán)公司開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的WTPMIS系統(tǒng)；叱哈爾濱工業(yè)大學(xué)與哈爾濱鍋爐廠合作開發(fā)了PQRDBMS系統(tǒng)。此外，南京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司、天津大學(xué)、蘭州石油化工機(jī)械廠等單位也進(jìn)行了焊接工藝CAPP系統(tǒng)的研發(fā)。這一時(shí)期的系統(tǒng)一般使用BASIC或VB，F(xiàn)OXPRO開發(fā)，運(yùn)行在Windows上。少數(shù)系統(tǒng)具備一定的工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能，絕大多數(shù)系統(tǒng)主要進(jìn)行焊接工藝的管理，但是提供的功能比以前的系統(tǒng)要強(qiáng)很多，界面也更加友好。

    近年來，已有的CAPP系統(tǒng)得到了進(jìn)一步發(fā)展，升級(jí)后的系統(tǒng)功能得到了加強(qiáng)，有的系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。比如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的焊接工藝評(píng)定管理系統(tǒng)，除了能完成新建、保存、檢索、打印工藝文件等一般操作外，還允許局域網(wǎng)中的各個(gè)終端通過網(wǎng)絡(luò)共享工藝文件，并為用戶提供了完善的權(quán)限管理。CAPP的通用化與專業(yè)化結(jié)合也進(jìn)一步得到了重視。清華大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)對(duì)此作了一定的研究，但是可應(yīng)用的通用化與專業(yè)化結(jié)合的CAPP系統(tǒng)還未見報(bào)道。

7 CAPP的研究方向

7.1 智能化

    20世紀(jì)80年代以來，以專家系統(tǒng)技術(shù)為代表的人工智能技術(shù)在CAPP系統(tǒng)中得到了一定的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和通用性。但由于專家系統(tǒng)技術(shù)存在一些缺陷，比如知識(shí)獲取的“瓶頸”問題，推理方法單調(diào)及其產(chǎn)生的“匹配沖突”、“組合爆炸”與“無窮遞歸”問題等，不能充分地滿足實(shí)現(xiàn)CAPP智能化的需要。目前，廣泛研究的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊理論和遺傳算法為CAPP系統(tǒng)的進(jìn)一步智能化提供了理論基礎(chǔ)。但是，要實(shí)現(xiàn)真正的智能化系統(tǒng)還需要大量的人力、物力和時(shí)間的投入。

7.2 集成化

    隨著CAD，CAPP及CAM系統(tǒng)的應(yīng)用不斷增多，企業(yè)迫切需要將這些孤立的系統(tǒng)整合成一個(gè)整體，以提供對(duì)產(chǎn)品生命周期中包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿真、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)階段的全面支持。由于CAPP是聯(lián)系CAD與CAM的紐帶，因而CAPP的集成化研究得到了廣泛重視。CAPP系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是信息的交換與共享。根據(jù)信息交換方式和共享程度的不同，CAPP的集成可選取多種方案。

    最簡(jiǎn)單的方案是采用專用數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)集成。比如，采用自定義數(shù)據(jù)格式文件的方法，但是這樣做不利于與其他人員開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行集成。為此，美國(guó)、法國(guó)及德國(guó)等國(guó)家開發(fā)了自己的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IGES，PDES，SET，VDAFS等。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際范圍的標(biāo)準(zhǔn)化工作，在PDES接口技術(shù)的基礎(chǔ)上，1984年11月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)下設(shè)的組織ISP/TC184/SC4在法蘭克福召開的會(huì)議上確定了STEP（Standard for the Ex-change of Product Model Data），為CAD/CAPP/CAM的集成提供了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

    較好的方案是基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（（PDM）實(shí)現(xiàn)3C集成。PDM技術(shù)是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理為核心，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程集成管理的技術(shù)。與產(chǎn)品相關(guān)的信息包括開發(fā)計(jì)劃、產(chǎn)品模型、工程圖樣、技術(shù)規(guī)范、工藝文件，與產(chǎn)品相關(guān)的過程包括設(shè)計(jì)、仿真、加工制造、計(jì)劃調(diào)度、裝配、檢測(cè)等過程。在這種集成方案中，CAD，CAPP，CAM分別與底層的PDM通信，從而輸出或獲取相應(yīng)的信息，這就在更大程度上實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息共享。

7.3 通用化

    隨著CAD，CAM在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，發(fā)展相對(duì)滯后的CAPP日益成為企業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的瓶頸。因而許多單位尤其是商業(yè)軟件公司研究并開發(fā)了通用化的CAPP系統(tǒng)。自20世紀(jì)90年代以來逐漸興起的CAPP框架系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)CAPP通用化的一種方式。所謂的CAPP框架系統(tǒng)實(shí)際上是一種CAPP開發(fā)工具，可以由用戶自己定義適合特定系統(tǒng)的CAPP。CAPP框架系統(tǒng)技術(shù)目前尚處在理論研究和開發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，清華大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)對(duì)此作了較多的研究。但是很少有滿足用戶實(shí)際需要的商品軟件發(fā)行。

    通用CAPP系統(tǒng)注重的是工藝文件的編制與管理，一般不具有自動(dòng)設(shè)計(jì)工藝的功能。目前，國(guó)內(nèi)已開發(fā)出許多這樣的系統(tǒng)，如西北工業(yè)大學(xué)的CAPP Framework，武漢開目公司的KM CAPP以及清華天河的TH CAPP等。

7.4 并行工程CAPP

    1988年美國(guó)國(guó)家防御分析研究所完整地提出了并行工程（（CE）的概念。并行工程倡導(dǎo)了一種新的企業(yè)生產(chǎn)模式。并行工程的核心是，基于分布式并行處理的協(xié)同求解以及在其支持之下，面向產(chǎn)品整個(gè)生命周期尋求最優(yōu)決策。并行工程方法力圖使開發(fā)人員從設(shè)計(jì)一開始就考慮到產(chǎn)品生命周期（從概念形成到報(bào)廢）中的各種因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度及用戶需求，盡早暴露并修正產(chǎn)品開發(fā)全過程中存在的問題，從而達(dá)到提高質(zhì)量、降低成本和縮短工期的目的。

    并行工程主要是針對(duì)原來的串行產(chǎn)品生產(chǎn)模式提出的，它采用上、下游同時(shí)決策的方式，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品整個(gè)生命周期各個(gè)階段的設(shè)計(jì)。在并行CAPP系統(tǒng)中，要求CAPP系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中高效動(dòng)態(tài)地生成工藝規(guī)程，并隨時(shí)向CAD系統(tǒng)提供產(chǎn)品可制造性的評(píng)價(jià)信息。同時(shí)，可以根據(jù)加工過程仿真系統(tǒng)的反饋信息找到當(dāng)前工藝規(guī)程中存在的問題并加以調(diào)整。

    并行工程自提出以來，得到了高度的重視和廣泛的發(fā)展，在波音公司等一些企業(yè)獲得了成功的應(yīng)用，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容之一。

7.5 分布式網(wǎng)絡(luò)化

    信息傳輸是企業(yè)實(shí)現(xiàn)CIMS的先決條件。通過網(wǎng)絡(luò)可以將企業(yè)內(nèi)部相互分離的各個(gè)部門集成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息與資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度。作為CIMS中重要組成部分之一的CAPP系統(tǒng)也必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

    CAPP系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的原因之一是實(shí)現(xiàn)工藝文件共享的需要，也就是分布在車間等子部門的網(wǎng)絡(luò)終端可以以不同權(quán)限訪問工藝部門的工藝數(shù)據(jù)文件。原因之二是CAPP系統(tǒng)本身實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)這一復(fù)雜功能的需要。具體地說，CAPP系統(tǒng)的工作具有明顯的層次性，不同層次的子系統(tǒng)、功能模塊、相關(guān)的工程數(shù)據(jù)庫及工藝知識(shí)庫可組成分布式系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，各級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)互連的，工藝設(shè)計(jì)過程是動(dòng)態(tài)的，可以提供反饋功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有柔性;另外，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，不同類別的零件所適用的CAPP設(shè)計(jì)方法也是不同的，可以采用一種由檢索式、派生式、創(chuàng)成式等各種子系統(tǒng)組成的分布式CAPP系統(tǒng)，并通過測(cè)定零件類別，選擇最合適的設(shè)計(jì)方法，各子系統(tǒng)可以通過公用數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

8 結(jié)論

    理想的CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性、柔性、可重構(gòu)性、集成性、實(shí)用性。CAPP的研究將始終圍繞著兩個(gè)主要的目標(biāo)來進(jìn)行：一是研究如何構(gòu)建一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、開放的、可重構(gòu)的、可集成的CAPP工具系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、理論與方法；二是基于研究的CAPP理論和方法，結(jié)合工程實(shí)際的需求，開發(fā)CAPP工具系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)踐，服務(wù)于企業(yè)。這兩個(gè)目標(biāo)相輔相成，CAPP工具系統(tǒng)的理論與方法是CAPP實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具體企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐可以驗(yàn)證、指導(dǎo)所形成的CAPP理論.在制造業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)如火如荼的今天，CAPP的重要性和意義已得到企業(yè)界的認(rèn)可。CAD下一步深化應(yīng)用的重點(diǎn)就是在工藝部門普及應(yīng)用CAPP，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委提出的實(shí)施企業(yè)信息化的戰(zhàn)略部署，表明CAPP的應(yīng)用推廣具有廣闊的前景和市場(chǎng)。面臨工藝個(gè)性各異的巨大的市場(chǎng)，很難設(shè)想采用傳統(tǒng)的定做開發(fā)的方式逐一滿足企業(yè)的需求，研究和開發(fā)集成的、開放的的CAPP工具系統(tǒng)是有效的途徑。CAPP工具系統(tǒng)的重構(gòu)性、開放性、柔性、集成性、實(shí)用性使其可以快速開發(fā)和實(shí)施，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

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本文標(biāo)題：淺析計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（下）

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