（机械制造及其自动化专业论文）板金capp系统的研究与开发.pdf

西北工业大学硕士研究生论文 摘要 随着现代化板金生产的发展，很多企业在产品设计方面采用 c a d 技术，在加工方面采用各类先进的数控设备，而作为连接板金件设计 和加工的板金冲压工艺设计再采用传统的设计方法己远不能满足企业 对板金 自动化技术的需求，采用计算机辅助的方法来提高板金冲压工 艺设计水平己成为一种必然的趋势。本文结合一拖公司冲压分厂的生 产实际设计开发了一个基于 p d m的实用板金 c a p p系统 。 本文主要包括 以下 内容 : 概述了 c a p p的概念、种类 、发展历程 以及国内外板金 c a p p的 研究现状，并结合企业的实际需求提出本文的研究内容; 提出了基于 p d m的板金 c a p p的框架结构，并对板金 c a p p . c a d 与 p d m的集成方法与实现进行了研究，提出利用数据库技术对 d x f文 件进行筛选，进而从中提取z艺设计所需信息的新方法;利用 i d e f o 方法进行功能分析并建立功能模型，最终确定系统的软、硬件配置情 况 ; 引入1作流管理技术，结合 p d m的过程管理功能，对工艺设计 的流程管理进行了分析; 在研究了数据库设计方法学理论的基础上，严格按数据库的设 计步骤，完成了板金 c a p p系统的数据库的需求分析、概念设计、逻辑 设计，并实现了物理设计，从而建立了板金 c a p p数据库; 对板金 c a p p系统的编码方案作了初步探讨。 本文采用 v i s u a l b a s i c 6 . 0开发环境开发了板金 c a p p系统，系统 通过对板金冲压件的工艺性分析及主要工艺参数计算，采用交互和变 异相结合的方式进行工艺设计。 关键词:板金 c a p p p d m ，集成，数据库，过程管理 西北工业大学硕士研究生论文 英文摘要 a b s t r a c t wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f m o n d e r n s h e e t - m e t a l p r u d u c t i o n , c a d t e c h n o l o g y i n d e s i g n i n g h a v e b e e n a d o p t e d a n d a l l k i n d s o f a d v a n c e d n u m e r i c a l c o n t r o l e q u i p m e n t i n m a n u f a c t u r i n g h a v e b e e n a d o p t e d i n m a n y e n t e r p r i s e s . t h e d e s i g n o f s h e e t - m e t a l s t a m p i n g p r o c e s s i s t h e b r i d g e b e t w e e n d e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g o f s h e e t - m e t a l . t h e t r a d i t i o n a l d e s i g n me t h o d s c a n n o t me e t e n t e r p r i s e s d e m a n d s f o r s h e e t - me t a l a u t o m a t i c t e c h n o l o g y . i t w i l l b e a i n e v i t a b l e t r e n d i n t h e f u t u r e t h a t c a p p t e c h n o l o g y w i l l b e u s e d i n m a n y e n t e r p r i s e s t o i m p r o v e t h e s h e e t - m e t a l s t a m p i n g p r o c e s s d e s i g n c o m p e t e n c e . i n t h i s p a p e r , a p r a c t i c a l s h e e t - m e t a l c a p p s y s t e m b a s e d o n p d m w a s d e v e l o p e d , a c c o r d i n g t o t h e p r o d u c t i o n r e a l i t y o f t h e y t o i n t e r n a t i o n a l l t d . t h i s p a p e r m a i n l y i n c l u d e s t h e f o l l o w i n g c o n t e n t : t h e c o n c e p t , t y p e , d e v e l o p m e n t c o u r s e o f c a p p , c u r r e n t r e s e a r c h s i t u a t i o n o f d o m e s t i c a n d i n t e r n a t i o n a l s h e e t - me t a l c a p p a r e s u m m e d u p . a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l d e m a n d s o f e n t e r p r i s e s , t h e r e s e a r c h c o n t e n t s o f t h i s p a p e r i s p u t f o r w a r d ; t h e f r a me w o r k o f s h e e t - me t a l c a p p b a s e d o n p dm h a s b e e n p u t f o r w a r d ; t h e i n t e g r a t e d m e t h o d o f c a p p，c a d a n d p d m a n d i t s r e a l i z a t i o n i s s t u d i e d ; t h e f u n c t i o n a l a n a l y s i s i s c a r r i e d o n a n d t h e f u n c t i o n a l m o d e l i s s e t u p b a s e d o n i d e f o m e t h o d . t h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n o f t h e s y s t e m i s e v e n t u a l l y c o n f i r m; a c c o r d i n g t o t h e w o r k fl o w a d m i n i s t r a t i v e t e c h n o l o g y a n d f u n c t i o n s o f p r o c e s s m a n a g e m e n t o f p d m, t h e fl o w m a n a g e m e n t o f p r o c e s s d e s i g n i s a n a l y z e d ; o n t h e b a s i s o f s t u d y i n g t h e t h e o r y o f d a t a b a s e d e s i g n m e t h o d s , r i g o r o u s l y a c c o r d i n g t o t h e d e s i g n s t e p s o f t h e d a t a b a s e ， t h e r e q u i r e m e n t a n a l y s i s , t h e c o n c e p t m o d e l d e s i g n , t h e l o g i c a l m o d e l d e s i g n a n d t h e p h y s i c a l m o d e l d e s i g n o f d a t a b a s e o f s h e e t - m e t a l c a p p h a v e b e e n r e a c h e d , t h u s s h e e t - me t a l c a p p d a t a b a s e h a s b e e n b u i l t ; t h e c o d e s c h e m e t o t h e s h e e t - m e t a l c a p p s y s t e m h a s b e e n e x p l o r e d p r e l i mi n a r y ; t h e s h e e t - me t a l c a p p s y s t e m b a s e d o n v i s u a l b a s i c 6 . 0 h a s d e v e l o p e d . b y a n a l y s i n g m a n u f a c t u r a l i t y o f s h e e t - m e t a l p a r t a n d c a l c u l a t i n g ma i n p a r a m e t e r i n t h i s s y s t e m , t h e s h e e t - m e t a l p r o c e s s d e s i g n wi t h i n t e r a c t i v e a n d v a r i a n t me t h o d h a s b e e n c a r r i e d . k e y w o r d : s h e e t - m e t a i c a p p , i n t e g r a t e d , p d m , d a t a b a s e , p r o c e s s - m a n a g m e n t i t 西 北工业大学硕士 研究生论文第一章绪论 第一章绪论 板金冲压加工是在压力机上利用模具对板料施加压力使其变形或分离， 从而 获得具有一定形状、 尺寸和功能的零件的一种压力加工方法， 是塑性加工的基本 方法之一。 与铸造、锻造和切削加工相比，板金冲压加工有很多优点，如应用范围广， 可加工金属材料和非金属材料， 可加工仪表上的小件， 也可加工汽车上纵梁、 覆 盖件等大件; 利用模具加工， 操作简单， 精度稳定， 生产效率高， 大型件 ( 如拖 拉机、 汽车覆盖件) 的生产率可达每分钟几件， 高速冲压的小件则可达每分钟 七 千件;冲压生产的材料利用率高，一般可达 7 0 - 8 5 %:冲压件不但能满足使用 要求， 而且重量轻、 刚度好、 外表光滑; 冲裁件毛坯一般是板料或卷料， 且在冷 态加工， 在大量生产中易于实现机械化和自 动化等。 正是由于这些优点， 使得板 金冲压工艺在航空航天、 兵工、 汽车、 农机、 粮机、电机、电子仪表以及日 常生 活用品等生产领域获得了 广泛的应用。 冲压件在很多机器中占有很大的比 重， 例 如在汽车工业中占5 0 5 7 %: 在电机制造业中占6 0 8 0 %， 在电子工业中占7 0 - 8 0 %; 在日 用金属制品工业中占9 5 9 0 等。 因 此冲压生产在加工制造行业乃至国民 经济中占相当重要的地位。 板金冲压工艺设计确定了板金件冲压成形的工艺过程， 并为模其设计提供了 依据， 其设计质量和速度直接影响冲压生产的质量和效率， 因而板金冲压工艺设 计是冲压件生产的关键环节。 随着机械制造生产技术的发展和 c a d / c a m技术在冲压生产中的应用，板 金冲压件的制造技术有了很大程度的提高， 但作为连接冲压件设计和制造的重要 纽带的板金冲压工艺设计还处在较低的技术水平上， 冲压工艺设计仍然以工艺设 计人员的经验和知识为主， 通过类比进行设计， 这种传统的工艺设计方法己 不能 适应产品发展的需求， 因此， 采用计算机辅助的方法来提高板金冲压工艺设计水 平已成为一种必然的趋势. 1 . 1 计算机辅助工艺设计 ( c a p p ) 概述 1 . 1 . 1 c a p p 的概念及类型 所谓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 s ) 是利用 西 北工业大学硕士 研究生论文第一章绪论 第一章绪论 板金冲压加工是在压力机上利用模具对板料施加压力使其变形或分离， 从而 获得具有一定形状、 尺寸和功能的零件的一种压力加工方法， 是塑性加工的基本 方法之一。 与铸造、锻造和切削加工相比，板金冲压加工有很多优点，如应用范围广， 可加工金属材料和非金属材料， 可加工仪表上的小件， 也可加工汽车上纵梁、 覆 盖件等大件; 利用模具加工， 操作简单， 精度稳定， 生产效率高， 大型件 ( 如拖 拉机、 汽车覆盖件) 的生产率可达每分钟几件， 高速冲压的小件则可达每分钟 七 千件;冲压生产的材料利用率高，一般可达 7 0 - 8 5 %:冲压件不但能满足使用 要求， 而且重量轻、 刚度好、 外表光滑; 冲裁件毛坯一般是板料或卷料， 且在冷 态加工， 在大量生产中易于实现机械化和自 动化等。 正是由于这些优点， 使得板 金冲压工艺在航空航天、 兵工、 汽车、 农机、 粮机、电机、电子仪表以及日 常生 活用品等生产领域获得了 广泛的应用。 冲压件在很多机器中占有很大的比 重， 例 如在汽车工业中占5 0 5 7 %: 在电机制造业中占6 0 8 0 %， 在电子工业中占7 0 - 8 0 %; 在日 用金属制品工业中占9 5 9 0 等。 因 此冲压生产在加工制造行业乃至国民 经济中占相当重要的地位。 板金冲压工艺设计确定了板金件冲压成形的工艺过程， 并为模其设计提供了 依据， 其设计质量和速度直接影响冲压生产的质量和效率， 因而板金冲压工艺设 计是冲压件生产的关键环节。 随着机械制造生产技术的发展和 c a d / c a m技术在冲压生产中的应用，板 金冲压件的制造技术有了很大程度的提高， 但作为连接冲压件设计和制造的重要 纽带的板金冲压工艺设计还处在较低的技术水平上， 冲压工艺设计仍然以工艺设 计人员的经验和知识为主， 通过类比进行设计， 这种传统的工艺设计方法己 不能 适应产品发展的需求， 因此， 采用计算机辅助的方法来提高板金冲压工艺设计水 平已成为一种必然的趋势. 1 . 1 计算机辅助工艺设计 ( c a p p ) 概述 1 . 1 . 1 c a p p 的概念及类型 所谓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 s ) 是利用 西北工业大学硕士研究生论文 第一章绪论 计算机技术辅助完成工艺设计的方法， 是指机械产品零件制造工艺过程的计算机 辅助设计与文档编制二传统意义上的c a p p 是狭义的，它只而向零件，主要指加 工工艺的设计， 且常常是车间一级的， 后来逐步扩展到各种专业的工艺过程设计 乃至工艺信息管理。 c a p p 是产品设计向 产品制造过程进行技术转化的关键， 是 c a d 与 企业其它子系统( 如c a m , m 工 s ) 联系的桥梁，也是企业信息化的关键技术之 一，在现代制造业中占重要地位。 自 从1 9 6 9 年挪威正式推出 世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s 以来， 世 界各国各种机构相继开发、 应用了各种各样的c a p p系统， 在使用目的、 服务对 象、采用技术等方面都不尽相同。从其工作原理来看，可以分为r u . ( i ) 交互型c a p p系统:主要采用人机对话的方式来进行工艺设计。系统 主要由零件工艺设计 模块和一系列工艺设计数据库组成。 用户在系统的提示指引 下 ， 按照丁艺设计流程， 一步步交互地完成工艺规程的设计。 这种系统将设计人 员的智慧及创造力与计算机的特长结合起来， 比 较适合新产品的设计、 开发。 这 种系统在实际生产中 应用较多。目 前国内市场上出 现的c a p p 软件多为此种。 c 2 )变异式c a p p系统:它是以成组技术原理为基础，将零件按几何形状 和玉艺相似性进行分类、 归族， 对每一个零件族有一个主样件， 并为该样件设计 典型的工艺规程， 存入计算机典型工艺数据库中。 当设计一个新零件时， 根据该 零件的成组编码. 确定其所属的零件族， 由计算机检索出相应零件族的典型工艺， 再根据当前零件的具体要求，对其进行修改， 就得到了该零件的工艺。变异式 c a p p 系统也称为派生式、 修订式c a p p 系统。 c 3 )创成型c a p p 系统:创成型c a p p 系统是一个能综合加工信息，自 动 为一个新零件制定出 工艺过程的系统。 即根据零件信息， 系统能自 动提取制造知 识， 产生零件所序的各个工序和工步的加工内容;自 动完成机床、 工具的选择和 加工过程的优化; 通过应用决策 逻辑， 可以 模拟工艺人员的决策过程。 工艺规 程 是在没有人工干预的条件下， 从无到有的自 动生成的。 但是， 由 于零件的种类多， 结构复杂， 工艺决策随着环境变化而多 变， 要以比 较简单的方式描述零件， 并总 结出 与工艺设计决 策 规则 及设 计 逻辑相关的知识 表示， 比 较困 难。 创成型c a p p 系统的开发比 较复杂、费用高、 耗时长， 离实用阶段还有很长的路要走。 4 )综合型c a p p 系统:现在所开发的一些c a p p 系统， 它在局部设计上 引入了 一些自 动决策功能， 与完全创成式的c a p p 系统相比， 其包含的功能有限， 它在总体_ l 综合了 变异式和创成型部分特点， 习惯上把这类系统称为综合型或半 西北工业大学硕士研究生论文第一章绪论 创成型系统。 这种系统在某种程度上降低了对操作人员的知识和经验的依赖， 提 高了系统的运行效率。 ( 5 ) 智能型c a p p系统:它是将人工智能技术应用到c a p p 系统中所形成 的c a p p 专家系统。 专家系统求解问题的过程是逻辑判断和决策过程， 在r艺设 计过程中， 主要的任务不是计算， 而是逻辑判断和推理决策，因此， 这种c a p p 系统具有比 较好的应用前景。 近些年来， 人工智能领域方面的研究成果， 如模糊 逻辑、 人工神经网络、 遗传算法、 基于实例的推理等， 在c a p p 系统中也或多或 少的得到了应用。 1 . 1 .2 c a p p的发展历程 多年来， 无论国内还是国外对c a p p 技术进行了大量的探讨与研究， 在研究的 深度还是广度上己取得很大进展，根据c a p p 系统在企业中的应用情况，可以将 c a p p 系统的研究发展阶段划分如下” 丁 : ( 1 ) 减少工艺师的重复性工作。早期开发的c a p p 系统主要是检索方式，与 传 统的工艺设计相比， 应用检索式 -a p p 系统能大大减少工艺人员重复繁琐的修改誊 写工作， 并能提高工艺文件质量， 有利于实现工艺文件的一致性。 这种类型的6 a p p 系统目前仍有应用。 ( 2 进行辅助工艺设计。在有效减少了 工艺人员的重复工作量后，人们希望 能够用计算机本身来自 动完成工艺设计。 但经过c a p p 的长期应用实施， 人们发现 由于工艺设计的多样性、 动态性和经验性决定了 完全自 动化的c a p p 系统存在着很 大的局限性， 它只能针对于某个特定的零件， 通用的自 动化c a p p 系统无法应用到 实际中去。c a p p 系统目 前尚不能实现完全自 动化( a u t o m a t i c ) 设计，只能是辅助 ( a i d e d ) 用户进行工艺设计。这一认识理念的确立，使得c a p p 在这一阶段取得了 巨大的发展。 计算机技术的发展促使c a p p 系统开发人员将成组技术、 逻辑决策技 术、人工神经网络技术等引入c a p p . 开发出许多以成组技术为基础的派生式系统 和以 决策规则为工艺生成基础的半生成式系统。 在2 0 世纪9 0 年代以 后， 以 人工智 能为基础的 c a p p 专家系统以 及实现c a d / c a p p / c a m 集成的系统成为c a p p 系统研究 的重要领域之一。 ( 3 ) 综合管理各种工艺信息。 随着现代制造业和企业信息化建设的 迅速发展， 单纯的辅助用户进行工艺设计的c a p p 系统己经不能满足企业对c a p p 系统的要求， c a p p 已 经从面向单个零部件的设计转为面向 整个产品的工艺设计和工艺文件的 西北工业大学硕士研究生论文第一章绪论 创成型系统。 这种系统在某种程度上降低了对操作人员的知识和经验的依赖， 提 高了系统的运行效率。 ( 5 ) 智能型c a p p系统:它是将人工智能技术应用到c a p p 系统中所形成 的c a p p 专家系统。 专家系统求解问题的过程是逻辑判断和决策过程， 在r艺设 计过程中， 主要的任务不是计算， 而是逻辑判断和推理决策，因此， 这种c a p p 系统具有比 较好的应用前景。 近些年来， 人工智能领域方面的研究成果， 如模糊 逻辑、 人工神经网络、 遗传算法、 基于实例的推理等， 在c a p p 系统中也或多或 少的得到了应用。 1 . 1 .2 c a p p的发展历程 多年来， 无论国内还是国外对c a p p 技术进行了大量的探讨与研究， 在研究的 深度还是广度上己取得很大进展，根据c a p p 系统在企业中的应用情况，可以将 c a p p 系统的研究发展阶段划分如下” 丁 : ( 1 ) 减少工艺师的重复性工作。早期开发的c a p p 系统主要是检索方式，与 传 统的工艺设计相比， 应用检索式 -a p p 系统能大大减少工艺人员重复繁琐的修改誊 写工作， 并能提高工艺文件质量， 有利于实现工艺文件的一致性。 这种类型的6 a p p 系统目前仍有应用。 ( 2 进行辅助工艺设计。在有效减少了 工艺人员的重复工作量后，人们希望 能够用计算机本身来自 动完成工艺设计。 但经过c a p p 的长期应用实施， 人们发现 由于工艺设计的多样性、 动态性和经验性决定了 完全自 动化的c a p p 系统存在着很 大的局限性， 它只能针对于某个特定的零件， 通用的自 动化c a p p 系统无法应用到 实际中去。c a p p 系统目 前尚不能实现完全自 动化( a u t o m a t i c ) 设计，只能是辅助 ( a i d e d ) 用户进行工艺设计。这一认识理念的确立，使得c a p p 在这一阶段取得了 巨大的发展。 计算机技术的发展促使c a p p 系统开发人员将成组技术、 逻辑决策技 术、人工神经网络技术等引入c a p p . 开发出许多以成组技术为基础的派生式系统 和以 决策规则为工艺生成基础的半生成式系统。 在2 0 世纪9 0 年代以 后， 以 人工智 能为基础的 c a p p 专家系统以 及实现c a d / c a p p / c a m 集成的系统成为c a p p 系统研究 的重要领域之一。 ( 3 ) 综合管理各种工艺信息。 随着现代制造业和企业信息化建设的 迅速发展， 单纯的辅助用户进行工艺设计的c a p p 系统己经不能满足企业对c a p p 系统的要求， c a p p 已 经从面向单个零部件的设计转为面向 整个产品的工艺设计和工艺文件的 西北工业大学硕士 研究生论文 第一章绪论 管理。 c a p p 系统不再只是一个简单的生成丁艺文件的系统， 而是一个包含表格处 理、 文字处理、 图形处理和数据库访问 综合技术应用等的复杂系统， 能够实现分 布规划、数据管理、并行设计等功能。 近年来， 随着企业信息化的发展， 计算机辅助工艺设计的重要性己得到了学 术界和企业界的广泛认识。 工艺设计不仅是生产过程中连接设计和制造之间的关 键环节，而且也是区分工厂生产是否有序的决定性因素。 目 前， c a p p 技术的发展存在两种趋势。 一种趋势是在原有以即的开发模式和 体系结构框架内， 结合现代计算机技术、 信息技术等相关技术的进展， 采用新的 决策算法， 发展新的功能， 并己在并行、 智能、 分布和面向 对象等方面进行有益 的尝试。另一种趋势是跳出以即传统模式，面向具体生产环境，面向 实际应用 面向 最基本的需求， 利用成熟的技术， 建立各种计算机辅助功能模块， 帮助工艺 人员更快、 更好的完成工艺任务， 意在通过广泛的实际应用促进其发展， 这是一 种实用化趋势u 4 :- 2 板金c a p p的现状 板金冲压工艺设计主要包括冲压件的工艺分析和工艺设计方案制定。传统 的工艺设计基本上依赖于设计者手工完成，采用设计一实验一修改的方法来实 现.增加了产品开发成本，延长了产品开发周期。影响了企业的竞争能力。 随着计算机软硬件技术、 图形技术、 人工智能技术、 数值模拟技术和板料成 型理论的发展， 板金冲压件c a p p 系统的研究也取得了一定的成果。 较早的应用研究集中在工艺较为简单的冲裁、 弯曲等工艺， 对于复杂成形工 艺研究较少n 1 1 。 在板料冲压领域中， 美国p u r d u e 大学c i e s h e l 等开发出 用于轴对 称零件拉深 加工工序自 动 设计的专家 系统， 系 统采用p r o l o g语言 编写 1 1 2 1 ; 美 国弗 罗里 达 大学r e h a u z s o y 等 开 发出 针 对 简 单弯曲 件的 一 个实 验性 专 家系 统， 实现了带有圆形冲孔的简单板弯曲件加工工序的自 动确定 1 3 1 ;美国 s u r e s h k . s i t a ra m a n等也开发了一套关于轴对称拉深件工序设计系统，系统包括两大部 分: 基 于知 识 的 专 家 系 统 模 块和 工艺 模 拟分 析 模 块 14 1 ; s .b .p a r k 等开 发了 基 于知 识的轴对称拉深件工艺设计系统。 由c a d软件p r o - d e e p 输入图形数据， 系统自 动识 别 参数， 然后自 动 生 成 每个工 步 的 模具、 装配图 、 n c 加 工指 令 等 1 5 1 . d .l u t te r 等认真对小批量板料冲压生产环境进行勘察， 研究了 面向并行工程的 通用c a p p 结构以 及加工周期内 信息的处理1 1 s j 西北工业大学硕士 研究生论文 第一章绪论 管理。 c a p p 系统不再只是一个简单的生成丁艺文件的系统， 而是一个包含表格处 理、 文字处理、 图形处理和数据库访问 综合技术应用等的复杂系统， 能够实现分 布规划、数据管理、并行设计等功能。 近年来， 随着企业信息化的发展， 计算机辅助工艺设计的重要性己得到了学 术界和企业界的广泛认识。 工艺设计不仅是生产过程中连接设计和制造之间的关 键环节，而且也是区分工厂生产是否有序的决定性因素。 目 前， c a p p 技术的发展存在两种趋势。 一种趋势是在原有以即的开发模式和 体系结构框架内， 结合现代计算机技术、 信息技术等相关技术的进展， 采用新的 决策算法， 发展新的功能， 并己在并行、 智能、 分布和面向 对象等方面进行有益 的尝试。另一种趋势是跳出以即传统模式，面向具体生产环境，面向 实际应用 面向 最基本的需求， 利用成熟的技术， 建立各种计算机辅助功能模块， 帮助工艺 人员更快、 更好的完成工艺任务， 意在通过广泛的实际应用促进其发展， 这是一 种实用化趋势u 4 :- 2 板金c a p p的现状 板金冲压工艺设计主要包括冲压件的工艺分析和工艺设计方案制定。传统 的工艺设计基本上依赖于设计者手工完成，采用设计一实验一修改的方法来实 现.增加了产品开发成本，延长了产品开发周期。影响了企业的竞争能力。 随着计算机软硬件技术、 图形技术、 人工智能技术、 数值模拟技术和板料成 型理论的发展， 板金冲压件c a p p 系统的研究也取得了一定的成果。 较早的应用研究集中在工艺较为简单的冲裁、 弯曲等工艺， 对于复杂成形工 艺研究较少n 1 1 。 在板料冲压领域中， 美国p u r d u e 大学c i e s h e l 等开发出 用于轴对 称零件拉深 加工工序自 动 设计的专家 系统， 系 统采用p r o l o g语言 编写 1 1 2 1 ; 美 国弗 罗里 达 大学r e h a u z s o y 等 开 发出 针 对 简 单弯曲 件的 一 个实 验性 专 家系 统， 实现了带有圆形冲孔的简单板弯曲件加工工序的自 动确定 1 3 1 ;美国 s u r e s h k . s i t a ra m a n等也开发了一套关于轴对称拉深件工序设计系统，系统包括两大部 分: 基 于知 识 的 专 家 系 统 模 块和 工艺 模 拟分 析 模 块 14 1 ; s .b .p a r k 等开 发了 基 于知 识的轴对称拉深件工艺设计系统。 由c a d软件p r o - d e e p 输入图形数据， 系统自 动识 别 参数， 然后自 动 生 成 每个工 步 的 模具、 装配图 、 n c 加 工指 令 等 1 5 1 . d .l u t te r 等认真对小批量板料冲压生产环境进行勘察， 研究了 面向并行工程的 通用c a p p 结构以 及加工周期内 信息的处理1 1 s j 西北工业大学硕士研究生论文第一章绪论 国内华中理工大学较早开展了 冲压工艺专家系统的研究， 建立了 用于轴对称 拉深工艺设计的专 家系统d p e s 1 1和用于弯曲 工艺 设计的 专家系统b p e s h 1 。 拉 深工艺设计专家系统d p e s 有规则库、 推理机、 控制程序、 数据库、 交互设计模 块等组成，在mo c r o v a x - 1 i 机上采用f o r t r a n和l i s p 语言 开发。系统采用 框架表示与产生式规则相结合的方式来表达工程数据和规则。 而弯曲工艺设计专 家系统b p e s 利用专家系统的技术和方法，自 动完成弯曲 类冲压件的工艺判断、 工序设计和工位布置， 系统采用了 特征的信息描述法和面向对象思想来表达工艺 知识。 上海交通大学的虞春、李峰等提出了 基于特征的冲压件c a d / c a p p / c a e集 成1 19 1 ，中国农业大学机械工程学院的李伟就基于特征的板金冲压件的建模技术 进行了 研究2 0 1 ， 他们指出 特征建模技术在计算机辅助工程产品设计、加工、管 理等方面应用很广， 比基于儿何的产品建模有许多优点， 特征从总体上讲包括了 儿何特征和非几何特征。 如何在计算机内尽可能准确快捷描述和操纵冲压件的各 种几何和非几何信息是冲压件特征建模优劣的关键。 合肥工业大学刘志峰等提出了集成环境下中板c a p p系统、 基于g t的汽车 冲压件c a p p 系统12 1 1 12 2 1 ， 通过 对汽车车架 冲压件零 件特点分析， ， 构建了 检索与 创成相结合且以 创成为主的系统， 系统是基于w i n d o w s 的f o x p r o r d b m s 开发 的。 华中科技大学的高新桥、 王华昌等提出， 系统是基于u g软件开发的， 首先 运用u g板金造型u g / s d m对要进行冲压工艺设计的零件进行造型，然后转换 成知识融合模块u g / k f 可以识别的信息。冲压工艺设计知识的表达和推理都是 采用u g / k f 作为开发工具实现的。 通过对零件特征进行提取，可获得知识推理 所需的信息，运用u g / k f 对其进行工艺判断，生成冲压工艺，最终可产生工艺 卡、 工艺图 等文件12 3 1 。 另 外， 陈力利、 王义 林、 李 志刚等人又先 后以u g软 件 为开发平台， 对c a p p 的工艺知识库的建立及工艺路线的规定进行了 进一步的研 究(2 4 1 综上所述， 板金件c a p p 专家系统的应用主要集中在模具设计的方向 上， 较 少 涉及工艺设计: 各类系统基于不同的平台开发， 导 致系统可集成性差， 不利于 与其他系统方便快捷可靠的集成; 数据库结构单一， 功能 较弱: 有些系统是基于 文件封装概念的管理， 致使产品工艺数据和工艺信息的 准确性、 一致性较差; 在 冲压工艺设计上片面追求工艺过程设计的自 动化和c a p p 技术的先进性， 忽视其 西北工业大学硕士研究生论文 第一章绪论 实用性， 致使开发和实施难度大、 费用高、 周期长， 在企业中难以推广应用。 从 应用角度看有开发多， 应用少; 开发投入多， 应用维护几乎无投入; 原形系统多， 实际生产应用系统少;同c a d, c a m. mi s . p d m等相关计算机技术相比差距 较大等现象。 1 .3 课题的提出和研究的意义 本课题来源于中国第一拖拉机集团有限公司冲压分厂。 目 前， 国内 各类企业， 经过长期的经验积累， 针对不同零件形成很多成熟的典型工艺， 但是由于具体的 生产条件和环境不同， 使不同零件甚至相同零件在不同条件下的工艺规程都不一 样， 通用的c a p p系统往往不能满足要求。 一拖公司冲压分厂在长期的生产实践 中， 积累了 大量的专业数据信息， 其中冲压加工工装图档、 零件图档、 零件技术 数据、 冲压工艺数据、 冲压工艺文件等构成了一套完整的数据体系， 它们大都存 在于不同的纸质介质中， 最终都存放在工艺部门的资料室中， 在生产运作中出现 了一系列问题， 如数据查询困难， 数据的一致性难以保证， 数据共享困难， 数据 安全保密性差， 难以永久存储， 无法与存储于计算机内的冲压件的设计信息、图 档有效的关联和管理等。 为此， 提出了 本课题的研究， 以期解决生产中暴露的问 题，满足企业适应动态变化的制造资源和生产技术发展的现实需求。 目 前，国内不少厂家开始应用 c a d / c a m 技术来提高冲压件的加工制造水 平， 相比 之下， 板金冲压c a p p的研究和应用就滞后和薄弱得多。 由于板金冲压 件的多样性和复杂性， 加上工艺的标准化、 典型化程度低， 致使冲压工艺规程编 制速度缓慢， 效率低， 影响了 整个生产的效率。 工艺人员常常忙于工艺规程的编 制， 而难以考虑和解决实际制造过程中的问题。 设计的知识和经验也未能转化为 一定的设计准则，结合到 c a d / c a m 系统中去，更难进一步提高设计的水平和 速度， 作为连接c a d和c a m的桥梁枢纽的c a p p 成了企业实施c i ms 技术的 瓶颈。因此必须采用计算机辅助工艺设计 ( c a p p )方法来提高冲压件的工艺设 计水平。 c a p p 虽然经过国内外学者近3 0 年的研究， 在理论研究和实际 应用方面己 取得了一定的发展， 但到目 前为止真正能够完全普及并实际应用的c a p p 系统还 没有， 尤其是在板金冲压领域。 c a p p与c a d / c a m不同的是， 国内c a d / c a m 是在国外已 有成熟和先进 c a d / c a m 软件的前提下起步的，而目 前国内 外还没 有完全成熟和实用的c a p p 软件， 因此， c a p p 还有许多难点有待于进一步研究 西北工业大学硕士研究生论文 第一章绪论 实用性， 致使开发和实施难度大、 费用高、 周期长， 在企业中难以推广应用。 从 应用角度看有开发多， 应用少; 开发投入多， 应用维护几乎无投入; 原形系统多， 实际生产应用系统少;同c a d, c a m. mi s . p d m等相关计算机技术相比差距 较大等现象。 1 .3 课题的提出和研究的意义 本课题来源于中国第一拖拉机集团有限公司冲压分厂。 目 前， 国内 各类企业， 经过长期的经验积累， 针对不同零件形成很多成熟的典型工艺， 但是由于具体的 生产条件和环境不同， 使不同零件甚至相同零件在不同条件下的工艺规程都不一 样， 通用的c a p p系统往往不能满足要求。 一拖公司冲压分厂在长期的生产实践 中， 积累了 大量的专业数据信息， 其中冲压加工工装图档、 零件图档、 零件技术 数据、 冲压工艺数据、 冲压工艺文件等构成了一套完整的数据体系， 它们大都存 在于不同的纸质介质中， 最终都存放在工艺部门的资料室中， 在生产运作中出现 了一系列问题， 如数据查询困难， 数据的一致性难以保证， 数据共享困难， 数据 安全保密性差， 难以永久存储， 无法与存储于计算机内的冲压件的设计信息、图 档有效的关联和管理等。 为此， 提出了 本课题的研究， 以期解决生产中暴露的问 题，满足企业适应动态变化的制造资源和生产技术发展的现实需求。 目 前，国内不少厂家开始应用 c a d / c a m 技术来提高冲压件的加工制造水 平， 相比 之下， 板金冲压c a p p的研究和应用就滞后和薄弱得多。 由于板金冲压 件的多样性和复杂性， 加上工艺的标准化、 典型化程度低， 致使冲压工艺规程编 制速度缓慢， 效率低， 影响了 整个生产的效率。 工艺人员常常忙于工艺规程的编 制， 而难以考虑和解决实际制造过程中的问题。 设计的知识和经验也未能转化为 一定的设计准则，结合到 c a d / c a m 系统中去，更难进一步提高设计的水平和 速度， 作为连接c a d和c a m的桥梁枢纽的c a p p 成了企业实施c i ms 技术的 瓶颈。因此必须采用计算机辅助工艺设计 ( c a p p )方法来提高冲压件的工艺设 计水平。 c a p p 虽然经过国内外学者近3 0 年的研究， 在理论研究和实际 应用方面己 取得了一定的发展， 但到目 前为止真正能够完全普及并实际应用的c a p p 系统还 没有， 尤其是在板金冲压领域。 c a p p与c a d / c a m不同的是， 国内c a d / c a m 是在国外已 有成熟和先进 c a d / c a m 软件的前提下起步的，而目 前国内 外还没 有完全成熟和实用的c a p p 软件， 因此， c a p p 还有许多难点有待于进一步研究 西 北工业大学硕士研究生论文第一章绪论 fz s -z s 1 ， 开 发实 用 化的 板 金c a p p 系 统 也有 很大 意 义。 计算机技术在相关制造部门和过程中的应用正在由许多单一目的的计算机 辅助自 动化应用( c a x : c a d , c a m, c a q等) 向计算机集成制造系统( c i ms ) 方向发展。 c i ms 实施的关键在于集成，作为集成化c i ms 实施关键技术之一的 c a p p是连接 c a d和c a m的桥梁枢纽。从产品整个生命周期来看.工艺设计 是产品数据在工艺领域的处理过程， c a p p是产品数据进行转化的使能器， 一方 面c a p p 要从c a i ) 中获取相关设计信息， 另一方面， 其产生的工艺数据又是产 品生命周期中c i m s 其它子系统 ( 如c a d , c a m, c a q , mi s )要进行引用的 一种信息源。 但是由于目 前各企业部门使用的c a p p 缺少整体规划， 所采用的软 件及硬件平台不同， 产生了 大量的分布式异构数据， 不一致的数据有冲突和冗余， 使各子系统间产生的大量的、 多变的、 复杂的数据信息不能实现共享并顺畅交换 和准确描述， 使得系统内部信息和数据处理缺乏充分的及时性、 准确性、 一致性 和共享性， 这势必形成制造系统中的自 动化信息孤岛， 给工艺数据的有效使用和 c a p p系统的应用推广带来很大的困难。产品数据管理 p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) fz s l系 统 作为 一种 应 用 平台 技术， 集 数 据管 理、 产品 配置、 网 络 通 信能力和过程控制能力为一体， 将多种功能软件集成在一个统一的平台上.为 c ims 提供了一个集成的框架，能较快、较经济地实现c i ms 信息集成。 产品数 据管理 ( p d m)以产品数据为核心， 将所有与产品有关的信息和过程集成起来， 有效地按照一定的数学模式加以定义、 组织和管理， 使产品数据在整个生命周期 内保持一致、 最新和安全、 实现共享。 因此以p d m作为c a p p 系统的集成框架， 既有利于工艺设计方法和工艺文档数据管理机制的有效实施，又为 c a p p与 c a d , c a m, m i s 等信息系统的 集成提供了 通用的 环境平台， 将推动c a p p 系 统在整个企业信息化环境下向集成化、实用化方向发展。 本课题的研究可以减轻工艺师的繁重劳动， 提高工艺过程设计的质量， 缩短 生产准备周期， 减少工艺设计费用及制造费用， 提高企业对市场变化的响应速度 和竞争能力。 同时由 于实现了 工艺信息共享. 有利于实现与企业产品设计、 工艺 设计、 产品制造， 生产与经营管理、 销售及物资供应部门的计算机应用系统的有 机集成， 有利于实现企业内 部和企业间制造资源的合理分配和利用。 为企业进一 步实现快速设计与制造提供了 有利的支持，为企业实现c i ms 打下基础。 1 .4 课题的研究内 容 西 北工业大学硕士研究生论文第一章绪论 fz s -z s 1 ， 开 发实 用 化的 板 金c a p p 系 统 也有 很大 意 义。 计算机技术在相关制造部门和过程中的应用正在由许多单一目的的计算机 辅助自 动化应用( c a x : c a d , c a