（机械工程专业论文）江铃capp系统的规划及实现技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 中国企业和工业发达国家企业一个显著的区射在于现场工艺管理水平和技术远落 磊予工潼发达国家，王艺警淫承平蹙接狭寒了产燕燕产准务弱麓秘矮薰，这是一令专 分黧耍的问题。 在串嚣汽车工戴僖惠纯建设戆避程孛c a p p 鼓拳骞羞饕豢特臻懿蟪整。c a p p 是c a d 和c a m 之间的桥梁，是面向设计、制造的信息流与筒向生产管理的信息流尤间的桥梁， 是实瑰产是没诗、翱造与蛰瑾势嚣王程豹基稿。 本文研究的是在江铃汽车公司实施c a p p 系统，其研究成果具裔一定的酱遍性；可 为冀恁汽车制造厂撼供经验，著可大大推动i 王铃汽车公司豹信息纯建设进程，扶聪全 面提升江铃汽车公闭的竞争力，具商重要的现实意义和一定的示范作用。 本文主要研究内容是针对江铃蠢艺部门信息化现状和设计特点，提出了符合汽车 行娥特色的c a p p 系统的总体构架、设计开发和实施技术。 本文酋先分析丁当前嗣内外不问类型c a p p 系统发展概况，结台江铃汽车公司工艺 相兼部门的职责和工艺研发管理流程，对诚铃工艺管理及设计的现状迸行了分析和诊 断，并提如了相应解决方索。在此基础上，提出了对江铃c a p p 系统的总体规划设计， 详细探讨了江铃c a p p 系统的具体功自模块和设计技术方案。 本文毅首先选择合适的c a p p 工具类平台软件基础上，结合汽车工艺设计具体的 功髓需求、生产环浚、生产对象等特点。歼发出实用纯酶专用c a p p 系统。 根据本文提出的总体框架，针对江铃c a p p 的应用要求，研制的c a p p 工具类平 台软俘其鸯4 大功麓模块：工艺卡箨格式宠义、王艺鲡谖痒豹建藏每维护、工艺我诗 与管理功能、工艺储息统计输入输出接口。 零论文敬得了黻下主要矫究残暴： 建立面向江铃汽车生产的工艺系统总体框架；研究了在这个框架下的c a p p 系统数 蘩纂袋技术；重点毳 究了蒸手典型王艺鹣派生莰诗蘩1 支持嚣蠢装配与嚣囱捌造豹竣诗 技术。 零文还黠王艺漫谤过程警毽鼓零也避孬了详缨豹阐述。 本文还较充分地考虑了人与计算机交互的友好性来规划江铃c a p p 应用系统，掇出 了较完整豹德会江铃汽车工艺设诗特色豹c a p p 系统架掏。 关键诩：汽车铡造工艺设计c a p pp d m 华中科捩大学硕士学位论文 a b s t r a c t ag r e a td i f f e r e n c ei sm u c hm o r el o w e rl o c a l p r o c e s sm a n a g e m e n t l e v e la n d c o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g i e so fc h i n e s ee n t e r p r i s e st h a nt h a te n t e r p r i s e so ff o r g e i nd e v e l o p e d c o u n t r i e s ，a l t h o u 薛p r o c e s sm a n a g e m e n tl e v e lw o u l dd e t e r m i n e st h ep r o d u c tp r e p a r a t i o n t i m ea n dt h e p r o d u c tq u a l i t y t h i si sac r i t i c a lp r o b l e m c a p pi sv e r yi m p o r t a n te s p e c i a l l yi nc h i n e s ea u t o m o b i l ei n d u s t r yi n f o r m a n i z a t i o n p r o c e s s c a p pc o u l db et a k e na st h eb r i d g eb e t w e e nc a d a n dc a m ，w h i c hb r i d g e st h e d e s i g n - m a n u f a c t u r i n go r i e n t e di n f o r m a t i o nf l o wa n dt h ep r o d u c t i o n m a n a g e m e n to r i e n t e d i n f o r m a t i o nf l o w c a p pi st h eb a s eo fp r o d u c td e s i g n ，m a n u f a c t u r i n g ，a n dm a n a g e m e n t c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g s u c c e s s f u lc a p p i m p l e m e n t a t i o ni nj m c b a s e do ns u c hr e s e a r c hw o u l d p r o m p tg r e a t l y j m c - i n f o r m a l i z a t i o n * p r o c e s s ，s ot h ec o m p e t i t i o nw o u l db ei m p r o v e dal o t ，t h e r e f o r e t h i s i m p l e m e n t a t i o n i so f g r e a t p r a c t i c a li m p o r t a n c e a n d m e a n i n g a sam o d e l 。 t h i sp a p e r p u t sf o r w a r d a no v e r m lf r a m e w o r ka n di m p l e m e n t a t i o n t e c h n o l o g yo fc a p p t h a ts a t i s f i e sc h i n e s ea u t o m o b i l ei n d u s t r yc h a r a c t e r s ac l a s s i c a la p p l i c a t i o n a n a l y s i sh a s b e e nc a r r i e do u ti nt h ej i a n g l i n gp r o c e s sd e p a r t m e n ta c c o r d i n gt ot h e i ri n f o r m a l i z a t i o n s t a t u sa n dt ot h e i rd e s i g nw o r k l o a dc h a r a c t e r s s t a r t e df r o md i f f e r e n tt y p e so f f o r e i g na n dd o m e s t i cc a p ps y s t e m sg e n e r a lh i s t o r y , t h i s p a p e ra n a l y z e s c u r r e n t j i a n g l i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t a n d d e s i g n s t a t u sb a s e do n c o r r e s p o n d i n gd e p a r t m e n t s r e s p o n s i b i l i t y a n dt h e p r o c e s sd e s i g nm a n a g e m e n t f l o w r e s o l v e m e n th a sb e e ng i v e na sa no v e r a l ld e s i g no f j i a n g l i n gc a p ps y s t e mi na d d i t i o nt o d e t a i lm o d u l a rf u n c t i o n d e p l o y m e n t a n dd e t a i li m p l e m e n t a t i o n p l a n s t h et e c h n i q u er o u t i n es e l e c t i o ni s f i r s t l y b a s e do nt h es e l e c t i o no fs u i t a b l ec a p p t o o l p l a t f o r ms o f t w a r e s p e c i f i cc a p ps y s t e mw o u l db ed e v e l o p e dw i t hr e s p e c tt os p e c i f i c f u n c t i o n r e q u i r e m e n t s o fa u t o m o b i l e d e s i g n a n do t h e r i s s u e s ，s u c h a s p r o d u c t i o n e n v i r o n m e n t s ，o b j e c t so np r o d u c t i o n ，e t c a c c o r d i n g t ot h ef r a m e w o r k p r e s e n t e da b o v e ，s u g g e s t e dc a p p h a s4f u n c t i o nm o d u l e s ： p r o c e s sc a r df o r m a td e f i n i t i o n ，p r o c e s sk n o w l e d g ed a t a b a s eo p e r a t i o n ，p r o c e s sd e s i g na n d m a n a g e m e n t ，a n dp r o c e s si n f o r m a t i o ni n p u t o u t p u ti n t e r f a c ea c c o r d i n gt oj i a n g l i n gc a p p r e q u i r e m e n t s m a i nc r e a t i v er e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： a no v e r a l lp r o c e s ss y s t e mf r a m e w o r ko r i e n t e dt oj m c p r o d u c t i o nh a sb e e nr e a c h e d c a p pd a t ai n t e g r a t i o nt e c h n o l o g i e sh a v eb e e ns t u d i e di nt h i sf r a m e w o r k c l a s s i c a lp r o c e s s b a s e dd e r i v a t i v e d e s i g n ，a s s e m b l y - o r i e n t e dd e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g - o r i e n t e dd e s i g n t e c h n o l o g i e sh a v e a l s ob e e ns t u d i e dw i t h s p e c i a lc o n s i d e r a t i o n 。 h 华中科技大学硕士学位论文 w h a t sm o r e ，d e t a i l e de x p l a n a t i o nh a sb e e ng i v 。e n f o rp r o c e s sd e s i g nm a n a g e m e n t t e c h n o l o g y t h ec r e a t i v ep o i n ti nt h i sp a p j st h ec o n s i d e r a t i o no fc o m p u t e rt e c h n o l o g yl i m i t a t i o n s j i a n g l i n g c a p pi sb u i l to nt h eb a s i so fm a l l m a c h i n ei n t e r f a c ev i e w p o i n t ac o m p l e t e c a p p s y s t e mf r a m e w o r k h a sb e e np u tf o r w a r dw h i c hp e r f e c t l ys a t i s f i e sj m cp r o c e s sd e s i g n k e y w o r d ：a u t o m o b i l em a n u f a c t u r i n g p r o c e s sd e s i g n c a p pp d m 1 1 i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文t 1 1 以明确方式标明。木 人完全意识到本声明的法律结果由木人承担。 学位论文作者签名： 日期：参一学年中 学位论文版权使用授权二哆 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将木学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行榆索，可以采，h 影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编木学位论文。 保密口，在年解密后适j 1 = i 本授权- 1 s 。 本论文属于 不保密区 ( 请在以上方框内打“妒) 蓄群警甜日期：。z ，午年丫月铲l 三i 指导教师签名：忍传 日期：庆o 。忙年仁月责牙日 镶 华中科技大学硕士学位论文 1 。1 课题的泉源 l 绪论 江铃汽攀般份鸯限公司，成立予1 9 9 3 零，由原汪嚣汽车制造厂必主体股份制改造 而成。主导产品有仝顺系列、五十铃n 系列、t f 系列三大系列汽率品种，以及国内 流的4 j 系列柴油发动机。现有年产六万辆辍型汽车和网等规模的汽车车身、发动枫、 变速箱、车架、前桥、后桥六大关键总成及总装的现代化生产能力。年产2 万吨铸铁、 1 5 0 0 吨压铸锅能力。厂区占地面积2 7 8 万乎方米，职工1 8 0 0 0 人，总资产7 0 亿元。经 过遥十多年持续改革发展，江铃汽股份公司发生了融大变他，由一个缝方小企监发展为 中翻现代化轻型汽车生产基地之一。 江铃股份已经铺设了覆箍江铃区域的计算桃光纤网络，舞装了全套q a d 稀务系统软 件。其中3 6 个模块可涉及企业生产经营的备个流稷。拥有中日合资江铃五十铃汽擎有 限公司等予公司，全颓汽车厂、作为国家“a 五”繁点技改壤西经蓠家正式验浚，广泛 采用计算机数控、自动化传送、光谱检测及闭环自动补偿等高技术机加工的江铃发动机 厂帮高强薄蹩铸造豹江铃铸造厂等分厂。 本课题来源于江铃汽率股份有限公司工艺管理信息化( 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 诗粪穰辘秘工艺设计) 矮嚣。燕江铃汽攀毅镫鸯限公司技本部门信 息化系统发展计划的重要技术支撑部分。 1 2 课题的背景与意义 1 2 1 课题的背景 现代汽车行业怒高度自动化的流水制造业行业。另外汽牟行业逐步由舆型的大规模 生产走囱大矮搂定期生产，产鑫鬏撂翔户嚣求送蜇令牲耗配鬻已经藏为汽车嚣暨竞争弱 核心能力之一。相成汽车零配件特别是关键零部件如何适成个性化配置带来的参数变 毽，这裁或洚嚣翦汽车爨逸会堑嚣鬟葵拳鬟援愆一个闫瑟“。透过玻建计冀税辘劲铡造 工程技术能够较好地解决由此带来的组织和管理问题。 诗算掇麓助剩造工程技拳包摇了诗算挽辏助工艺设计( c a p p ) 、计算枧臻助数控艇工 华中科技大学硕士学位论文 与测量、计算机辅助工装设计、计算机辅助企业生产管理等一系列计算机辅助单元技术。 计算机辅助工艺设计就是计算机辅助制造工程的一个核心环节和重要基础”。 c a p p ( 计算机辅助工艺设计) 是将产品数据转换成面向制造的指令性数据的重要环 节，是连接c a d 、c a m 及m r p i i 的桥梁与纽带。但在过去的十几年，c a p p 一直是c i m s 集成的瓶颈，其关键原因之一是c a d 软件产生的图形信息不能直接导入c a p p 系统，加 上c a d 数据的更改和版本的变化，版本问数据继承性较差，使得c a p p 成了无源之水， 无法自动接收c a d 的信息。自从9 0 年代初p d m 作为一种软件技术出现并与c a d 系统集 成之后，c a p p 获得了经由p d m 接收c a d 产品数据的畅通渠道，进而使其实用化成为可 能。 本项目旨在以江铃的工艺设计实际需求为背景，同时参照有关工艺设计标准，开发 一个基于p d m 的实用化c a p p 系统江铃c a p p 系统。该系统以实用为目标，不片面追 求工艺设计的自动化，强调c a p p 用户、c a p p 与其它应用系统( 如c a d ，m r p i i 等) 乃 至与人( 设计人员) 的协同与集成，强调对工艺技术文档、工艺设计资源与工艺设计过 程进行管理，强调信息的重复利用和基于已解决的问题求解新的问题。江铃c a p p 系统 将把工艺设计者和工艺设计技术文档管理人员从繁重的手工劳动中解放出来，克服纸介 质传递的种种弊端，对提高企业的工艺设计的质量和效率，促进工艺设计的规范化和标 准化，对缩短产品制造周期、提高质量、降低成本，提高企业经济效益和竞争能力有重 要作用。 近十年来，江铃在企业信息化方面，尤其是工程设计的信息化进行了不懈的探索。 在九十年代初期，c a d c a m 技术的使用和推广使企业产品设计与制造取得了明显的进 步，缩短了产品的研制周期，c a d 技术给企业创造了效益。在c a d c a m 应用方面，先后 采用了低端的设计软件a u t o c a d 和高端的设计软件u g i i ，使企业彻底“甩掉了图板”， 大大提高了设计效率，在产品设计与加工，尤其是数控加工方面，已取得了明显进步， 有效地缩短了产品设计周期，提高了加工精度。在c a e 方面，1 9 9 3 年引进c a e 软件 n a s t r a n p a t r a n ，为新产品的研制提供了重要的计算和分析依据。在e r p 方面，1 9 9 7 年借助与f o r d 公司的合作，成功引进了e r p 系统( q a d 系统) ，现在，在物料计划，生 产安排，网上订单，结算等都在e r p 系统上运行。可以说江铃在企业信息化建设方面已 经取得了较大成效。 与此同时，江铃汽车公司的各工艺设计部门仍处于笔、表格、手册和图板的手工作 业阶段，使生产技术准备工作处于产品开发过程的“瓶颈”，降低了产品开发速度。公 司为了解决“瓶颈”问题，除加大工艺人员的配置数量外，工艺人员还利用二维c a d 软件和文档处理软件( 如w o r d 、e x c e l 等) 的某些功能来解决工艺设计的计算机化问题， 但对工艺设计效率的提高十分有限，不能根本解决“瓶颈”问题，为江铃汽车公司全面 2 华中科技大学硕士学位论文 实现信息化留下不足。 1 2 2 课题戆意义 强裁江铃股傍公司工艺设计和管理过程怒一项按术性和经验性缀强的工佟，长期以 来，都是依靠工艺设计人员个人积累的经验究成的，突出表现为以下几个问题： 】) 工艺设计要诧赞耜当多购时间，但其中实质饿的技术二作可能只占总时间的5 l o ，大部分对问用于羹复性劳动和填写表格等事务性工作上。遮不仅加大了工麓 人员的劳动强度，容易出错，而且延长了产晶的生产周期。 2 ) 现奢工艺文 串的台理性、可操作往氍及编翻辩淘豹长短主要取决于工艺入受酌 经验和熟练稷度，而且，致性较差，难以保证工艺文件的质爨和实现规范化、标准化。 3 ) 工慧设计成为一顼繁琐焉重笈翡密集翟劳动，束缚工艺天受酌设计憨怒，妨褥 他们从事创造性工作，并且工艺人员的知识积累过程太慢，而服务时间相对过短，因丽 不利予汪铃黢份整体工艺设计和管瓒承平藜邈速提高。 4 ) 从江铃股份的信息管理来看，工艺设计是生产信息的汇集处。对上游有产品设计 售惑，黠下游_ i 艺售蕊螫然娶翻臻行的醴蚤系统进行集残。反这个角瘼诺汪铃黢携工艺 信息的完整性、一致性具有十分重要的意义。 在这撵瓣鸷景下，瑟发蘩予p d m 瓣c a p p 系统邑经是势程必牙。为企遂掇袋工艺设 计，工艺技术文档管理和工艺设计资源管理的艇体解决方案，并使企业的工艺设计过程、 工艺设诗资源和工艺技术文横及其管理标准豫。采耀嚣放式的系统缝梅，一方垂能扶 p d m 接受产懿信息，弼一方碴其设计结果将存入p d m 数据库并由p d m 进行管理以提供给 其它系统共搴。在江铃鲍c a d c a m 及e r p 系统闻建立超一个惯息沟通楱梁，为汪铃全颓 实现信息化打下坚实的基础，同时，为缩短产品开发周期、掇高质量、降低成本，提高 企业的效益和竞争能力具有爨大意义。 本课题研究不仅仅从技术层次上对江铃股份工慧设计和管理现状有直接的促避作 用，耐且为泼铃股份来来工艺部门的发展起到推动其持续改鹊的作用，成为企业信息化 基础数据静羹要汇集和输出平台和汪铃黢论广大工艺技术入员不断袄鬃经验，学习提商 的知识仓库。 3 华中科技大学硕士学位论文 1 3 国内外概况 1 , 3 1 基本概念 工艺设计是机械制造生产过程的技术准备的一个重要环节，是产品设计与车间的 实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而变化的决策过程。而当前机械制造业 的市场以多品种、小批量生产为主导，企业为适应市场瞬息多变的市场要求，缩短产 品设计与生产准备周期，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。因此，计算机辅助工艺设计也就应运而生。 概念设计 技术设计 施i 设计 零件加i 产品装配 产品检验 市场需求 产品设计 二 工艺设计 工 加工制造 产品输出 方案设计 i 艺试验 图1 1 产品开发过程示意图 产品开发过程 产品从市场需求分析开始，经过产品设计工艺设计过程和产品制造过程，使抽象 的理性概念变成具体的最终物品，并交付到用户使用。这一具体过程包括产品设计、 工艺过程设计、产品零件加工装配、检测等等阶段。前二者称为工程设计阶段，后二 者称为制造实施阶段，图卜1 为产品开发过程示意图。 工艺设计过程 在工程设计阶段中，作为产品开发过程的一环一一工艺过程设计是制造( 特别是 机械制造业) 型企业技术部门的主要技术工作之一，是生产技术准备工作的第一步， 也是连接产品设计思想与实物制造之间的桥梁，工艺工作质量的优劣以及设计效率的 高低，对生产组织、产品质量、生产效率、产品成本、生产周期等等方面有着极大的 影响。图1 2 为工艺设计过程示意图。 4 差面 华中科技大学硕士学位论文 l 工艺数据统计i li i 艺规程验证 千 工序指导书设计 图卜2 工艺设计过程示意图 1 j 2 设计工艺文件的技术工具 企业工艺设计人员针对某一产品进行工艺文件设计时，往往需要一些技术支持环 境。而这些技术支持环境是进行工艺规程设计必不可少的，是保证工艺规程正确性的 前提条件。技术支持环境主要为： 产品图纸、技术标准、技术手册等； 企业制造资源，如机床等等； 工艺人员、操作人员的工作经验。 1 3 3 企业对工艺文件设计的要求 对于个具有一定管理能力和规模的机械制造企业来说，工艺文件的“三性一一 正确性、统一性和完整性”是企业技术管理的基本要求，同时也是行业管理部门对企 业技术管理的基本要求。在产品生产许可证、出口产品质量许可证以及企业质量管理 体系取证( i s 0 9 0 0 0 标准q s 9 0 0 0 标准) 等审核工作中，对工艺文件的“三性”均有一 定的标准要求，并可能作为审核的否决项。工艺文件的“三性”具体体现在： 1 ) 证确性，指工艺文件的可操作性和经济性。工艺文件的正确性要素直接决定操 作人员的操作质量，并影响产品的制造质量。 2 ) 统一性，指工艺文件使用( 控制) 版本的统一性和工艺文件内容的一致性。工 艺文件的统一性要素将直接影响操作人员的操作方法的统一，影响工艺文件的有效控 制。 3 ) 完整性，指针对产品制造模式以及生产规模，要求工艺文件种类的齐全性。工 艺文件的完整性要素是确定工艺文件的种类数量以及工艺规程文件的细化等，不同的 制造模式和生产规模将确定工艺文件完整性的完整程度。企业随着制造模式和生产规 模的改变，不断调整工艺文件的完整性。 5 华中科技大学硕士学位论文 1 3 4 工艺文件标准化问题 在工艺管理工作中，工艺文件的标准化问题是企业技术管理工作的一个方面，工 艺标准化的程度将直接影响工艺文件的正确性和统一性。原国家机械工业局标准化委 员会颁布了许多涉及工艺设计与管理的各项技术标准，向国内机械制造行业的企业进 行推荐，要求企业贯彻执行。企业可以根据自身的特点，制定一些符合实际需求的工 艺设计与管理标准，以满足企业工艺设计与管理工作的需要。工艺设计标准化主要包 含：工艺文件标准化、工艺术语标准化、工艺经验标准化和工艺技术标准化。 1 3 5c a p p 系统概述 制造工艺在制造企业中占有重要地位，其中工艺过程设计是连接产品设计与产品 制造的桥梁，是产品实现过程的重要环节之一。随着社会的发展和人类生活水平的不 断提高，产品更新换代的周期越来越短，产品的需求越来越多样化；多品种、中小批 量生产在制造业中的比重越来越大，从而使落后的制造工艺设计水平与快速的产品实 现过程要求之间的矛盾越来越大。计算机辅助工艺过程设计( c a p p ) 是促进生产准备工 作自动化的有效途径，其应用对于缩短产品制造周期、提高产品质量、降低产品成本 具有重要意义0 1 。目前，随着制造系统自动化的发展，c a p p 被公认为是连接 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 与c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t o r ) 的桥梁，是 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 ) 等先进制造系统的技术基础。 计算机辅助工艺过程设计( c a p p ，c o m p u t e “i d e d p r o c e s s p l a n n i n g ) 技术的研究与 开发工作丌始于6 0 年代末，在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是设在美国的国际性 组织c a m i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m - - i a u t o m a t e d p r o c e s s p l a n n i n g ) 系统。国内最 早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j i c a p 系统和西北工业大学的c a o s 系统，其完成 的时间都在8 0 年代初“1 。 c a p p 系统是利用计算机快速处理信息功能和具有各种辅助决策功能的软件，是根 据产品设计所给出的信息进行产品的加工方法和制造过程的工艺设计系统。一般认为， c a p p 系统的功能主要包括零件毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工序尺寸计算、 工艺路线制定、工时定额计算和对工艺设计结果进行优化等。 由于工艺设计问题的复杂性及在发展方向上存在的问题，c a p p 技术同c a d ，c a m 等相关的计算机辅助技术相比，仍是一个薄弱环节。近年来，随着计算机集成制造系 统、并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ：c e ) 、智能制造系统( i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：i n s ) 、虚拟制造系统( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：v m s ) 、 华中科技大学硕士学位论文 敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ：a m ) 等先进制造系统的发展，无论从广度上还是从深 度上，都对c a p p 的发展提出了更新更高的要求。c a p p 呈现出了新的发展生机。 1 3 7c a p p 系统分类 c a p p 系统按其工作原理可以分为以下五大类：交互式c a p p 系统、派生式c a p p 系 统、创成式c a p p 系统、综合式c a p p 系统和c a p p 专家系统 c a p p 系统 派生式系统 创成式系统 混合式系统 基于特征的系统 基于成组技术的系统 基于传统过程性程序结构与决策形式的系统 基于工具或骨架式的系统 基于工艺知识的专家系统 基于神经元网络的系统 派生式与创成式相蛄合的系统 基于实例与知识的系统 其它混合式的系统 图1 - 3c a p p 系统分类 1 ) 交互式c a p p 系统 交互式c a p p 系统采用人机对话的方式，基于标准工步、典型工序进行工艺设计， 工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。 2 ) 派生式c a p p 系统 派生式c a p p 系统或检索式( i n d e x ) c a p p 系统。它是建立在成组技术( g t ) 的基 础上，是专家与工艺人员经验的体现。它的基本原理是利用零件的相似性，按照成组 技术或零件特征来描述零件信息，通过系统的检索工具将已有的相似零件的工艺规程， 再根据零件的具体结构形状特点和其他相关信息，进行筛选或编辑修改，获得适合该 零件的工艺规程。 派生式系统必须有一定量的样板( 标准) 工艺文件，在已有工艺文件的基础上修 改编制生成新的工艺文件。因此，计算机内需要存储的是一些标准工艺过程。从设计 角度看，派生式系统与常规工艺设计的类比设计相同，也就是用计算机模拟人工设计 华中科技大学硕士学位论文 的方式，其继承和应用的是标准工艺。 3 ) 创成型c a p p 系统 创成式c a p p 系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它是从无到 有自动生成具体对象的工艺规程。创成式c a p p 系统工艺决策时不需人工干预，因此易 于保证工艺规程的一致性。但是，由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等 因素，对于结构复杂、种类多样的零件，实现创成式c a p p 系统非常困难。 创成式系统不需要派生式中的样板工艺文件，在创成式系统中只有决策逻辑与规 则，系统必须读取零件的全面信息，在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成 工艺文件。 4 ) c a p p 专家系统 c a p p 专家系统是一种基于人工智能技术的c a p p 系统，也称智能型c a p p 系统。 专家系统和创成式c a p p 系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式c a p p 系统是以 逻辑算法加决策表为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的。 5 ) 综合式c a p p 系统 综合式c a p p 是将派生式、创成式和交互式c a p p 的优点集为一体的系统。目前， 国内很多c a p p 系统采用这类模式。 将传统的派生式、创成式和人工智能相结合，构造成混合式或综合式c a p p 系统， 以解决十分复杂的工艺决策问题。典型系统为华中理工大学的h z r c a p 系统。 从以上五种c a p p 系统中工艺文件产生的方式可以看出，派生式系统必须有样板文 件，因此它的适用范围局限性很大，它只能针对某些具有相似性的零件产生工艺文件。 在一个企业中这种零件只是一部分，那么其它零件的工艺文件派生式系统就无法解决。 创成式系统虽然基于专家系统，自动生成工艺文件，但需输入全面的零件信息，包括 工艺加工的信息，信息需求量极大，极全面，系统要确定零件的加工路线、定位基准、 装夹方式等，从工艺设计的特殊性及其个性化分析，这些知识的表达和推理无法很好 的实现。正是由于知识表达的“瓶颈”与理论推理的“匹配冲突”至今无法很好地解 决，自优化和自完善功能差，c a p p 的专家系统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶 段。 1 3 8c a p p 系统的基本组成 尽管每个c a p p 系统所针对的产品对象不同，所具备的功能不同，但都包括4 个基 本组成部分：产品设计信息输入、工艺决策、工艺信息统计和产品工艺信息输出。 1 ) 产品设计信息输入 8 华中科技大学硕士学位论文 工艺过程设计所需要的最原始信息是产品设计信息。对于机械加工工艺过程设计 而言，这些最原始信息是指产品零件的结构形状和技术要求。c a p p 系统的信息输入方 法主要有两种：一种是人机交互输入系统所需的产品设计信息；另一种是直接从c a d 系统读取所需的产品设计信息。 2 ) 工艺决策 所谓工艺决策，是指根据产品设计信息，利用工艺经验和具体的生产环境条件， 确定产品的工艺过程。主要有派生式和创成式两种方式。 3 ) 工艺信息统计 对于完成的大量工艺信息根据业务需要自动统计出各种工装分类明细，工序分类 明细，工时定额统计，材料定额统计等等。并能够将信息传递给其他需要数据的系统。 随着人们对工艺管理系统认识加深和实际管理工作发展的需要，c a p p 越来越多的 和质量管理体系，工装管理体系，产品数据管理体系集成，并发展出很多新的应用， 本课题重点也是在现有c a p p 结构基础上，讨论其在发动机生产实际中和质量管理体系， 生产制造体系，工装管理维护部门中的应用。 4 ) 产品工艺信息输出 通常人们要以工艺卡片形式表示产品工艺过程信息，如工艺过程卡、工艺路线卡、 工序卡等，而且在一些卡片中，还包括工序简图。在c a d c a p p c a m 集成系统中，c a p p 需要提供c a m 数控编程所需的工艺参数文件；在p d m 或c i m 环境下，c a p p 需要通过数 据库存储产品工艺过程信息，以实现信息共享。 1 3 9a u p 的发展现状和问题 经过2 0 年来的发展，国内外对c a p p 技术进行了大量的探讨与研究，无论在研究 的深度和广度上都不断取得进展“1 ，并呈现以下特点： 1 ) 在设计对象上，传统的c a p p 研究与开发主要针对机械加工工艺过程设计，所涉 及的零件对象从回转体零件、箱体类零件、支架类零件到复杂的飞机结构件等。 2 ) 在涉及的工艺范围上，从普通加工工艺到数控加工工艺；从机加工艺到装配工 艺、钣金工艺、热处理工艺等；此外，在数控测量机枪测过程设计等方面，c a p p 也得 到应用。 3 ) 在系统功能上，从独立的计算机辅助技术“孤岛”，到满足集成系统环境下的 信息和功能需求。 4 ) 在系统设计上，从单一的派生式或创成式系统模式，到应用专家系统( e s ， e x p e r t s y s t e m ) 等人工智能技术，并具有检索、修订、创成等多种决策功能的综合智 9 华中科技大学硕士学位论文 能化系统模式。 5 ) 在系统开发上，从单纯的学术性探索和技术驱动，逐步走向实用化并以应用和 效益驱动。 然而，一方面，人们在大量的研究和应用实践中认识到工艺过程设计是典型的复 杂问题，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大：另一方面，c a p p 的应用背 景复杂多变，这主要体现在以下方面； 1 ) 不同企业、不同制造环境；不同产品类型、不同生产管理模式，产品工艺信息 模型及其外部表现形式( 工艺卡片格式) 、工艺设计知识不尽相同。 2 ) 同一企业、同一制造环境，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品 工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识可能发生变化。 3 ) 随着c a p p 集成化的要求及应用水平的提高，对c a p p 的功能会提出更高的要求。 4 ) 随着c a p p 工作平台的改变，c a p p 的应用需求也会发生变化。 在研究c a p p 过程中人们也逐步认识到原来c a p p 开发存在以下问题： 1 ) c a p p 研究与开发的目标具有一定的片面性 长期以来，c a p p 的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助系统。 即过份强调了工艺决策的自动化，决策过程中很少考虑人的有效参与。导致了系统开 发周期长，开发费用高，开发难度大，使用人员很难参与，适用性差，难以推广应用； 而且c a p p 的研究与开发只能以零件为主体对象，常常针对特定制造对象、特定制造环 境进行。开发出的系统功能和应用范围有限，缺乏适应生产环境变化的灵活性和适用 性。 2 ) 对c a p p 的系统化、实用化、工程化研究重视不够 尽管各种新概念、新方法、新技术在c a p p 中不断获得应用，但主要是针对各种决 策功能，而始终缺乏对c a p p 的系统化、实用化、工程化的研究，缺乏各种技术之间及 技术与管理、与人之间的集成，使得这些新技术、新概念、新方法所起作用甚小，也 使得c a p p 的整体发展缺乏坚实的实践基础和动力。近年来，国内外已开始认识到c a p p 应用和工程化问题对c a p p 发展的影响。例如，h a e l m a r a g h y 指出，c a p p 在企业中的 应用己落后于新概念的应用和新系统的开发“1 。 3 ) c a p p 的基础性技术和方法有待进一步深入研究 工艺过程设计是典型的复杂问题，包含了分析、选择、规划、优化等不同性质的 各种功能要求，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大，又与具体的生产环 境及个人经验水平密切相关；生产环境不同( 不同的工厂，甚至同一工厂内的不同车 间) 、产品对象不同、生产批量不同，生产设备、工艺方法和工艺习惯都不一样，使得 产品工艺差别很大。i h a m 和s c y l u 认为，工艺设计方法缺乏良好的理论和坚实的科 1 0 华中科技大学硕士学位论文 学基础是阻碍c a p p 发展的因素”1 。进入九十年代，国内外日益认识到c a p p 基础性理论 和方法研究的重要性。h p w a n g 和j k l i 认为，开发c a p p 系统的基础是工艺设计的 原理和方法，并指出，一些研究者过分强调了c a p p 系统开发中计算机程序设计的重要 性而忽视了工艺设计的原理和方法，因此绝不可能开发出高水平的c a p p 系统”1 。 1 3 1 0 国内c a j p 系统应用介绍 国内制造业企业对c a p p 的应用主要有四个层次9 3 ： 1 ) 国内大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，c a p p 的应用还是空白； 2 ) 部分企业在计算机技术和c a d 技术应用比较普及以后，工艺设计成为薄弱环节。 有些企业在o f f i c e s 或a u t o c a d 基础上绘制工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工 艺规程的设计。但此类c a p p 所产生的工艺规程是以文本形式存在的，难以对工艺数据 进行有效管理。江铃发动机厂就是此类情况。 3 ) 部分技术力量比较雄厚的企业联合高校开发了一些专用c a p p 系统，主要有创成 式和派生式两种。其中以派生式为基础的c a p p 设计方法较为适用，其主要原因是这些 工厂大都为几十年以上的老厂，产品种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产 中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善， 可制定出派生式c a p p 系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。 4 ) 部分企业认识到工艺设计的重要性，购买了部分商品化的c a p p 系统，但由于企 业对c a p p 的认识还存在不足，特别是对企业个性化工艺资源规范与建立认识和准备不 足，在实现甩钢笔之后再进行c a p p 集成后劲不足。 目前国内市场在创成式c a p p 和c a p p 专家系统还不能满足实用化要求的情况下， 重点转向开发派生式的c a p p 系统，并涌现了大量商品化软件或软件产品。如开目c a p p ， 天河c a p p ，金叶c a p p ，艾克斯特c a p p ，大恒c a p p 系统。这类系统的特点是提供各种 窗口和w i n d o w s 的增删、修改功能，用户直接采用填写( 或修改已生成的工艺文件) 方式进行工艺设计。这种类型的c a p p 系统不强调产品设计标准化和工艺技术基础工作， 在一定程度上可以满足企业对c a p p 技术的初期需要，并发挥相当的作用。 例如杭州前进齿轮箱集团有限公司引进浙江大天电子信息系统工程有限公司的g s - - c a p p 计算机辅助工艺设计与管理系统，利用其制造资源模块( 二次丌发工具) ，建立 了专用工艺装备查询与管理系统，实现了专用工艺装备的快速查询与管理，实效显著 【t o o 西北工业大学结合航空c i m s 工程中飞机结构件集成化c a d c a p p c a m 项目的研究 开发，利用系统提供的面向对象知识处理技术、智能化对象基推理技术、工艺信息自 1 l 华中科技大学硕士学位论文 动检测、计算技术、工程数据库动态关联检索技术等，进行集成化智能化c a p p 的应用 与开发，实现了飞机结构件数控工艺的自动化设计，实现了c a d c a p p c a m 的信息集成 和工艺设计与管理的一体化1 。 但是由于现有c a p