（车辆工程专业论文）上海大众基于知识库的发动机缸体capp系统开发与分析.pdf

摘要 摘要 汽车制造业是国民经济的重要支柱之一，在我国加入w t o 后汽车企业间的竞争已达 到白热化的程度，国际著名汽车企业均在中国大展攻势，竭力占据更多的市场份额。而国内许 多地方政府都把汽车工业作为牵动当地经济发展的龙头，投以重金，施以各种优惠政策，试图 挤上充满竞争而又潜力无限的汽车市场。由于汽车市场竞争的日益白热化，各种不确定因素 日益增加，故投资风险是不言而喻的。在这种情况下需要在规划过程中充分考虑投资风险，做 到柔性化、多品种生产，以最大限度的降低投资风险。当然要实现以上想法，单靠传统的规划 思路是无法很好实现的，只有借助新技术，开拓新思路依靠全新的规划思路及规划工具才能 实现。这种新的规划思路就是借助虚拟制造技术将该技术运用到发动机规划中去。 本课题来源于“上海大众基于知识库的发动机零件c a p p 系统建立”项目。作为该研究 项目的子课题，本课题以上海大众如何建立发动机缸体c a p p 系统及运用该系统指导上海大 众的工艺规划工作为背景来论证的。 上海大众建立发动机缸体c a p p 系统的主要原因有以下三方面： ( 1 )提高自主规划水平、降低投资风险。 ( 2 )改变以往工艺规划手段及方法，实现由凭经验规划转变为凭数据规划的规划 方式：实现有效的多方案比较。 ( 3 )降低入力资源的培养周期和费用，做到基础工作标准化。 论文首先介绍了发动机缸体c a p p 系统研究的意义和作用：论证了系统的技术方案：描 述了3 d 模型建立及特征值分析的有效性对得出正确工艺规程的重要性：论述了建立加工工 艺知识库在创成式c a p p 系统中的地位：论证并分析了制造资源库与加工工艺库的关系：最后 介绍了系统软件平台以及经过二次开发得到的“上海大众基于知识库的缸体c a p p 系统”的 软件界面。 利用该系统就可以在计算机上完成发动机缸体零件由3 d 模型到工艺规程编制的全过 程，从而实现用最少的投入解决缸体零件的加工工艺问题，把发生损失的可能性降到最低。 它能给我们： m 摘要 ( 1 ) 提供先进的工艺规划手段。 ( 2 ) 适应柔性化、多品种生产的需求。 ( 3 ) 能与德国大众在工艺规划方面做到开发与技术同步实施。 ( 4 ) 把由于工艺缺陷和设计不合理而造成的损失降到最低。 ( 5 ) 克服目前依赖经验来进行工艺规划的缺乏预见性方式。 关键词：发动机、缸体、虚拟制造技术、工艺知识库、制造资源库 i v a u s z u e g e a u s z u e g e a u t o b a u i n d u s t r i ei s te i n ew i c h t i g eh a u p t s a u e l ed e rv o l k s w i r t s e h a f t n a c hd e r t e i i n a h m ea l lw t ov o nu n s e r e ml a n dh a t d i ek o n k u r r e n zz w i s c h e nd e n a u t o u n t e r n e h m e nd e ns i e d e p u n k te r r e i c h t b e r u e h m t ea u t o u n t e m e h m e ni nd e rw e l t e r g r e i f e ni nc h i n ae i n et a t k r a e f t i g eo f f e n s i v e ，s e t z e ni h r ea l l ek r a e f t ee 虹u 】 nm e h r m a r k t a n t e i l ez ub e s e t z e n v i e l el o k a l e r e g i e r t m g e n i mi n l a n db e t r a c h t e n a u t o b a u i n d u s t r i ea l sd r a c h e n k o p f ，d e rd i ee n t w i c k l u n gd e rl o k a l e nw i r t s e h a f t b e e i n f l u s s t , m a ds e t z e nv i e l ei n v e s t i t i o n e ne i n , b i e t e nv e r s c h i e d e n ev o r z u g s p o l i t i ka l l ， 啪z uv e r s u c h e n , e i n e na n t e i ld e sa u t o m a r k t e s ，w ov i e l ek o n k u r r e n zu n dg r o s s e s p o t e n t i a lv o r l i e g e n , z ug e w i n n e n w e i ld i ek o n k u r r e n zd e sa u t o m a r k t e si m m e r s t a e r k e ri s t , s i e hu n b e s t i m m t ef a k t o r e ny o nt a gz ut a gv e r m e h r e n , i s td a sr i s i k od e r i n v e s t i t i o n e no f f c n s i c h f l i c h u n t e rs o l c h e rs i t u a s t i o nm u s si n v e s t r i s i k ob e i p l a n u n g s a b l a u fg e n u e g e n db e m e c k s i c h t i g tw e r d e n , p l a n u n g s a b l a u fm u s sf l e x i b e ls e i n , m e h r s o r t e nm u e s s e np r o d u z i e r tw e r d e n , u mi n v e s t r i s i k om o e g l i c h s tz ur e d t m i e r e n s i c h e r l i e hk o e n n e no g i d e e nn i c h tg u tv e r w i r c k l i c h tw e r d e n , w e n nn u rt r a d i f i o n e l l e r p l a n u n g s g e d a n k e n g a n gb c n u t z tw i r d ，n u t m i tn e u e rt e c h n i k d u t c hg a n zn e u e n p l a n u n g s g e d a n k e n g a n gu n dp l a n u n g s w e r k z e u g ek a n nd i ee n t w i c l d u n gy o nn e u e m g e d a n k e n g a n g r e a l i s i e r tw e r d e n d i e s e rn e u e g e d a n k e n g a n gi s t 一m i t s i m u l a t i o u s b a u t e c h n i kd i e s et e c h n i kb e im o t o r e n p l a n u n gz uv e r w e n d e n d i e s e st h e m ae n t s p r i n g td e mp r o j e k t a u f b a uf u e rm o t o r e n t e i l ec a p ps y s t e m a u f g r u n dv o nd e rg r u n d k e n n m i s s e b i b l i o t h e kv o ns v w a l sz w e i g e r t h e m ay o n d i e s c ms t u d i u m p r o j e k tw i r dd i e s e st h e m am i tw i ed a sm o t o r e n z k gc a p p s y s t e mv o ns v wa u f g e b a u tm a dw i em i t d i e s e ms y s t e md i e 。a r b e i t e nf u e r t e c h n o l o g i e p l a n u n gs v wa n g e w i e s e nw i r d ，a l sh i n t e r g r t m db e w i e s e n d i eh a u p t g r u e n d ev o ma u f b a uf u e rm o t o r e n - z k gc a p ps y s t e ms i n d v a u s z u e g e f o l g e n d ed r e lp u n k t e ： 1 e r h o e h u n gv o ms e l b s t a e n d i g e np l a n u n g s n i v e a u , u mi n v e s t r i s i k oz rr e d u z i e r e n 2 a a e n d e r u n gd e rf r u e h e r e nm i t t e l u n dm e t h o d e nf u e rt e c h n o l o g i e p l a n u n g r e a l i s i e r u n gd e rp l a n u n g s m e t h o d e ny o np l a n u n gm i te r f a h r u n g e na u fp l a n u n g m i td a t e n v e r w i r k l i c h u n ge f f e k t i v e rv e r g l e i c h u n gv o nv e r s c h i e d e n e nv a r i a n t e n 3 r e d u z i e r u n g - c o na u s b i l d u n g s z y k l u su n dk o s t c nf u c ra r b e i t s k r a f t r e s e r v e n , r e a l i s i e r u n gd e rn o r r n u n gf u c rg n m d a r b e i t e n i nd e ra b h a n d l u n gw u r d e nz 啷s ts i n nu n dw i r k u n gf i l e rs t u d i u my o nm o t o r c n z k gc a p ps y s t e mv o r g e s t e l l t ；t e c h n i k v a r i a n t c nv o ns y s t y c mb e w i e s e n ；d i e w i c h t i g k e i tf i l e re r z i e l u n gd e rr i c h t i g e nt e c h n i k v o r s c h r i f t c nd u r c ha u f b a uy o n3 d m o d c l ls o w i ed i eg u e l t i g k e i tf u e ra n a l y s ey o nk e n n w e r tb e s c h r i e b e n ；d i es t e l l u n g v o na u f b a ud e rk e r m t n i s s e b i b l i o t h e kf u e rf e r t i g u n g s t e c h n o l o g i ei mc a p ps y s t e m b e g r u e n d e t ；b e z i e h u n g e nf u e ra u f b a uz w i s c h e nn a t u r s c h a e t z e b i b l i o t h e kt m d f e r t i g u n g s t e c h n o l o g i e b i b l i o t h e kb e w i e s e nu n da n a l y s i e r t ；z u l e t z ts y s t e m a t i s e h e s o r w a r e n p l a t t f o r mu n dd u t c hz w e i m a l i g ee n t w i c k l u n ge r r u n g e n es o r w a r e n b i l d c r v o n z k gc a p ps y s t e ma u f g r u n dv o nd e rg r u n d k e n n m i s s e b i b l i o t h e ks v w ” v o r g e s t e l l l m i td i e s e ms y s t e mk a n n 跹c o m p u t e rd e rg a n z ea b l a u fy o n3 dm o d e l l h i se r s t e u u n gd e ct c c h n k l v o r s c h r i f t e nf e r t i g u n g s t e e h n o l o g i ef u e rt e i l ez k g e r l e d i g t u n dd a d u r e hl o e s u n gd e rf e r t i g u n g s p l o b l e m ef i l e rt e i l ez k gm i tg e r i n g s t e me i n s a t z v e r w i r k l i c h t , d i em o e g l i c h k e i tv o ne v t l v e r l u s tz u mn i e d r i g s t e n sg e s e n k tw e r d e n e s k a n nu n sf o l g e n d e sa n b i e t e n ： 1 f o r t s c h r i t t l i c h em i t t e lf u e rt e c h n o l o g i e p l a n u n gz u rv e r f u e g u n gz us t e l l e n 2 b e d a r fa nf l e x i b i l i t a e tu n dm e h r s o r t e n p r o d u k t i o nz ue n t s p r e e h e n e n t w i c k l u n gu n dt e e h n i kb e it e c h n o l o g i e p l a n u n gm i tv ws y n c h r o n i s c hu m s e t z e nz u k o e n n e n v i a u s z u e g e i v e r l u s tw e g e nt e d m o l o g i e m a e n g e lt m du n r a t i o n e l l ek o n s t r u k t i o nz m n n i e d r i g s t e nz rs e n k e n 2 a nw e i t s i c h tm a n g e l n d ew e i s e ，d i ej e t z tm i ty o ne r f a h r u n g e na b h a e n g i g e r t e c h n o l o g i e p l a n u n gi s t ，z uu e b e r w i n d e n s e h l u e s s e l w o r t ：m o t o r ，z y l i n d e r k u r b e l g e h a e u s e ( z k g ) ，s i m u l a t i o n s b a u t e c h n i k ， k e n n t n i s s e b i b l i o t h e kf e u rt e c h n o l o g i e ， f e r t i g u n gn a t u r s c h a e t z b i b l i o t h e k v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子 版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及 提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构 送交论文的复印件和电子版：在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 2 0 。芎年3 旯5b “名辗魁 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 年 月日 学位论文作者签名： 年月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名形镌甩 2 0 0 5 年月乡日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 综述 本课题来源于“上海大众基于知识库的发动机零件c a p p 系统建立”项目。 作为该研究项目的子课题，本课题主要研究了在上海大众如何建立发动机缸体 c a p p 系统及运用该系统指导上海大众的工艺规划工作。 随着我国国民经济的飞速增长和人民生活水平的迅速提高，轿车已经开始进 入北京，上海和广州等经济发达地区的较高收入家庭，而且随着人均g d p 的进一 步提高，轿车的需求量将逐步提高，随着时间的推移，国内轿车的保有量亦将逐步 增大。据中国汽车工业协会最新统计，2 0 0 4 年我国汽车产销首次双双突破5 0 0 万辆，连续3 年每年跨上一个百万辆级台阶，汽车产销量3 年翻了一番，汽车产 品结构得到进一步优化。据统计，2 0 0 4 年我国汽车产销分别为5 0 7 0 5 万辆和 5 0 7 1 1 万辆，比上年分别增长1 4 1 l 和1 5 5 0 。其中，轿车产量为2 3 1 6 3 万 辆，增长1 1 9 9 ，销售2 3 2 6 5 万辆，增长1 5 1 7 。轿车所占比重接近4 6 ， 比3 年前提高十几个百分点。【1 】。中国汽车市场结构已发生了很大变化，个人 购买比例大幅度增长，汽车开始大量进入家庭。据公安部网站消息，截至2 0 0 3 年底，全国个人汽车保有量为1 2 4 2 7 6 7 2 辆，比2 0 0 2 年增加2 4 7 2 4 5 0 辆，增长率 为2 4 8 。其中，个人轿车4 8 9 0 3 8 7 辆，比2 0 0 2 年增加1 4 6 2 4 4 1 辆，增长率为 4 2 7 。【2 】。面对如此广阔的轿车市场，国际著名汽车集团均在国内大展攻势，竭 力占据更多的市场份额。国内许多地方政府都把汽车工业作为牵动经济发展的 龙头产业，投以重金，施与优惠政策，试图挤上充满竞争而又潜力无限的汽车市场。 但十多年来我国汽车工业”引进组装一再引进的历史经验说明，我国汽车工业 落后于国际先进水平，国内的一些著名的汽车企业大多是与国外著名公司合资或 合作生产，但主要技术仍掌握在外方手中。上海大众发动机工艺规划水平的发展 过程亦正应证上述过程。上海大众建立发动机缸体c a p p 系统的主要原因有以 下二方面： 第一章绪论 ( 1 ) 提高自主规划的水平，降低投资风险 上海大众发动机规划科自八十年代末成立至今已十年有余。在这十年中，发 动机规划科的工艺规划工作经历了完全由德国大众为主规划阶段( 1 9 8 8 年至 1 9 9 4 年) 上海大众消化，吸收德国大众的规划思路与德国大众联合规划阶段 ( 1 9 9 5 年至1 9 9 7 年) 上海大众独立规划阶段( 1 9 9 8 年以后) 。虽然发动机规划 科已进入自主规划阶段，而且已自主规划部分生产线( b 5 缸盖生产线，b 5 凸轮轴生 产线，连杆生产线，缸体生产线及曲轴生产线) ，但这些生产线的规划水平仍停留在 9 0 年代初的水平，亦即没有做到柔性化、多品种生产。 由于目前汽车市场竞争的日益白热化，各种不确定因素的日益增加，故投资风险 是不言而喻的。在这种情况下，往往需要在规划过程中充分考虑投资风险，尽量将 生产线规划成能生产多种型号零件，高产量( 每种品种相a n ) 的生产线。对已有的生 产线来说，进行共线改造不失为一种较为合理的方案，它不仅可以防止由于市场 的变化而造成生产线能力的空放，而且减少投资费用。亦即用尽量少的投资得到 尽可能多品种的发动机，以最大限度的降低投资风险。对新规划的生产线来说，应 尽量做到一次规划分部实施及柔性化、多品种。当然要实现上述想法，单靠 旧的规划思路和手段是无法很好实现的，只有借助新技术；开拓新思路依靠全新 的规划思路和手段才能实现。这种新的规划思路和手段就是借助虚拟制造技 术将该技术运用到发动机规划中去。作为一种现代制造技术和经营理念，敏捷 制造正是适应这种形式、面向2 1 世纪的新型生产模式。虚拟制造是实现敏捷制 造的一种手段和方法，它以现代的计算机网络技术、信息技术为基础，综合运 用了仿真、建模、虚拟现实等技术，在计算机上对设计、制造等生产全过程和 制造环境统一建模，实现从产品概念设计到最终实现的全过程模拟和仿真。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 ) 是敏捷制造 的运行基础，而c 胱a p p c a m 集成技术作为c i m s 和虚拟制造的关键技术， 是实施敏捷制造的基础。因此，开展对c a d c a p p c a m 集成技术的研究对未来 敏捷制造的全面实施有着非常重要的意义【5 】。 2 第一章绪论 ( 2 ) 改变工艺规划手段，进行有效的多方案比较论证 c a p p ( 计算机辅助工艺规划，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规划。一般认 为，c a p p 系统的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序规划、工艺路线制定 和工时定额计算等。其中，工序规划又可包含工艺装备选择或设计、加工余量 分配、切削用量选择以及刀具和夹具的选择、必要的工艺简图生成等。工艺规 划是制造型企业技术部门的主要工作之一，其质量之优劣及设计效率的高低， 对生产组织、产品质量、生产率、产品成本、生产周期等有着极大的影响。长 期以来，依靠工艺人员个人的经验以手工方式进行的工艺规划，由于其固有的 缺陷( 效率低、工艺方案因人而异) ，故难以进行有效的多方案比较论证；难以获得 最佳的工艺方案；难以适应当今生产发展的需要。只有应用计算机辅助工艺规划 ( c a p p ) ，才能迅速编制出完整、详尽、优化的工艺方案和各种工艺文件，从而 极大地提高工艺人员的工作效率，缩短工艺准备时间，加快新产品的投产进度， 极大的降低投资风险。此外，应用c a p p 可以获得符合企业实际条件的优化的 工艺方案、给出合理的工时定额和材料消耗。c a p p 还可以为企业决策层提供必 要的决策依据。因此，c a p p 的研究和应用，对改进我国工艺规划的现状、促进 企业的发展，提高企业的适应能力和竞争能力，有着重要的作用和意义。 1 2c a p p 技术在国内外发展现状和趋势 目前激烈的市场竞争推动着社会进步，使得制造业中各种制造技术得到空前 发展和应用。在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中。它是生产准备工作的第 一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程 是进行工装制造和零件加工的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高 生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是 生产中的关键性要素。 工艺规划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。但是，由于工艺规划是产品设计和加工 第一章绪论 制造的纽带，因此必须分析和处理大量信息，它既要考虑产品设计图样上有关 零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有 关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至工艺习惯等方 面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂，在进行工艺规划时必须全面而 周密地对这些信息加以分析和处理。工艺规划工作不仅涉及到企业的生产方式、 产品结构、工艺装备、生产技术水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和生 产管理体制的约束，其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺规划方案 的变化。因此说工艺规划也是企业生产活动中最活跃的因素，工艺规划对其使 用环境的依赖必然导致工艺规划的动态性和经验性。工艺规划是优化配置工艺 资源，合理编排工艺过程的一门艺术。 长期以来，传统的工艺规划都是采用手工方式，这种方式设计效率低下，存 在大量的重复劳动，不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护，难以 进行有效的多方案比较论证即不能用数据说话。另外，工艺专家的经验和知识 也不便集中起来加以充分地利用。而且，当代机械制造领域中，多品种小批量 生产的企业大量增加，制造系统逐渐从刚性向柔性转变，这要求将计算机技术 贯穿与产品策划、设计、工艺规划、制造与管理的全过程。显然，传统的手工 规划方式已不能满足上述要求。 近年来，随着计算机在制造企业中的深入应用，为计算机辅助工艺规划 ( 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 ) 在企业的运用奠定了基础，使其发展 和应用成为可能。c a p p 的开发、研制是从6 0 年代末开始的，在制造自动化领 域，c a p p 的发展是最迟的部分。世界上最早研究c a p p 的国家是挪威，始于1 9 6 9 年，并于同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 商品化的a u t o p r o s 系统。在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是c a m i 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【1 5 】。 c a p p 系统的使用，不仅可以大大提高工艺规程规划效率和质量，也为提高 工艺文件的质量，缩短生产准备周期，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动 第一章绪论 中解放出来提供一条切实可行的途径。应用计算机辅助工艺规划的必要性已被 越来越多的企业所认识，选取一个适合于本企业生产及管理环境的c a p p 系统， 不但能充分发挥计算机辅助工艺规划的优越性，更能为企业数据信息的集成及 管理打下良好的基础，而且保证了工艺规划的一致性、规范性。 在国内，c a p p 的发展和应用远远跟不上c a d 、c a m 的步伐。通过对国内 部分设计院、企业所做的调研，大部分企业对c a p p 系统的应用情况并不令人 乐观。 企业应用c a p p 系统最具代表性的情况有如下几种： ( 1 ) 大部分企业的工艺规划仍然采用手工规划的方式，c a p p 的应用仍是空 白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光c a p p 的应用是一 片空白，计算机的应用状况也令人担忧。 ( 2 ) 部分企业在计算机技术和c a d 的应用较为普及以后，工艺规划成为企业 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规划。此种规划方式也是利 用计算机进行辅助工艺规划，因此，也可称作c a p p ，但此类c a p p 所生 成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件， 企业无法对工艺数据进行有效地管理。( 注：上海大众1 9 9 8 年至1 9 9 9 年 与同济大学合作开发了这样一套系统) ( 3 ) 部分企业已充分认识到工艺规划的重要性，并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 的认识还存在一些误区，因此，c a p p 的应用 还不尽人意。 从上面的论述可以看出，尽管目前大部分企业都已意识到了c a p p 技术应用 的必要性，但企业在c a p p 系统的选择和应用上还存在较多的误区和较大的盲目 性。主要表现在盲目追求设计自动化、最优化，而不注重基础数据的准备、基 础技术的稳固发展和人员素质的提高。还存在着以下几个方面的问题【3 】。 5 第一章绪论 问题1 ：认为c a p p 就是由计算机自动生成工艺规程。 首先，工艺规划是一个典型的复杂的系统问题，所涉及的因素是大量的，而 且是错综复杂的，它涉及到零件信息、制造资源、工艺专家知识等众多信息( 数 据) 的组织和管理，它不仅涉及到单纯的数值运算，也要处理图象、字符、表 格等复杂的数据，因此，c a p p 系统的核心和难点都是数据的处理。其次，由于 工艺规划对使用环境有着极大的依赖性，且工艺规划中许多工艺知识不具备精 确的定义和严密的数学模型，许多问题是非确定性的，至今工艺规划仍处于经 验决策阶段，这就导致工艺规划的动态性和经验性。正是由于以上原因，自动 化的c a p p 系统目前只能针对某种特定零件，如标准件等。通用的自动化的c a p p 系统还只能处于研究阶段，而无法应用到实际当中。 问题2 ：认为c a p p 基于零件即可，而不必基于产品结构 在企业中，所有生产活动都是围绕着产品结构而展开的，一个产品的生产过 程实际上就是这个产品所有属性的生成过程。每一份工艺文件虽然是针对一个 具体的零、部件，但作为产品的属性之一，工艺文件也应在工艺规程的指导下， 围绕着产品结构展开，这样就可以清晰地描述产品的装配关系，并可直接读取 产品的明细表数据文件将c a d 中的产品设计数据自动带入到c a p p 系统中。因 此，基于产品结构的c a p p 系统更适应企业的生产环境。 问题3 ：认为c a p p 只是解决工艺卡片的填写和生成，而不注重工艺数据的 生成和管理 工艺卡片的填写和生成是c a p p 系统必须要解决的问题，但在计算机集成制 造系统中，c a p p 是连接c a d 与c a m 之间的桥梁与纽带。集成化的c a p p 系 统应能直接接收c a d 的零件信息，进行工艺规划，生成有关的工艺文件，并以 工艺设计的结果和零件信息依据，经过适当的后置处理，生成n c 程序，从而实 现c a d c a p p c a m 的系统的集成，其核心是数据库。因此，c a p p 系统必须 能够生成工艺数据并进行管理而不只是完成工艺卡片的填写。 问题4 ：要求各部门间数据的管理、传输、任务的分配等本应由产品数据管 6 第一章绪论 理系统( p d m ) 完成的工作由c a p p 系统完成 c a p p 系统所解决的是企业工艺规划的全过程，并为企业的其它系统准备数 据。就目前国内企业的制造环境而言，设计事后数据的管理、传输等最适宜由 p d m 系统来解决。【3 】 针对上述问题，国内外c a p p 学者公认的最佳开发模式是完全基于数据库， 采用交互式设计方式、注重数据的管理与集成的综合式平台c a p p 系统 5 。此 类系统集中了第二、第三两代系统的优点，同时满足了特定企业、特定专业的 智能化专家系统的二次开发需要。 现在，国内外制造业有一个共同的趋势：熟练的、有经验的工艺规划人员越 来越少，而机械制造业的市场以多品种小批量生产方式起主导地位越来越强烈。 企业为适应市场瞬息多变的要求，缩短产品设计和生产准备周期是极其关键的 环节。由于制造技术的发展，先进制造技术的深入应用，尤其是先进制造技术 的基础技术，使得建立企业工艺标准化体系到计算机软硬件及网络通信技术的 发展和企业应用计算机从单一系统向集成化系统发展成为必然趋势，并且企业 也正面对新经济时代国内外的市场竞争。在这样的新基础、新形势下，c a p p 的发展趋势将是： ( 1 ) 为适应企业进入新经济时代，在优化产品设计的同时，必须优化工艺规 划，才能为优化管理打好基础。因此，c a p p 不能是简单的在卡片填写方 式上用计算机代替手工，而必须通过应用c a p p 系统提高工艺规划的优 化、标准化水平( 标准化不仅仅是文件格式的标准化，而是内容的标准 化亦即经验数据的标准化) ，以指导生产过程与生产管理，获得良好的效 果，使企业经营进入良性循环的轨道。 ( 2 ) 相似性原理、成组技术、标准化技术开展工艺标准化工作，建立工艺标 准化体系，解决工艺规划的多样性，为开发c a p p 应用软件及其系统的 通用化、商品化打下牢固的基础，使企业工艺工作适应市场经济的发展。 ( 3 ) 一个企业的实用的、可行的c a p p 系统，必须首先以企业中占7 0 以上 第一章绪论 的可以实现工艺标准化的零件及产品工艺信息为主体，形成多种c a p p 技术方式的应用系统，包括目前条件下可能实现的专家系统、半自动生成 系统、派生式系统、样件系统等。对于那些暂时不能用以上方式解决的， 可采用一些较为基础的方式。 ( 4 ) 在应用c a p p 工艺规划系统的同时，开展工艺信息管理系统的开发与应 用。用系统工程的原理与方法对企业工艺系统的全部工作进行系统分析、 设计，形成完整的工艺信息系统，不但使工艺工作实现信息化，同时为 企业工作的信息化提供坚实的基础，明确c a p p 与c a d 、c a m 的关系。 为了实现以上的目的，c a p p 系统必须在以下几个方向进一步发展： ( 1 ) 集成化计算机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。在同步工程思想的 指导下实现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 统建立内在联系。 ( 2 ) 工具化为了能使c a p p 系统在企业中更好的推广应用，c a p p 系统应提 供更好的开发模式。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、适应性强的平台型( 工 具式) c a p p 系统，已经成为开发和应用的趋势。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。从理论上讲，它可以适应各种应用环境，具 有较好通用性和柔性；而且由于还具有二次开发能力，能适应企业内部 第一章绪论 发生的较大的变化。 ( 3 ) 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 3 】。 c a p p 的智能化要求计算机具有专业领域内的专家知识和思维能力，能根据 生产加工的各种情况给出合理的加工工艺。一般人们就把这种掌握大量知识， 能从事专业领域内专家级水平工作的计算机软件系统称为专家系统( e x p e r t s y s t e m ) 。一个专家系统至少由知识库、推理机和学习机三部分组成。在实际应 用中，专家系统一般还应具有一个人机交互界面，用于向用户提问，接受用户 回答并对其进行判别。对于较完善的专家系统而言，还有一个知识获取部分， 可以及时补充最新得到的人类专家知识并将其整理为系统可识别的表示方式。 另外，还要有一个解释部分，用来向用户解释系统的“思维过程 。帮助部分则 是解释部分的补充，用来就已知的事实或得出的结果向用户提出详细的建议， 如应采取的措施和步骤。 1 3 发动机缸体c a p p 系统研究的意义和作用 众所周知，发动机是汽车的“心脏 ，不同的发动机类型决定了汽车的类型 和最终性能。在发动机设计、工艺装备的规划和制造直至投产的整个过程中， 工艺装备的规划和制造占有较长的时间，从而成为发动机改型换代的制约因素。 目前，我国发动机行业的工艺规划仍然依靠人工凭经验设计，其规划思想、规 划手段仍落后于发达国家，致使发动机的5 大关键零件( 缸体、缸盖、曲轴、 连杆、凸轮轴) 生产线的规划仍不得不花费大量外汇依靠国外来规划，这与我 国汽车工业的发展完全不相适应。尤其当我国加入w t o 后，轿车工业将面临生 死存亡的严峻考验，没有“边生产、边设计、边规划、边创新 的灵活多变的 高科技的设计与制造技术，就只有被动挨打。 发动机是一个复杂的功能体系，其零部件不仅数量众多、结构复杂，而且结 构上存在着制约关系，显而易见，它的零部件的加工必然是复杂的，并且技术 要求也非常高和苛刻，这就给制订加工工艺的技术人员带来了巨大的困难，并 第一章绪论 且不同的规划员有不同的技术背景，当然所制订的加工工艺也就存在着很大的 随机性。为了能制造出高质、高效和低成本发动机，就必然希望花费最少的人 力和物力来制订出发动机零件的加工工艺，现代计算机技术和软件技术的日新 月异的发展为解决这项难题提供了有利的工具和手段，可以应用这些先进的工 具和手段来开发发动机的计算机辅助工艺设计( c a p p ) 系统，利用这个c a p p 系统，可以用计算机完成发动机缸体零件的加工工艺的编制工作，从而实现用 最少的花费来解决发动机零件的加工工艺问题，把可能发生巨额损失的可能性 降到最低限度。它产生的经济效益是不可估量的： 提供先进的工艺规划手段即仿真手段与技术。 适应“高产量、多品种、小批量”的柔性化生产的需要。 把由于工艺缺陷和规划不合理而造成的损失减少到最小。 克服目前依赖经验来进行工艺规划的缺乏预见性方式。 在该c a p p 系统中，有关发动机缸体的现场的各种有关的加工设备、刀具、 工装夹具、加工工艺和技术人员的加工知识被集成到专用c a p p 软件的数据库 中，并对和缸体有关各种库进行逻辑编排、数据管理，以便现场应用。 1 4 论文研究的主要内容 在进行了大量的调查研究后，选用e m p o w e rm a c h i n i n gs o l u t i o n 为工作平台 开发“发动机缸体c a p p 系统 。该系统是一种创成式c a p p 系统，首先由系统 自动分析出发动机缸体的各种几何要素，以及各几何要素之间的逻辑原则( 即 相对位置关系) ，然后根据系统内对每一种几何要素规定的相应加工要素及其逻 辑原则，自动生成工艺规程。它的底层是基于o r a c l e 数据库，由o r a c l e 数据库 统一管理各种数据。 ( 1 ) 分析研究创成式c a p p 的特点，充分考虑上述国内c a p p 系统所存在的问 题，并结合发动机的制造特点，提出一个可行、实用的c a p p 系统方案。 ( 2 ) 以发动机缸体为具体研究对象，分析研究其加工特征和特征的系统识别。 众所周知，缸体是发动机中结构较为复杂的零件，是发动机的基础，其中加工 - l o 第一章绪论 特征众多，相互之间大多都有的位置精度要求。可以通过采用三维建模软件p r o - e 为缸体建立三维几何特征模型，然后由c a p p 系统自动识别加工特征，这样就 将工艺人员从逐个分析加工特征的繁琐、重复劳动中解放出来。同时，在系统 自动识别特征后，还可以人机交互式的修改或增加、删除加工特征，弥补系统 识别的不足。 ( 3 ) 分析研究工艺知识和工艺方法库的建立。根据决策树的结构，将公共的工 艺知识和专家知识方便地加入工艺方法库。所有的工艺方法对于工艺人员都是 可见的，便于工艺人员查看和修正。整个工艺方法的设计过程是一个人机交互 的动态过程。 ( 4 ) 分析研究并建立刀具、工装夹具和机床设备等制造资源库。通过对生产现 场的实际调查，将大量的生产实际数据加入到制造资源库中，改善了以往不注 重基础数据准备的问题，有利于以后工艺人员了解基础技术的发展并提高其自 身的素质。 ( 5 ) 建立发动机缸体c a p p 系统。利用已经建立的所有基础库，对发动机缸体 的加工制造进行工艺分析。由于各个基础库之间功能相对独立，并且每个基础 库都可以通过人机交互进行修改，具有较高的灵活性，所以能够理论与