（机械工程专业论文）基于成组技术的capp在制造企业的探索与实践.pdf

摘要 随着科学技术飞速发展，传统的工艺设计方法已不能适应机械制造业的发展需要， 计算机集成制造系统( c i m s ) 应运而生。计算机辅助工艺过程设计( c a p p ) 的研究与开 发工作是c i m s 先进制造系统的技术基础，研究与开发适用于企业应用的c a p p 系统， 对实现c i m s 先进制造系统有着重要的意义。 本文结合道路施工机械制造企业c i m s 一期工程中c a p p 系统的应用，在全面分析 筑路机械产品工艺设计与管理的基础上，结合本职工作的实践详细论述了企业产品对 c a p p 系统需求；编码技术的应用；c a d c a p p c a m p d m 的信息集成以及c a p p m i s 的信息集成。同时还详细论述了成组工艺的设计与应用，对成组工艺方法进行了详细的 介绍，并结合c a p p 软件在本企业工艺上的应用，阐述了基于成组工艺c a p p 的开发过 程以及在本企业应用的方法。 本论文探讨了c a p p 系统在应用企业的开发和实践应用，通过论文的研究实施得到 更加符合实际的设计理论，为企业进一步逐步推行c i m s 提供支持，从而提高应用企业 设计和制造的技术水平和生产实力。 通过课题的研究得出新的见解：随着c i m s 等先进制造技术的不断发展，对c a p p 提出了新的要求：集成化、工具化、网络化以及智能化将是c a p p 的发展方向。 关键词：c i m s ，先进制造技术，c a p p ，编码技术，信息集成，成组技术 a b s t r a c t t o d a y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c e ，t h et r a d i t i o n a lp r o c e s sd e s i g nc o u l dn o tm e e tt h en e e d so ft h e m a n u f a c t u r i n gm a c h i n e r y , 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 ( c i m s ) c a m ei n t o b e i n g t h e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc 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 st h et e c h n i c a lf o u n d a t i o nf o rt h e a p p l i c a t i o n so fc i m si na ne n t e r p r i s e t ou s ec a p pi na ni n d u s t r yo fm a c h i n e r yi si m p o r t a n to ft h e r e a l i z a t i o n t h i st h e s i sd e t a i l e d m a i n l yd e s i g n i n gp r i n c i p l ea n da p p l i c a t i o nm e a n so fc a p pb a s e do ng r o u p t e c h n o l o g y w i t ht h ei n f o r m a t i o no fc i m sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ed e e p e n e da n dp e r f e c t ，n e w r e q u i r e m e n t sa r ep u tf o r w a r df o rt h em o d e mc 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 ) s y s t e m t h et a r g e t s o fc a p pa r et h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e d ，t o o l s ，n e t w o r ka n di n t e lli g e n t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h er o a d c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yp r o d u c t sa r ei n d u c e dt ot h ec a p ps y s t e m sd e m a n d ，b a s e do nac o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er o a dc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yp r o d u c t sd e s i g np r o c e s sa n dm a n a g e m e n t ， i nt h ef i r s t p h a s ep r o j e c to fc i m st h ec a p ps y s t e m sd e v e l o p m e n to fm yc o m p a n 5a n a l y z e dt h e c l a s s i f i c a t i o nc o d i n gt e c h n o l o g ya n dt h ec o d ec l a s s i f i c a t i o np r i n c i p l eo ft h ep a r t so ft h er o a dc o n s t r u c t i o n m a c h i n e r yp r o d u c t s ，a n a l y z e dt h es p e c i f i ca p p l i c a t i o n so fg r o u pt e c h n o l o g yi nt h ec a p ps y s t e m ，t h e n d e s c r i b e dt h ec a d c a p p c a m p d mi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n dc a p p m i si n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n s y s t e m s ，a n de x p l a i n e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fb a s i cc o m p o n e n t sa n dt h a tt h ea p p l i c a t i o n si nt h ep r o c e s s d e s i g no fc a p p i nt h i sp a p e rd e s c r i b e dc a p ps p e c i f i ca p p l i c a t i o n si nm yc o m p a n yu s e dg r o u pt e c h n o l o g y t h i st h e s i sd i s c u s s e dt h ed e v e l o p m e n t sa n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n so fc a p p s y s t e mi na ne n t e r p r i s e i n t h i sp a p e r ，it r yt og e tt h ea c t u a ld e s i g nt h e o r yt h a ts u p p o r t st h ei m p l e m e n t a t i o no fc i m si na ne n t e r p r i s e t oi m p r o v em a n u f a c t u r el e v e la n dt o t a lv a l u e so fm ye n t e r p r i s e t h r o u g hm ys t u d i e so ft h i st h e s i s ，n e wi d e a sa r ef o ll o w i n g ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , s u c ha sc i m s ，n e wr e q u i r e m e n t sa r ep u tf o r w a r df 研t h em o d e mc o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) s y s t e m t h et a r g e t so fc a p pa r et h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e d ，t o o l s ， n e t w o r ka n di n t e l l i g e n t k e yw o r d s ：c i m s ，a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , c a p ee n c o d i n gt e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，g r o u pt e c h n o l o g y i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位沦文足在导师的指导下，独市进行研究 工作所取得的成果。除论文巾已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 晕要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：磨艳考 如。乃年7 2 月2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论义在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鹰 导师签名： 艳蠢 2 阵7 2 月2e t 如口侈年7 2 月之f = 1 k 安人学颂t j 学化论文 第一章综述 六十年代后期，人们开始在工艺过程设计领域应用计算机技术，进行计算机辅助工 艺过程设计( 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 ) 的研究与开发工作，并逐渐引起越 来越多的人们的重视，世界各国都在大力研究。1 9 7 6 美国的国际计算机辅助制造公司 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 r n a t i o n a l ，i n c ) 推出了c a p p ( c a m i a u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 系统，这个c a p p 系统在国际上最著名、应用最广泛，在 发展历史上具有里程碑意义。国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j i c a p 系 统和西北工业大学的c a o s 系统，其完成的时间都在8 0 年代初。 由于变化多端的市场需要，当前制造业正面临着加速新产品开发的迫切任务。为此， 必须改变传统的企业管理模式，提高企业在市场竞争中的应变能力。工艺设计是企业管 理中的重要组成部分，它涵盖和联系着企业各个部门，包括对产品图纸进行工艺性分析 与审查、拟定工艺方案、编制工艺规程和工艺装备的设计和制定工时定额等一系列工艺 准备工作。工艺设计的质量直接影响到生产发展水平，因此置身于现代化生产和日益激 烈的市场竞争中的制造业迫切需要改变传统的手工式工艺设计和管理方式。 应用c a p p 技术，可以使工艺人员从繁琐重复的事务性工作中解脱出来，迅速编制 出完整而详尽的工艺文件，缩短生产准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品 开发周期。从发展看，c a p p 可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，从根本上改变工艺过程设计依赖于个人经验的状况，提高工艺设计质量， 并为制定先进合理的工时定额，改善企业管理提供科学依据。随着集成技术的发展， c a p p 被公认为c a d c a m 真正集成的关键，是f m s 及c i m s 等先进制造系统的技术 基础。因此，c a p p 技术逐渐引起越来越多的人们的重视。 1 1面向先进制造技术的c a p p 制造活动是人类的主要活动之一，社会的发展和进步，离不开制造业的革新与发展。 随着国际化市场竞争的日益激烈，制造不再是单纯加工过程，还包括市场调研、产品开 发、工艺设计、生产加工和市场营销等产品生命周期内一系列相关活动。制造业是一个 国家的支柱产业，先进的制造技术是支撑制造业完成产品生产、提高劳动效率、降低成 本和保证质量的必要手段，是国家经济持续发展的源动力。先进制造技术( a m t a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ) 是美国在研究本国制造业衰退原因和振兴对策后， 1 第一章综述 于9 0 年代初提出的【。 由于科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快以及人们对产品多样化的需求增 加，使得机械制造业向多品种小批量生产方式发展。为适应这种变化，美国、日本等国 开展了大量的对策研究，提出并实施了许多先进制造技术，先后出现了数控( n c ) ，柔 性制造( f m ) ，计算机集成制造( c i m ) ，并行工程( c e ) ，即时生产( j i t ) ，敏捷制造 ( a m ) ，智能制造( i m ) ，精益生产( l p ) ，虚拟制造( v m ) 等多项先进制造技术与制 造模式。其中的计算机集成制造系统( 以下简称c i m s ) 于本世纪8 0 年代提出，c i m s 已被我国列入8 6 3 计划，它在实践中已取得了显著成效。 产品生产是一项非常复杂的活动，其中信息数量、种类繁多，仅靠人为的沟通，无 法保证信息流动的全面、准确和及时。随着计算机网络技术的成熟，利用计算机进行生 产部门问的信息交流成为可能。c i m s 就是在这种环境下产生的。简单的说，c i m s 。是 通过计算机硬软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统 工程技术，将企业生产全过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机 的集成并优化运行的综合自动化系统。 c i m 是一种概念，一种哲理，它是用来组织现代工业生产的指导思想。在c i m s 工 程实践中，其理论和方法也是不断发展的。过去c i m s 实施强调工程设计、制造过程、 信息管理和工厂生产等技术、功能的集成，而现在强调经营、技术和人的集成。c i m s 由过去的“技术驱动 变为现在的“需求牵引”。满足用户的需求是成功实现c i m s 的 关键。现在衡量c i m s 是否达到全面最优化有4 个要素_ t q c s ，t 为新产品研制和 上市的时间，q 为产品质量，c 为生产成本，s 为满足用户不断增长的需求所提供的增 值服割2 。 在过去几十年里，伴随计算机技术和网络技术的发展，各种自动化技术，诸如计算 机辅助设计计算机辅助制造( c a d c a m ) 、计算机辅助工艺过程设计( c a p p ) 、数控 直接数控( n c d n c ) 、管理信息系统( m i s ) 、成组技术( g t ) 、柔性制造系统( f m s ) 等不断完善，都给企业带来了不同程度的效益。然而，这些需求都是从企业内一些局部 的需求出发而设计和开发的，而没有从企业整体目标的高度和角度来考虑，因而从企业 生产经营一体化的要求来看，这些自动化子系统缺乏有效的信息联系和协调控制，成为 “自动化孤岛 。 c i m s 将制造系统中的各种自动化孤岛用计算机进行有机的集成，使制造系统适合 于多品种、中小批量的生产，提高制造系统的总体效益和柔性。实现c i m s 的基本要求 2 长安人学硕i j 学位论文 是：( 1 ) 建立有力的领导机构；( 2 ) 应用系统工程理论与技术、网络技术、数据库知识库 技术、c a d c a p p c a m c a q c a t 技术、系统仿真技术等，实现各种信息的集成：( 3 ) 改善现有企业组织机构。 c i m s 的核心是“集成”，包括：企业各种经营活动的集成、企业各个生产系统与环 节的集成、各种生产系统的集成、企业部门组织问的集成和各类人员之问的集成。通过 c i m s 可以将企业生产全过程的信息集成起来，以实现对生产过程最优控制，从而达到 解决企业的t q c s l 3 。5 。 1 2c a p p 系统 1 2 1c a p p 基本概念 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，这一过程称为计算机辅助工艺设计，即ca p p ，它是c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( 计算机辅助工艺设计) 的缩写。工艺设计的特点决定了c a p p 系统的基本功能包括： 检索标准工艺文件、选择加工方法、安排加工路线、选择机床、刀具、夹具、量具等、 优化选择切削用量、确定工时定额和加工费用、确定工序尺寸和公差、确定毛坯类型、 绘制工序图及编制工艺文件、对有关工艺数据进行统计、将工艺数据向制造数据转换、 对工艺文件进行管理。 1 2 2c a p p 工作原理及系统类型 c a p p 发展以来，人们将c a p p 系统按照工艺决策方式，即修订式设计法( i a l l t a p p r o a c h ) 与创成式设计法( g e n e r a t i v ea p p r o a c h ) ，划分为修订式c a p p 系统与创成 式c a p p 系统两大类。 近年来又开始探索将人工智能( a i ) 、专家系统技术等技术应用于c a p p 系统的研 究和开发。虽然在c a p p 中所采用的人工智能技术多种多样，但基本是针对工艺决策问 题且系统结构基本是按专家系统构造的，因此，这样的系统常被称为工艺决策专家系统 或c a p p 专家系统。目前，国内外开发的许多c a p p 专家系统，所采用的工艺决策方法 基本上都是生成式方法，近年来也有在修订式c a p p 系统中采用专家系统技术。 1 修订式c a p p 系统的原理 修订式工艺决策的基本原理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，每一族有一个典型样件，根据此样件建立标准工艺规程文件，存入工艺文 3 第一章综述 件库中。当需要设计一个新的零件工艺规程时，按照其成组编码，确定其所属零件族， 由计算机检索出相应零件族的标准工艺规程，再根据零件的具体要求，对典型工艺进行 修改，最后得到所需的工艺规程。修订式方法的工作原理见图卜1 ，最初的派生式方法 是在标准工艺的基础上通过人机交互编辑修改而完成的，近来较成功的派生式c a p p 系 统都可以根据一定的派生规则进行自动派生，有些系统还结合生成式方法的一些特点， 在机床、刀具、工装的选择、切削用量的确定等方面也采用自动的方法，有些学者称之 为半创成式( s e m i g e n e r a t i v e ) 方法。 曰国 图1 - 1 修订式方法的工作原理 零件族是相似零件的集合。能被一个零件族使用的工艺规程称为标准工艺规程或综 合工艺规程。标准工艺规程可看作为一个包含该族内零件的所有形状特征和工艺属性的 假想复合零件而编制的。根据实际生产的需要，标准工艺规程的复杂程度、完整程度各 不相同，但至少应包括零件加工的工艺路线( 力n i t - 序的有序序列) ，并以族号作为关键 字存储在数据文件或数据库中。 在标准工艺规程的基础上，当对某个待编制工艺规程的零件进行编码、划归到特定 的零件族后，就可根据零件族号检索出该族的标准工艺规程，然后加以修订( 包括筛选、 编辑或修改) 。修订过程可由程序以自动或交互方式进行。 2 生成式c a p p 系统的原理 生成式方法也称创成式方法，它可以定义为一个能综合加工信息、自动地为一个新 零件制订出工艺过程的系统。即根据具体零件，系统能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，自动完成机床选择、工具选择和加工过程的最优化； 4 长安人学硕：l ：学化论文 通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计。 生成式c a p p 系统实际上是一种智能化程序，将人们设计工艺过程时用的推理和决 策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动 生成零件的工艺规程。生成式方法的工作原理见图卜2 。 图l - 2 生成式方法的工作原理 生成式c a p p 系统可以克服修订式系统的固有缺点。但由于工艺过程设计问题的复 杂性，日前尚没有系统能做到所有的工艺决策都完全自动化，一些自动化程度较高的系 统的某些工艺决策仍需有一定程度的人工干预。从技术发展看，短期内也不一定能开出 功能完全、自动化程度很高的生成式系统。因此，人们把许多包含重要的决策逻辑，或 者只有一部分工艺决策逻辑的c a p p 系统也归入生成式c a p p 系统。为此，有人提出所 谓半创成式系统或综合式系统等。 3 工艺决策专家系统 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。与 生成式c a p p 系统一样，专家系统也是以自动方式生成工艺规程，生成式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。专家系统( e s ) 及其它相关的人工智能技术，在获取、存储和处理各种知识特别是经验性强的知识上的 有效性，给c a p p 的研究与开发带来了生机，国内外开发出了许多基于e s 的c a p p 系 统。虽然在c a p p 中所采用的人工智能技术多种多样，但基本是针对工艺决策问题且系 5 第一审综述 统结构基本是按专家系统构造的，因此，这样的系统通常被称为工艺决策专家系统或 c a p p 专家系统。 这些传统的c a p p 系统的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助 系统，即过分强调了工艺决策的自动百分比。在此目标指导下开发出的“自动化”c a p p 系统，通常需要工艺人员首先按规定的零件描述方法交互输入零件信息( 尽管有不少系 统从技术上实现了c a d c a p p 集成，但远未达到实用化) ，然后由系统进行自动决策。 这类系统一般只提供简单的人机界面，很少考虑人的智能的参与。因此，开发出的系统 功能和应用范围很有限( 局限性大) 缺乏适应生产环境变化的灵活性和适用性。 传统的以工艺决策自动化为目标c a p p 系统开发，存在着诸多问题：系统开发周期 长，开发费用高；系统适用性差，难以推广应用；工艺人员难以掌握系统的使用；较少 考虑技术与管理的集成，难以使企业全面实现工艺设计与管理的计算机化等。近年来， 以自动化为主要日标的c a p p 研究开发状况已经使人们对c a p p 研究与开发现状产生怀 疑。d i m i t r i sk i r i t s i s 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。a m l u s c o m b e 和d j t o n c i c h 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 ) 9 9 0g v a n z e i r 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 sp 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。 a l ik k a m r a n i 等认为，c a p p 是将工艺设计人员从许多工艺设计工 作中解脱出来的一种工具，一个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 a p p 系统不能很好地解决实际问题。 1 2 3 成组技术 1 成组技术的基本原理 成组技术简称g t ( g r o u pt e c h n o l o g y ) 。长期以来，人们是以一种传统的观点来看机 械制造技术。即无论是大批量生产、或是单件小批量生产，工厂所采用的制造方法和制 造手段必须与加工类型相适应，这样导致在设计和制造过程中出现许多不合理的现象。 例如，在大批大量生产中，由于工作的集中化和专业化，高效能、自动化专用加工设备 以及机械化、自动化流水生产线的使用，劳动生产率可得到提高，但是，对单件、中小 批量生产的工厂，一般按机群式布置车间的加工设备并组织生产，由于零件的加工按各 自的工艺流程交叉、往返于各生产班组之间，为满足不同零件的加工就要采用所谓万能 性的生产设备，势必就造成了这一生产类型的生产周期长、效率低、成本高、管理困难 6 长安人学倾t ? 学位论文 等缺点。 生产的发展不断加快了产品的更新换代，多品种、中小批量生产在机械工业的地位 日益重要，而且，现代的制造环境还将面临一系列的挑战，它包括：( 1 ) 为满足不同用 户的需要，要求产品具有不同的规格和选项；( 2 ) 要求产品具有高可靠性，以及零件具 有高精度；( 3 ) 需要处理极为广泛的工件材料，包括不同的金属材料、翅性材料、陶瓷 材料，以及复合材料：( 4 ) 要求将产品的设计与制造紧密地结合起来。 成组技术就是为解决这些问题而产生和发展起来的一项新技术。实际上它是一个关 于制造的哲学概念。它是将相似的零件进行识别和分组，并在零件设计和制造中充分地 利用他们的相似性。相似的零件被列入一个零件组或零件族。例如，一个能生产1 0 0 0 0 种不同零件的工厂可以将其分类归纳成5 0 或6 0 个零件族，每一个零件族必须具有相似 的设计和加工特点。因此，一个给定零件族，它的每个成员的工艺过程应该是相似的， 这样可以通过将生产设备分成加工组或加工单元来提高它们的加工效率。同样，在产品 设计以及制造业的其它领域中，通过零件分组的方法也可以得到许多益处。 零件的相似性，包括零件在产品中的作用相似性和与其相对应的结构相似性。其作 用相似性可根据装配关系及零件图纸的某些信息来推断，而零件的结构相似性则可根据 零件图的信息来确定，划分为结构、材料和工艺三个类别。成组技术不仅用于零件加工、 装配等制造工艺方面，而且还用于产品零件设计、工艺设计、工厂市场预测、劳动量测 定、生产管理和工资管理等各个领域，成为企业生产全过程的综合性技术。 2 成组工艺 早在1 9 3 9 年，苏联学者索柯洛夫斯基教授就提出实现工艺过程典型化。工艺过程 典型化是指在一定的生产条件下将结构和功能相同的零件采用统一的工艺过程进行加 工。它的作用在于防止不必要的工艺多样性，保证采用先进的制造工艺。由于实现工艺 过程典型化必须具备相同的生产条件和相同的零件类型，因而，工艺过程典型化的使用 范围和作用是有限的。它对于齿轮和标准件应用较好，但对其它零件只能在具体编制时 起一定的参考作用。 成组工艺正是在工艺过程典型化的思想上发展起来的，它并不要求零件的结构和功 能必须相同，而着眼于零件工艺过程的相似性，只要多类零件的某一工序能在同一设备 上用相同的工艺装备和调整方法进行j j n - r _ ，则这几类零件在这一工序上便可归入一组。 因此，成组工艺在实现上要比典型工艺容易的多。 3 成组技术在c a p p 系统的应用 7 第一章综述 第一步，利用成组工艺技术编制标准工艺规程。即对现有的零件进行分组，得到所 谓的零件族或样件( 可以是实际零件或虚构零件) 。对每个零件族或样件编制标准工艺 规程。 第二步，具体使用： 1 按照已选定的零件分类编码系统，给待编工艺过程的新零件编码： 2 根据零件编码判断新零件是否包括在系统已有的零件族( 或组) 内； 3 如果新零件包括在已有零件族内，则调出该零件族的标准工艺过程( 即样件工艺规 程) ；如果新零件不包括在已有零件族内，则计算机将此情况告知用户，必要时需要 创建新的零件族； 4 、计算机根据输入代码和已确定的逻辑，对标准工艺过程进行删选； 5 用户对已选出的工艺过程进行编辑，增加、删除或修改； 将已编好的工艺过程存储起来，并按指定格式打印输出工艺规程； 1 3c a p p 在制造企业中的作用和地位 工艺过程设计是c i m s 的一项重要内容，是产品设计与实际生产的纽带，是一个经 验性很强，而且随制造环境变化而多变的决策过程。 当前，科学技术飞速发展，产品更新换代频繁，多品种、小批量的生产模式已占主 导地位，传统的工艺设计方法已不能适应机械制造业的发展需要。其主要表现在于采用 人工设计方式，设计任务繁琐、重复工作量大、工作效率低；设计周期长，难以满足产 品开发周期越来越短的需求；受工艺人员的经验和技术水平限制，工艺设计质量难以保 证；设计手段落后，难以实现工艺设计的重用性、规范性、标准化和科学化1 6 j 。 随着计算机技术的发展，计算机辅助工艺设计( c a p p ) 受到了工艺设计领域的高 度重视，c a p p 在企业信息化建设中占有重要的作用和地位。 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 p i i 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，最大限度地利斤j 现有资源，降低生产成本。 8 长安人学硕f j 学位论文 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 c i m s 应用工程打下重要基础。 1 4c a p p 的发展趋势 c a p p 是企业逐步推行c i m s 应用工程的重要技术之一。在国外，c a p p 的发展已 有三十多年历史，我国也已进行了十几年的研究与实践，c a p p 研究与发展情况大致包 括以下几个方面： 1 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； 2 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： 3 从孤立的c a p p 系统向c a d c a p p c a m 、c a p p p p c 集成化系统发展； 4 从传统的c a p p 系统向智能化的c a p p 系统发展； 5 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； 6 从学术型的c a p p 系统向实用型的c a p p 系统发展； 7 。从集中式c a p p 系统向分布式c a p p 系统发展。 经过几十年的研究与实践，c a p p 已经取得了巨大的发展。但随着c i m s 等先进制 造技术的进一步发展，又对c a p p 提出了一些新的要求。集成化、工具化、网络化以及 智能化将是c a p p 的主要发展方向。 1 5 课题来源及内容 1 5 1 课题来源简介 本课题来源于应用企业技术改造项目，c i m s 实施企业：应用企业- c i m s ( 一期) 工程子项目“c a p p 系统应用”。应用企业是我国筑路工业中以筑路机械设计和生产为主 的大型骨干企业。建厂5 0 多年来，应用企业先后设计、试制和生产了各类筑路设备数 十万台。近年来新品销售占全部销售额连年上升，去年已经达8 2 ，应用企业的年产值 不断上升，为我围的筑路工业做出了重大贡献。面对二十一世纪先进制造技术发展的挑 战，又对应用企业设计和制造的技术水平和生产实力提出了更高的要求发展多品 种、小批量的主要生产模式，提高技术和管理对市场竞争的适应性。 企业经过深入细 q 第一审综述 致的分析，深感只有采用c i m s 技术，实施应用企业i m s 才是唯一正确的出吲1 们。 应用企业c i m s 分为以下三个分系统： 1 管理信息分系统( m i s ) m i s 分系统提供对应用企业的生产过程管理；对生产的物料、器材和工装进行有效 的管理；根据定单、设备状态和生产条件，确定生产计划；对生产线进行有效控制；对 生产过程及其质量进行有效管理。 2 工程设计制造分系统( e d m s ) 如图卜3 所示，e d m s 分系统以c a d c a p p c a m p d m 集成平台为核心，提供应 用企业产品设计、工艺设计、工装设计和数控编程能力。其中c a p p 子系统与其它子系 统都有接口，是工程设计制造分系统集成的重点。c a p p 子系统的体系结构如图1 - 4 所 不o 3 网络和数据库分系统( d b n e t ) d b n e t 分系统对m i s 和e d m s 分系统的运行提供集成基础环境。 实施应用企业c i m s ( 一期) 工程的总目标为：建成一个物理上相对集中的、具 有较高水平的设计制造中心；以集成化的c a d c a p p c a m p d m 为支持技术，以信息 集成为主体的、有人参与的、适度自动化的制造加工环境，同时促进应用企业的生产、 管理和计算机应用水平，使应用企业在研制、批生产能力及技术水平上一个新台阶。 具体目标： 1 建立一个物理上相对集中、整体环境较好的设计环境； 2 m i s 实现生产的生产计划、调度管理，设备管理，工艺管理，工具管理，库房管理 和生产成本统计。 3 e d m s 实现基于零件特征的c a d c a p p c a m 集成系统。 4 c a d 子系统能接收转包生产和设计单位的设计图纸和电子数据，为c a p p 子系统提供 零件特征信息。 5 c a p p 子系统完成生产主要零件的工艺规程制定，为c a m 子系统提供零件加工特征信 息。 6 c a m 子系统提供中小件生产线主要零件的n c 加工代码。 7 e d m s 分系统与m i s 分系统在数据库级达到信息共享。 1 0 长安人学颁 ：学位论文 c a dc a p pc a md n c i 零彳，f 数据库i 艺知识库jji ：艺规程库i u g l 4 ，a u t o c a d g e n i u s ：s p 卡片p d m 系统； j ：程数据库( s q ls e r v e r ) 网络通信，t c p i p 计算机及o s 图l - 3e d m s 分系统体系结构图 ：j ：艺设计系统 j r 艺分：i ：计划_ 1 ：艺设计 基础数据 ：艺卡片格 维护管理式定制系统 i j ：艺知识库i艺规程库l 匹圈 u g l 4 ；a u t o c a d g e n l u s ：p d m j ：程数据库( s q ls e r v e r ) 网络通信，t c p i p 计算机及o s 图1 - 4c a p p 系统体系结构图 1 5 2 论文主要内容 本文第一章，对先进制造技术及c i m s 的发展状况作了概要描述，对计算机辅助工 艺设计和成组技术及其发展也进行简要的介绍，并说明了本论文的课题支持及目标。 本文第二章，将应用企业对c a p p 系统需求作详尽分析。对应用企业中零件的特点 进行了简要介绍，并总结了几种零件的典型工艺，归纳出应用企业中零件对c a p p 系统 功能需求。 本文第三章，对编码技术做了简要的介绍，并对应用企业中零件的编码系统作详尽 分析。 本文第四章，首先论述了现行工艺设计上存在的问题及解决的途径，然后对成组技 术在c a p p 系统上应用作了详尽说明。 第一章综述 本文第五章，详细论述了计算机辅助工艺设计技术，并对该系统的基本组成、系统 开发作了阐述。最后对该系统的研究与实践作了说明。 本文第六章，对基于成组技术的c a p p 在应用企业的具体应用作了详细说明，具体 包括系统开发前的准备工作，系统软件的开发方式和选型，系统的介绍及使用人员的培 训，系统软件的具体使用和二次开发。 本文第七章是结束语，包括结论和进步完善的工作。 1 6 小结 1 本章论述了c a p p 系统的基本概念、工作原理、系统类型和在制造企业中的作用及 发展趋势，对成组技术进行简要的介绍。 2 阐述本课题来源。本课题来源于应用企业一c i m s ( 一期) 工程子项目“c a p p 系统 应用”，应用企业c i m s 分为以下三个分系统：管理信息分系统( m i s ) 、工程设计 制造分系统( e d m s ) 、网络和数据库分系统( d b n e t ) 。 1 2 长安人学硕：i ：学位论文 第二章应用企业中零件c a p p 系统需求 2 1 应用企业j j a - r 零件的特点 零件结构特点：结构件、焊接件、钣金件较多、搅拌设备大尺寸零件比较多、行走 机械焊接件比较多。 零件主要种类：结构类、焊接类、钣金类、轴类、圆盘类。 应用企业零件中结构件的生产占机械加工中零件的大部分。它们也是除尘机的重要 零件。这些零件一般都工作在露天下，零件较大，工作时震动冲击较大。工作条件恶劣， 承受的应力也较大。 为了保证零件使用可靠，零件安装后各表面之间的相互位置精度要求相对较高。筑 路机械中的零件直径在2 0 - - - - 2 0 0 0 r a m 之间，零件轴向尺寸在1 0 0 - - 5 0 0 0 m m 之间，壁厚 在3 _ 2 0 m m 之间。近年来应用企业的发展趋势要求不断地简化结构，提高性能。 零件可分为结构件和配合件两种，焊接工作占到了很大部分，结构件加工的主要困 难是操作条件差、人为因素多，所以在加工过程中如何防止零件的变形，保证达到规定 的精度是个主要问题。 对于具体零件的加工要求，依据相应的加工手段其加工难点为： 1 尺寸大的零件机械加工和工装装卡困难； 2 有的小尺寸、装配精度要求高的零件加工工序比较复杂； 3 焊接件焊接后的尺寸精度要求较高，以便于焊接后加工。 一、结构特点 目前零件的特点是结构大、重量重，个别零件形状复杂、加工精度相对高，靠人力 调节十分困难。 材料种类：由于工作条件要求，选用的材料应有高的持久强度、抗腐蚀性、抗疲劳 性和抗振性，在保证强度的同时重量要轻。因此中小件的主要材料有以下几种： 毛坯主要有：圆钢、铸件、锻件、型材等 普通结构钢类； 合金类； 粉末冶金等。 1 3 第一章心用企业中零件c a p p 系统需求 相比之下，其中普通结构钢的焊接性能较好。合金中含有大量研磨性很强的金属炭 化物，金属问化合物等硬质点。这种硬质点是一种难加工材料。这种材料的加工对j 具、 夹具和机床等都提出较高要求。 技术条件一般是指表面形状和相互位置关系精度，静平衡、动平衡，热处理、表面 处理，探伤要求和气密性试验等。 从现有零件的技术条件分析中可以看出：圆周均布的孔或槽各表面之问的位置度要 求比较高，一般在0 0 5 左右，最高达0 0 2 ，另外还有垂直度、跳动量等要求；表面形状 精度有平面度等要求；表面粗糙度r a 在0 8 1 2 5 之间；热处理硬度h r c 在18 5 8 之 间；筑路机械的回转体类件的毛坯选择有两种情况：铸、锻件和棒料。除了图纸规定要 求用铸、锻件毛坯外，其余都采用棒料。 二、 工艺过程特点 加工阶段的划分：根据加工顺序，从下料开始，经车、铣、刨、磨、钳、折弯等工 序( 不同零件有不同的工序顺序) ，各工序中又根据具体情况分成几个工步。 工艺、工装特点及重点设备：工程机械的工艺相对比较简单，其中除个别零件的加 工工艺比较复杂以外，其余要求都不太高；重点设备主要有：激光切割机、数控切割机、 抛丸清理设备、焊接机器人、数控机床、加工中心等。 加工阶段的划分 回转体类中小件的加工一般分为粗、半精、精等三个加工阶段： 第一阶段：粗加工的日的主要是去除锻件上的大部分余量； 第二阶段：半精加工则是为了去掉粗加工造成的表面缺陷以及由锻造和粗加工产生 的内压力所引起的零件变形，并为精加工留下足够的余量； 第三阶段：精加工时应保证图纸规定的尺寸及精度要求。 工艺过程的复杂程度不但取决于零件的技术条件，而且还与零件的材料和刚性有 关。由于材料要进行热处理，使零件的硬度达到图纸要求，另外为了使刚性差的零件加 工后不变形，所以该类零件加工过程一定要分阶段。 工序集中与分散 在普通机床上加工中小件时，常采用工序分散的原则，这是因为零件刚性差工序集 中容易造成零件变形。工序分散对工人的技术要求低，工序简单。但是不易保证各表面 之问的位置精度，重复加工精度低，不能充分利用数控机床、加工中心等高生产率的大 型机床。如果采用数控机床进行加工时，上述缺点就可以克服，同时某些工序可采用集