（机械设计及理论专业论文）集成制造环境下面向产品的capp系统研究与应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 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 连接c a d 与c a m 的桥梁，是许多先进制造系统的技术基础之一。c a p p 系统对提 高工艺设计的效率和水平有着巨大的作用。 本文结合国内外c a p p 的理论研究现状、发展趋势，针对现阶段商品化c a p p 软件的不足，主要进行以下研究与应用： ( 1 ) 概述在集成制造环境下，c a p p 研究与应用的现状和发展趋势，分析c a p p 集成模式，确立本文c a p p 系统的理论基础，结合研究课题提出了全文的主要研 究工作，阐明研究意义。 ( 2 ) 分析设计资源，制造资源的特点并进行建模，应用人工智能领域的相 关理论，分析工艺知识的特点、对工艺知识进行分类，提取工艺知识的共性， 进行整理、表示。提出通过建立工艺规划模型达到多资源融合的目的，重点阐 述了模型中对资源约束的表示，以及“属性映射”手段在整个工艺规划过程中 发挥的作用。 ( 3 ) 详细介绍了产品工艺分层规划方法，主要包括利用“多层工艺引用” 方法建立典型工艺库；在规划过程中利用基于知识和实例的推理进行工艺流程 的相似度检索，进而通过“工艺派生手段产生新的工艺流程，不断丰富典型 工艺库；同时也阐述了产品多工艺方案配置的必要性及其过程。 ( 4 ) 根据企业生产的实际需要，建立基于资源约束的工艺方案多目标评价 体系，深入探讨其在工艺设计合理性评价、制造可行性评价和工艺方案寻优的 应用，尤其是从时间、成本、生产调度等方面综合评价工艺方案的优劣，对指 导实际生产有着巨大的作用。 ( 5 ) 以浙江大学开发的 d e p d m 系统为平台开发面向产品工艺设计、具备动 态制造资源的工艺方案辅助设计功能的柔性c a p p 系统- - - - - - m e c a p p 。并以某汽车 减振器的工艺规划过程为例，介绍了c a p p 系统的主要功能与操作过程。 最后，总结了m e c a p p 系统的优缺点，对未来的工作进行了展望。 关键词：计算机辅助工艺过程设计，产品工艺，工艺规划模型，工艺方案评价 浙江大学硕士学位论文 a b s t r ac 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 p ) i sab r i d g eb e t w e e nc a da n dc a m i t i so n eo ft h et e c h n i c a lb a s e so fm a n ya d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ， i m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ya n dl e v e lo fp r o c e s sp l a n n i n g b a s e do nt h et h e o r ya th o m ea n da b r o a dc a p ps t a t u sq u oa n dd e v e l o p m e n t t r e n d ， a n dt h el a c ko fc o m m e r c i a l i z a t i o nc a p ps o f t w a r ea tt h i ss t a g e t h em a i nw o r kt h a th a sb e e nd o n ei nt h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ： 1 f i r s to fa l l ，i to u t l i n e st h et h e o r e t i c a ls t u d ya n da p p l i c a t i o no f c a p pi nt h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，d e v e l o p m e n tt r e n do fc a p ps t u d ya n dt h e i n t e g r a ti o nm o d eo fc a p pi nt h ei n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t s ot h eb a s i so fc a p ps y s t e mi se s t a b l i s h e df o rt h i sp a p e r c o m b i n i n gt h e r e s e a r c ht o p i c s ，itp u t sf o r w a r dt h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dt h e s i g n i f i c a n c eo ft h i sw o r k 2 t h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e s i g nr e s o u r c e sa n dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s i ss t u d i e da n dm o d e l e da tf i r s t u s i n ga r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et h e o r y ， t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o c e s sk n o w l e d g ei sa n a l y z e da n dt h e c l a s s i f i c a t i o n ，e x t r a c t i o n ，c o l l a t i n ga n de x p r e s s i o no fp r o c e s s k n o w l e d g ea r ee x p a ti a t e d t h r o u g ht h ee s t a b lis h m e n to fg e n e r a lm o d e lo f p r o c e s sp l a n n i n g ，t h eo b j e c t i v eo fr e s o u r c e si n t e g r a t i o ni sa c h i e v e d i tf o c u s e so nt h er e s o u r c ec o n s t r a i n t s 。a n dt h er o l eo f 6 p r o p e r t ym a p 。 m e t h o di nt h eg e n e r a lm o d e lf o rt h ew h o l ep r o c e s sp l a n n i n g 3 d e t a ii so nt h ep r o c e s sp l a n n i n gu n d e rt h eg u i d a n c eo fh i e r a r c h i c a l p l a n n i n gm e t h o d ，m a i n l yi n c l u d i n gh o wt ou s e ”m u l t i u s et e c h n o l o g y ”t o e s t a b l i s ht y p i c a lp r o c e s s e s ，h o wt os e a r c hs i m i l a r i t yp r o c e s si nt h eu s e o ft h ek n o w l e d g e b a s e dr e a s o n i n ga n de x a m p l e s ，a n dh o wt oc r e a t ean e w p r o c e s st h r o u g h ”d e r i v a t i v et e c h n o l o g y ”m e t h o dt oe n r i c ht h et y p i c a l p r o c e s sb a s e w h i l et h ec o n f i g u r a t i o no fp r o d u c tp r o c e s s e si se x p o u n d e d ， u s i n gp r o c e s sk n o w l e d g et oa c h i e v er a p i dc a l c u l a t i o na n dm a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e - a s s i s t e ds e l e c t i o n i i 浙江大学硕士学位论文 4 a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e d so fs h o c ke n t e r p r i s e ，t h eu s eo fr e s o u r c e s u n d e rt h ed y n a m i cr e s o u r c eb a s ei sp r o p o s e d ，a n dm u l t i o b j e c t i v e e v a l u a t i o ns y s t e mo nt h ep r o c e s si se s t a b l i s h e db a s e do i lt h eo fr e s o u r c e c o n s t r a i n t s t h er a t i o n a l i t ye v a l u a t i o nf o rp r o c e s sd e s i g n ，t h e f e a s i b i l i t ye v a l u a t i o nf o rm a n u f a c t u r i n ga n dt h ea p p l i c a t i o no f p r o c e s s e so p t i m i z a t i o na r es t u d i e di nd e p t h t h ec o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no ft h em e r i t so ft h ep r o g r a m m eh a sag r e a tr o l eo nt h ea c t u a l p r o d u c t i o ng u i d a n c e ，i np a r t i c u l a ri nt e r m so ft i m e ，c o s t ，p r o d u c t i o n s c h e d u li n g ，a n ds oo n 5 i nm e p d mp l a t f o r md e v e l o p e db yo fm e c h a n i c a ld e s i g ni n s t i t u t ei n z h e j i a n gu n i v e r s i t y ，ac a p ps y s t e mi sd e v e l o p e dn a m e dm e c a p pi nt h ep a p e r ， w i t ht h ef e a t u r e so ft e c h n o l o g y o r i e n t e dp r o d u c td e s i g n ，d y n a m i c m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sa n df l e x i b i l i t y m e c a p ps y s t e m sm a i nf u n c t i o n a n do p e r a t i o ni se x h i b i t e d ，t a k i n gt h ew h o l ep r o c e s sp l a n n i n go fak i n d o fs h o c ka b s o r b e rp r o d u c t sf o re x a m p l e f i n a ll y ，t h ea c h i e v e m e n t sa n ds h o r t c o m i n g so fc a p ps y s t e ma r es u m m a r i z e d ： t h ee x p e c t a ti o no ft h ef u t u r ew o r kisa ls op u tf o r w a r d k e yw o r d s ：c o m p u t e ra id e dp r o c e s sp l a n n i n g ，p r o d u c tp r o c e s s ，p r o c e s s p l a n n i n gm o d e l ，p r o c e s se v a l u a t i o n i i i 学号2 q 鱼q 璺! 垒璺 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，一除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：a 商纵签字日期：甜8 年弓月f 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘鲎有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 蕾茈 导师签名： 歼似 签字日期：a 趑年7 月r 口e t签字日期：知略年9 月厂口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 浙江大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 工艺设计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，企业依靠工艺人员根据个人经验以手工方式进行的工艺设计 及管理，由于其固有的缺陷( 效率低、工艺方案因人而异、难以获得最佳的 工艺方案等) ，难以适应当今生产发展的需要。只有应用计算机辅助工艺设 计( c a p p ) ，才是提高工艺设计质量和效率的必由之路，才可能迅速编制出 完整、详尽、符合企业标准的、优化的工艺方案和各类工艺文件，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。此外， 应用c a p p 可以获得符合企业实际条件的优化工艺方案，给出合理的工时定额 和材料消耗，进而优化生产资源调度。因此，c a p p 的研究和应用，对改革我 国工艺设计的现状，促进企业的发展，提高企业的适应能力和竞争能力，有 着举足轻重的作用。 1 - 2 自2 0 世纪6 0 年代末诞生以来，c a p p 技术在国内外蓬勃发展，并逐渐引 起越来越多的重视，美国机械工程师协会( a s m e ) 、国际生产工程研究会 ( c i r p ) 、国内外各类生产( 制造) 自动化会议、计算机集成制造技术学术会议 等都设立了c a p p 或c a d c a p p c a m 专题。近年来，随着计算机集成制造系统 ( c i i | i 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 ) 、并行工程( c e ： c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、智能制造系统( 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 g s y s t e m ) 、虚拟制造系统( 、，m s ：v i s u a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 、敏捷制造( a m - a g il em a n u f a c t u r i n g ) 等现代集成制造( c i m ：c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g ) 理念、系统模式的发展，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。 其中，制造业的发展伴随着永不停歇的技术创新，新的制造理论和现代 集成制造环境下基于p d m 的c a p p 系统研究与开发模式层出不穷，c a p p 作为制 浙江大学硕士学位论文 造领域中的一个重要分支，要在深度和广度上满足现代制造系统的需求，必 须追踪制造技术的最新发展，为其自身的研究和发展注入新的活力。 遗憾的是，尽管国内外在各种决策方式、智能化和集成化等方面取得许 多成绩，但c a p p 的应用基础还不很牢固，研究开发方向与企业的实际需求有 较大差距，c a p p 作为一种将工艺设计人员从许多工艺设计工作中解脱出来的 一种工具，现有系统还不能成为企业的解决方案 3 ，c a p p 在企业中的应用已 经落后于新概念的应用和新系统的开发 4 1 ；另一方面，工艺设计方法缺乏良 好的理论和坚实的科学基础也是阻碍c a p p 发展的重要因素，特别是近年来， 国内外研究者日益认识到c a p p 基础性理论和方法研究的重要性 5 。 1 2 现代集成制造理念对c a p p 技术的要求 制造业的发展伴随着永不停歇的技术创新，新的制造理论和现代集成制 造环境下基于p d m 的c a p p 系统研究与开发模式层出不穷，c a p p 作为制造领域 中的一个重要分支，要在深度和广度上满足现代制造系统的需求，必须追踪 制造技术的最新发展，为其自身的研究和发展注入新的活力。 现代集成制造理念是在计算机集成制造思想的基础上发展起来的。计算 机集成制造技术在2 0 世纪8 0 年代中期日渐成为制造业的热点，世界上很多 国家和企业纷纷制定和实施本国或本企业的c i m s 发展战略，c i m s 技术的推广 应用取得了显著的效果。 根据8 6 3 c i m s 主题的定义，现代集成制造是一种组织、管理和运行现代 制造类企业的理念。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动 化技术、系统工程技术等有机结合，使产品全生命周期各阶段活动中有关的 人组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物质流和价值流有机集成并优 化运行，以达到产品( p ) 上市快( t ) 、高质( q ) 、低耗( c ) 、服务好( s ) 和环境清 洁( e ) ，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，最终使企业赢得市场竞争 现代集成制造系统是一种基于现代集成制造理念的数字化、信息化、智能化 绿色化、集成优化的制造系统，是信息时代的一种新型生产制造模式，通常 由经营管理与决策子系统、工程分析与设计子系统、加工生产子系统及支撑 平台子系统组成。 2 浙江大学硕士学位论文 与传统的制造组织思想相比，现代集成制造理念对c a p p 系统的要求发生 了根本性的变化，主要体现在： 1 ) 覆盖制造活动的全过程 现代集成制造理念除了要考虑加工过程以外，还有设计与制造之间的协 调与统一，设计、制造与顾客需求之间的适应性以及废旧产品的回收处理等 问题，覆盖了市场需求、开发设计、生产设备、加工制造、产品销售、使用 维修及终结处理等全过程。这对c a p p 系统的并行性提出了更高的要求。 2 ) 多学科交融性进一步增强 计算机集成制造哲理本身体现了多学科的交融性，在此基础上发展起来 的现代集成制造理念更加体现出各专业、学科之间的不断渗透、交叉和融合， 其中的晃限逐渐淡化甚至消失，使现代集成制造环境下基于p d m 的c a p p 系统 研究与应用更加趋于系统化、集成化。已发展成为集机械、电子、信息、材 料和管理等技术于一体的新兴交叉技术体系。 3 ) 更加强调技术、管理、人员组织的有机集成 现代集成制造不是一个简单的技术问题，要求c a p p 在实施过程中要注重 技术、管理和人员组织三者的有机集成，使工艺过程能够达到优化运行，组 织管理模式更加灵活化、合理化，人机工程学能在企业中得到有效应用。 1 3c a p p 研究、应用现状及发展趋势 1 3 1c a p p 的发展与理论研究 在国外，c a p p 的研究已经有3 0 多年的历史，我国也已经进行了1 0 多年 的研究和实践。世界上第一个c a p p 系统是挪威于1 9 6 9 年推出，并于1 9 7 3 年 正式推出商品化的a u t o p r o s 系统。美国于1 9 7 6 年同c a m - i 公司推出颇具影 响力的c a i v i - 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，它采用基于成组编码 的派生法原理，是一个由用户提供标准工艺的可适合各类零件( 回转体、菱形 体和板材) 的工艺设计系统，可以进行工艺路线的生成和部分工序设计工作， 采用f o r t r a n 作为编程语言，成为c a p p 发展史的里程碑。 浙江大学硕士学位论文 随着计算机及其相关技术的发展，各种c a p p 系统在发展中不断改进、提 高和互相渗透，从2 0 世纪8 0 年代开始探索将人工智能( a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ：a i ) 、专家系统等技术应用于c a p p 系统的研究和开发，研制 成功了所谓基于知识( k n o w l e d g e - b a s e d ) 的创成式c a p p 系统或c a p p 专家系统 6 3 。近几年来，有学者 7 - 8 提出了c a p pt o o l 系统的思路，并进行了卓有 成效的实践；有学者 9 - 1 0 将人工神经元网络、模糊推理、基于实例的推理 以及基于知识的推理等技术用于c a p p 之中：有学者 1 卜1 2 3 对面向产品的c a p p 智能化概念体系及面向产品的集成化c a p p 系统进行了研究与实践。还有学者 1 3 将传统派生式、创成式与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造 了所谓的混合式( h y b r i d ) c a p p 系统，如美国发表的c o r e - c a p p 系统就属于此 类。 近年来，以自动化为唯一目标的c a p p 发展状况已经使人们对c a p p 研究 与开发现状产生怀疑。a m l u s c o m b e 和d j t o n c i c h 1 4 在针对c n c 机床 进行的c a p p 研究中，强调“辅助( a i d ) ”而不是”自动化( a u t o m a t i c ) ”。d i m i t r i k i r i t s i s 1 5 在回顾了c a p p 专家系统的发展状况后，对一个有效益的c a p p 系统必需高度自动化这一目标感到怀疑：总结了c a p p 存在的主要问题包括产 品和零件表达方式、工艺设计逻辑与知识、数据库和特征识别等：评述了基于 知识的专家系统，指出基于知识的专家系统是c i m 中实现c a d 和c a p p 集成的 有效方法。v a n z e i rg 1 6 提出了交互式工艺设计( i n t e r a c t i v ep r o c e s s p l a n n i n g ) 的概念，并开发了基于交互式的c a p p 原型系统。e 1 m a r a g h y 1 7 指 出c a p p 与产品设计的集成、c a p p 与生产计划调度的集成、分布式工艺设计、 面向质量的工艺设计及非传统的c a p p 等将是c a p p 的主要发展趋势。 l a l t i n g 1 8 提出c a p p 系统应当具有与n c 编程、m r p 系统及产品仿真系统的 接口；在c a p p 系统的发展中a i 技术将被广泛地应用：未来的c a p p 系统应该 能够实时的对生产过程进行检测，并根据反馈结果进行实时修改：集成产品设 计、工艺设计及产品制造将是c a p p 发展的最终目标。e v e r s h e i m 1 9 对c a p p 指出未来的c a p p 系统应包括产品装配操作；c a p p 应与n c 编程集成：人工智能 方法应用于决策中：在与c a d 数据集成中应使用共享数据库等。k a m r a n ia k 2 0 等人则认为，c a p p 是将工艺设计人员从许多工艺设计工作中解脱出来的 4 浙江大学硕士学位论文 一种工具。但能代替熟练工艺人员的c a p p 系统仍未开发出来，现有的c h d p 系统难以成为企业的解决方案。 国内最先推出的c a p p 系统是同济大学研制的t o j i c a p 系统 2 1 ，1 9 8 2 年 推出了针对回转类零件的c a p p 系统，1 9 8 8 年推出了针对非回转类零件的c a p p 系统，前者为基于成组编码的派生式系统，后者为基于决策规则的创成式系 统，分别采用b a s i c 和f o r t r a n 作为编程语言。 在此之后，国内研究人员进行了大量的研究工作，诞生了众多的c a p p 系 统。在国家8 6 3 计划的支持和推动下，c a p p 技术已取得较大发展。随着制造 业信息化技术的推广，企业对c a p p 的应用需求日益迫切。1 9 9 6 年4 月，针对 国家8 6 3 - c i m s 重点推广应用工程西飞公司x a c c i m s 工程子项目x a c c a p p 系 统的开发，提出“以交互式设计为基础，以工艺知识库为核心”，在波音7 3 7 - 7 0 0 垂尾工艺设计和管理上全部实现计算机化、信息化，并实现通过数据库系统 同m i s 、m a s 、f m s 等对产品“工艺信息共享集成”的c a p p 开发与应用模式。 在此基础上，1 9 9 7 年6 月，结合国家“九五 攻关项目子专题“基于微机环 境的实用化c a p p 应用系统”的开发，提出“以工艺知识库产品工艺数据库 为核心，以交互式设计为基础，以工艺知识库管理和工艺卡片格式编辑器为 应用支持工具，面向产品全面实现工艺设计与管理计算机化、信息化”的全 新c a p p 应用框架与应用开发模式，标志着我们国家开始了c a p p 产品化的工 作 2 2 。 在人工智能方面，国内将专家系统应用到c a p p 系统中主要始于清华大学 的t h c a p p 系统和北京航空航天大学的b h c a p p 系统。目前国内比较成熟的c a p p 系统有武汉开目c a p p 系统、上海思普s i p m c a p p 软件系统、清华天河c a p p 软件系统等e 2 3 。 近年来，国内一些c a p p 系统中又引入了a g e n t 技术 2 4 - 2 6 ，但只是将该 项技术作为一种决策中的推理技术来应用，没有发展到系统整体结构的规划 和研究。 通过对国内c a p p 系统研究成果所分析，c a p p 工艺决策技术已经有了很大 发展，大量先进技术如遗传算法、神经网络、a g e n t 技术、回溯搜索和模糊推 理技术等 2 7 3 2 被引入到工艺决策中，使得c a p p 工艺决策的智能化水平得 浙江大学硕士学位论文 到加强，但真正应用于工厂实践的实用系统还不多。在零件信息描述方面， 大多采用成组编码或手工输入方式，不能将零件信息完整的表示清楚，而且 增加了操作人员的工作强度。 综观国内外c a p p 的研究与应用历程，如图1 所示c a p p 系统的分类，从 上而下反映了c a p p 的发展，并可归纳为如下几点： 1 ) 从派生式系统向创成式系统发展，基于知识的专家系统成为c a p p 研 究开发的主流； 2 ) 从适合回转类零件的系统向适合非回转类零件的系统发展； 3 ) 从设计零件机械加工工艺规程的系统向设计产品工艺规程的系统发 展； 4 ) 从孤立的c a p p 系统向集成化( c a d c a p p 、c a p p n c 、c a d c a p p c a 】i i 、 c a p p 于p c 等) 系统发展； 5 ) 从传统的c a p p 系统向智能化的c a p p 系统发展； 6 ) 从针对性开发c a p p 系统向研制c a p p 开发工具或c a p p 开发平台发展； 7 ) 从实验室型或学术型的c a p p 系统向实用型的c a p p 系统发展； 8 ) 从集中式c a p p 系统向分布式c a p p 系统发展。 图1 1c a p p 发展中的分类 浙江大学硕士学位论文 1 3 2c a p p 的应用现状及其分析 经过3 0 多年的发展，c a p p 在生成原理、系统结构、决策方法等方面，都 已经取得了很大的进展，遗憾的是，尽管国内外在各种决策方式、智能化和 集成化等方面取得许多成绩，但c a p p 的应用基础还不很牢固，研究开发方向 与企业的实际需求有较大差距。相对于c a d 、c a m ，c a p p 技术的研究与应用的 发展较为滞后。到目前为止，真正能在企业中发挥作用的系统大多数仍是交 互型或派生型c a p p 系统。 国外具有代表性的商品化c a p p 软件包括：美国t h ei n s t i t u t eo f a d v a n c e dm a n u f a c t ur i n gs c i e n c e s ，i n c 推出的m e t c a p p 系统，提供较好 的对切削数据库进行检索、计算和维护的功能，易于实现与c a m 系统的信息 集成；莫斯科工业大学研究开发texho po 系统，它在交互式工艺设 计的基础上，针对特定的零件类型( 回转体、板型及箱体等) 和工艺类型， 提供了机械零件、印刷电路板、装配过程、电器安装等工艺过程自动设计功 能；美国i n s 软件公司的删s c a p p 系统口，该系统强调制造数据的管理，可 应用于各类工艺设计，包括机加工艺、装配、电加工、质量保证等；美国c i m x 公司的c s c a p p 系统，系统通过共享数据库对象创建详细的工艺设计规程， 从而代替了“填卡片式”的工作指令系统，基于工艺规程数据库的工艺信息， 选择合适的卡片格式，参数化生成工艺文件。 我国c a p p 技术的研究起步于2 0 世纪8 0 年代，在国家8 6 3 c i m s 计划的 支持与推动下，实现了从无到有的开创性工作，取得了一定的成就，不仅发 表了大量论文，且已开发出许多c a p p 系统。但与国外发展水平相比较，还存 在一定的差距。目前我国开发的c a p p 系统基本上是面向某一具体厂家的某一 零件开发的。因此，应用范围受到很大的局限。 1 3 3c a p p 的发展趋势 经过3 0 多年的发展，c a p p 在生成原理、系统结构、决策方法等方面，都 已经取得了很大的进展，纵观国内外针对上述c a p p 系统存在的缺点开展的一 浙江大学硕士学位论文 系列c a p p 的研究工作和开发状况，目前，集成化、工具化、智能化和并行化 是c a p p 发展的主要趋势。 1 3 3 1 集成化 集成化是指c a p p 系统与其他集成化系统信息与数据的传输与共享。在工 程设计领域，通常是指与c a d 和c a m 系统的集成，若推广到整个工厂范围， 则还包括与生产管理、质量保证等系统的集成。经过近3 0 年的发展，c a d 软 件已经成为成熟的技术，目前大多数c a d 、c a m 软件供应商都能提供集成化的 c a d c a m 系统。但是，比较困难的是如何解决c a d 、c a p p 、c a m 系统之间有效 的、可靠的集成。随着制造技术和自动化程度的不断提高，集成化是c a p p 系 统发展的必然。c a p p 与其它系统的集成，正在从局部自动化走向全面自动化， 这是自动化技术发展的必然趋势。而要实现真正意义上的集成，有待于对产 品定义与产品数据交换规范( 如p d e s s t e p ) 的进一步研究和相应的实用化软 件系统的问世。目前世界上以美国为首的许多国家都投入了大量的人力物力 对产品定义与产品数据交换规范进行研究，集成化的发展将可以逐步实现。 近几年来，国内外有关集成的报道很多，综合起来主要有以下几种方法 3 3 - 3 5 ： a 基于特征的集成方法 特征技术涉及产品零件开关和属性，包含了产品隐含的工程主义，从一 定意义上满足产品c a d c a p p c a m 的集成和并行运行的需求。因此是实现 c a d c a p p c a m 信息集成的关键技术，特征技术主要包括：交互式特征定义， 基于几何模型自动识别，零件特征组合描述，基于预定义特征的特征造型和 实现特征集在不同应用领域间转换的特征映射等。 b 基于数据接口的集成方法 3 6 - 3 7 这种集成方法可以按特定的数据接口进行，也可按标准的数据交换接口 连接，而后者可实现数据共享。在国际上比较流行的应用很广的产品模型数 据交换标准( s t e p ) 是以e x p r e s s 语言为核心，能解决制造过程中的c a d 、c a p p 、 c a m 等活动的产品信息共享，随着s t e p 标准的日趋完善，它将成为c i m s 领域 信息集成的热点研究课题，可以从根本上解决c i m s 信息集成问题。 8 浙江大学硕士学位论文 c 基于p d m 的集成技术 产品数据管理( p d m ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 是统一管理所有与产品 相关的信息和过程的技术，按信息的不同用途分门别类地管理，为产品的开 发和制造提供了一个并行的协作环境，是一个面向对象的企业全局信息集成 框架。因此p d m 系统作为3 c ( c a d c a p p c a m ) 集成的平台，一方面要为3 c 系统 提供数据管理与协同工作的环境，同时还要为3 c 系统的集成提供支持。 p d m 系统提供了封装( e n c a p s u l a t i o n ) 、接口( i n t e r f a c e ) 和功能集成 ( f u n c t i o ni n t e g r a t i o n ) 三种集成模式，为应用系统与p d m 平台集成提供了 选择方案 3 8 。针对于以上三种集成模式，p d m 与c a p p 系统有松散祸合式、 接口式和功能集成式三种集成方案 3 9 。 功能集成是指通过详细地分析应用系统和p d m 系统的内在关联，制定一 个统一的产品数据模型，只要其中之一的产品数据发生变化，相关数据会同 时变化，保证应用系统和p d m 之间的数据的一致性。而功能集成则更强调了 应用系统作为p d m 系统的一个有机组成部分，p d m 与应用系统之间不仅共享同 一个数据模型，而且可以协同工作，彼此提供服务。 1 3 3 2 工具化 柔性问题、性问题是c a p p 中需要考虑和实现的最为关键的问题之一，为 了适应实际生产过程中变化多端的问题，应该使c a p p 系统能像c a d 系统一样 具有性，工具化c a p p 的思想主要体现在以下几个方面 4 0 。 a 工艺设计的共性与个性分开处理 工艺设计的共性与个性分开处理使c a p p 系统各工艺设计模块与系统所需 的工艺数据与知识( 或规则) 完全独立。共性包括推理控制策略和一些公共的 算法以及的、标准化的工艺数据与工艺决策知识。个性主要包括与特定加工 环境相关的工艺数据及工艺决策知识。 b 工艺决策方式多样化 系统的工艺设计是通过推理机实现的。在实际生产中，单一的推理控制 策略不能满足用户的需求。因此，系统应能给用户提供派生式、基于知识的 创成式以及人机交互式等多种工艺设计方法。 9 浙江大学硕士学位论文 c 具有统一标准的数据与知识管理平台 包括友好的人机工作界面，便利的数据与知识管理系统，以便于用户根 据自身的要求建立工艺知识与数据库。 1 3 3 3 智能化 智能化 4 3 - 4 4 是在工艺设计过程中引入人工智能技术，帮助工艺设计人 员完成工艺设计工作。c a p p 所涉及的是典型的跨学科的复杂问题，不仅业务 内容广泛、性质各异，而且许多决策大都依赖于专家个人的经验、技术和技 巧。另一方面，制造业生产环境的差别也非常显著，要求c a p p 具有很强的适 用性和灵活性。依靠传统的过程性软件设计技术，已远不能满足工程实际对 c a p p 的要求。而专家系统技术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各 种知识的灵活性和有效性给c a p p 的发展带来了生机。目前人工智能技术已越 来越广泛地应用于各种类型的c a p p 系统中。这是c a p p 发展最有生命力的方 向，但要达到理想的智能化水平，还需要人工智能理论与技术、计算机与网 络技术等多学科综合的进一步发展与应用。 过去研究最多的是各种各样的c a p p 专家系统，至今已有多种c a p p 专家 系统在实际中应用。近期神经网络、模糊理论和遗传算法等技术得到广泛研 究，为c a p p 系统的进一步智能化提供了理论基础。 目前常用的人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t ) 技术还有：黑板结构 ( b l a c k b o a r da r c h i t e c t u r e ) ，混沌理论( c h a o st h e o r y ) ，计算机视觉 ( c o m p u t e rv i s i o n ) ，基于约束的搜索( c o n s t r a i n tb a s e ds e a r c h ) ，专家系 统( e x p e r ts y s t e m s ) ，知识基系统( k n o w l e d g eb a s e ds y s t e m s ) ，知识表达 ( k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ) ，图论( g r a p ht h e o r y ) ，启发式搜索( h e u r i s t i c s e a r c h ) ，机器学习( m a c h i n el e a r n i n g ) ，p e t r i 网( p e t r in e t s ) ，定性推理 ( q u a l i t a t i v er e a s o n i n g ) ，推理技术( r e a s o n i n gt e c h n i q u e s ) ，相似论 ( s i m i l a r i t yt h e o r y ) ，模拟退火算法( s i m u l a t e da n n e a l i n g ) ，生物制造系 统( b i o l o g i c a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) ，多智能主体系统( m u l t ia g e n t s y s t e m s ) 等。 1 0 浙江大学硕士学位论文 尽管专家系统等人工智能技术在c a p p 中的应用取得了许多成果，但是专 家系统在知识获取、推理方法、求解空间等方面还存在一些问题，且过分强 调工艺决策的自动化，使开发费用高，系统适应性差，难以推广应用。所以， 以交互式为基础的检索、修订、创成等工艺决策混合技术建立的综合智能化 c a p p 系统框架，才能真正理顺先进性与实用性。 纵观先进制造技术的发展，可以看到，未来的制造是基于集成化、智能 化的敏捷制造和“全球化”、“网络化”制造。未来的产品是基于信息和知 识的产品，而c a p p 的智能化、集成化和广泛应用是实现产品工艺过程信息化 的前提，是实现产品设计与产品制造全过程集成的关键性环节之一。从我国 先进制造技术发展战略和国情出发，c a p p 的发展应在符合新技术发展趋势的 前提下，从系统化角度对面向产品( 以整个产品为对象) 的c a p p 集成化( 包含 工艺信息管理) 、智能化、工程化技术进行深入研究：并应更加强调市场需求， 在工程化、商品化软件开发方面投入足够的力量，把c a p p 技术的研究、开发 推向新阶段。 1 3 3 4 并行化 并行化c a p p 是在集成化和智能化基础上的进一步发展，充分体现了并行 工程的思想 4 1 4 2 。其意义不仅在于设计阶段的并行，还包括制造、规划过 程中各个功能部门的并行。并行化的核心是c a d c a p p 之间的并行。主要体现 在c a p p 能在c a d 产品设计的过程中，为c a d 提供产品设计工艺性反馈，对设 计方案和结果进行可制造性分析和评价，尽早发现设计中的问题，确保设计 的合理性，减少设计反复。目前主要方法是建立可制造性综合评价功能模块 或子系统，根据事件信息和制造资源信息，在一定工艺原则指导下，建立评 价函数，对零件结构工艺性、加工工艺性等指标进行分析评价。 浙江大学硕士学位论文 1 4 主要研究工作和研究意义 1 4 1课题来源 本课题来源于浙江省重大科技攻关项目：汽车磁流变流体半主动减振器 关键技术攻关( 编号：2 0 0 4 c 1