计算机辅助工艺过程设计capp.doc

计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning） CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。 在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-IS Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。 CAPP（computer aided process planning,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），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（CIRP）提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。 实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)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(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，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。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。CAPP计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning)利用计算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到成品的制造方法，是将企业产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术，它从60年代末诞生以来，其研究开发工作一直在国内外蓬勃发展，而且逐渐引起越来越多的人们的重视。CAPP的作用 CAPP（computer aided process planning,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），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工艺辅助规程，（CIRP）提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。 实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)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(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，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。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。2 CAPP发展现状CAPP的研究和开发，20世纪60年代后期最早出现在挪威，80年代初期在国内开始。综合我国CAPP系统的发展历程，二十余年时间内经历了如下演变和发展：(1)第一类CAPP系统1982至今，目标为工艺设计自动化，即自动工艺设计问题的CAPP系统。在相当长时间内，CAPP系统一直以代替工艺人员的自动化系统为目标，强调工艺决策的自动化，开发了若干派生式(Variant)、创成式(Generative)以及综合式(Hybrid)的CAPP系统。早期CAPP系统中，无论是派生式或创成式，都以利用智能化和专家系统方法，自动或半自动编制工艺规程为主要目标。至今为止国内外还没有兼具实用性和通用性、真正商品化的、自动工艺设计的CAPP系统。20世纪90年代中期以来，主流的CAPP系统开发者已基本停止了这类系统的研制，但多年来积累的研究成果、经验和教训仍然值得重视。(2)第二类CAPP系统1995年至今，基于服务顾客、优先解决事务性、管理性工作的理念开发的CAPP工具系统。这类系统以解决工艺管理问题为主要目标。20世纪90年代中后期，CAPP工具系统在实用性、通用性和商品化等方面取得了突破性进展。这类CAPP工具系统在认真分析顾客需求的基础上，以解决工艺设计中的事务性、管理性工作为首要目标，首先解决工艺设计中资料查找、表格填写、数据计算与分类汇总等繁琐、重复而又适合使用计算机辅助方法的工作。第二类CAPP系统对企业需求进行了认真分析：第一，企业的工艺部门的个性很强，随企业的产品不同、生产模式不同，工艺方面差异很大，要求CAPP软件必须是一种工具化的产品，能够通过定制或配置，满足企业的需求。第二，工艺设计企业的加工设备、工艺装备、工艺手段、典型工艺等工艺资源。目前大部分企业对工艺资源缺乏管理。因此，工艺部门要求CAPP软件必须提供一种工具，将企业的工艺资源有效地管理起来。第三，工艺设计由许多不同性质的子任务组成，涉及到多个部门和人员。这就要求工艺软件提供一种角色和权限机制，提供产品级的工艺编制功能和零件级的工艺编制功能。这类系统的实用性和通用性较好，对推动企业信息化进程、培养企业的CAPP人才起到了良好作用，是CAPP系统发展阶段中的一个必由阶段。但第二类CAPP系统在将工艺专家的经验、知识集中起来指导工艺设计、为工艺设计人员提供合理的参考工艺方案、与CAD、CAM、PDM、ERP等系统共享信息等方面都有所局限。(3)第三类CAPP系统1999年至今，直接由二维或三维CAD设计模型获取工艺输入信息，基于知识库和数据库、关键环节采用交互式设计方式并提供参考工艺方案的CAPP工具系统。此类系统在保持解决事务性、管理性工作优点的同时，在更高的层次上致力于加强CAPP系统的智能化工具能力；将CAPP技术与系统视为企业信息化集成软件中的一环，为CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成提供全面基础。现有的CAPP系统在解决事务性、管理性任务的同时，在自动工艺设计和信息化软件系统集成方面也已经开展了一些工作。如兼容某些典型零件的派生式工艺设计、基于设计模型可视化工艺尺寸链分析等工作。在各种CAX系统集成方面，CAPP系统需要与其他系统协同发展。如基于特征的工艺设计要求CAD系统基于特征的造型，随着国内三维CAD的发展和成熟，基于三维特征造型的CAPP系统将是一个重要的发展方向。第三类CAPP系统目前还未形成商品化，正成为CAPP研究的热点。3 CAPP应用趋势随着企业信息化在制造型企业中的深化，“甩图板”工程已经取得实效，CAPP系统的应用开始大规模铺开，经过近几年CAPP的应用逐渐呈现出以下趋势：(1)注重与CAD/CAM系统的集成。自80年代中后期，CAD、CAM的单元技术日趋成熟，随着机械制造业向CIMS或IMS(IntelligentManufacturingSystem)发展，CAD/CAM集成化的要求是亟待解决的问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中获取零件的特征信息、工艺信息，并从工程数据库中获取企业的生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起纽带作用。(2)CAPP成为基础信息化的重要组成部分，市场应用急剧增加。现在制造业企业实施信息化比以前更成熟，更理性，基础信息化是企业信息化基础工作和源泉，是实施企业级管理软件系统的前提，已被大多数企业所接受。工艺设计作为生产制造的关键环节，CAPP的应用急剧增加，市场需求旺盛，成为“甩图板”工程之后的又一个基础工程，简称为“甩钢笔”工程。(3)行业CAPP系统需求明显增加。个性化服务成为企业信息化的重要服务方式，工艺设计作为生产中最活跃的因素，具有更多的可变性和个性，企业在应用大量通用CAPP平台的过程中，逐渐发现通用平台的不足，迫切需要针对行业特点开发的行业CAPP系统。4 CAPP发展趋势随着国家对制造业信息化政策的制订和落实，制造技术的进展，近年来商品化CAPP系统的普及应用，对CAPP系统提出了更高的要求。在这样的形势下，CAPP技术和系统的发展趋势将是：(1) 知识化、智能化CAPP系统不会停留在以解决事务性、管理性工作为主的阶段。基于知识的CAPP系统除了作为工艺设计辅助工具，而且还有将工艺专家的经验和知识积累起来并加以充分利用的任务。在知识化的基础上，CAPP系统应从实际出发，从工艺设计在工序、特征形体层面或在全过程提供备选的工艺方案，并根据操作者的工作记录进行各种层次的自学习、自适应；(2) 工具化、工程化各企业的工艺环境、管理模式千差万别，CAPP既要适应各企业的具体情况，又要控制针对具体企业的实施工作量、提高通用性，就需要加强CAPP系统的工具化和工程化。将CAPP系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用户或软件公司的实施服务人员根据企业具体情况输入数据和知识，形成面向特定的制造和管理环境的CAPP系统；用户可以在实施服务人员指导下进行二次开发。在工程化方面，不加考虑地完全服从用户原有的环境和模式，去构建具体的CAPP系统并不完全合理，有必要根据对国家、国际标准和先进制造技术的分析，结合各类企业工艺的根本需求，引导企业的工艺活动，促进工艺活动的规范化，从而规范CAPP系统的实施过程，使大部分企业使用的CAPP系统是主体相似的工程产品而不是个性独特的艺术品；(3) 集成化、网络化CAPP是CAD与CAM之间的桥梁，是CAQ、PDM及ERP的重要产品信息来源，同时也需要由CAD提供产品设计模型的特征信息。这些系统的发展可以相对不平衡，但必须在并行工程思想的指导下实现CAPP与CAD、CAM等系统的全面集成，发挥CAPP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。网络化是现代系统集成应用的必然要求，CAPP对内各种角色、工种的并行工艺设计，对外与CAD的双向数据交换，与CAQ、CAM、PDM等的集成应用都需要网络技术支撑，才能实现企业级乃至更大范围的信息化；(4) 交互式、渐进式CAPP系统用来帮助而不是取代工艺设计人员，实用、通用的CAPP工具系统不宜追求完全的自动化。操作者要有足够的工艺知识和判断能力，关键决策要由操作者做出。决策、判断对具备足够工艺判断能力的工艺人员不是很困难很繁琐的工作；但对计算机而言可能难以胜任。知识库及其使用法则需要逐步建立、验证、完善，商品化的、基于知识的CAPP工具系统需要有目标、有计划的渐进式发展。CAPP已经走过了20多年的发展历程，积累了大量经验，取得了许多成绩，受到广泛重视；今天，CAPP作为CIMS工程中的一个重要模块，应朝知识化、智能化、工具化、工程化、集成化、网络化、交互式、渐进式等方面进一步发展，以使企业信息化建设的基础打得更坚实、更牢靠。2、现代制造业运用capp解决方案计算机辅助工艺规程设计(CAPP)在国内发展的较为成熟，目前绝大部分企业CAPP的应用停留在一般的基本功能方面，虽然有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平，但应用的深度还不够，距离企业的实际需求还有差距。例如，作为CAPP灵魂的工艺编码在国内几乎看不到应用;如何转换历史工艺数据的格式，使其能够导入到CAPP系统中，这也是CAPP应用的难题。本文试图通过总结作者在组织天河CAPP在我公司实施过程中的体会，谈谈如何挖掘CAPP的潜在功能，使其更高效地服务于企业的工艺设计过程。应 用 领 域制造方 案 内 容一、用户需求：计算机辅助工艺规程设计(CAPPComputer Aided Process Planning)在现代制造业中，具有广泛和迫切的实际需求。因为CAPP系统的使用，不仅可以大大提高工艺设计的效率和质量，而且还保证了工艺设计的一致性、继承性和规范化;更重要的是工艺设计数据是ERP系统的数据源，是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等重要的依据。CAPP是企业信息化建设的基础。工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产技术准备工作的第一步，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工作。工艺设计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。工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，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，甚至传统习惯等方面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂，工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。二、传统工艺设计的状况长期以来，传统的工艺设计都是采用手工方式，这种方式存在以下几个方面的问题：1、设计效率低下，存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写，光是花费在书写工艺表格上的时间就占50%以上，而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时，原有的工艺规程就不再使用，必须重新设计一套产品的工艺规程，既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同，也必须重新设计;2、由于信息不通畅，对同一种类型的零件可能会采用不同的工艺设计，或相同的工序内容采用不同的表述方法;3、不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护;4、不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用;5、分散的工艺资料不便于保密性管理;6、数据的一致性校验功能差，人为错误多，工作质量难以保证。三、现代工艺设计对CAPP基本功能的要求为了适应错综复杂的制造环境，作为一个实用的CAPP系统必须具备以下的基本功能：1、基于产品结构：在企业中，一切生产活动都是围绕产品而展开的。产品的生产过程也就是产品属性的生成过程。工艺文件作为产品的属性之一，应在工艺设计计划指导下，围绕产品结构(基于装配关系的产品零/部件明细表)展开。基于产品结构进行工艺设计，可以直观、方便、快捷的查找和管理工艺文件。2、工艺管理：在工艺工作中，工艺管理是非常重要的一部分，它包括产品级的工艺路线设计、材料定额汇总等。对于工艺设计和成本核算起着指导性的作用。3、工艺设计：这是工艺工作的核心工作，CAPP应高效率、高质量的保证工艺设计的完成，这其中主要是工艺卡片的编制。4、资源的利用和管理：在工艺设计的过程中，需要用到企业资源，所谓资源就是工艺设计需要支配的工艺资源数据(如：设备、工装物料和人力等)，需要应用的工艺技术支撑数据(如：工艺规范、国家/企业技术标准等)，需要参考的工艺技术基础数据(如：工艺样板、工艺档案等)。CAPP系统应广泛而灵活的提供资源内容和资源使用方式以及资源的管理与维护功能。5、工艺汇总：也是工艺工作的一部分。工艺汇总卡片中的数据基于工艺规程，工艺规程中的工艺数据修改后，必须修改汇总卡片中的相关内容。6、工艺设计管理：诸如“工艺设计目录”、“工艺设计文件封面”、“工夹具申请单”等的填写对于规范工艺文件管理有着极为重要的意义。7、流程：工艺设计要经过设计、审核、批准、会签等的工作流程。CAPP系统应能实现这种工艺工作中流程作业。8、工艺设计的后处理：对定型产品的工艺进行分类归档，以及归档后的有效利用。9、标准工艺：CAPP系统中应有标准或称典型工艺的存储、查询和利用。在工艺设计中根据相似零件具有相似工艺的原理，常常有作为以后进行类似工艺设计的参考或模板。四、现代工艺设计对CAPP扩展功能的要求目前绝大部分企业CAPP的应用停留在上述的基本功能方面，有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平，这是CAPP应用的基础。但CAPP应用的深度和广度还不够，距离企业的实际需求还有差距，具体表现在以下几个方面。1、没有从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题，对工艺师个人经验的依赖性较强。要让没有丰富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业工艺设计任务繁重，但缺少有经验工艺设计人员的矛盾。2、要适应设计理念的变更，作为检索依据的图号失去唯一性以后，要能够方便地完成工艺借用。3、要使历史工艺资源得到充分的再利用，必须提供批量导入历史数据的功能，为快速建立典型工艺库提供手段。4、实现生产技术准备一体化，要提供生产准备所需要的功能，打印生产所需的各种台帐和工票。5、集成化的需求，计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，CAPP作为集成系统中的一个单元，要与其它单元集成。这包括：与产品设计实现双向的信息交换与传送;与生产管理和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等。五、对CAPP扩展功能的解决方案1、基于成组技术的工艺编码的应用基于成组技术的工艺编码在国外是早已成熟的技术，在国内却长期处于理论研究的阶段，少有成功应用的先例。所谓工艺编码，就是把零件按照预先规定的规则进行规律性的描述，并将零件的基本特征数码化，然后遵循相似零件具有相似工艺的基本原理