计算机辅助工艺设计CAPP系统概述.ppt

本章学习目标 掌握capp的概念 了解capp的发展过程 了解capp的基本工作原理和工作过程 4 了解capp在cad cam中的地位和作用 重点 capp的概念及工作原理 主要学习内容 2 capp产生的背景capp的基本概念capp在集成制造系统中的地位和作用capp类型及基本原理capp结构组成及基本技术capp发展现状capp发展趋势使用capp系统的社会经济效益 计算机辅助工艺过程设计 capp 是将产品数据转换成面向制造的指令性数据的重要环节 起着承上 产品设计 启下 加工制造与管理 连接cad与cam及mrp等应用系统的桥梁作用 3 1 capp产生的背景 1 1 根据图样 分析零件结构特点及技术要求2 了解生产纲领及批量3 根据实际情况 确定加工设备 切削用量等参数4 合理安排工序5 选择基准 确定加工余量和毛坯 计算工序尺寸及公差6 编制工艺文件和各类统计汇总卡 4 1 具有丰富的生产实践经验2 熟悉企业内部各种加工方法及相应设备的使用情况3 熟悉企业内部各种生产规范和有关规章制度4 能与各方面保持友好合作 1 capp产生的背景 2 5 1 传统的工艺设计是人工编制 劳动强度大 效率低下 且因人而异 2 设计周期比较长 不能适应市场瞬息多变的需求 3 设计质量很大程度上依赖工艺设计人员的水平 4 难以做到最优化 标准化 5 信息不能共享 6 不便于对工艺技术文件进行统一管理和维护 7 无法和其它系统进行集成 8 工艺设计经验不能得到很好的继承等 1 capp产生的背景 3 6 计算机辅助工艺规程设计 capp computeraidedprocessplanning 是通过计算机技术辅助工艺设计人员 以系统 科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程 即工艺规程 capp彻底改变了手工编制工艺文件的方式和对人的依赖 大大提高了编制工效 缩短了生产周期 保证工艺文件的一致性和工艺规程的精确性 避免不必要的差错 为实现工艺过程优化 集成制造创造条件 输入设计信息选择工艺路线 决定工序内容及所使用的机床 刀具 夹具 决定切削用量估算工时与成本输出工艺文件 capp系统的基本功能 常见工艺流程 2 capp基本概念 7 1965年niebel首次提出capp思想 capp的发展过程 8 信息建模 工艺决策 工艺设计数据管理与输出 产品信息建模 制造资源建模 工艺数据建模 capp的主要内容 9 capp系统工作过程与步骤 10 将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来 可以从事新产品及新工艺开发等创造性的工作节省工艺过程编制时间和编制费用 缩短工艺设计周期 降低生产成本 提高产品在市场上的竞争力有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行集中 总结和继承 提高工艺过程合理化的程度 从而实现计算机优化设计较少依赖于个人经验 有利于实现工艺过程的标准化 提高相似或相同零件工艺过程的一致性降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求减少所需的工装种类 提高企业的适应能力capp是cad与cam的桥梁 为实现cims创造条件 capp应用意义 11 工艺设计任务树 12 计算机集成制造系统 cims 的关键是系统集成 capp系统解决了cad和cam的连接问题 真正实现cad cam集成 接受cad的几何拓扑信息 材料信息以及精度 粗糙度等工艺信息 向cad反馈产品的机构工艺性评价信息 满足并行产品设计要求 向cam提供零件加工所需的设备 工装 切削参数 装夹参数及反映零件切削过程的刀具轨迹文件 接收cam反馈的工艺修改意见 向工装cad提供工艺过程文件和工装设计任务书 向mis 管理信息系统 提供各种工艺过程文件和夹具 刀具 信息 接受mis反馈的工作报告和工艺修改意见 向mas 制造自动化系统 提供各种过程文件和夹具 刀具等信息 接受mas反馈的工作报告和工艺修改意见 向caq 质量保证系统 提供工序 设备 工装 检测等工艺数据 以生成质量控制计划和质量检测规程 接收caq反馈的控制数据 修改工艺过程 3 capp在集成制造系统中的地位和作用 13 capp系统按照工艺决策方法主要分为 检索式capp系统派生式capp系统创成式capp系统综合式capp系统 由于零件及制造环境的不同 很难用一种通用的capp软件来满足各种不同的制造对象 将派生式 创成式与人工智能结合综合而成 目的是综合派生式和创成式两者的优势 避免派生式系统的局限性和创成式系统的高难度 4 capp的类型及基本原理 14 检索式capp系统是基于成组技术或基于特征的capp系统 基本原理 按照零件编码或图号将企业现行各类工艺文件存入计算机数据库设计时根据零件编码或图号 在工艺文件库中检索类似零件的工艺文件 由工艺人员采用人机交互方式修改 编辑 检索式capp系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统 功能较弱 自动决策能力差开发难度小 操作方便 实用性强 与企业现有设计工作方式相一致 得到很多企业的认可 具有很高的推广价值 检索式capp系统 15 基本原理 利用成组技术 gt 代码或企业现行零件图编码 根据结构和工艺相似性将零件进行分组 然后针对每个零件组编制典型工艺 主样件工艺 设计时根据零件的gt代码和其它有关信息 按编码搜索零件族 对典型工艺进行自动化或人机交互式修改 生成符合要求的工艺文件 可看成检索式capp系统的发展 又称变异式capp系统 派生式capp系统柔性差 只能针对企业具体产品零件的特点开发 可移植性差 不能用于全新结构的零件工艺设计工作原理简单 容易开发 实际投入运行的系统大多是派生式系统 派生式capp系统 16 基本原理 与检索式和派生式方法不同 不是直接对相似零件工艺文件进行检索与修改 而是根据零件的信息 通过逻辑推理规则 公式和算法等 做出工艺决策而自动地 创成 一个零件的工艺规程 创成式capp系统包括 基于传统过程性程序结构与决策形式的capp系统 基于知识的capp专家系统 基于神经网络的capp系统 capp工具系统或骨架系统 创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法 工艺规程的知识难以形成程序代码 因此只能处理简单的 特定环境下的某类特定零件 创成式capp系统 17 capp系统构成与开发环境 产品对象 规模的大小等因素相关 存放cad系统完成的产品设计信息 存放企业加工设备 工装工具等制造资源的相关信息 存放产品制造工艺规则 工艺标准 工艺数据手册 工艺信息处理的相关算法和工具 存放零件族典型零件的工序卡 工步卡 工艺流程图 加工参数 供系统参考使用 存放capp系统生成的产品制造工艺信息 供输出工艺文件 数控加工编程和生产管理与运行控制系统使用 存放工艺流程图 工序卡 工步卡等系统输入输出模板 手工查询工具和系统操作工具集 5 capp的结构组成及基本技术 1 18 capp系统构成与开发环境 产品对象 规模的大小等因素相关 控制模块 协调各模块的运行 实现人机间信息交流 控制产品设计信息获取方式 零件信息获取模块 产品设计信息输入 工艺路线设计模块 加工工艺流程决策 生成工艺过程卡 工序决策模块 选定加工设备 定位安装方式 加工要求 生成工序卡 输出模块 输出工艺流程卡 工序和工步卡 工序图 工步决策模块 选择刀具轨迹 加工参数 确定加工质量要求 生成工步卡及提供形成nc指令所需的刀位文件 5 capp的结构组成及基本技术 2 19 capp与cad的零件信息输入问题 直接关系capp系统能否真正实现实用化和商品化cad capp cam集成理想方法 用通用数据结构规范产品设计与制造全过程的产品定义模型机械制造业迫切需要研究开发新型cad系统 建立cad capp cam统一的零件模型 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 1 20 工艺设计是个性很强工作capp系统通用化需解决capp系统结构和方法上的许多基础问题 如 使capp所用的工艺决策规则与系统各工艺决策模块完全独立 修改和添加有关规则而不必修改源程序就能满足不同用户的需要 对工艺设计进行规范化和标准化工作 建立通用化 标准化和开放性的工艺数据和知识库 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 2 21 capp应用环境千差万别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与基于知识的创成式设计等功能满足不同用户系统不但能生成面向普通机床的工艺文件 还应能生成面向数控加工环境的工艺文件 输出各种格式的工艺文件 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 3 22 capp系统所需工艺知识与规则 包括工艺决策逻辑 决策习惯 经验 规则 工艺决策知识的收集和整理是建立capp专家系统最基本和最重要的工作之一组织和管理工艺决策所用的数据信息 使之适用于各种不同的企业和产品 并便于扩充和维护 是目前capp系统需要迫切解决的问题 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 4 23 研究capp专家系统开发工具使系统具有柔性和通用性 开发基于神经元网络的capp系统使系统具有自适应 自组织 自学习和联想记忆功能 并避免推理过程中的组合爆炸 建造基于实例与知识的capp系统 使系统能从已设计过的实例中自动总结 归纳和记忆有关经验 即知识 并以此为基础进行工艺设计 从而提高系统的工作效率 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 5 24 工序尺寸的计算与确定 包括毛坯尺寸确定 以及参数化的基于特征的工序图生成方法 成为目前capp要解决的重要问题 1 capp系统零件信息的描述与输入 2 capp系统的通用性 3 系统的柔性 4 工艺数据库与知识库的建造 5 探索有效的工艺决策方法和系统结构 6 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成 6 capp发展现状 6 25 1 集成化趋势 2 工具化趋势 3 智能化趋势 7 capp发展趋势 26 集成化系统优势 与cad系统集成从根本上解决capp系统的零件信息输入问题集成化系统采用统一的数据规范便于对各种数据的统一处理 集成化是capp系统的一个重要发展趋势 工艺设计信息 对工步全面 详细的规范描述 输出符合nc加工的工艺原则数控加工工序决策结果 零件详细信息 零件的几何工艺特征 集成化指cad capp cam的局部集成 1 集成化趋势 27 工艺设计的共性与个性分开处理工艺决策方式多样化具有功能强大 使用方便和统一标准的数据与知识库管理平台智能化输出 工具化思想主要表现 共性主要包括 推理控制策略和一些公共算法以及通用的 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 具有友好统一的人机工作界面具有功能强大 便利的数据与知识库管理系统 便于用户对各种工艺数据与知识的获取 表达 管理与维护 系统可按标准格式输出各种工艺文件 还可输出由用户自定义的工艺文件 单一的推理控制策略不能满足用户的需要 系统应能给用户提供多种工艺设计方法 2 工具化趋势 28 依靠传统的过程性软件设计技术 如利用决策表或决策树进行工艺决策软件的设计等 已不能满足工程实际对capp的需要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capp系统的发展带来生机 人工智能技术已越来越广泛地应用于各种类型的capp系统之中 基于人工神经元网络的capp系统 基于实例与知识的capp系统 ann 人工神经网络 artificialneuralnetwork 理论是近年来得到迅速发展的一个国际前沿领域 也为解决现有capp系统存在的问题开辟了新的途径 基本原理 通过系统本身的工艺设计实例来 自我 总结 组织 学习和更新工艺设计 经验 当经验积累到一定程度时 系统将成为一个 聪明的设计者 3 智能化趋势 29 前向多层神经网络在加工方法选择中的应用 人工神经网络及其在capp中的应用 30 kmcapp的用户界面kmcapp的功能模块kmcapp的工作流程 1995年 华工科技产业股份有限公司的控股子公司武汉开目公司开始开发开目capp 1 集成化 与cad pdm mis mrp 系统集成 并提供相关接口 用户可进行二次开发 可与多种数据库接口 实现文件格