（材料加工工程专业论文）冲模标准件CAPP系统的设计与研究.pdf

西华大学硕士学位论文 y9 0 s 9 d 9 冲模标准件c a p p 系统的设计与研究 材料加工工程专业 研究生周艳婷指导教师储凯教授 摘要 a 廿p ( 计算机辅助工艺设计) 是现代机械制造业c i m s ( 计算机集成制 造系统) 中的一个重要组成部分。采用c a p p 系统不仅可以大大提高工艺设计 的速度和质量，还可以提高工艺设计的规范化和标准化程度。c a p p 不仅是连 接c a d 子系统和c a m 子系统的纽带，而且与制造业信息化建设中的各信息 系统都有着十分紧密的联系。随着先进制造技术、信息技术的飞速发展，对工 艺信息化系统提出了更高的要求。因此，c a p p 已经成为现代制造业的一个重 要研究领域。 本文分析了冲压模具设计制造过程中需要大量使用标准件、重复编制标准 件工艺文件的现状，针对目前专业标准件工艺库的不足，以a u t o c a d 为开发 平台，运用面向对象和数据库访问等技术，建立了冲模标准件工艺库系统。本 系统主要由标准件工艺数据库、工序图生成和人机交互界面等三个部分组成。 其中，按照关系数据库规范化理论，采用s q ls e r v e r2 0 0 0 开发了工艺参数数 据库，用于存储常用标准件的零件特征和工艺知识等信息。利用s u a lb a s i c 6 o 编制数据库检索、管理程序，并开发了图形用户界面。 本系统包含4 个模块，工艺卡管理模块、知识库管理模块、系统参数维护 模块和帮助模块。各个模块都具有相对独立性，使得有开发能力的用户可以在 系统基础之上，根据自己的需要，对尚待完善的模块加以修改和完善，而不影 响其他部分的功能。 用户不仅可以在系统中查看标准件的三维图形、编制工艺文件，还可以调 用其对应的二维工序图并打印输出工艺过程卡。工艺卡编制完成以后，用户可 以根据实际需要将其保存为常用工艺卡或普通工艺卡。工艺卡保存之后，用户 西华大学硕士学位论文 可以根据自己的需要进行模糊查询或精细查询。 经过实例检测，本系统界面友好，运行良好。该系统的使用能大大提高冲 压模具设计者的工作效率，缩短工艺设计的周期，并能推动模具标准化工作的 进一步展开。 关键词：冲压模具，标准零件，制造工艺，c a p p l i 西华大学硕士学位论文 d e sig na n ds t u d yo nc a p ps y s t e mf o rs t a n d a r d p a r t so fs t a m p i n gd i e s m a t e “a lp r o c e s s i i l ge n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：z h o u y a n t i n gs u p e r y i s o r ：p r o f e s s o rc h uk a i a b s t r a c t c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp i a n n i n g ) i s am a j o rc o m p o n e n to f c i m s ( c o m p u t e ri i l t e g r a t e dm a n u f a c t u r j n gs y s t e m ) i nm o d e mm e c h a n i c a l m a n u f a c t u r i n gj n d u s t r y b yu s j n gc a p p ，t h es p e e da n dq u a l i t yo fp r o c e s sp i a n n i n g c a nb ei m p r o v e d 争e a t l y ，a n dt h es t a n d a r d i z a t i o na n dr e g u l a r i z a t i o no fp r o c c s s p l a n n i n gc a na l s ob ee n h a n c e d c a p pn o to n l ya c t sa sat i ew h i d lj o i n sc ：a da n d c a m t o g e t h e r ，b u ta i s ok e 印sc 【o s ei i n k sw i t ho t h e rs y s t e m si nt h ec o n s t r u c l i o no f m a n u f a c t u r i n gj n f o 珊a t i o n w i mt h ed e v e l o p m e n lo fa d v a n c c dm a n u f a c t u r i g t e c h n 0 1 0 9 ya n di n f o m l a t i o nt e c l l n o l o g y p r o c e s si n f o 呻a t i o ns y s t e ms h o u l ds a t i s f y n e wn e e d s t h e r e f o f e ，c a p ph a sb e e nr e g a r d e da sa ni m p o r t a n tr e s e 甜c hf i e l do f m o d e m m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y b a s e d0 nt h ea n a l y s i s0 ft h ec u e n tc o n d i t i o n 也a tal a r g en u m b e ro fs t a n d a r d p a r t sa r eu s e dj nt h ep r o c e d u r eo ft h ed e s i g no fs t a m p i n gd i e sa n dq u i t em a n y t e c h n i c a rd o c u m e n t sn c e dt ob ew r i t t e nr 印e a t e d l ya n da i m i n ga tt h ed e f i c i e n c yo f s p e c i a lp r o c e s sl i b r a r yo fs t a n d a r dp a r t s ，as t a n d a r d p a np r o c e s sl i b r a r ys y s t e mf o r c o l dp r c s sd i e sw a se s t a b l i s h e do nt h ep i a t f o f mo fa u t o c a ds o f t w a r c ，i nw h i c h o b j e c t o r i e n t e dm e t h o da i l dd a t a b a s ea c c e s sm e t h o dw e r eu s e d t h i ss y s t e m c o n s j s t so ft h ep r o c e s sd a t a b a s eo fs t a n d a r dp a r t s ，f b 皿a t i o no fp r o c e s sp i c t u r e sa n d t h eu s e r - i n t e f f a c e a c c o r d i n gt ot h es t a l 】d a r d i z a t i 伽t b e o r yo fr e l a t i o n a ld a t a b a s e a n db yu s i n gs q ls e e r2 0 0 0 ，ap r o c e s sp 盯a m e t e rd a t a b a s ew a sc r e a t e dt os t o r e t h ei n f o 珊a t i o ns u c ha ss t a n d a r d p a nc h a r a c t e r sa n dt e c h n o l o 西ck n o w l e d g e b y i i i 西华大学硕士学位论文 u s i n gv i s u a lb a s i c6 0 ，d a t a b a s ei n t e 兀t i e wa n dd a t a b a s em a n a g e m e n tp r o g r a m s w e r ec o n l p i l e da n dg r a p h i c a li n t e r f a c e sw e r ed e v e l o p e d t h i ss y s t e mc o n s i s t s0 ff o u rm o d u l e s ：p r o c e s sc h a r tm a n a g e m e n t ，t e p o s i t o r y m a n a g e m e m ，p a r a m e t e rm a i n t e n a n c ea 1 1 ds y s t e ma s s i s t a l l tm o “l e e a c ho ft h e m o d u l e sj sj 盯d e p e n d e n ts ot h a ft h eu s e rc a na m e n da dp e e c ta yj n c o m p l e l e m o d u l ea c c o r d i n gt oh i sr e q u i r e m e n tw i t h o u ti n f i u e n c i n gt h ef u n c t i o n0 ft h eo t h e r s ， t h eu s e rc a nn o to n l ye x a m i n et h r e e - d i m e n s i o nf i g u r e sa n dw r i t et e c h n i c a l d o c u m e n t so fs t a n d a r dp a r t sb u ta l s oc a nc o r 【e s p o n d i n gt w o d i m e n s i o np r o c e s s p i c t u r es h e e t sa n dp r i n tp t o c e s sc h a n s 甜t e rw r i t i n gp r o c e s sc a r d s ，u s e r sc a ns a v e t h e ma sc o m m o nc a r d so ra sg e n e r a lc a r d sd e p e n d i n go np r a c t i c a ln e e d a f t e r s t o r a g e ，u s e r sc a nq u e r yt h ep m c e s sc h a nt h e yw a n tb yc h 0 0 s i n gf l l z z ys e a r c ho r p r e c i s es e a r c h t h et e s u l t so fe x a m p l e ss h o wt h a t t h i ss y s t e mr u n sw e l la n dt h ea n t i c i p a t i v e f u n c t i o n a i i t yi sa l i l l o s ta c h i e v e d t h ea p p l i c a t i o no ft h i ss y s t e mc a ni n c r e a s et h e e 笛c i e n c y 鲈e a t l yf 0 it h ed e s i 四e r sa n ds h o r t e nt h ec y d eo fp i o c e s sd e s 逗n ，a n d “ a l s oc a ni m p e it h eo u t s p r e a do fs t a n d a r d i z a t i o no fd i e s k e y w o r d s ：s t a n l p i gd i e s ，s t a n d a r dp a r t s ，m a n u f a c t u “n gt e c h n o l o g y ；c a p p 西华大学硕士学位论文 1 绪论 模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪 表、家电和通信等产品中，6 0 8 0 的零部件都要依靠模具成形。用模具生 产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他 加工制造方法所不能比拟的q 目前，我国冲压模的产值占全部模具的5 0 ； 而冲压模中所使用的标准件的比例非常大，约占冲压模零部件的8 0 。在冲 压模具中经常要用到模架、导柱、导套以及定位圈、螺栓等标准件通用件，这 些零件数量大、使用频繁，设计时需要反复查阅手册计算数据，加重了模具设 计者的工作负担，降低了工作效率，延长了设计周期。为促进我国模具产业的 发展，采用模具标准件、实施模具的专业化生产至关重要。发展模具标准件对 缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模具质量都有十分重要的意 义。 工艺设计是模具制造生产过程中技术准备工作的一个重要内容，是产品设 计与车间实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。计 算机辅助工艺设计可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺质量，促进工艺标准 化，加快产品开发速度i ”。 目前，国内企业应用c a d q m 技术设计模具已较为普遍，但是对c a p p 技术的应用远远落后于c a d c a m 技术。于是在许多企业里，加工部门早已 用上了c a m 软件，产品的设计部门早己甩掉了图板，甚至用上了设计和分析 软件，而工艺部门却迟迟丢不了纸笔，仍重复着几十年来的工作习惯和方法。 因此，对c a p p 技术的开发和研究就显得更加必须和迫切了。 1 1c a p p 概述 1 1 1c a p p 的概念和基本原理 c a p p 的概念 在企业的整个生产过程中，工艺规划都贯穿其中。工艺规划不仅涉及到企 业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等因素，它还受到工艺人 西华大学硕士学位论文 员经验和生产管理体制的制约，其中任何一个因素的变化都可能导致工艺方案 的变化。因此可以说工艺规划是企业生产活动中最活跃的因素，它对其使用环 境的依赖性导致了工艺规划的动态性和经验性。随着计算机在制造型企业中的 应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成为可能p j 。 c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp 1 a n n i n g ，计算机辅助工艺过程设计) 的作用 是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要 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1 ，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内 容等工艺文件的过程。 计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程 研究会( c 限p ) 提出了计算机辅助规划( c a p c o m p u t e ra j d e dp i a n n i n 曲、计算机 自动工艺过程设计( c a p p c o m p u t e ra u t o m a t e dp m c e s sp 1 a n n i n 曲等名称， c a p p 一词强调了工艺过程的自动设计。实际上国外常用的一些，如制造规划 ( m a n u f a c t u r i n gp l a r u l i 曲、材料处理( m a t e r i a lp r o c e s s i n 曲、工艺工程( p r o c e s s e n g i n e e r i n g ) 以及加工路线安排( m a c h i n er 0 u t i n g ) 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。 由于计算机集成制造系统( c i m s c o m p u t e ri i i t e 掣a t e dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计( c a d c o m p u t e r a i d e dd e s i 印) 相连，下与计算机辅助制造( c a m c o m p u t e r 筒d e d m a n u f a c t u r i n g ) 相接，是连接设计与制造的桥梁。设计信息只能通过工艺设计 才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集 成。c a p p 不仅是c a d c a p p c a m 局部集成中的桥梁，而且是c i m 环境下 的信息集成中枢，在c i m s 中占有重要的地位和作用( 如图1 1 所示) 。 2 西华大学硕士学位论文 “g 1 - 1s f a u so fg 廿p i i la m s 图1 ，l a m s 中c a p p 的地位 c a p p 的工作原理 c a p p 的基本原理是基于人工设计的过程及需要解决的问题而提出的。 通常，手工进行工艺设计的过程如下【4 j ： 1 ) 分析了解需要编制工艺的零件图的技术要求、结构特点以及生产纲领。 2 ) 查阅工艺设计手册或根据工艺基本知识进行工艺决策，确定加工方法 和工艺路线。 3 ) 按企业的实际情况确定机床设备、切削用量、工艺装备及工时定额。 4 ) 按工厂的工艺规程格式抄写成正式工艺文件。 因此，o 扯p 的基本原理是：首先，将零件的特征信息以代码或数据的形 式输入计算机，并建立零件信息的数据库：其次，把工艺人员编制工艺的经验、 工艺知识和逻辑思想以工艺决策规则的形式输入计算机，建立起工艺决策规则 库( 工艺知识库) ；第三，把制造资源和工艺参数等以适当的形式输入计算机， 建立起制造资源和工艺数据库；第四，通过程序设计充分利用计算机的计算、 3 西华大学硕士学位论文 逻辑分析判断、存储以及编辑查询等功能来自动生成工艺文件。 制造企业可以分为五个层次，分别是：工厂层、车间层、单元层、工作站 层和设备层。企业的不同层次对c a p p 有不同的应用需求，不同应用层次对 c a p p 的需求是不同的，因此了解c a p p 系统的基本原理、主要特点和应用 场合，选择恰当工作原理和方法开发c a p p 系统是至关重要的【5 。 c a p p 系统分类【6 1 c 时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。 1 ) 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 系统亦称变异型c a p p 系统。它是利用成组( g 曰技术 将工艺设计对象按其相似性f 例如，零件按其几何形状及工艺过程相似性；部 件按其结构功能和装配工艺相似性等) 分类成组( 簇) ，为每一组( 簇) 对象设计典 型工艺，并建立典型工艺库。从设计角度看，派生式c a p p 系统与常规工艺设 计的类比设计相同，即用计算机模拟人工设计方式，它继承和应用的是典型( 标 准) 工艺。派生式c a p p 系统必须有一定量的样板( 标准) 工艺文件，在已有工艺 文件的基础上修改和编辑生成新的工艺文件，直至满足实际生产的需要。派生 式c a p p 系统的功能框架图如图1 2 所示。 3 ) 创成式c a p p 系统的工艺规程是根据程序中反映的决策逻辑和制造工程 数据信息生成的。这些数据信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象， 各种设备和刀具的使用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑 存入相对独立的工艺知识库，供主程序调用。向创成式c a p p 系统输入待加工 零件的信息后，系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需或稍加修改即可。 创成式c a p p 系统不需要派生式c a p p 系统中的样板工艺文件，在创成式系统中 只有决策逻辑与规则。系统必读取零件的全面信息，并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。这类c a p p 系统得到了较多的应用。 4 西华大学硕士学位论文 f i g 1 - 2b a s i cp r i n c i p l eo fv a r i a n tc 船p 图1 2 派生式c a p p 系统基本原理图 4 ) 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。这种系统既有派生式可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点， 又有刨成式能够储存、积累、应用专家知识的优点。目前，国内很多c a p p 系 统采用这类模式。这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进行开发，是 一种实用性很强，很有发展前途的c a p p 模式。 5 ) 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。 从以上几种c a p p 系统中工艺文件的产生方式可以看出，派生式系统中必 须有样板文件，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 这些零件只是一部分，而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，但需要输入全面的零件信息，包 括工艺加工的信息。系统的信息需求量极大，又很全面，并且需要确定零件的 加工路线、定位基准、装夹方式等，从工艺设计的特殊性和个性化分析，这些 5 西华大学硕士学位论文 知识的表达和推理无法很好的实现。正是由于这些问题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 1 2c a p p 研究概述 c a p p 发展历程 世界上最早研究c a p p 的国家是挪威，它于1 9 6 6 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a u i o p r o s 系统。 美国是6 0 年代末7 0 年代初开始c a p p 的，并于1 9 7 6 年由c a m i 公司 推出颇具影响力c a m 一1 sa u t o m a t e dp r o c e s sp 1 a n n i n g 系统。从6 0 年代末到 目前二十多年期间，先后出现了在设计方式上不同的两类系统，即派生式系统 和创成式系统。还有人将传统派生式、传统创成法与人工智能结合在一起，综 合它们的优点，构造了混和式c a p p 系统。目前国内外已有许多上述各类系 的实例，一般是针对某类零件的专用c a p p 系统，但迄今为止己得到生产实 际考虑和令人满意的系统还不多1 7 】l “。 c a p p 技术从二十世纪6 0 年代诞生起，就一直得到广泛的重视，r 并取 得了很大的进展，但仍存在着一些问题。我国对c a p p 的研究始于8 0 年代 初，但与世界先进水平相距不远。特别是在国家8 6 3 ，c i m s 计划的资助和推 动下，近年来c a p p 技术已取得很大的成绩。针对国内企业的具体情况，派 生式、创成式及混和式c a p p 系统的应用范围非常有限，一般都采用“所见即 所得”的交互式填表方式+ 工艺数据管理、集成的综合式c a p p 系统。 我国从进行c a p p 研究到现在的近二十年时间里，c a p p 系统经历了如 下几代产品的演变和发剐9 1 1 】： 第一代产品：基于智能化和专家系统思想开发的。廿p 系统。此类c a p p 系统的研究片面强调工艺设计的自动化，忽略人在工艺决策中的作用。但工艺 设计的特点决定了自动化的。廿p 系统存在很大的局限性，无法满足企业对通 用c a p p 系统平台的需求。到目前为止国内尚没有真正商品化的c a p p 专家系 统问世，很多研究机构已停止了此种模式的开发。 第二代产品：基于低端数据库f f o x p r o 等) 开发的c a p p 系统。这种q 廿p 6 酯华大学硕士学位论文 系统所处理的数据和生成的数据必须都是基于数据库的，但因为开发技术所 限，不是交互式设计方式，直观性较差。工艺卡片的生成是由程序来完成或是 在c a d 中生成，系统的实用性存在较大的问题。 第三代产品：基于a u t o c a d 或自主图形平台开发的。廿p 系统。采用c a d 技术开发了一些c a p p 系统，它解决了实用性问题，但却忽视了最根本的问题： 工艺是以相关的数据为对象的，而不是以卡片为对象的。此类c a p p 是基于 文件系统g 蛐技术开发的，特别是自主c a d 平台软件，文件格式采用了非 标准的自定义格式，信息的交换存在一定的问题。 第四代产品：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c a p p 系统，可与其他系统进行数据和文档级的集成，可多层次 使用和管理工艺数据，可满足用户不同专业的特种要求，可输出符合用户要求 的各种工艺b o m ( b i l lo fm a t e r i a l ) ，供企业生产、计划、调度、财务等部门使 用。其“所见即所得”的操作界面，更符合工艺设计人员工作习惯。此类系统集 中了第二、第三两代系统的优点，是国内外c a p p 学者公认的最佳开发模式， 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。 模具c a p p 的研究现状 从近年模具工业的发展来看，模具工业发展趋向于采用高新技术，并把网 络技术和数据库技术运用于模具生产过程中，实现模具生产全过程信息化管 理。在c i m s 中，模具c a p p 面向模具生产的全过程，将c a d 数据转换成 为各种加工和管理信息，为制造模具进行工艺决策、工艺参数计算和生成工艺 文件，实现从模具产品设计向产品制造的过渡。 由于国内模具c 舳p 技术发展起步比较晚，对模具c a p p 技术的研究、 应用还比较少，这也正是制约模具企业发展的重要因素之一。其原因一方面在 于面向模具的。址p 技术领域少有研究，通常大型软件公司开发的企业自动化 软件中c a p p 软件侧重于软件的通用性和开放性，对于作为中小企业的模具企 业来说，投资大，开发周期长。另一方面，企业界对c a p p 技术在模具企业中 的应用也存在一定的误区，即认为c a p p 仅用于大批量生产 1 2 。 现有的模具c a p p 系统中采用的技术方案可分为两种：第一种是将已廿p 7 西华大学硕士学位论文 与c a d 、c a m 系统集成在起，在v i s u a lf o x p r o 环境下开发而成，以a u t o c a d 的二维模具零件图和工艺文件作为模具零件信息的描述模型【1 ”。这种模具 c a p p 系统零件信息描述受c a d 零件图文件格式的限制，适用范围窄，而且 以单个模具零件的工艺设计为目标，没有考虑模具零件间的制约关系以及模具 生产对不同类型模具工艺规划侧重点不同的特点。而且只能提供单人操作，不 支持多人协同设计，制定的模具工艺设计规程单一，不能对模具零件工艺进行 动态调整。第二种模具c a p p 系统是用特征编码的方法对模具零件进行信息描 述，制定模具零件的特征模型。工艺规划时，由用户输入模具零件特征模型信 息，c a p p 系统对模具零件的特征模型进行解释，自动选择模具工艺路线和工 艺方案。由于模具零件多，模具信息特征模型工作量大，用户使用困难。因此 这种c a p p 系统很难达到实用。 实用的模具c a p p 系统应以整副模具的工艺规划为目标，采用交互式工 艺设计( i n t e r a c t i v ep r o c e s sp l a i l i l i n g ) 方法，支持多人协同设计和模具工艺规划 的动态修改。需要强调的是：“辅助d ) ”不是“自动化( a u t o m a t i c ) ”，因此必须 将系统的自动推理和工艺人员的智能决择能力相结合，使工艺路线的决策规则 具有一定的柔性1 1 4 j 【1 5 j 。 综合查阅的文献来看，面向模具制造的c a p p 无论在国内还是国外研究的 都比较少，商品化的c a p p 软件更是少见。 国内相关文献资料有：文献 1 6 针对楔横轧模具的特点，提出了基于特征 的楔横轧模具c a d o 世p 信息模型的建模方法及其结构。该信息模型符合楔 横轧模具制造要求，同时c a p p 对模具信息的访问也非常方便与快捷。还有文 献【17 j 介绍了由大连理工大学开发的基于c a p p 的模具报价系统。该系统是针 对长春客车厂开发的。该文建立了对模具价格进行预算的计算机模型，在三维 c a d 产品信息模型支持下，利用。廿p 技术，确定模具零件的加工工艺过程， 给出了分析价格成本预算的方法和模具报价系统的构成。该系统提高了模具报 价的效率和准确性，降低了模具报价的成本。文献【1 8 】介绍了汽车覆盖件模具 的c a p p 系统。由于汽车覆盖件模具形状和制造工艺的特殊性和复杂性，难以 使用现有。廿p 分类编码和特征建模等方法进行零件信息输入，该文介绍了基 于零件分组和面向工艺诀策的特征描述方法，以及基于并行工程思想的c a p p 8 西华大学硕士学位论文 与生产网络计划的集成化。文献【1 9 】建立了一个锻造c a p p 专家系统，介绍了 系统的总体设计，并详细论述了系统数据库的构建技术，给出了利用本系统生 成的工艺卡片实例。文献【2 0 】介绍了基于c b r 技术的面向模具设计与制造的 c a p p 技术。在制造业，特别是模具行业，经验积累是非常重要的，尤其是工 艺设计方面。基于实例推理技术( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，即c b r ) 建立数据库 更适合模具设计与制造的特点，而基于事例推理技术建立c a p p 数据库不仅继 承了派生式c a p p 系统的优点，同时又增加了自学习的功能，对于被检索出的 事例与新的零件不符合时，可以对该事例进行修改，新修改的事例可以加入事 例库中以适应新的情况。 国外相关文献资料有：文献f 2 l 】介绍了基于并行工程的模具制造工艺规划 系统。该论文主要作了以下三方面的研究：1 1 开发了系统的基于并行工程的 模具制造工艺规划模型；2 ) 开发了建立在并行工程模型基础上的模具制造计 算机辅助工艺规划系统：3 1 开发了知识库，它能够支持建立的面向并行工程 的模具制造工艺规划系统。研究结果表明该系统不仅能够提高模具成型产品和 模具制造工艺开发的效率和质量，还能减少开发所用的时间。 文献【2 2 】开发了基于知识库的注塑模具工艺规划系统。该系统首先通过特 征建模方法建立模具零件模型，然后通过一个数据转换模块创建了注塑模具零 件特征数据库，这些数据库信息通过制造特征识别模块作为基于知识库的工艺 规划专家系统中工艺设计和工时估算的输入信息，工艺决策则通过系统中的工 艺规则来执行。最后通过一个模具型腔模板工艺设计的实例说明系统的执行情 况。 1 1 3 目前c a p p 存在的问题及其发展趋势 c a p p 研究与应用中存在的问题 毋容置疑，o 廿p 是提高企业工艺水平、推动技术进步、增强竞争力的重 要手段，是连接产品设计和生产制造的桥梁。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，我国开始对其进行重点 攻关。然而，由于工艺设计问题的复杂性和产品与制造环境的特殊性，导致 c a p p 很难实用化和通用化。在制造自动化领域，c a p p 是发展最迟的部分。 9 西华大学硕士学位论文 目前，c a p p 的研究与应用仍然存在以下问题f 2 3 】【2 4 】： 1 ) c a p p 系统零件信息的描述与输入问题。这个问题关系到q d 与c a _ p p 及其他应用系统集成的问题，并直接关系到c a p p 系统能否真正实用化和商 品化。事实证明，在c a d 系统绘出工程图以后，由c a j p p 系统使用者对照已 有零件图用手工再次输入零件信息的方法在生产实际中是行不通和不受欢迎 的。因为输入过程烦琐、费时、易出错，有时甚至还不如手工编制工艺文件来 得快。所以，机械制造业迫切需要建立满足。如、c a p p 、o m 、p d m 乃至 m r p i i 、e r p 、u r p ( 企业联盟体资源需求计划) 、电子商务系统等统一的产品 信息模型，以满足各应用系统之间的信息共享和集成，彻底解决c a p p 系统的 产品数据二次输入问题。 2 ) 工艺决策方法问题。工艺决策是c a p p 系统进行工艺设计的关键，是 制约c a p p 系统实用化、通用化、智能化的核心问题。长期以来，人们研究开 发了多种工艺决策方法，如变异或派生( v a r i a i l tp r o c e s sp l a n n i n g ) 式工艺决策方 法、创成式工艺决策方法( g e n e r a t i v ep r o c e s sp l a n n i n g ) 、智能化工艺决策方法( 如 基于知识的方法、人工神经元方法等) 、混合式( h y b r i dp r o c e s sp l a 皿i n 曲、基于 3 d 的定量化工艺决策方法、基于虚拟现实的三维装配工艺决策方法等等，但 至今没有彻底解决c a p p 系统的工艺决策方法问题。 3 ) c a p p 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都可能会 不一样，所以c a p p 系统很难像o d 系统那样设计成通用的系统。要想解决 c a p p 系统的通用性问题，首先需要研究解决c a p p 系统结构和方法上的许多 基础问题，如怎样才能使c a p p 所用的工艺决策规则与系统各工艺决策模块完 全独立，以做到只修改和添加有关规则而完全不必要修改源程序就能满足不同 用户的需要；其次要对工艺设计进行大量的规范化和标准化工作；另外也有待 于通用化、标准化和开放性的工艺数据库和知识库的建立。 4 ) 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 系统开发者 应能向用户提供多种设计手段，以满足不同用户的需要。为此，系统应同时具 有基于典型工艺或实例的检索式设计功能，基于实例的派生式设计功能，以及 基于知识的创成式设计功能等。系统不但能生成面向普通机床的工艺文件，还 1 0 西华大学硕士学位论文 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。 5 ) 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 的建造问题。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，使之适用于不同的企业和产品，是当今c a p p 系统迫切需要解决的问题。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 要解决的关键问题。 6 ) 工序间尺寸的计算与确定( 包括毛坯尺寸的确定) ，以及基于3 d 的、参 数化的工序图生成方法，也是c a p p 要解决的重要问题。 7 ) 面向产品或制造过程进行工艺设计的问题，必须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。 发展趋势 随着制造技术的发展和先进制造技术的深入应用，从建立企业工艺标准 化体系到计算机软硬件及网络通信技术的发展，以及企业应用计算机从单一 系统向集成化系统发展，加上企业正面对新经济时代的市场竞争，在这样的 新基础、新形势下，c a p p 的发展趋势将是1 2 5 1 2 6 】【2 7 】： 1 ) 为适应企业进入新经济时代，解决t 、q 、c 、s 问题，在优化产品设 计的同时，必须优化工艺设计，才能为优化管理打好基础。因此，c a p p 不能 是简单地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 提高工艺设计的标准化水平( 标准化不仅仅是文件格式的标准化，还应包括内 容的标准化) 、优化设计，以指导生产过程与生产管理，获得良好的效果( 包括 实施e r p 、j i t 、c i m s 等的应用效果) ，使企业经营进入良性循环的轨道。 2 ) 应用相似性原理、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，解决工艺设计的多样性，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。 绝对不能牺牲开发应用c a p p 的根本目的优化生产管理与优化操作解决 1 l 西华大学硕士学位论文 t 、q 、c 、s ，来开发所谓的“商品化”系统。 3 ) 一个企业的实用的、可行的q 廿p 系统，必须首先以企业中占7 0 以 上的可以实现工艺标准化的零件及产品工艺信息为主体，兼顾先进性与实用 性，既要考虑系统的可扩充性又要考虑到用户使用的方便性。 4 ) 在应用c a p p 工艺设计系统的同时，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。 为了达到以上的要求，使自身更具实用性和灵活性，c a p p 系统必须在以 下几个方向进一步改进i 冽： 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。在并行工程思想的 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g 廿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 时p 系统在企业中更好地推广应用，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，适应性较差，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。因此，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。廿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，能适应企业内部发 生的较大的变化。 3 ) 智能化人工智能技术、专家系统、模糊理论、神经网络和遗传算法 西华大学硕士学位论文 等为c a p p 技术的智能化发展提供亍理论基础。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。 1 2 课题的提出与研究目的 1 2 1 课题的提出( 冲模标准化的意义) 近年来，我国的模具产业发展很快，随之而来的是日益激烈的市场竞争。 要在激烈的竞争中脱颖而出，发展模具标准件，实施模具的专业化生产至关重 要。发展模具标准件对于缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模 具质量都有十分重要的意义。如果能够实现模具标准件的专业化生产和商品化 供应，将极大地促进我国模具产业的发展。 目前在国内企业中应用c a d c a m 技术设计制造模具已较为普遍，但是 对c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp 1 a n n i n g ) 技术的应用远远落后于c a d c a m 技术。在许多企业里，设计部门早已用上了设计和分析软件，而作为设计部门 和生产车间纽带的工艺部门却仍重复着几十年来的工作习惯和方法，即用手工 进行产品的工艺设计。在进行模具设计时，如果用计算机进行辅助工艺设计， 可以从根本上改变工艺设计过程的“个体”劳动与“手工”劳动性质，大大提高工 艺文件的质量，缩短生产准备周期，提高工艺部门的工作效率、工作质量，提 高信息的处理能力和企业各部门间信息的交流能力；同时还可以逐步实现工艺 过程设计的自动化及工艺过程的规范化、标准化与优化，为将广大工艺人员从 繁琐、重复的劳动中解放出来提供了一条切实可行的途径。因此，对模具标准 件c a p p 系统的开发和研究就具有了非常重要的意义。 中华人民共和国冷冲模的国家标准为g b 2 8 5 1 2 8 7 5 9 0 。标准包括：冷 冲模模架及其技术条件，零件及其技术条件，典型组合及其技术条件。在采用 标准模架或典型组合后，只需设计出标准零件及定位装置。在设计模具时，应 正确选用标准化的零件，对于非标准的零件可参考标准件设计【2 ”。 1 2 2 研究目的 综上所述，为简化冲压模具设计，有必要在a u i o c a d 平台上添加这样一 个标准件c a p p 数据库：