1 緒論
1.1 CAPP基本原理
CAPP(Computer Aided Process Planning)是計算機輔助工藝設計的簡稱，是一種通過計算機技術輔助工藝人員以系統(tǒng)化方法確定零件從毛坯到成品的生產(chǎn)制造過程的技術。它根據(jù)產(chǎn)品設計所給出的信息進行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設計。當前，機械產(chǎn)品市場是多品種小批量生產(chǎn)起主導作用，傳統(tǒng)的工藝設計方法已遠不能適應機械制造行業(yè)發(fā)展的需要。應用計算機輔助工藝設計的必要性已被越來越多的企業(yè)所認識，選取一個適宜本企業(yè)生產(chǎn)及管理環(huán)境的CAPP系統(tǒng)不但能充分發(fā)揮計算機輔助工藝設計的優(yōu)越性，更能為企業(yè)數(shù)據(jù)信息的集成及管理打下良好的基礎。
1.2 CAPP發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題
目前，盡管各種CAPP系統(tǒng)都在不斷向前發(fā)展，但CAPP系統(tǒng)在使用和自身的開發(fā)中還存在著如下一些問題：
(1)過分強調(diào)系統(tǒng)工藝決策的自動化，直接加大了研制開發(fā)CAPP系統(tǒng)的難度，導致系統(tǒng)的開發(fā)周期長，開發(fā)費用過高。
(2)CAPP系統(tǒng)零件信息的描述與輸入問題。零件信息描述和輸入問題實際上是CAD與CAPP的集成問題，也是直接影響到CAD/CAPP/CAM三者的集成問題，直接關系到CAPP系統(tǒng)真正實用化和商品化。
(3)CAPP系統(tǒng)的通用性問題。由于工藝設計對環(huán)境的依賴性很強，各企業(yè)、工廠甚至同一工廠的不同車間，因為生產(chǎn)產(chǎn)品的不同、零件批量的不同、加工環(huán)境和現(xiàn)有資源的不同以及工藝設計習慣的差異等因素，系統(tǒng)的設計很難保證工藝規(guī)程的一致性、穩(wěn)定性和可靠性，也很難實現(xiàn)系統(tǒng)的通用化和標準化。
(4)CAPP系統(tǒng)的柔性問題。CAPP系統(tǒng)應能滿足不同生產(chǎn)環(huán)境下的生產(chǎn)要求，這需要采集大量的工藝數(shù)據(jù)信息、工藝實例和設備信息，同時建立起極為完整的工藝過程邏輯推理程序。
(5)數(shù)據(jù)庫的建造問題。數(shù)據(jù)庫的建造是CAPP系統(tǒng)的核心技術部分，完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括加工方法、余量、切削用量、設備（機床、刀具、夾具、量具等）、材料、工藝知識、工藝規(guī)則、成本估算等多方面的信息，如何組織和管理這些信息以及處理信息之間的邏輯結(jié)構(gòu)關系是非常復雜的問題，只能在CAPP系統(tǒng)的發(fā)展中不斷去完善和改進。
此外，CAPP系統(tǒng)還存在工序尺寸自動確定和工序圖自動生成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能優(yōu)化以及系統(tǒng)自學習等問題。
1.3 CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
由于CAPP存在以上一些問題，CAPP的發(fā)展正向集成化、工具化、實用化、智能化和分布式方向發(fā)展；并行工程、人工智能技術、分布式、面向?qū)ο蟮榷喾N新技術在CAPP中的研究中不斷得到應用。CAPP軟件應是一個完整的分布式網(wǎng)絡應用系統(tǒng)，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)由表達層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)層三層組成。圖1為分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖：
圖1 分布式CAPP系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)
2 選取公司簡介和CAPP開發(fā)目標
2.1 論文選題公司簡介
本文選取的公司（以下簡稱：“S公司”）是以商用車零部件及專用汽車的開發(fā)、設計、生產(chǎn)、制造為一體的企業(yè)。公司為各類商用車配套生產(chǎn)汽車零部件6000余種、總成200余種、專用車幾十余種，產(chǎn)品以重型專用車系列和零部件系列為主，年配套能力達8～10萬輛。
2.2 S公司工藝設計中存在的問題
目前的工藝設計是由工藝人員手工進行設計的。工藝文件的內(nèi)容和質(zhì)量以及編制時間都主要取決于工藝人員的經(jīng)驗和熟練程度，由于手工設計存在對工藝人員技術上的依賴性，因此它存在以下一些問題：
(1)由于工藝人員的經(jīng)驗有限、習慣不同、技術水平也存在差別，所以手工設計工藝規(guī)程存在一致性差，修改不方便，質(zhì)量不易穩(wěn)定，難以達到優(yōu)化目標和保證數(shù)據(jù)的準確性，也不便于工藝規(guī)程的標準化等缺點；
(2)手工設計工藝規(guī)程效率低，存在大量的重復勞動；
(3)手工設計工藝規(guī)程不便于計算機對工藝技術文件和參數(shù)的管理和維護：手工工藝設計方式不便于充分集中和利用工藝專家的經(jīng)驗和知識。
2.3 CAPP系統(tǒng)開發(fā)目標
(1)開發(fā)資源管理子系統(tǒng)，完成S公司制造資源的數(shù)據(jù)動態(tài)錄入、修改和更新，數(shù)據(jù)參數(shù)動態(tài)檢索便于維護；
(2)開發(fā)CAPP子系統(tǒng)，建立工藝知識庫，按照工藝設計流程完成產(chǎn)品、部（組）件、零件各級工藝設計任務，工藝庫的動態(tài)管理，工藝卡片的生成于存檔，工藝文件的輸出，工藝圖紙和數(shù)控程序的傳輸；
(3)完成兩子系統(tǒng)的完整集成，讓資源管理子系統(tǒng)為CAPP系統(tǒng)有效的服務，為CAPP的工藝決策和設備選擇提供實時可靠的參數(shù)數(shù)據(jù)。
3 S-CAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
3.1 系統(tǒng)簡介
S-CAPP系統(tǒng)是針對S公司生產(chǎn)的零部件，運用基于特征的零件信息描述技術和成組技術的工藝設計系統(tǒng)。
系統(tǒng)以縮短產(chǎn)品設計與生產(chǎn)周期，提高工藝設計質(zhì)量，減輕工藝設計人員的事務性勞動為主要目標，最大限度地滿足S公司生產(chǎn)與管理需要，通過自動決策和人機交互恰當結(jié)合，自動地輸出所需要的工藝規(guī)程。
系統(tǒng)采用Power Builder 6.5編程語言，在Windows環(huán)境下運行，數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)之間的接口使用ODBC(Open Database Connectivity開放式數(shù)據(jù)庫互聯(lián))及ADO技術。系統(tǒng)采用的是多文檔編輯方式，人機界面友好、操作簡單方便。
3.2 開發(fā)環(huán)境
軟件結(jié)構(gòu)：客戶機/服務器(Client/Server:C/S)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
開發(fā)環(huán)境：Windows 2k(Server》操作系統(tǒng)
開發(fā)工具：PowerBuilder 9.0數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：MicroSoft SQL Server 2000
運行環(huán)境：服務器+客戶端，基本網(wǎng)絡配置，WindowsXP操作系統(tǒng)
3.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)分析基礎上劃分各功能模塊。這些功能模塊由系統(tǒng)主控菜單總控制。其總體結(jié)構(gòu)參見圖2。系統(tǒng)主要模塊功能簡介如下：
圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1)輸入模塊：
手工輸入零件名稱及圖號、材料、件數(shù)；
從工藝路線管理系統(tǒng)讀取。
2)零件信息輸入模塊：
它包括零件總體信息輸入，零件特征信息輸入，零件信息模塊包括零件名稱、零件圖號、所在分組、所屬車型等。
3)工藝設計模塊：
工藝路線設計
工藝設計
材料定額計算及統(tǒng)計匯總
工序工時統(tǒng)計
工藝路線管理系統(tǒng)格式
裝配工藝
4)工藝資源庫：
設備型號、刀夾量具等。
5)特征庫的定義和建立：
特征劃分是對零件信息的抽象，其目的是為了有效地組織零件信息，為計算機理解零件信息提供一定的模式和方法。在對S公司產(chǎn)品零件進行深入分析、研究的基礎上，本文將其分為四大類，即總體特征、形狀特征、精度特征和尺寸特征。
(1)總體特征
它用于描述零件的總體信息。零件的總體信息包括管理信息、技術信息、材料信息等。管理信息包括產(chǎn)品名稱、零件名稱、零件編號、設計、日期等；技術信息包括尺寸、公差、表面粗糙度等；材料信息特征包括材料類型、材料牌號、毛坯種類等。
(2)形狀特征
它主要描述零件的幾何關系。根據(jù)需要將其劃分為：零件的主要形狀特征（簡稱主特征）、輔助形狀特征（簡稱輔特征）。
(3)精度特征
包括尺寸精度、形位精度和表面精度。
(4)尺寸特征
它不僅能夠反應設計基準，而且還為工藝基準的確定打下了基礎。
在以上四類特征中，形狀特征是最基本的，零件的大部分信息依附于形狀特征之上。因此零件形狀特征是構(gòu)造零件信息模型的主體。
6)工藝文件卡片的生成
表框、按鈕等，用戶通過鼠標來完成系統(tǒng)編程人員預先定制好的功能操作。
3.4 S-CAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建
工藝設計中的工藝數(shù)據(jù)是指在設計過程中直接或間接使用的數(shù)據(jù)和工藝設計最終所生成的數(shù)據(jù)信息。
本系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)主要由兩部分組成即：設備參數(shù)數(shù)據(jù)和工藝信息數(shù)據(jù)。設備參數(shù)數(shù)據(jù)包括機床、刀具、夾具和一些其他輔具信息；工藝數(shù)據(jù)則包括加工方法、加工形面、工序/工步、標準工藝描述、車間、加工裝備等技術信息。
S-CAPP所涉及的數(shù)據(jù)信息主要包括：
工藝資源庫數(shù)據(jù)（設備、刀具、夾具和量具等）；
工藝文檔數(shù)據(jù)信息（零件信息、工藝卡片信息等）；
其它相關信息（材料信息、工藝參數(shù)等）。
4 系統(tǒng)的實現(xiàn)
為了實現(xiàn)S-CAPP的網(wǎng)絡化應用，本系統(tǒng)采用C/S模式基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)CAPP在集團的局域網(wǎng)上運行。
圖3 工藝設計任務分解圖
工藝設計是一個復雜的求解過程，可以采用問題規(guī)約法來描述，通過與，或圖來描述一個復雜的設計問題。按照問題規(guī)約法，本系統(tǒng)對工藝設計任務進行分解，其工藝設計任務分解如圖3所示。
4.1 交互式工藝設計方案
在交互式設計平臺下，用戶可以實時查詢設備、刀具、量具等參數(shù)，作為工藝設計中選擇設備和工具的重要參考依據(jù)。工藝人員可在平臺下完成工藝路線的制定、工藝工序設計、材料定額制定、加工參數(shù)計算、工時定額計算、工藝文檔的生成等設計任務，同時可以為工藝工序編輯工序簡圖，生成零件加工刀路軌跡和NC代碼并完成NC代碼的存儲與傳輸?shù)取?/p>
4.2 基于典型工藝的派生式設計方案
基于派生式的CAPP系統(tǒng)的設計思想，就是完善由典型工藝派生出的零件加工工藝規(guī)程。當零件檢索失敗時，完成新零件的工藝規(guī)程的設計。
本系統(tǒng)是面向?qū)ο�，針對S公司的重型汽車底盤類零部件的生產(chǎn)特點，因為產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)千差萬別，所以本系統(tǒng)的工藝設計，對于工藝參數(shù)及工藝尺寸的計算，是由計算機輔助和工藝設計人員一起來完成的。
經(jīng)工藝綜合設計與修正的當前零件工藝規(guī)程，還要受控于設備資源及企業(yè)生產(chǎn)過程約束，該工藝規(guī)程是靜態(tài)的、剛性的。圖4為S-CAPP系統(tǒng)中新零件工藝派生式生成過程。
圖4 新零件派生生成過程
4.3 工藝文件卡片的生成
工藝文件及相關卡片實際上是一種報表文件格式。本系統(tǒng)使用的是Power Builder 9.0提供的功能強大且獨具特點的對象數(shù)據(jù)窗口來完成的格式定制。工藝規(guī)程卡生成流程如圖5。
圖5 工藝規(guī)程卡片生成流程圖
5 結(jié)論
當前，CAPP技術的發(fā)展進入了網(wǎng)絡化、集成化、智能化、自動化、系統(tǒng)化、系統(tǒng)化、分布式等研究階段。
本文分析了CAPP技術原理、發(fā)展過程與現(xiàn)狀、當前面臨的問題及其發(fā)展趨勢；在對具體企業(yè)使用現(xiàn)狀做詳細調(diào)研基礎上，從企業(yè)使用角度加強了對CAPP系統(tǒng)實用性、工具化發(fā)展方向的重視，形成以先進性與實用性相結(jié)合的良好發(fā)展趨勢；介紹了原型系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)測試與實現(xiàn)過程等。
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本文標題：CAPP系統(tǒng)在某生產(chǎn)加工企業(yè)的研究與應用
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