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高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 两芰 计算机辅助工艺过程设计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 ) ，是现 代机械制造业中重要的内容之一。随着计算机技术的广泛应用，利用计算机进行制 造工艺辅助设计是制造类企业发展的必然趋势之一。 本文结合扬州恒星机械厂( 扬州恒星精密机械有限公司) 对c a p p 需求，从系 统化的角度出发，构造了一个工艺人员能够方便地进行工艺设计和工艺管理的、以 变异型为主、以交互输入为辅的c a p p 原型系统。该课题的研究对中小型机械制 造类企业具有实际的意义。 本文在分析了c a p p 技术现状、存在问题及发展趋势的基础上，针对中小型机 械制造企业对c a p p 系统需求的特点，进行了系统的总体设计，并对系统的各功 能模块进行了描述。具体研究内容如下：基于成组技术的零件信息的描述，开发 了适合中小企业的1 0 位零件分类编码系统；基于树型结构的工艺资源数据库管 理；变异式工艺设计，包括工艺库的建立、工艺规程的生成、工艺资源的使用、 工序图的生成与调用、工艺规程的查询、工艺报表的输出等内容，构建了变异式工 艺设计中部分模块的关键算法；基于产品工艺数据的c a p p 与p p s ( p r o d u c t i o n p l a n n i n g & s c h e d u l i n g ，生产计划安排) 的集成。 本系统采用d e l p l l i 7 为开发平台，数据库采用s q l - s e e r 7 0 ，在w i n d o w s 操 作平台上运行，该系统集成了国家标准的工艺设计和规范化的工艺管理，为工艺设 计人员提供了工艺设计辅助工具，从而进一步提高了企业工艺部门的工作效率和企 业的整体效益，加快了企业的信息化建设。 关键词：计算机辅助工艺过程设计；成组技术；零件编码；工艺资源；工艺设计 商征兵：面向中小企业c a p p 系统的麻明研究 a b s t r a c t 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 c a p ps y s t e mi so n eo ft h ei m p o r t a n te l e m e n t s o ft h em o d e mm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n g w j t ht h ew i d e s p r e a du s eo fc o m p u t e r t e c h n o l o g y , c o m p u t e r - m d e dd e s i g nf o rm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e si sa ni n e v i t a b l et r e n do f t h ed e v e l o p m e n to f e n t e r p r i s e s 。 i nt h i sa r t i c l e ，a c c o r d i n gt ot h ed e m a n d so fy a n g z h o uh e n g x i n gm a c h i n ef a c t o r y ( y a n g z h o uh e n g x i n gp r e c i s i o nm a c h i n e r yc o l t d , ) t ot h ec a p ps y s t e m ，f r o ma s y s t e m a t i z e dv i e w , h a ss t r u c t u r e dav a r i a t i o n - b a s e d ，i n t e r a c t i v ei n p u t a s s i s t a n tc a p p p r o t o t y p es y s t e m i n w h i c hc r a f t e r sc a nc a r r yo nt h et e c h n o l o g i c a ld e s i g na n d t e c h n o l o g i c a lm a n a g e m e n tc o n v e n i e n t l y t h es t u d yi nt h i st o p i ch a sa l la c t u a ls i g n i f i c a n c e t ot h em e d i u ma n ds m a l l s i z e dm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e i nt h i s a r t i c l e ，i n t h ef o u n d a t i o no fa n a l y z i n gt h e p r e s e n tc a p pt e c h n o l o g y s i t u a t i o n 、e x i s t i n gp r o b l e m s ，a n dd e v e l o p i n gt e n d e n e y ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c o fd e m a n d sm e d i u ma n ds m a l l s i z e dm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s et oc a p p s y s t e m ，m a d eao v e r a l ld e s i g no f t h es y s t e m ，a n da 晰e fi n t r o d u c t i o nt ot h ef u n c t i o n a l m o d u l e so ft h es y s t e m t h ec o n t e n t so ft h ea r t i c l ea r e ：t h ed e s c r i p t i o no ft h ep a r t s i n f o r m a t i o nw h i c hi sb a s e do nt h e g r o u p t e c h n o l o g y d e v e l o p e d t h e10 p a r t s c l a s s i f i c a t i o n sc o d i n gs y s t e ms u i t e d m e d i u ma n ds m a l l s i z e de n t e r p r i s e s ；t h e m a n a g e m e n to ft h ec r a f tr e s o u r c e sd a t a b a s ew h i c hi sb a s e do nt h et r e es t r u c t u r e ；t h e v a r i a t i o nt y p et e c h n o l o g i c a ld e s i g n ，i n c l u d i n gt h ep r o c e s sd a t a b a s ee s t a b l i s h m e n t , t h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sp r o d u c t i o nt h eu s eo f p r o c e s sr e s o u r c e s t h ep r o d u c t i o na n di n v o k e o fw o r k i n gp r o c e d u r ec h a a ，t h ei n q u i r yo ft h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，t h eo u t p u tp r o c e s s r e p o r tf o r ma n ds 0o n c o n s t r u c t e dt h ek e ya l g o r i t h mo ft h ep a r t i a lm o d u l e si n t h e v a r i a t i o nt y p et e c h n o l o g i c a ld e s i g n ；t h ec a p pa n dp p s ( p r o d u c t i o np l a n n i n g & s c h e d u l i n g 、i n t e g r a t i o nw h i c ha r eb a s e do nt h ep r o d u c tp r o c e s sd a t a t h es y s t e mi sb a s e do nd e l p h i 7a sd e v e l o p i n gp l a t f o r m ，s q l s e r v e r 7 0a st h e d a t a b a s e ，o p e r a t e d i nt h ew i n d o w sp l a t f o r m , i t i n t e g r a t e s t h ec o u n t r ys t a n d a r d t e c h n o l o g i c a ld e s i g na n dt h es t a n d a r d i z e d c r a f tm a n a g e m e n t , a n dw i l l p r o v i d et h e t e c h n o l o g i c a ld e s i g na i d e dt o o l sf o rt h ec r a f td e s i g n e r s , t h u sw i l lf u r t h e re n h a n c et h e w o r k i n ge f f i c i e n c yo ft h ee n t e r p r i s ec r a f td e p a r t m e n ta n dt h ee n t e r p r i s e so v e r a l lb e n e f i t , i l l 扬州大学工程硕七论文 a n dw i l ls p e e du pt h ee n t e r p r i s e si n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：c o m p u t e ra i d e d p r o c e s s p l a n n i n g ；g r o u pt e c h n o l o g y ；p a r t c o d i n g ；p r o c e s sr e s o u r c e s , p r o c e s sd e s i g n 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 第一章绪论 1 1 本文选题背景 工艺设计是机械制造过程中技术准备的一项重要内容，是产品设计与制造的纽 带，工艺设计所生成的加工工艺路线是指导生产过程的重要文件和制定生产计划与 调度的重要依据。随着机械制造技术的发展，特别是c a d c a m c a e ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g na n dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t x t r i n ga n dc o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g 计 算机辅助设计、制造、工程) 系统向集成化、智能化、网络化、可视化方向的发 展，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 ) 越来越受到 人们所重视。但是c a p p 的技术发展和c a d 、c a m 等技术发展相比显得滞后，其主要 原因是工艺因素的错综复杂，工艺理论尚未完全成熟，且早期的c a p p 过分强调工 艺生成的智能化等等。因此，目前通用性较强，能在企业大面积推广的商品化 c a p p 软件不多。 作为在我国国民经济中占据着相当重要份额的中小型机械制造企业，经过多年 的体制调整、技术改造、资源配置等已呈现优胜劣汰之势，现存的这些企业尽管在 规模、资金、产品、组织形式上都存在着很大差别，但在生产上仍然具有一些共 性：如技术力量薄弱；产品品种多、批量小；- r 艺设计缺乏系统性等等。 目前，大中型企业和科研设计院已基本普及c a d 技术，部分企业在c a d 技 术基础上已经开发应用了c a p p 软件，取得了显著的效果。但是，大部分中小企 业在研究应用c a p p 技术中处于相对落后阶段，多数企业工艺设计仍然采用手工 设计的方式。工艺设计工作量大、周期长已经成为制约企业缩短产品设计周期的瓶 颈眈 基于以上分析，我们申请了扬州市科技局和扬州大学合作项目基于组件的可 集成制造执行系统推广应用( y z 2 0 0 4 0 4 2 - - 8 ) ，本文作为该项目的计算机辅助工 艺设计部分，以扬州恒星机械厂( 扬州恒星精密机械有限公司) 的产品为例，对中 小型机械制造企业所需的c a p p 系统进行了研究，目的是构造一个工艺人员能够 方便地进行工艺设计和工艺管理的软件平台，从而进一步提高了企业工艺部门的工 作效率和企业的整体效益，加快了企业的信息化建设。 扬州大学工程硕士论文 1 2o a p p 技术产生和发展的背景 1 2 1c a p p 产生的背剽2 】 工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能 按设计要求生产出合格的成品零件，工艺设计工作主要包括： 1 ) 根据产品图样，分析产品零件的结构特点以及技术要求； 2 ) 了解产品生产纲领及批量； 3 ) 根据企业的实际情况，具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时 定额； 4 ) 选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等； 5 ) 安排合理的加工顺序； 6 ) 选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差； 7 ) 编制包含上述所有信息的工艺文件和各类统计汇总卡片。 传统工艺设计是由工艺师手工逐件设计的，因此工艺文件的内容、质量以及编 制时间取决于工艺师的经验和熟练程度。这种状况不可避免地将导致工艺文件的多 样性、重复性，导致设计周期长和质量不易保证。传统的工艺设计方式已经严重地 阻碍了设计效率的提高，主要表现在以下几方面： 1 ) 传统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 ) 难以保证数据的准确性；工艺设计需要处理大量的图形信息、数据信息， 并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据；由于数据繁多且很分散，因此， 工作繁琐、易出错。 3 ) 工艺设计优化、标准化较差，设计效率低下，存在大量的重复劳动。由于 每个工艺规程都要靠手工编写，当产品更换时，原有的工艺规程就不再使用，必须 重新设计一套产品的工艺规程，即使新产品中某些零件与过去生产的零件相同，也 必须重新设计。 4 ) 无法利用c a d 的图形、数据。二维c a d 技术在企业中的应用已很普及，各 部门之间可通过电子图档进行交流，然而由于工艺设计部门仍采用人工方式进行设 计，这样就无法有效利用c a d 的图形及数据。 5 ) 信息不能共享。随着企业计算机应用的深入，各部门所产生的数据可以通 过计算机进行数据交流和共享，如果工艺部门仍采用手工方式，就只能通过手工方 2 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 式查询其他部门的数据，工作效率低且易出错：同时产生的工艺数据也无法方便地 与其他部门进行交流和共享。 6 ) 传统的手工设计方式无法实现计算机集成制造。计算机无法对传统的工艺 文件进行统一的管理和维护，也不能利用工艺专家的知识和经验。 显然，传统的手工工艺设计方法已不能满足现代化生产的需要。随着计算机软 硬件技术的发展，为解决传统工艺设计工作中存在的问题提供了有效手段。特别是 人工智能技术的日趋成熟，为开发计算机辅助工艺设计系统创造了有利条件，采用 知识库和专家系统使人类通过长期生产实践所积累的宝贵经验和知识有可能得以继 承和运用。c a p p 技术的出现使工艺设计自动化成为可能。 1 2 2c a p p 的概念 c a p p 是利用计算机来辅助零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图样 上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息( 形状、尺寸等) 和工艺信息( 材料、热处理、批量等) ，由计算机自动输出或辅助输出包括零件的 工艺路线和工序内容等的工艺文件过程。 c a p p 也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会提出了计算机辅 助规划、计算机自动工艺过程设计等名称，c a p p 一词强调了工艺过程自动设计。 实际上国外常用的一些，如制造规划、工艺工程以及加工路线安排等在很大程度上 都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生 产准备工作之一，是连接设计与制造的桥梁，是一个经验性很强而且随制造环境变 化而变化的决策过程p j 。 1 2 3c a p p 的基本类型和原理 c a p p 系统是根据企业的类别、产品类型、生产组织状况、工艺基础及资源条 件等各种因素而开发应用的，不同的系统有不同的工作原理，目前常用的c a p p 系 统可分为变异式、创成式和综合式三大类。 1 ) 变异式c a p p 系统的工作原理 变异式c a p p 也称为派生式c a p p ，它是利用成组技术原理将零件按几何形状及 工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型的样件，然后集中专家、工艺人员的集 体智慧和生产经验，为此样件设计出相应的典型工艺文件，存入到工艺文件库中。 当需要设计一个零件工艺规程时，输入零件信息，对零件进行分类编码，按此编码 由计算机检索出相应的零件族的典型工艺，并根据零件结构及工艺要求，对典型工 3 扬州大学工程硕士论文 艺进行修改，从而得到所需的工艺规程。 2 ) 创成式c a p p 系统的工作原理 创成式c a p p 系统是一个能综合零件加工信息，自动地为一个新零件创造工艺 规程的系统。它能够根据工艺数据库的信息和零件模型，在没有人工干预的条件 下，系统自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完 成机床、刀具的选择和加工过程的优化，通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的 决策过程，自动创成新的零件加工工艺规程。 3 ) 综合式c a p p 系统的工作原理 综合式c a p p 系统又称半创成式c a p p 系统，它将变异式和创成式互相结合，综 合采用这两种方法的优点。例如，可以选择几个存储在计算机上的工艺舰程片断， 同时又具有一定的工艺决策逻辑，考虑一部分加工表面理论上必然的加工顺序，然 后把它们结合起来，形成一个工艺规程。世界各国研制的所谓创成式c a p p 系统， 实际上都属于这种类型。 1 2 4c a p p 技术的发展概况 c a p p 的开发、研制是从上个世纪六十年代末开始的，世界上最早研究c a p p 的国家是挪威，始于1 9 6 9 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 p ，并在1 9 7 3 年正式推出商品化的a u t o p r o s 系统。在c a p p 发展史 上具有罩程碑意义的是c a m - i ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g - i n t e m a t i o n a l ，设在美 国的计算机辅助制造组织) 于1 9 7 6 年推出的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，取其字首的第一个字母，称为c a p p 系统。c a p p 研究直到2 0 世纪8 0 年代才 开始受到工业界的重视，研究工作开展较快。美国机械工程研究会也在1 9 8 5 年和 1 9 8 7 年两次召开c a p p 专题讨论会。目前国内外召开许多生产自动化方面的学术会 议也都包括了c a p p 的内容。 我国从8 0 年代初开始c a p p 系统的研究和开发，多局限在大专院校和科研院 所，基于智能化和专家系统的思路进行开发，对c a p p 系统的实用化和商品化重视 不够。由于工艺设计的特点决定了自动化的c a p p 系统存在很大的局限性，无法满 足企业工艺设计的要求。到9 0 年代中期，c a p p 系统开始重视软件工具化和实用 化，大多是面向部分工艺人员，面向部分零部件进行工艺设计。随着信息系统集成 的发展，近几年，c a p p 系统逐步向基于数据库和产品结构，注重管理和集成，面 向产品工艺准备全过程，采用交互式设计方式的综合平台式系统发展。 4 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 1 3c a p p 技术现状和发展趋势 1 3 1c a p p 在企业信息化中的地位和作用 c a p p 在企业信息化建设中占有重要的地位和作用【2 】。具体体现在以下几方 面： 1 ) 从产品设计制造的角度看，c a p p 是连接c a d 和c a m 之间的桥梁和纽带；从 管理的角度看，c a p p 又是连接产品信息同m r pi i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p l a n n i n g ，制造资源计划) 的纽带。c a p p 是实现c a d c a p p c a m m r p i i 集成的关 键。 2 ) c a p p 使工艺设计人员摆脱大量、繁琐的重复劳动，将其主要精力转向新产 品、新工艺、新装备和新技术的研究与开发。 3 ) c a p p 可以显著缩短工艺设计周期，保证工艺设计质量，提高产品的市场竞 争能力。 4 ) c a p p 可以提高产品工艺的继承性，最大限度地利用现有资源，降低生产成 本。 5 ) c a p p 可使没有经验的工艺师设计出高质量的工艺规程，以缓解当前机械制 造工艺设计任务繁重，且缺少有经验工艺设计人员的矛盾。 6 ) c a p p 有助于推动企业开展工艺设计标准化的最优化工作，提高工艺设计水 平。 7 ) 为企业信息化提供正确的工艺数据，保证数据的一致性和安全性，为企业 逐步推行e l m s 应用工程打下重要基础。 1 3 2c a p p 研究与应用中存在的问题 由于c a p p 在计算机辅助设计与制造以及企业信息化建设中的重要作用，2 0 世 纪7 0 年代初以来国内外投入了大量人力和物力对其进行研究，8 0 年代以来，我国 对其进行重点攻关。但由于c a p p 问题的复杂性和特殊性，c a p p 系统仍面临如下问 题1 5 q ： i ) c a p p 系统零件信息的描述与输入问题这个问题实际关系到c a d 与c a p p 及其他应用系统集成的问题，直接关系到c a p p 系统能否真正实用化与商品化。目 前机械制造业需要建立起满足c a d 、c a p p 、c a m 、p d m ( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ，产品数据管理) 、e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企业资源计 划) 等统一的产品信息模型，以满足各应用系统之间的信息共享和集成，以至于彻 5 扬州大学工程硕七论文 底解决c a p p 系统的产品数据二次输入问题。 2 ) 系统的通用性问题工艺设计是一项个性很强的工作，各个企业由于产品 不同、零件批量不同、加工环境不同，其工艺设计方法习惯可能会不一样，所以 c a p p 系统很难像c a d 系统那样设计成通用的系统。 3 ) 系统的柔性问题c a p p 系统的应用环境千差万别，c a p p 系统的开发者应向 用户提供多种设计手段，以满足不同用户的需要。因此，系统应同时具有基于典型 工艺或实例的检索式设计功能，基于实例的变异式设计功能，以及基于知识的创成 式设计等功能。系统不但能生成面向普通机床的工艺文件，还应能生成面向数控加 工与半数控加工环境的工艺文件，系统还应能输出各种格式的工艺文件。 4 ) 工艺决策所用的通用数据库知识的获取、表达和相应数据库与知识库的构 造问题工艺决策所用的数据有加工方法、余量、切削用量、机床、刀具、夹具、 量具、辅具以及材料、工时、成本核算等多方面的信息。如何组织和管理这些信 息，并便于扩充和维护，使之适用于各种不同的企业和产品，是当今c a p p 系统需 要迫切解决的问题。c a p p 系统所需的工艺知识，包括工艺决策逻辑、决策习惯、 经验、规则等众多内容。如何获取和表达它们，并便于系统的应用、维护和扩充也 是c a p p 需要解决的关键问题。 5 ) 面向产品或制造过程进行工艺设计的问题应从企业信息集成的整体和产 品生命周期去实施c a p p ，以免继续造成新的信息孤岛。 1 3 3c a p p 的发展趋势【2 7 1 1 】 国内外制造业有一个共同的趋势：熟练的、有经验的工艺设计人员越来越少， 而机械制造业的市场以多品种小批量生产起主导作用，竞争越来越激烈。企业为适 应市场瞬息万变的要求、缩短产品设计和生产准备周期是极其重要的一环。计算机 辅助工艺设计引起了世界各国的普遍重视。c a p p 从6 0 年代开始研制，到目前只有 近4 0 多年的历史，已经研制出很多实用的c a p p 系统并在生产实践中使用。但这些 系统大都属于孤岛式c a p p 系统。随着c a d 、c a p p 、c a m 单元技术日益成熟，同时又 由于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 ，计算机集成制造系统) 及 i m s ( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，智能制造系统) 的发展，促使c a p p 向智能 化、集成化和实用化方向发展。对c a p p 技术的发展趋势归纳为以下几方面： 1 ) 集成化现代集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个 单元技术，c a p p 系统集成化也是必然的发展方向。在并行工程思想的指导下实现 6 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 c a d c a p p c a m 的全面集成，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，这包括：与产品设计实现双向的信息交换与传送；与生产计划调度系统 实现有效集成；与质量控制系统建立内存联系等。 2 ) 工具化为了能使c a p p 系统在企业中更好地推广应用，c a p p 系统应采用 更好的开发模式。传统专用型c a p p 系统虽然针对性强、但由于开发周期长，缺乏 商品化的标准模块，适应性差，很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的 发展和变化。而应用面广、适应性强的工具型c a p p 系统，已经成为开发和应用的 趋势。 3 ) 平台型c a p p 系统把系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用户可以 通过友好的用户界面根据本企业的情况输入数据和知识，针对不同的应用环境，形 成面向特定的制造环境和工艺习惯的具体的c a p p 系统。也可以将开发平台提供给 用户，使用户可以进行c a p p 系统的二次开发，在开发平台上构造符合用户需要的 c a p p 系统。从理论上，它可以适应各种应用环境，具有较好的通用性和柔性；而 且由于还具有二次开发能力，能适应企业内部发生的变化。 4 ) 智能化c a p p 系统必将在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性上 有进一步的发展。 5 ) 并行化并行过程强调信息的及时传递与反馈，并行工程环境下的c a p p 系 统不仅是信息集成的中枢，同时也是各子系统间功能协调的关键。并行c a p p 必须 面向制造、面向成本、面向产品进行设计，它向上能对c a d 的设计结果进行可制造 性评价，同时还应具备对不合理的设计( 如结构、尺寸、公差、精度、可用资源 等) 提出修改意见，供设计者参考，以保证产生一个完善的设计结果。它向下应能 接受来自c a m 等方面的信息，以控制工艺设计过程，从而实现工艺设计的技术合理 性、加工工艺的经济性与制造资源的可用性。网络化的系统环境是实现并行的基 础。 1 4 本文研究的主要内容 本文针对中小型机械制造企业的需求，研究了适用于这类企业的c a p p 的关键 技术，对其中主要模块的方法、过程作了详细的阐述。论文研究的主要内容有以下 几方面： 1 ) 零件分类编码系统的制定 7 扬州大学工程硕士论文 从零件分类成组方法、零件信息输入的方法及零件分类编码技术出发，结合扬 州恒星机械厂零件产品种类的实际情况，开发出适合中小企业的l o 位零件分类编 码系统。 2 ) 工艺资源数据库管理 从树型结构的有关知识、工艺资源数据分类、关系型数据库语言s q l s e v e r 、 资源树的管理功能、工艺资源数据库的备份与还原等方面对工艺资源数据库的管理 作了研究。 3 ) 变异式工艺设计 围绕变异式工艺设计研究了工艺库的建立、成组编码的具体应用模式、工艺规 程的生成、工序图的生成与调用、工艺规程的查询及工艺报表的输出及工艺文件的 管理等内容。构建并详细阐述变异式工艺设计中部分模块的关键算法。 4 ) 与企业信息系统的集成 从工艺信息集成体系、产品工艺信息分析两方面对产品数据进行了分析；从 p p s ( p r o d u c t i o np l a n n i n g & s c h e d u l i n g ，生产计划安排) 模块的主要功能、c a p p 与p p s 集成技术方案，对基于工艺数据的c a p p 与p p s 的集成作出一定的研究。 本章小结 本章主要阐述了c a p p 技术产生和发展的背景、c a p p 技术现状和发展趋势，具 体包括c a p p 产生的背景、c a p p 的概念、c a p p 的工作原理、c a p p 技术的发展概 况、c a p p 在企业信息化中的地位和作用、c a p p 的发展趋势、课题的选题背景及课 题所研究的主要内容。 8 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 第二章系统的总体设计 2 1 中小企业c a p p 的应用现状 随着计算机的应用普及，我国制造企业在c a d 技术的应用方面已经取得了良好 的效果，大部分企业甩掉了图板，相当比例的企业应用了三维设计软件。但是，在 绝大多数企业中，特别是中小企业，工艺部门的计算机应用严重滞后于设计部门， 许多企业还在使用手工进行设计，还有许多企业使用c a d 软件或办公软件来“画” 工艺卡片，另外一些企业，虽然通过与高校、科研单位合作，开发了专用的 c a p p ，但由于各种图形处理、与数据库结合以及实用性等原因，时至今日，也未能 很好地应用c a p p ，在应用过程中还存在着各种各样的问题。总结起来企业的应用 可以分为如下几种情况【1 2 】： 1 ) 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 的应用仍是一片空 白。 2 ) 部分企业在计算机技术和c a d 的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的 薄弱环节。有些企业自己在w o r d 、e x c e l 或a u t o c a d 上绘制出工艺卡片的空白表 格，在此基础上进行工艺规程的设计。这种设计也是利用计算机进行辅助工艺设 计，也可称作为c a p p ，但这类c a p p 所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在 的，企业无法对工艺数据进行有效地管理。 3 ) 部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的c a p p 系 统，但由于这些系统针对性不强，且过分强调工艺生成的智能化，因此，c a p p 并 没有得到真正的实用。 2 2 中小企业对c a p p 系统的需求 扬州恒星机械厂主要从事雷达类波导元器件、小型钢质精锻齿轮坯、数控冲床 精密模具等系列产品的生产，产品涉及航天、电子、信息、汽车、摩托车、数控锻 压设备等多个行业，与国内知名军工、企业集团配套。该企业具有中小型机械制造 企业的生产特点，即零件种类繁杂，但每一类产品的结构相对固定，真正要进行全 新工艺设计的产品并不多，这类企业对c a p p 系统功能要求可主要集中在以下几个 方面：对现有的工艺信息进行分类、整理，便于工艺人员查询；建立各种工艺参数 ( 工艺资源) 、技术手册；能方便的生成和处理各种工艺文件；能检索典型工艺、 9 扬州大学：程硕士论文 标准工艺，派生出新零件工艺规程，并采用交互式方式对相应工艺规程进行修改， 以满足新一类零件的工艺设计要求等等【1 3 ，4 1 。 因此，中小型机械制造企业所需的c a p p 系统应是一个以整个产品为应用对 象，以产品工艺数据为中心的集工艺过程设计、工艺信息管理为一体的交互式计算 机应用系统和开发平台，通过融合检索、派生、修订等技术，逐步实现工艺设计和 管理自动化的系统。 基于以上认识，结合扬州恒星机械厂的需求，我们开发了以变异型为主、以交 互式输入为辅的面向中小企业的c a p p 原型系统，即该系统采用变异式和交互式相 结合的模式进行，对于一些相似性零件可采用变异式工艺设计，对于一些单一特殊 的零件可以采用交互式工艺设计，各种底层资源是它们共同的基础。其优点是： 1 ) 变异式c a p p 系统以成组技术为理论基础，理论上比较成熟。 2 ) 变异式c a p p 系统问世较早，应用范围比较广泛，有较好的实用性。 3 与常规手工工艺设计方法类似，继承和应用了企业较成熟的传统工艺，但 系统的柔性较差。 2 。3 系统设计步骤 1 ) 根据企业产品特点与生产情况选用合适的零件分类编码系统； 2 ) 应用选定的零件分类编码系统对欲覆盖的零件进行编码； 3 ) 根据零件的编码及其工艺过程，确定分类成组原则，并对企业所有零件进 行分类成组，形成若干个零件族，并建立零件族特征矩阵； 4 ) 为每个零件族设计一个假想的典型零件，该典型零件应包含该族零件的所 有特征，因而在结构上它应是该族零件中最复杂的零件； 5 ) 编制典型零件的标准工艺路线和相应的工序内容，并设计存储和检索方 法： 6 ) 建立必要的工艺数据库，以存储工艺数据和规范； 7 ) 进行系统的总体设计，实现对标准工艺的存储、检索、编辑和结果输出。 2 4 系统总体结构 本系统是一个基于数据库管理平台的c a p p 集成系统，利用节点技术、数据库 技术建立了工艺资源库，通过工艺资源的统一管理和共享，有效地提高工艺设计水 l o 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 平。系统采用d e l p h i 7 为开发平台，数掘库采用s q l - s e r v e r 7 0 ，在w i n d o w s 操作 平台上运行。系统总体结构如图2 1 所示。 图2 1 系统总体结构图 2 5 系统的功能模块设计 系统主要由编码系统制定模块、工艺设计模块、工艺管理模块、系统设计模块 等组成。系统功能模块结构如图2 2 所示。 图2 2 系统模块结构图 主要功能如下： 1 1 编码系统制定模块零件编码的目的是将零件图上的信息代码化，把零件的 属性用数字代码来表示，以便于计算机识别。因此，本系统应建立适合中小企业适 用的零件分类编码系统。 2 ) 零件信息输入模块零件信息主要指零件结构形状、尺寸、精度等方面的信 息，c a p p 系统需要在“理解”这些零件信息的基础上，才能进行工艺设计。常见 的零件信息描述方法主要有：零件分类编码描述法、形状特征描述法、直接将c a d 扬州大学二i ：稃硕士论文 作业结果作为c a p p 的输入等方法。在本系统中选用零件分类编码描述法，该方法 建立在成组技术的基础上，理论上较成熟且简单易行，适用于检索式、变异式 c a p p 系统。 3 ) 工艺资源管理模块采用基于树型结构的数据库管理技术对机床设备库、刀 具库、夹具库、量具库等工艺资源数据进行有效的管理，因此，工艺人员在编制工 艺规程时可规范工艺内容，提高工艺表述的一致性和标准化程度。 4 ) 检索模块该模块可以检索零件信息或零件工艺规程。可以根据零件图号、 零件编码、零件名称、编制人、产品名称、设计日期、旧版零件图号等分类项查 询，查询时可根据需要输入前述分类项内容或不输入任何内容进行，查询结果在相 应零件信息窗口或工艺规程窗口中显示，用户根据需要可以进行编辑。 5 ) 工艺规程生成模块该模块的功能是建立标准工艺文件库、典型工艺文件 库、实例工艺文件库；对现有工艺文件进行查询，实现现有工艺文件的修改和新工 艺文件的派生且输出各种工艺报表等。 6 ) 用户权限管理模块权限管理是根据企业的具体情况，设置具有不同权限的 用户( 如系统管理员、项目主管、普通用户、数据库管理人员等) 以保证企业信息 和数据资料的安全与稳定。每个用户都有自己的用户名和登录密码，并且有相应的 操作权限。比如，系统管理员具有系统的最高操作权限，可以对系统中所有数据和 功能模块进行操作，可添加和删除用户，并可以修改和赋予其他用户权限；数据库 管理人员只能进行企业资源数据的维护与管理。了解了不同用户的权限就可以建立 相应的权限管理数据库，并且应用相应的程序代码就可以实现权限的认证l ”】。 7 ) 与企业信息系统的集成随着企业信息化建设的不断发展与深入，e r p 、 c a p p 、p p s 等多种商品化软件的应用导致了企业信息系统种类的急剧增加【1 6 1 。由于 这些系统相对都是独立的，它们由不同的开发商开发，采用了不同的技术和规范， 构建系统时必须考虑如何将c a p p 系统与企业的信息系统集成在一起，充分发挥信 息的共享优势。 以上部分模块的设计方法、设计过程将在后续有关章节作出详细的阐述。 2 6 系统的基本特点 本系统是一个实用化的框架工具系统，在系统的设计过程中，强调在企业信息 集成化、计算机化的过程中，人是关键因素，而计算机技术、自动化技术只是一种 1 2 高征兵：面向中小企业c a p p 系统的应用研究 特点【”】。 1 ) 框架化：由于企业产品、制造资源和生产环境的复杂性和多样性，企业使 用该系统可对产品、资源等重新配景，该框架系统可以方便、快速地实例化为一个 实用的、适应本企业的功能需求和特定制造资源环境的c a p p 应用系统。系统提供 了开放式的和可扩展的系统接口，用户可以将自开发的功能模块挂接到系统中，并 共享系统资源。 2 ) 工具化：c a p p 工具系统是计算机辅助工艺设计的重要发展方向之一。前面 提到c a p p 推广不理想的原因之一是过分强调工艺设计的智能化，而忽视了起关键 作用的人为因素。因此，本系统开发时注意计算机应用技术只是工艺人员提高工艺 设计效率的必要的辅助工具，这里以c a p p 集成框架为基础，设计了工艺检索、派 生、零件信息、工艺信息、工艺资源信息及权限管理等模块。 3 ) 集成化：随着企业信息化建设的不断发展与深入，e r p 、p p s 等多种商品化 软件的应用导致了企业信息系统种类的急剧增加。构建系统时必须考虑将c a p p 系 统与企业的信息系统集成在一起，充分发挥信息的共享优势。 4 ) 人机协同机制：系统设计强调科技以人为本。在工艺设计过程中，利用人 机协同机制，在系统操作指导和用户的完全参与下完成工艺设计。 本章小结 本章主要研究了系统的主要组成、各功能模块的作用及系统的基本特点。其中 几个主要的关键模块，如编码系统制定模块、零件信息输入模块、查询模块、工艺 资源管理模块及工艺规程生成模块等，将在后面的有关章节作出详细的分析和研 究。 扬州大学上程硕士论文 第三章基于成组技术的零件信息描述 工艺设计的任务是根据零件信息以及具体的制造环境，制定零件加工的工艺规 程。当工艺设计是由手工完成时，设计人员用眼睛读图，通过头脑还原图样所表达 的零件信息。而采用计算机辅助进行工艺设计时，同样要让计算机“读懂”零件图 上的信息，然后才能进行正确的推理作业。因此，c a p p 面临的首要问题就是如何 对零件信息进行描述，以及如何对这些信息进行组织，让计算机能够“读懂”或 “理解”所要处理的对象。本章从零件信息描述和输入的相关技术出发，阐述本系 统所采用的编码技术。 3 1 成组技术概述 成组技术是一门基于解决多品种多批量生产所存在的种种问题而产生的生产技 术应用性科学，它利用统计分析和相似性的理论，将分散的小生产批量汇集成较大 的成组生产，把多品种转化为少品种，小批量转化成大批量，使多品种、中小批量 和单件生产的企业获得较好的经济和社会效益。成组技术的最初应用是在指导机械 零件的制造工艺方面，把许多结构不同的零件按工艺相似性分类整理成零件族，设 计出适合全组零件加工的成组工序，从而取得最佳的生产经济效益。随着成组技术 理论体系的完善，成组技术的应用不仅在制造工艺方面，而且在产品设计和生产组 织管理方面也日益广泛，特别是与计算机技术的结合，使得成组技术的应用更加简 单、实用。 分类是成组技术的基础，分类的依据是零件的相似性，分类的结果是形成零件 族。目前，将零件分类成组常用的方法有：视察法、生产流程分析法、编码分类法 等。 i ) 视察法视察法是由有实际生产经验的人员通过对零件图样仔细阅读和判 断，把具有某些特征属性的一些零件归为一类。它的效果主要取决于个人的生产经 验，多少带有主观性和片面性。适用于零件品种较少、结构简单的场合。 2 ) 生产流程分析法生产流程分析法是研究工厂生产活动中物料流程客观规律 的一种统计分析方法。它是以零