5 不斷發(fā)展的CAPP內涵

    隨著科學技術的進步特別是計算機技術的發(fā)展以及知識經濟的來臨，制造業(yè)正經歷著巨大的變革。知識經濟使得制造活動和銷售經營分散化、網絡化、全球化，形成了全球性的大市場。每個企業(yè)都面臨著持續(xù)多變和不可完全預測的全球化市場經濟競爭。為了提高企業(yè)的競爭力，制造企業(yè)必須解決其新產品的T、Q、C、S、E難題，即以最快的上市速度（T-Time to Market），最好的質量（Q－Quality），最低的成本（C－Cost），最優(yōu)的服務（S-Service）及最清潔的環(huán)境（E-Environment）來滿足不同顧客對產品的需求和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

    為了適應制造領域發(fā)展的上述變革，各種新的制造技術、產品設計制造模式以及生產組織形式相繼提出并得到不同程度的應用實施。例如計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）、并行工程CE（Concurrent Engineering）、精益生產LP（Lean Production）、準時制JIT（Just in Time）、智能制造IM（Intelligent Manufacturing）、敏捷制造AM（Agile Manufacturing）、先進制造技術AMT（Advanced Manufacturing Technology）等。

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

    隨著研究的深入以及新技術、新需求的提出，CAPP的內涵也在不斷的豐富。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。從狹義的觀點來看，CAPP是針對零件的機械加工工藝過程設計（以切削為主），輸出工藝規(guī)程。但從廣義的觀點來看，CAPP包括工藝設計和工藝設計過程和活動的管理。工藝設計的過程不僅僅產生零件的工藝規(guī)程，還為基于并行工程的產品設計提供制造可行性、加工成本分析、可裝配性等信息和數(shù)據；為MIS/ERP系統(tǒng)提供工時定額、材料定額、工裝一覽表、工藝路線表等基礎的制造數(shù)據；為計算機輔助質量檢驗系統(tǒng)提供加工精度、粗糙度、形位公差等質量檢驗項目內容和要求，由計算機輔助質量檢驗系統(tǒng)自動生成零件的工序質量檢驗規(guī)劃。根據企業(yè)的實際需求知道，實際的工藝設計是由不同性質的子任務組成，工藝設計分多個步驟完成，如工藝調研、分析和審查產品結構工藝性、設計工藝方案、設計工藝路線、設計工藝規(guī)程、設計工藝裝備、制定材料定額、工時定額、工藝設計結果需經過校對、審核、批準等。這些子任務會涉及到多個部門如計劃處、生產處、工藝處、設備處、勞資科、標準化室等，所以工藝設計是一個多任務和多用戶并發(fā)的過程，需要有一套權限、用戶管理協(xié)調機制。CAPP應用的目的之一是提高工藝設計的效率，工藝設計效率的提高不僅僅依賴于單個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的分解和協(xié)調。隨著并行工程、產品數(shù)據管理技術（PDM）、CIMS技術等的應用和推廣，需要在CAPP里實現(xiàn)有效的人、技術的集成，實現(xiàn)工藝設計過程和設計信息的管理，從系統(tǒng)、整體上提高工藝設計的效率和質量。

6 CAPP的應用（焊接）

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

    焊接工藝的設計是很復雜的，對于不同的焊件和焊接要求必須編制相應的焊接工藝。生產中對焊接工藝的要求是十分嚴格的，特別是在鍋爐、造船等行業(yè)。但是很長一段時間以來，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性勞動，浪費了焊接工藝人員的精力，而且時常造成不必要的人為失誤，影響了生產質量和制造成本。因此，焊接工作者早在20世紀80年代后期就在焊接工藝設計與管理中引進了CAPP技術。

    1990年前后，可以認為是國內焊接領域CAPP發(fā)展的起步時期。從1988年開始，太原重機廠在長城GW系統(tǒng)機上自行開發(fā)了人機交互式計算機輔助焊接工藝規(guī)程設計軟件系統(tǒng)TZ-WCAPP。該系統(tǒng)以成組技術為基礎，以專家系統(tǒng)思想為指導，采用檢索法與創(chuàng)成法相結合，可以認為是一種綜合式CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)還應用集成概念，實現(xiàn)了CAD/WCAPP/MRP一體化。唐山鍋爐廠于1990年開始研究計算機輔助工藝過程設計，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，金州重型機器廠等單位也進行了類似的研究。這一時期的系統(tǒng)一般用DBASE，F(xiàn)OXBASE或BASIC開發(fā)，運行在DOS平臺上。

    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)。清華大學與大連起重機器廠合作開發(fā)了CSCAMP系統(tǒng);哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)了焊接工藝設計專家系統(tǒng)；伙第一重型機械集團公司開發(fā)了基于網絡的WTPMIS系統(tǒng)；叱哈爾濱工業(yè)大學與哈爾濱鍋爐廠合作開發(fā)了PQRDBMS系統(tǒng)。此外，南京化學工業(yè)集團公司、天津大學、蘭州石油化工機械廠等單位也進行了焊接工藝CAPP系統(tǒng)的研發(fā)。這一時期的系統(tǒng)一般使用BASIC或VB，F(xiàn)OXPRO開發(fā)，運行在Windows上。少數(shù)系統(tǒng)具備一定的工藝設計自動化功能，絕大多數(shù)系統(tǒng)主要進行焊接工藝的管理，但是提供的功能比以前的系統(tǒng)要強很多，界面也更加友好。

    近年來，已有的CAPP系統(tǒng)得到了進一步發(fā)展，升級后的系統(tǒng)功能得到了加強，有的系統(tǒng)還實現(xiàn)了網絡化。比如，哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的焊接工藝評定管理系統(tǒng)，除了能完成新建、保存、檢索、打印工藝文件等一般操作外，還允許局域網中的各個終端通過網絡共享工藝文件，并為用戶提供了完善的權限管理。CAPP的通用化與專業(yè)化結合也進一步得到了重視。清華大學等研究機構對此作了一定的研究，但是可應用的通用化與專業(yè)化結合的CAPP系統(tǒng)還未見報道。

7 CAPP的研究方向

7.1 智能化

    20世紀80年代以來，以專家系統(tǒng)技術為代表的人工智能技術在CAPP系統(tǒng)中得到了一定的應用，提高了系統(tǒng)的適應性和通用性。但由于專家系統(tǒng)技術存在一些缺陷，比如知識獲取的“瓶頸”問題，推理方法單調及其產生的“匹配沖突”、“組合爆炸”與“無窮遞歸”問題等，不能充分地滿足實現(xiàn)CAPP智能化的需要。目前，廣泛研究的神經元網絡、模糊理論和遺傳算法為CAPP系統(tǒng)的進一步智能化提供了理論基礎。但是，要實現(xiàn)真正的智能化系統(tǒng)還需要大量的人力、物力和時間的投入。

7.2 集成化

    隨著CAD，CAPP及CAM系統(tǒng)的應用不斷增多，企業(yè)迫切需要將這些孤立的系統(tǒng)整合成一個整體，以提供對產品生命周期中包括產品設計、工藝設計、產品仿真、產品制造、產品測試等各個階段的全面支持。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)集成的關鍵是信息的交換與共享。根據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。

    最簡單的方案是采用專用數(shù)據接口實現(xiàn)集成。比如，采用自定義數(shù)據格式文件的方法，但是這樣做不利于與其他人員開發(fā)的系統(tǒng)進行集成。為此，美國、法國及德國等國家開發(fā)了自己的數(shù)據交換標準，如IGES，PDES，SET，VDAFS等。為了實現(xiàn)國際范圍的標準化工作，在PDES接口技術的基礎上，1984年11月國際標準化委員會下設的組織ISP/TC184/SC4在法蘭克福召開的會議上確定了STEP（Standard for the Ex-change of Product Model Data），為CAD/CAPP/CAM的集成提供了國際標準。

    較好的方案是基于產品數(shù)據管理（（PDM）實現(xiàn)3C集成。PDM技術是以產品數(shù)據的管理為核心，通過計算機網絡和數(shù)據庫技術，把企業(yè)生產過程中所有與產品相關的信息和過程集成管理的技術。與產品相關的信息包括開發(fā)計劃、產品模型、工程圖樣、技術規(guī)范、工藝文件，與產品相關的過程包括設計、仿真、加工制造、計劃調度、裝配、檢測等過程。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的信息，這就在更大程度上實現(xiàn)企業(yè)內部信息共享。

7.3 通用化

    隨著CAD，CAM在企業(yè)中的廣泛應用，發(fā)展相對滯后的CAPP日益成為企業(yè)應用計算機的瓶頸。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90年代以來逐漸興起的CAPP框架系統(tǒng)是實現(xiàn)CAPP通用化的一種方式。所謂的CAPP框架系統(tǒng)實際上是一種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)技術目前尚處在理論研究和開發(fā)實驗階段，清華大學等研究機構對此作了較多的研究。但是很少有滿足用戶實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，一般不具有自動設計工藝的功能。目前，國內已開發(fā)出許多這樣的系統(tǒng)，如西北工業(yè)大學的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年美國國家防御分析研究所完整地提出了并行工程（（CE）的概念。并行工程倡導了一種新的企業(yè)生產模式。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，面向產品整個生命周期尋求最優(yōu)決策。并行工程方法力圖使開發(fā)人員從設計一開始就考慮到產品生命周期（從概念形成到報廢）中的各種因素，包括質量、成本、進度及用戶需求，盡早暴露并修正產品開發(fā)全過程中存在的問題，從而達到提高質量、降低成本和縮短工期的目的。

    并行工程主要是針對原來的串行產品生產模式提出的，它采用上、下游同時決策的方式，在計算機上進行產品整個生命周期各個階段的設計。在并行CAPP系統(tǒng)中，要求CAPP系統(tǒng)在設計過程中高效動態(tài)地生成工藝規(guī)程，并隨時向CAD系統(tǒng)提供產品可制造性的評價信息。同時，可以根據加工過程仿真系統(tǒng)的反饋信息找到當前工藝規(guī)程中存在的問題并加以調整。

    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)獲得了成功的應用，成為現(xiàn)代制造技術的重要研究內容之一。

7.5 分布式網絡化

    信息傳輸是企業(yè)實現(xiàn)CIMS的先決條件。通過網絡可以將企業(yè)內部相互分離的各個部門集成為一個統(tǒng)一的整體，從而實現(xiàn)生產信息與資源的統(tǒng)一管理與調度。作為CIMS中重要組成部分之一的CAPP系統(tǒng)也必須實現(xiàn)網絡化。

    CAPP系統(tǒng)的網絡化的原因之一是實現(xiàn)工藝文件共享的需要，也就是分布在車間等子部門的網絡終端可以以不同權限訪問工藝部門的工藝數(shù)據文件。原因之二是CAPP系統(tǒng)本身實現(xiàn)工藝設計這一復雜功能的需要。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、相關的工程數(shù)據庫及工藝知識庫可組成分布式系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，各級計算機系統(tǒng)是通過網絡互連的，工藝設計過程是動態(tài)的，可以提供反饋功能，系統(tǒng)結構具有柔性;另外，在實際生產環(huán)境中，不同類別的零件所適用的CAPP設計方法也是不同的，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)，并通過測定零件類別，選擇最合適的設計方法，各子系統(tǒng)可以通過公用數(shù)據庫相互聯(lián)系，共同完成設計任務。

8 結論

    理想的CAPP系統(tǒng)應具有良好的開放性、柔性、可重構性、集成性、實用性。CAPP的研究將始終圍繞著兩個主要的目標來進行：一是研究如何構建一個相對穩(wěn)定的、開放的、可重構的、可集成的CAPP工具系統(tǒng)體系結構、理論與方法；二是基于研究的CAPP理論和方法，結合工程實際的需求，開發(fā)CAPP工具系統(tǒng)，并應用于實踐，服務于企業(yè)。這兩個目標相輔相成，CAPP工具系統(tǒng)的理論與方法是CAPP實際開發(fā)和應用的基礎，具體企業(yè)的應用實踐可以驗證、指導所形成的CAPP理論.在制造業(yè)企業(yè)信息化建設如火如荼的今天，CAPP的重要性和意義已得到企業(yè)界的認可。CAD下一步深化應用的重點就是在工藝部門普及應用CAPP，國家經貿委提出的實施企業(yè)信息化的戰(zhàn)略部署，表明CAPP的應用推廣具有廣闊的前景和市場。面臨工藝個性各異的巨大的市場，很難設想采用傳統(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)的重構性、開放性、柔性、集成性、實用性使其可以快速開發(fā)和實施，因而具有廣闊的應用前景。

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本文標題：淺析計算機輔助工藝設計（下）

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