（机械制造及其自动化专业论文）面向c3p的实用型capp系统的研究与开发.pdf

重庆大学硕士论文 摘要 摘要 l 工艺规程设计过程是根据产品设计图纸，制定出将原材料加工成符合设计要 求的产品所需的一系列加工方法、制造过程以及有关资源需求的计划过程。计算 机辅助工艺设计( c a p p - - - - - c o m p u t e r a i d e d p r o c e s s p l a n n i n g ) 是计算机和各种先进 技术相结合在工艺设计上的综合应用，c a p p 的发展过程体现了其自身技术的逐 步提高和成熟以及制造业对它的强烈需求y 本论文在研究c a p p 基本理论的基础上，结合c a p p 开发的具体实践，针对 企业对快速开发实用型c a p p 系统需求的日益增长以及计算机软硬件技术的迅 速发展，对新的c a p p 软件开发策略进行了探讨，耳的在于寻找更高效率、更高 质量开发c a p p 系统的新模型。主要对以下几方面内容进行了研究： e c a p p 概述，包括其发展概况和研究现状以及c a p p 的基本原理。 研究了面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的设计方法，包括c a p p 系统的设计 理论和开发策略。针对敏捷制造这种全新的企业生产模式对集成环境下c a p p 开 发平台的概念及其结构和功能进行了分析和研究 研究了面向c 3 p 的实用型c a p p 系统数据的组织和管理，包括数据管理技 术和工程数据库技术两大部分。对基于b s 建立数据库的理论及其体系结构进行 了探讨。 以柳工集成化技术信息管理系统的工艺子系统作为课题研究的实例，对柳 工工艺设计过程进行了分析和研究，研制开发了l g t i m _ c a p p 系统，并重点实 现了热加工c a p p 子系统。该系统在柳工技术中心已开始投入使用，效果较好。 关键词：工艺规程设计，c 3 p ，c a p p ，c i m s ，集成技术 a b s t r a c t p r o c e s sp l a n n i n gi sap l a n n i n gp r o c e d u r ew h i c ha c c o r d i n gt o p r o d u c td e s i g n c o n s t i t u t e sas e r i e so fp r o c e s s i n gm e t h o d 、m a n u f a c t u r i n gp r o c e d u r ea n dr e s o u r c e d e m a n d r e q u i r e db yp r o c e s s i n g m a t e r i a l st oe l i g i b l ep r o d u c t c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) i st h es y n t h e t i ca p p l i c a t i o no nt h ep r o c e s sp l a n n i n go f c o m p u t e r c o m b i n g w i t hs o m ek i n d so fa d v a n c e d t e c h n i q u e ，t h ed e v e l o p i n gp r o c e d u r eo fc a p p e m b o d i e si t s t e c l 3 丑i q u e s e s c a l a t i o na n dm a t u r ea n dt h ei n t e n s i v e r e q u i r e m e n to f m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s 。 t h i s p a p e ro nt h e b a s eo fr e s e a r c h i n gb a s i ct h e o r e f i c so fc a p p ，c o m b i n g c o n c r e t e l yp r a c t i s e o fe m p o l d e r i n g c a p p ，a i m i n g a tt h e i n c r e a s i n g l y r i s eo f e n t e r p r i s e sd e m a n do ff l e e t l ye m p o l d e r i n gp r a c t i c a b l es y s t e mo fc a p pa n dr a p i d d e v e l o p m e n t o f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e t e c h n i q u e ，p r o b e i n t ot h en e wc a p ps o f t w a r e d e v e l o p i n gm a n e u v e r ，t h e i n t e n t i o ni sr e s e a r c h i n gn e wm o d e lo f e m p o l d e r i n gc a p p s y s t e m w h i c hi sm o r ee f f i c i e ma n d q l l a l i t y 。t h em a i n r e s e a r c hw o r ki n c l u d ei na r ea s f o l l o w s ： e r e s e a e h i n gt h eb a s i ct h e o r e t i c so fc a p p ，i n c l u d i n gt h ed e v e l o p i n gg e n e r a s i t u a t i o na n db a s i c p r i n c i p i u mo f c a p p 。 e r e s e a c h i n gt h ed e s i g nm e t h o do fc 3 po r i e n t e d p r a c t i c a l c a p ps y s t e m ， i n c l u d i n gd e s i g nt h e o r ya n dd e v e l o p i n gm a n e u v e r a i m i n ga ta g i l em a n u f a c t u i n g w h i c hi san e w e n t e r p r i s ep r o d u c t i o nm o d e la n a l y s i n ga n d r c s e a e h i n g t h ec o n c e p ta n d s t r u c t u r ea n df u n c t i o no f a n i n t c g e m t e dp l a t f o r mo f c a p p i nc i m s e n v i r o n m e n t 。 e r e s e a c h i n gt h ed e s i g nm e t h o do fc 3 po r i e n t e d p r a c t i c a lc a p ps y s t e m ， i n c l u d i n gd a t am a n a g e m e n ta n de n g i n e e r i n gd a t a b a s et e c h n i q u e 。p r o b i n gi n t ot h e t h e o r y a n d s y s t e m s t r u c t u r e o f b u i l d i n gd a t a b a s eb a s e d o n b r o w s e r s e r v e r 。 b yt h ee x a m p l eo fp r o c e s sp l a n m n gs u b s y s t e mo fl i u g o n g i m e g r a t e dt e c h n i 口u e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n a l y s i n ga n d r e s e a c h i n gl g t i mc a p ps y s t e m ， r e a l i z e i n gh o tw o r kc a p ps u b s y s t e m 。t h es y s t e mh a sb e e nu s e di nh u g o n g t e c h n i q u e c e n t e ra n dt h ee f f e c ti sg o o d 。 k e y w o r d s ：p r o c e s s p l a n n i n g ，c 3 p ，c a p p ，c i m s ，i n t e g r a t e dt e c h n i q u e n 重庆大学硕士论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1c a p p 概述岬i i l 9 i 【1 工艺规程设计过程是根据产品设计图纸，制定出从原材料加工成符合设计要 求的产品所需的一系列加工方法、制造过程以及有关资源需求的计划过程。长 期以来工艺规程设计是工艺人员靠经验来编制的。由于个人经验的局限性，传 统的工艺规程编程方法存在着许多问题。随着计算机技术在企业各个领域的深 入应用，以计算机辅助工艺规划已成为工艺设计发展的必然趋势。计算机辅助 工艺设计( c a p p - c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 以成组技术为基础，以计 算机为工具，不仅彻底改变了手工编制方式和对人的依赖，而且显著提高了编 制功效，避免了不必要的差错，为逐步实现工艺设计的标准化、规范化和优化 创造了条件。 1 1 1 工艺和工艺设计自动化1 1 i i “i b g i p l l 町 工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计 和车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当 前机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方法远不能 适应当前机械制造行业发展的要求，其主要表现在： ( 1 ) 传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐重 复性的工作。 ( 2 ) 设计周期长，不能适应市场瞬息多变的要求。 ( 3 ) 工艺设计是经验性很强的工作，它是随产品技术要求、生产环境、资 源条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变，甚至完全相同的 零件，在不同的企业，其工艺可能不一样，即使在同一企业，也因工艺设计人 员不同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平。 ( 4 ) 工艺设计最优化、标准化差，工艺设计经验的继承性亦较困难。 随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是 c a d c a m ( c o m p u t e ra j d e dd e s i g n c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 系统向集成 化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求。计算机辅助 工艺设计也就应运面生，用c a p p 代替传统的工艺设计克服了上述的缺点。它 对于机械制造业具有重要意义，其主要表现如下： ( 1 ) 可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使 他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等等创造性的工作。 ( 2 ) 可以大大地缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市 场上的竞争能力。 ( 3 ) 能继承有经验的工艺设计人员的经验，提高企业工艺的继承性，特别 1 重庆大学硕士论文 第1 章绪论 是在当前国内外机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下，它具 有特殊意义。 ( 4 ) 可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作。 ( 5 ) 为适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制造 系统( c i m s - - - c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 创造必要的技术基础。 1 1 。2c a p p 的发展概况i = 1 1 ”l g l 在机械制造领域内，工艺设计自动化是发展最迟的部分。早在1 9 5 2 年，美 国麻省理工学院( m r r ) 就已研制成功数控机床。在1 9 6 3 年又发表了c a d 的 研究成果，而且n c 技术、c a d 技术很快就应用子生产实践，自动化、柔性化 的程度也越来越高，而工艺设计由于涉及的因素非常多，随机性大，很难用简 单的数学模型进行理论分析，所以工艺设计长期处于手工操作，凭经验办事， 效率很低的状态。 世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪威：始于1 9 6 6 年，并于1 9 6 9 年正式推出世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s 。1 9 7 3 年正式推出商品化 a u t o p r o s 系统美国是6 0 年代末7 0 年代初开始研究c a p p 的，并于1 9 7 6 年由c a m l 公司推出颇具影响力的c a m - i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系 统。c a p p 从6 0 年代末开始研制，到目前虽只有3 0 多年历史，但己研制出很 多( 2 a p p 系统，而且有不少系统已投入生产实践使用 在c a p p 发展过程中经历了派生式、仓4 成式和混合式系统3 个发展阶段。目 前，c a p p 正向更高更完备的智能型方向发展。下面就对这3 种主要类型的c a p p 系统作一浅析。 1 ) 派生式c a p p 派生式工艺设计系统的工作原理是利用零件的相似性，即相似的零件具有 相似的工艺过程。一个新零件的工艺是通过检索相似零件的工艺并加以筛选或 编辑而成的，并由此得到“派生”这个名称在派生式c a p p 系统的数据库中 存储有各类复合工艺所谓复合工艺是指为每个零件族( 相似零件的集合) 设 计出的可供全组零件使用的工艺，它是符合企业生产条件下的最优工艺方案。 根据零件信息的描述与输入方法不同，派生式c a p p 系统又分为基于成组技术 ( g t ) 的派生式与基于特征的派生式c a p p 系统。前者用g t 码描述零件信息， 后者用特征描述零件信息。图1 1 是基于g t 的派生式c a p p 的工作原理。 派生式c a p p 系统在技术上较易实现，且容易在g t 基础上发展成与c a d 和c a m 集成的系统。但该系统仍有缺点：一是系统的操作者需是有经验的工 艺人员，二是标准工艺过程未考虑生产批量因素，三是生产技术和手段发展后， 系统不易修改。所以，派生式c a p p 系统主要适用于零件族较少、每组零件种 数较多的企业。 2 重庆大学硕士论文第l 章绪论 图1 1 派生式c a p p 系统工作原理 图1 2 创成式。垤p 系统工作原理 2 ) 色成式c a p p 和派生式系统不同，刨成式c a p p 系统不存入任何工艺过程方案，而是存 储进行各种工艺决策所需的决策逻辑当输入新零件的有关信息后，系统可以 模仿工艺人员的手工编制过程，利用决策逻辑和制造工程数据信息( 包括各种 加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等) 作出各种工艺决 策，自动生或零件的工艺过程方案。图1 2 是它的工作原理框图。 创成式c a p p 虽然可以不依赖于操作人员的知识和经验，自动实现工艺过 程合理化和优化，但由于其知识库需要包含所有的工艺决策逻辑，使系统不易 实现。同时，在不同的生产环境和生产条件下，须有不同的工艺决策逻辑。所 以，目前的剑成式c a p p 系统都是针对某一产品或某一工厂专门设计的。 3 ) 混合式c a p p 从原理上看，混台式c a p p 是派生式c a p p 和创成式c a p p 原理的综和。这 重庆大学硕士论文第1 章绪论 种系统是在派生式c a p p 的基础上，增加若干创成功能而形成的系统。这种系 统既有派生式可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点，又有创成式能够 存贮、积累、应用工艺专家知识的优点。这种系统非常灵活，便于结合企业的 具体情况进行开发，是一种实用性很强，很有发展前途的c a p p 模式。 目前国内外已有许多上述各类系统的实例。国外比较著名的c a p p 系统有美 国的c a m i 开发的c a p p 、美国普度大学的a p p a s 及t i p p s 、柏林工业大学 开发的c a p s y 等。此外，我国也相继研制了一些较为成功的c a p p 系统，如 同济大学开发的t o i c a p p 、东南大学开发的s e a p 府咀，、华中理工大学开 发的r c a p 等。但迄今为止已得到生产实际考验和令人满意的c a p p 系统还不 多。我国对c a p p 的研究与世界先进水平相距不远，特别是在国家8 6 3 c i m s 计划的资助和推动下，近年来c a p p 技术已取得很大成绩。 1 1 3c a p p 的研究现状p l l l i p 1 4 1 1 州 经过十几年的努力，我国在c a p p 理论、技术和软件系统的开发上取得了巨 大的成就。c a p p 系统的研究日趋成熟，在企业中也得到了一定的应用。但髓 着现代制造业的飞速发展，各种先进制造技术在机械制造行业中的深入应用， 现行的c a p p 系统在生产实践中暴露出许多缺陷和不足。人们开始研究新的、 更先进的、适合现代制造模式要求的c a p p 系统。 世纪之交的今天，全球市场竞争日益激烈，商务环境持续多变，消费者需求 日趋多元化，这些都对各圉制造企业提出了严峻的挑战。目前工业界存在着一 个普遍砸重要的问题，那就是商务环境的变化速度大大超过我们企业的跟踪、 调整的能力，而且还将日趋严重。实践使人们越来越清楚的认识到解决企业所 面临的问题不只是依靠技术，而且必须涉及人、管理、组织和体制等重要因素。 由此提出“敏捷制造”这种被认为是2 0 0 6 年的制造模式，其目标即是使企业在 “持续变化、快速响应、质量、响应环境变化的能力”等方面赢得竞争。 敏捷制造作为一个新概念，其基本思想是通过将高素质的员工、动态灵活 的组织机构、企业内及企业问的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集 成，使企业能对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应，由此而获得长 期的经济效益。由此可见，它强调人、组织、管理、技术的高度集成，强调企 业面向市场的敏捷性( a g i l i t y ) 。 技术和管理是制造系统的两个轮子，通过组织结合在一起，由人推动制造 系统向前运动。企业敏捷化的实现没有相应的技术支撑是不可能的。企业在敏 捷化革命中首先要解决的基础技术就是c i m 技术。c i m 技术是一种组织、管理 与运行企业生产的技术，它借助计算机软硬件，综合运用现代管理技术、制造 技术、信息技术，自动化技术、系统工程技术，将企业生产全过程中有关人、 技术、经营管理三要素及其信息流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、 低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争。它为敏捷制造提供集成环境打下了 4 重庆大学硕士论文 第1 章绪论 坚实的基础：是敏捷制造的基础技术。我国对c i m s 的研究相当重视且已达到 一定的先进，并已开始对我国如何走向敏捷化进行深层次的探讨。而工程设计 集成分系统( e d i s ) 作为c i m s 的一个核心分系统，其研究已成为当前工业技 术界公认的重要课题之一。近年来，c a d c a p p c a m 集成技术已得到了广泛 的研究并取得了很大的进展。 在c a d ( a p p c a m 集成系统中，c a p p 从c a d 系统中获得零件的几何拓 扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获取企业的生产条件、资源情况及企业 工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及n c 加工控制指令，在c a d 、c a m 中起纽带作用。因此，在c 1 m s 环境中，c a p p 是将产品的设计信息转化为制造信息的重要桥梁，是企业c i m s 实现集成的一 个关键环节。由于它是c i m s 的重要信息源之一，而且涉及面广、结构复杂、 构成元素种类和数量繁多。因此c i m s 环境下c a p p 系统开发既十分重要又有 一定难度。一般说来，在c d 讧s 环境下c a p p 系统应具有以下特征： 1 ) 能完成集成系统中一个子系统的全部功能，即从c i m s 中相关子系统( 产 品设计、物质管理、销售管理等) 中获取相关信息。并且产生相关子系统所需 的集成信息( 工艺规程、物料清单、工装设计等) ； 2 ) 处予c i m s 系统集成的一个数据交汇点，即它既是连接c a d 与c a m 的桥梁，又是连接技术信息与管理信息的纽带： 3 ) 是一个能充分利用现代计算机技术潜力的在线处理系统，能根据各种反 馈信息进行适时设计； 4 ) 功能覆盖面广，具有良好的灵活性和适应性，能够在很大程度上替代企 业工艺设计人员的繁重劳动。 对照以上列举的特征，我们知道，目前的c a p p 研究大多存在两个主要问题： 首先是c a p p 的研制集中在c a p e 理论、生成算法上，如研究具有人工智能的 创成式c a p p 系统等，而对c a p p 系统的集成性重视不够；其次是研究集中在 某类产品的c a p p 系统上或某种c a p p 方法上，系统开放性和适用范围受到限 制a 这就不可避免地造成低水平重复开发的现象。因此有必要对现行的c a p p 系统进行改进，开发出动态性强，可扩展性强，实用性好的新型c a p p 系统。 目前，人们已提出了c i m s 环境下的集成c a p p 开发平台等全新的适合现代生 产需要的c a p p 开发模式。随着c a p p 系统在现代制造生产中地位的提高，作 用的增强，c a p p 系统的研究与开发将得到人们更大的关注。 1 2 c a p p 的基本原理和功能1 1 目i 删 1 2 1 c a p p 的基本原理 在现代制造企业中，工艺规程作为一种指导性文件对企业生产的正常运转 起着至关重要的作用。工艺规程的基本任务是将产品或零件的设计数据转换成 为加工指令。一个理想的工艺规程应保证企业以最低的成本、最短的生产周期、 重庆大学硕士论文第l 章绪论 最有效的工艺方法制造出己设计好的产品。 首先让我们回顾人工编制工艺的过程： 分析了解要编制工艺的零件图纸的技术要求和结构特点以及生产纲领。 查阅工艺设计手册或根据工艺基本知识进行工艺决策，确定加工方法和工 艺路线。 查阅工厂工艺标准手册，具体确定机床设备、切削用量、工装以及定额。 按工厂的工艺规程格式抄写成正式工艺规程。 与人工编制工艺相比，计算机辅助工艺设计的过程如图1 3 所示： 人 机 界 面 薹暑塞 软 三兰 f 件- f 嚷埋栏序 包置鬈 一 耍 ! 工圈 、一 首先，将零件的特征信息以代码或数据的形式输入计算机，并建立起零件信 息的数据库：其次，把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和逻辑思想以工艺 决策规则的形式输入计算机，建立起工艺决策规则( 工艺知识库) ；第三，把制 6 气卑犁 重庆大学硕士论文第l 章绪论 造资源、工艺参数以适当的形式输入计算机，建立起制造资源和工艺参数库； 第四，通过程序设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存储以及编查询 等功能来自动生成工艺规程。这就是c a p p 的基本原理。 从图l _ 3 可清楚地看出，c a p p 主要解决的问题是： 1 ) 工艺设计所需信息的描述和代码化( 特征信息标识和工艺知识) 2 ) 工艺设计所需信息的数据结构形式的合理制定 3 ) 程序设计( 包括人机界面、推理程序、打印输出程序等) 1 2 2c a p p 的基本功能 一个c a p p 系统可以完成以下基本功能： 自动选择毛坯和材料； 自动选择加工方法； 自动选择机床； 自动选择装夹定位方法( 基准和夹具) ； 自动确定加工顺序( 工序、安装和工步) ； 自动选择刀具、量具； 自动确定切削用量和制造公差； 自动确定工时定额； 自动确定编制工艺过程的工作文件( 工艺过程卡、工序卡等) ； c a p p 的出现，为缩短生产准备周期，提高工艺文件质量，并使广大工艺人 员从繁琐和重复的劳动中解放出来提供了一条切实可行的途径。c a p p 的使用， 不仅可以大大提高工艺规程的生成速度和质量，而且c a p p 系统对操作人员的 工艺设计水平的要求可以较低，即使一般技术水准的工艺人员也能借助于c a p p 系统设计出高质量的工艺规程。与传统的工艺规程设计方法相比，采用c a p p 技术，不仅可以提高设计速度达到优化设计，而且可以克服加工工艺的不一致 性、质量不稳定等缺点。 1 3 论文研究的背景及内容 1 3 1 存在的问题 目前；c a p p 在企业中己得到广泛应用，我国对c a p p 的研究也已取得较好 成绩。但随着企业生产模式向敏捷制造方向发展以及企业对快速开发实用型 c a p p 系统的迫切需要，我们可看出，现有的c a p p 系统仍存在以下几方面问 题有待完善和发展： 1 ) 实用性企业所需要的c a p p 系统应能解决企业的实际问题，为企业带 来实际效益。它不一定必须与c a d 系统集成，但必须具有方便的零件信息输入 方法；应能针对某一类零件较快地在企业中使用；同时，应考虑企业的管理模 7 重庆大学硕士论文 第l 章绪论 式，使开发出的c a p p 系统能协助企业进行数据的整理和计算机信息管理。 2 ) 热加工工艺热加工工艺设计作为工艺设计的一个重要组成部分，其设 计贯穿整个工艺设计过程，故其工艺规程的设计质量直接影响着最终的产品质 量。但由于热加工工艺涉及的部门多范围广：卡片种类繁多( 包括铸、锻、 热处理等) ，格式不一；要处理的信息量大，且各种信息间关系错综复杂，故难 度较大，因此很多c a p p 系统仅对冷加工进行重点处理，计算机辅助热加工工 艺规划仍是其中的薄弱环节，有待加强。 3 ) 工艺设计技术且前许多c a p p 系统在进行工艺设计时，过份强调工艺 决策的自动化，盲臣追求理论上的离水平，导致c a p p 系统缺乏应用的广度和 适用性。因此确定工艺设计方法时应以实用、高效，具有一定先进水平为指导 思想。本文提出的三层相似工艺设计技术正是这样一种先进实用的工艺设计方 法。 首先，对于相似件，可充分利用相似件的工艺路线及其工序内容，在其 基础上进行修改，生成自己的工艺路线及工序内容。 其次，无相似件的，检索标准工艺库，利用特征( 如表面、材料、硬度 等) 查询标准工艺卡片，在此基础上修改生成。 不满足上述条件的，采用交互式生成方式，系统提供各种支撑库，包括 工步术语库，工装库等，辅助编制工艺卡片，并可随时将其加入标准工艺卡片 库中。 4 ) 集成性为了适应当前高效、产品品种多样化、更新换代日益频繁与市 场激烈的生产形势，现代制造业已不满足于单纯的甩图板，搞单纯的计算机辅 助绘图，而要求打破过去那种各自为政的、封闭的设计与制造组织模块，将设 计部门，工艺计划部门与制造部门联为一个有机的整体，即实现产品设计、工 艺规划和加工过程的全面计算机化和自动化，也就是实现c a d c a p p c a m 集 成。现有的c a p p 系统大多处于单用户运行状态所以c a p p 系统既不能从c i m s 其它分系统中获取信息，也无法将其生成的信息提供给其它分系统应用。因此， c a p p 的开发应能进一步发挥c a p p 在整个生产活动中的信息中枢和功能调节 作用，包括；与产品设计实现双向的信息交换与传送；与生产调度系统实现有 效集成；与质量控制系统建立内在联系。 针对这些问题，本论文就面向c 3 p 的实用型c a p p 系统进行了研究，在分 析现有c a p p 系统存在问题的基础上，探讨了面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的 设计理论，并提供了实践证明。 1 3 2 论文研究背景 本论文的研究背景是“柳工集成化技术信息管理系统”的一个子系统。广西 柳州工程机械股份有限公司是一所国营大型工程机械公司，是中国工程机械的 重要生产基地。为了适应现代制造业的发展趋势，确保产品上市快、成本低、 质量好、服务好，在激烈的市场竞争中立于不败之地，企业委托重庆大学机械 g 重庆大学硕士论文第1 章绪论 工程学院针对柳工实际生产技术水平以及现行系统中存在的问题开发了产品数 据管理编码计算机辅助工艺系统( p d m c o d e l g t i mc a p p ) 这一集成化技 术信息管理系统。其中的集成化工艺设计及管理系统l g t i mc a p p 是一种强 调人机结合，以人工决策为主的c a p p 系统。l g t i mc a p p 提供强大的相似工 艺检索、标准工艺检索、工艺术语数据库和制造资源库支持以及工时定额、材 料定额、专用工装汇总等功能，极大地减少了工艺设计人员的工作量，将铆工 的工艺设计及管理推上了一个新的台阶。 1 3 3 论文研究内容 基于以上的工程实践，结合当前国内外制造业的发展趋势以及对现行计算机 辅助工艺设计系统的研究，本论文主要研究了以下几个问题： ( 1 ) c a p p 系统的发展概况以及研究现状； ( 2 ) 面向c 3 p ( c a d c a p p c a m p d m ) 的实用型c a p p 系统的设计理论。 从c a p p 系统的实际需求与应用目的出发，研究了面向c 3 p 的实用型c a p p 系 统的设计理论； ( 3 ) 面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的开发策略。对国内c a p p 系统的开发 模式和体系结构进行了研究，并在此基础上对面向c i m s 的集成c a p p 平台系 统进行了研究； ( 4 ) 面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的数据管理与组织。简要介绍了工艺数 据库的特点、功能及其参照模型，并研究了基于b r o w s e r s e r v e r 构造工艺数据 库的方法： ( 5 ) 工程实践应用。结合柳工集成化技术信息管理系统的总体设计思想， 参与了工艺设计分系统的设计与实施，重点研究了热工工艺设计子系统的实现 及其关键技术。 重庆大学硕士论文第2 章面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的研究 第2 章面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的研究 面向c 3 p 的实用型c a p p 系统是以p d m 为实施平台，从企业其他部门获 取相关信息，以人为中心实现的计算机辅助工艺规划系统。该系统通过计算机 网络将工艺规划数据及相关信息传递给其他部门，满足优化企业资源配置、实 现信息共享、提高设计效率等需要- 2 1 面向c 3 p 的c a p p 的研究内容及其在3 c 集成中的作用 2 1 1 工艺规程设计的任务和内容p l l l l 2 1 1 1 9 1 1 ) 工艺规程设计的任务 工艺规程设计是工厂工艺部门的一项经常性技术文件，是生产技术准备工作 的第一步，也是连接产品设计和产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺 规程是进行工艺装备制造和零件加工的主要依据，它对组织生产、保证生产质 量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期、改善劳动条件都有着直接的影响， 是生产中的关键性工作。 工艺规程设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法、加工顺序、 工、夹、量具，以及切削条件的计算等，使能按设计要求生产出合格的成品零 件。它所包含的主要内容有： 选择加工方法和采用的机床、刀具、夹具及其它工装设备。 安摊合理的加工顺序。 选择基准，确定合理的切削用量。 计算时间定额和加工成本。 编制包含上述所有资料的工艺文件。 其核心内容是选择加工方法和安排合理的加工顺序。 2 ) 工艺规程设计的内容 产品设计是对一个产品的功能和可靠性方面需求的表示；制造是在考虑附加 约束条件下实现设计意图的活动；制造工艺规程设计的作用是协调和联系生产 环境内的产品设计和制造之阐的内在联系。制造工艺规程设计的三个基本要素 是目标、约束条件和资源，其求解问题的活动包括约束条件合理化、目标的实 现、资源利用和矛盾解决。为了实现这些求梓活动，制造工艺规程设计活动含 有三个层次内容：工艺路线设计、工序工艺设计、工步工艺。 工艺规程设计详细地选择和决定将原材料转变成一个给定形状的加工过程一 以可用资源作为约束条件，决定可行的加工过程、成本费用和生产量。通常， 工艺路线设计的任务是确定工序组成及其顺序；工序工艺设计是指确定工序的 详细内容( 余量、工序尺寸、切削参数) ：工步工艺设计功能是设计刀具运动轨 1 0 重庆大学硕士论文第2 章面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的研究 迹及机床控制指令。工艺规程设计涉及生产领域内的广泛内容，是一个多目标、 含大量参数的活动。图21 描述了传统的工艺规程设计的信息流，图中的各种 参数可分成属于零件的特定参数、周期性输入参数和系统自动生成参数。工艺 规程设计所需的大部分原始信息来源于设计图纸和材料清单。 工程设计 一新产品设计 一工程改变制造数据 一机床 新方法 一标准工序 新过程 l 制造工程l一已有设备、工具、布局 新设备 - l 一工艺过程计划| 螓礁童带 一 新配置 一可制造限制 1 一工具设计 型 求 间数据 据心 序 心间 算 心 间 间 夹具 图 令 型 令 工艺过程设计信息流 机辅助工艺规程设计1 3 l j i ”1 术的发展及其在机械制造领域中的广泛应用，为工艺规程设计提供 了理工具。工艺规程设计主要是在分析和处理大量信息的基础上进行选择 (加法、机床、刀具、加工顺序等)、计算(加工余量、工序尺寸、公差、 切削、工时定额等)、绘图(工序图)以及编制文件等工作，而计算机能有 效地大量的数据，进行快速、准确地计算和各种形式的比较、选择，能自 动绘编制表格。这些功能恰恰适应工艺规程设计的需要，于是出现了计算 机辅艺规程设计capp这样一种新技术。capp不仅能实现工艺设计自动 化，把生产实践中行之有效的若干工艺设计原则与方法，转换成工艺设计 重庆大学硕士论文第2 章面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的研究 决策模型，建立科学的决策逻辑，把长期从事工艺设计工作的人的经验传授给 初参加工作的人，编制出最优的制造方案。 表2 1 描述了工艺规程设计的发展和计算机自动化的综合相关性。此表反映 人们已经认识到制造领域中的工艺规程设计是获得自动化和集成化工厂最终目 标的主要手段。工艺规程设计的质量不仅是产品设计和制造质量的关键，也是 区别一个工厂稳定生产还是混乱生产的一项重要指标。 发展关键制造工业自动化工艺过程工艺过程 技术特征特征设计形式设计地位 过去成组劳动力密集无自动化手工编制不起重要 技术作用 设备密集自动化孤岛计算机辅助检索 c h d | c a m 信息密集界面接口技变异式和半创成 术自动化式 人工 将来 知识密集 集成自动化全刨成式智能化 c 【m关键 智能 步骧 表2 l 工艺过程设计发展和计算机自动化的综合相关性 2 1 2c a p p 在a c 集成系统中的作用f n l i ”i 在3 c 集成系统中，c a p p 是连接c a d 与c a m 之间的桥梁和纽带。集成 化的c a p p 系统能直接接收c a d 的零件信息，进行工艺规訇j ，生成有关的工艺 文件( 必要时还可以向c a d 系统反馈有关工艺评价信息) ，并以工艺设计结果 和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成n c 程序，从而实现3 c 集成。 1 )c a p p 与c 蹦 进入八十年代以来，计算机集成制造( c t m ) 的思想已得到广泛的认可，c a p p 与计算机辅助设计c a d 、计算机辅助制造c a m 等一起成为支持c n 订系统的主 要单元技术。在c 卫m 环境下，c a p p 作为信息集成的中枢，其意义和作用更加 重大。 c 讧作为企业进行组织、管理生产过程的一种哲理，其核心思想有两个方 面：即信息集成和总体优化，而这种思想具体地体现在计算机集成制造系统中 ( c 订s ) 。c d “s 是在柔性自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，把整 个企业全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机的结合起来，适合于多 品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的智能化制造系统。c a p p 是c g l s 的主要功能组成之一，它是传递和处理各种制造信息的中枢( 如图2 2 所示) 。 重庆大学硕士论文第2 章面向c 3 p 的实用型c a p p 系统的研究 图2 2c a p p 是c i m s 的信息中枢【1 2 l 在c i m s 中，从信息集成的角度出发，对c a p p 系统有了新的要求： 能够自动获取c a d 系统产生的产品数据； 能够产生数控程序； 能够产生可被生产计划系统直接接受的工艺过程数据和资源清单( 刀具清 单、机床清单、工装清单等) ； 能够产生可被质量控制系统直接接受的工艺过程数据。 2 )c a p p 与c e 目前，在实施c i m s 的过程中比较强调信息集成的一面，因而给许多人留下 这样一种误解：c i m s 的主要任务就是把现有的单元技术有效的集成起来。但 是，由于单元技术的发展大多只考虑解决本领域内豹问题，因此没有也无法从 全局优化的角度去考虑问题。至今在世界范围内，还没有一个企业声称成功地 建成了c i m s 。在实现c i m s 过程中，人们首先面临的问题就是异构环境下信 息集成，多样的硬件、软件平台和缺乏统一规范的应用软件和数学形式，是集 成工作难以逾越的障碍。多年的实践和探索，使人们越来越清醒地认识到解决 这些问题不仅是技术，而且必须涉及到组织、体制及人等重要因素。随着一些 新思想在现代制造技术中的应用，特别是对“并行工程”( c e ) 的深入研究， 逐渐形成在各组成问实现双向的信息交换，以达到各功能间的相互协调和优化。 这样，c a p p 在整个产品生命周期中所担负的信息集成和功能协调的重要作用 重庆大学硕士论文第2 章厘塑里翌堕壅星型曼垒竺墨堑塑塑堑 将更加显著。 并行工程给c a p p 系统的设计提出了更高的要求，c a p p 系统不仅是信息集 成的中枢，同时，c a p p 也是并行环境下各子系统问功能协调的纽带( 如图2 3 所示) 。主要表现在以下几个方面： c a p p 图2 3 并行工程环境下的c a p p 系统 给c a d 系统提供反馈信息，支持设计决策 c a p p 与c a d 的集成仅仅体现在从c a d 系统直接获取产品的设计数据是不 全面的，c a p p 系统应提供有效的反馈信息以帮助设计者在设计阶段的早期来 评价设计的性能好坏，经验表明，产品的成本百分之八十在设计阶段的早期就 已经确定，因此，在设计阶段就发现和解决问题是降低产品成本的有效途径。 c a p p 系统应提供的反馈信息主要包括：1 ) 产品的可制造性评价；2 ) 产品的制 造时间估算；3 ) 产品的制造成本估算。 考虑车间层的实时动态信息，集成c a p p 与生产作业计划系统 c a p p 系统一般只考虑静态的制造资源，没有时间性和制造资源占有的动态 性。在安排生产作业计划时，由于设备故障或工艺规程中指定的设备负荷过大， c a p p 系统翩定的工艺规程就不再是优化的，甚至是不可能实现的。因此，从 并行工程的观点出发，应该在设计工艺规程时就要考虑车间底层实时的制造资 源信息。 用公共制造资源数据库，集成c a p p 与制造资源计划系统( 瑚r p i i ) 虽然c a p p 与制造资源计划系统( m p , p n ) 是彼此独立的发展起来的，但是 两者之间却有着密切的联系。c a p p 系统的结果( 如加工过程、设备清单、刀 具清单等) 是m r p h 系统的主要数据输入之一，同时，c a p p 系统也需要从m p , p 数据库中得到毛坯、材料、机床等重要的制造数据。目前的c a p p 系统在考虑 与m r p i i 系统进行制造数据的共享，这正是并行工程所要求的。如果实现了数 1 4 重庆大学硕士论文第2 章面向c 3 p 的实用型垦皇堡墨堡塑塑塞 据共享，它不仅可以减少数据冗余，还可以使c a p p 系统获取到准确的、动态 的制造数据，从而有利于c a p p 与生产计划系统的集成。 2 2 面向c 3 p 的c a p p 系统设计理论【1 3 c a p p 系统的设计方法是指导c a p p 系统开发的指导性原则，它主要包括 c a p p 系统设计理论和c a p p 系统开发模式。在总结c a p p 的研究工作时，通 常只把重点放在工艺规程方法上。事实上，c a p p 是一个复杂的系统工程，它 能否成功地在应用中实用化并保持长久的生命力，更主要的是取决于c a p p 系 统的设计方法。c a p p 系统的设计方法是一种方法论，对工艺规程设计方法的 研究也起着重要的指导作用。 2 2 1 面向c 3 p 的c a p p 系统的实际需求【“l l l i f 【i 】 目前，国内外计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。虽然强有力的市 场竞争推动着社会进步，使技术得到空前发展，在大力发展先进制造技术的背 景下，c a p p 的研究必须与之相适应。开发集成化的c a p p - f 具系统，以适应 各种先进的生产模式对工艺设计自动化的需求。 然而从国内外的企业来看，由于计算机在企业中的应用，尤其是在生产过程