毕业设计（论文）开题报告-工艺卡片自动生成系统的设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：顾必高学 号：0802014315学 院、系：机械工程与自动化专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：工艺卡片自动生成系统的设计指导教师:刘丽娟 2012年 月 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、 本课题的研究背景及意义随着市场竞争的加剧，单件、小批量的基于订单的产品生产已成为企业主要的生产组织方式。迫于成本、质量、交货期等各方面的压力，使企业不得不采用大批量定制技术。传统的基于零件或图纸的CAPP系统已无法满足企业的需求。虽然基于PDM的CAPP系统能对大批量定制提供较好的支持并已成为目前研发的热点，但从PDM的实施最终目标和大批量定制技术采用的出发点来看，在目前的研发系统中对产品设计和工艺资源的重用还没有提供一个较好的支撑环境，而这与成本、质量、交货期密切相关。因目前企业根据订单来组织生产时，80左右可以采用企业已有的零部件或在此基础上的变型件，对企业原有设计和工艺资源进行重用的程度已成为我国与国外产品竞争中最主要的差距之一。另外，随着3维CAD软件的广泛采用，目前的CAPP系统还没有提供一个与之较好集成的方式，信息化孤岛问题并没有从根本上解决。在实施自主开发的PDM系统的过程中，针对企业目前3维CAD系统及CAPP系统的应用现状，从资源充用、信息集成的角度对变型工艺设计技术进行了相应的研究。在PDM环境下，以SolidWorks为3维设计平台，开发了支持变型设计的工艺设计系统，并得到了相应的验证。作为企业信息化建设和C IM的关键环节，CAPP系统除具有目前各系统的相关功能外，从产品数据资源重用、工艺变型设计、工程变更和产品数据集成的角度，还应该具备以下几项功能：(1)CAPP需基于产品的BOM和零件管理系统。主要基于三点：第1，产品结构设计阶段得到的设计BOM是工艺设计阶段的重要依据，工艺设计阶段完成之后需向相关部门传递产品的制造BOM以指导产品的生产和采购，即从分工的角度工艺设计起始于设计BOM、终止于制造BOM。产品的工艺设计包括零件加工工艺设计和装配工艺设计，在制造BOM中末端零件之间所反映的为零件的加工工艺，其余的可看作装配工艺。第2，无论是设计BOM还是制造BOM，其中的每一结点可看作零件(或组件、虚拟件、中间件等)。零件的工艺数据是零件信息的一部分，所以工艺设计时需通过零件来对工艺数据进行查询、设计。对零件进行重用时不仅重用了零件的设计数据，同时也重用了零件的所有数据，因此在工艺设计阶段不需考虑重用件的工艺设计问题。第3，可使工艺设计人员尽可能地重用原有产品数据资源、共享设计阶段的产品数据，将工作重点转移到新产品的开发和零部件的变型设计上，从而不仅大大缩短设计周期，同时使产品的质量和制造的成本在竞争中处于更有利的位置。(2)CAPP系统需更好地支持变型工艺设计。不仅在根据已有零件形成新零件时存在变型工艺设计，另外在进行全新零件的设计时(没有工艺信息)也存在变型工艺设计的问题这时新设计的零件有可能是一个全新的零件，也可能是根据已有零件形成的新零件(这时也没有工艺信息，比如说将原有的零件图纸或3维模型修改后以新的名称或代号进行命名后所形成的零件，视为全新零件)；对于全新零件来说，由于没有工艺信息，因此需要根据零件特征等信息对工艺设计资源进行检索，得到可重用的工艺资源，在此基础上对其进行变型设计。应该充分地利用3维CAD系统产品数据的全相关性和配置功能，从而更好地支持产品的变型工艺设计。(3)CAPP系统产生的工艺数据不仅应由PDM系统进行统一管理，而且应该与CAD系统生成的产品设计数据进行紧密地集成。这样可更好地支持产品的变型设计、工程变更和资源重用。3维CAD系统软件的普及为产品数据的集成创造了必要条件，可考虑在3维CAD系统所产生的技术文件中对相关数据进行集成。二、本课题国内外研究现状 （一）国内研究现状目前国内企业应用CAPP技术的现状通过对国内部分设计院、企业所作的调研大部分企业对CAPP系统的应用情况不令人乐观。 企业应用CAPP系统的现状： 大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧 部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或AutoCAD上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称作CAPP，但此类CAPP所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件，企业无法对工艺数据进行有效的管理。 部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由于企业对CAPP认识还存在一些误区，因此，CAPP的应用还不尽如人意。目前大部分企业都已意识到了CAPP技术应用的必要性，但企业在CAPP系统的选择和应用上还存在较多的误区和较大的盲目性，主要表现在盲目追求设计的自动化、最优化，而不注重基础数据的准备、基础技术的稳固发展和人员素质的提高。 企业应用CAPP的误区： 认为CAPP就是由计算机自动生成工艺规程 首先，丁艺设计是一个典型的复杂问题，所涉及的因素是大量的，而且是错综复杂的，它涉及到零件信息、制造资源、工艺专家知识等众多信息(数据)的组织和管理，它不仅涉及到单纯的数值运算，也要处理图象、字符、表格等复杂的数据，因此，CAPP系统的核心和难点都是数据的处理。其次，由于工艺设计对使用环境有着极大的依赖性，且工艺设计中许多工艺知识不具备精确的定义和严密的数学模型，许多问题是非确定性的，至今工艺设计仍处于经验决策阶段，这就导致工艺设计的动态性和经验性。正是由于以上原因，自动化的CAPP系统目前只能针对某种特定零件。如回转体；通用自动化的CAPP系统还只能处于研究阶段，而无法应用到实际中。目前CAPP中的A是辅助(Aided)而不是自动化(Autometie)。 认为CAPP只是基于零件即可，而不必基于产品结构 在企业中，所有生产活动都是围绕着产品结构而展开的，一个产品的生产过程实际上就是这个产品所有属性的生成过程。每一份工艺文件虽然是针对一个具体的零、部件，但作为产品的属性之一，工艺文件也应在工艺设计计划的指导下，围绕着产品结构展开，这样就可以清晰地描述产品的装配关系，并可直接读取产品的明细表数据文件将CAD中的产品设计数据自动带人到CAPP系统中。因此，基于产品结构的CAPP系统更适应企业的生产环境。 认为CAPP只是解决工艺卡片的填写和生成，而不注重工艺数据的生成和管理 工艺卡片的填写和生成是CAPP系统必须要解决的问题，但在计算机集成制造系统CAPP是连接CAD与CAM之间的桥梁与纽带。集成化的CAPP系统应能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关的工艺文件，并以工艺设计的结果和零件信息依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，从而实现 CAD/CAPP/CAM的系统的集成，其核心是数据库。因此，CAPP系统必需能够生成工艺数据并进行管理而不只是完成工艺卡片的填写。 要求各部门间数据的管理、传输、任务的分配等本应由PDM完成的工作由CAPP系统完成 CAPP系统所解决的是企业工艺设计全过程，并为企业的其它系统准备数据。就目前国内企业的制造环境而言，设计事后数据的管理、传输等最适宜由PDM系统来解决。（二）国外研究现状CAPP 技术作为制造业信息化的重要组成部分，是产品制造信息的集成地，也是先进制造系统的重要支撑技术之一。CAPP系统作为产品设计/制造一体化的桥梁，是 CAD/CAM 系统与PDM、MRP、ERP 等其他企业管理软件实现集成的关键，是企业管理信息化的基础。近年来，随着计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE）、智能制造系统（IMS）、虚拟制造系统（VMS）、敏捷制造（AM）等先进制造系统的发展，对 CAPP 技术从应用的广度与深度上，都提出了更高、更新的要求。在国外，经过十多年的努力，特别是以美国、法国为代表的西方制造厂商，如Boeing、Airbus等著名公司在工艺与过程管理集成及优化方面，开发和集成了大量的CAPP 工程应用软件和制造数据管理软件，建立了各类工程数据库、材料库、设计和制造特征数据库、典型工艺库、典型零件库等，初步解决了产品技术准备阶段的信息集成与共享问题（如CAD/CAPP/CAM 集成），制定了相应的企业标准规范，并成功地应用于新型飞机的研制和型号技术改造中，大大提高了设计质量、缩短了研制周期、降低了开发成本。 参考文献： 1 曹智雄.CATIA 制作范例 M. 北京:中国水利水电出版社,2001 .2 汪永明. 基于VBA 实现工艺卡片的自动输出 J. 现代制造工程,2002 , (6) :24 -26 .3汪永明,褚学宁. 基于WEB 的工艺卡片设计与管理信息系统研究 J. 机械科学与技术,2003 , (1) :160 -162 .4 刘小思,陈为国. 基于Word 模板文档的工艺卡片的设计与应用 J . 机床与液压,2003 ,(5):318 -319 .5 杜春涛9高洪深.CAPP 系统中工艺卡片生成过程的研究 J . 现代制造工程,2003 , (6) :41 -43 .6 郭振波. 深入浅出Visual Basic 6 .0 中文版 M . 北京: 人民邮电出版社,1999 .7汪永明 褚学宁.面向企业的实用型CAPP系统研究J.机械工程师,2002,(7):26-28.8周一丹 廖萍.机械加工工艺过程特征描述J.现代制造工程,2001,(12):5-6.9郧建国 吕一鸣.基于面向对象技术的箱体零件CAPP系统的特征描述法J.机械工艺师,:.10葛维进 陈卓宁 等.专用CAPP定义工具的研究和实践J.机械工艺师,2001,(4):14-16.11 杜春涛;高洪深CAPP系统中工艺卡片生成过程的研究期刊论文-现代制造工程2003(06)12 刘小思;陈为国基于Word模板文档的工艺卡片的设计与应用期刊论文-机床与液压2003(05)13 汪永明;褚学宁基于WEB的工艺卡片设计与管理信息系统研究期刊论文-机械科学与技术2003(01)14 林巨广.施成攀基于VB的CATIA BOM表自动生成与导出的开发研究期刊论文-机械工程师2010(7)15 李进.马晓平.朱骏.唐桂林CATIA环境下获取ERP系统中BOM数据期刊论文-江苏科技大学学报（自然科学版）2006(2)16 An integrated web-based CAD/CAPP/CAM system for the remote design and manufacture of feature-based cylindrical parts外文期刊Alberto J. AlvaresJoao Carlos E. FerreiraRoman M. LorenzoJournal of Intelligent Manufacturing,EISCI2008 617 Towards a Five-Axis MachiningCAPPSystem: A Set-Up Planning Tool Solving Accessibility Constraints外文期刊V. CapponiF. VilleneuveJournal of Computing and Information Science in Engineering,EISCI2009 418 Integration of the CAD/CAPP/PPC systems外文期刊C. GrabowikK. KalinowskiZ. MonicaJournal of Materials Processing Technology,EISCI2005 019 An integratedCAPP/CAM system for stamping die pattern machining外文期刊Hayong ShinGustav J. OllingYun C. ChungBo H. KimSu K. ChoComputer-Aided Design,EISCI2003 2 20 Knowledge-based Vehicle Brake System Design Platform Integrated PDM and Expert System外文会议LI LiangXUE ChunyuQI XueleSHEN JunSONG JianChinese Association for System Simulation(CASS)Korea Society for Simulation(KSS)Japanese Society for Simulation Technology(JSST)2005 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：系统的体系结构：本系统主要采用基于CS架构的三层体系结构，远程查询模块采用BS结构。数据库服务器采用Microsoft SQL Server 2000，中间层采用基于net平台的Visual C#进行开发，客户端各功能模块采用Visual Basic开发，利用Visual c+开发的插件将各功能模块集成于SolidWorks环境下。系统的体系结构见图1。图1系统的总体结构1. PDM平台在产品生产过程中，每个产品可形成不同的产品版本，每个版本由若干零部件组成。从不同的角度(即视图)这些零部件之间存在不同的隶属关系(即BOM)。对销售人员所需体现的是产品的功能BOM，对研发人员所需体现的是设计BOM，对工艺和生产人员而言所需体现的是制造BOM，等等。在零部件中可以挂接(或包含)零件的所有数据和文件信息。任一零部件可以出现在不同的视图、不同的版本、甚至不同的产品中，因此可从数据模型的角度保证产品数据资源的重用、避免工艺的重复设计。2. 基于SolidWorks的设计系统 通过SolidWorks的API可根据需要开发相应的应用系统来扩展系统的功能。本系统的各应用程序采用Visual Basic，各应用程序与SolidWorks的接口插件开发采用Visual C+。所开发系统的结构如图2所示。图2基于SolidWorks的设计系统3维CAD环境下，零部件的几何尺寸、工艺信息等都是作为零部件的属性存在，包括属性名称和属性值。根据零部件变型设计的思想可在3维CAD环境下对零部件进行工艺变型设计。在属性编辑工具中可对零件的设计参数、工艺参数及管理信息以属性的形式进行定义和维护。并可在属性编辑器中建立属性与变量之间的关联，可通过修改属性来达到修改设计及工艺参数的目的。属性同产品零部件模型一同存储于文件中，并能及时与PDM系统进行通讯和更新。属性的形式可以是文件级属性或配置级属性。通过零件配置管理子系统中可通过集成界面的设置自动在SolidWorks文件中建立不同的配置，在每一个配置中可定义不同的属性。该子系统一般与其它子系统配合使用，主要是零件族管理系统和工艺设计导航工具。零件族管理系统基于SolidWorks平台，与PDM系统的零件管理系统既有区别、又相互联系。此处的零件族管理系统也按零件相似性，将形状、尺寸、结构相似的零部件设计成系列零件，并且每个零件都链接了零件的所有数据和文档，但不同之处在于该子系统中的每一零件的数据都集成在一个文档中，并且与SolidWorks的系列零件设计表可实现双向通讯。工艺设计导航指在工艺设计过程中，通过系统引导的方式，利用设计规则、设计经验和设计资源，逐步引导设计人员完成设计工作。通过设计导航可实现经验共享、数据重用和信息的快速获取。在进行工艺设计时，可参考工艺资源库中的数据。例如当用户需要选择部门时，系统会自动调用车间库的资源。3. CAPP主控模块 主控模块主要管理和维护各模块的逻辑关系。4. 参数化工艺建模模块 在PDM系统的产品配置管理子系统中对系列产品建立相应的配置模板和主文档。本模块主要完成主文档对应的工序图模型的设计，每一工序图模型以零件配置的形式存在。本模块通过基于SolidWorks的工艺设计导航器和零件配置管理系统在工序图模型设计过程中同时定义相应的工序信息，工序信息以配置属性的形式附加在工序图模型上。5. 工艺变型设计模块工艺变型设计模块通过零件配置级属性来改变工序图模型的工艺参数而对零部件进行快速的变型工序设计。设计流程在下面进行分析和论述。6. 工艺优化模块 工艺优化模块在PDM系统的工艺资源管理子系统和工艺知识库的支持下对工艺模型和工艺规程进行评价和优化。7. 工艺文档管理模块 工艺文档管理在PDM系统的支持下主要完成人员分工与权限控制、文档的访问控制以及各项文档管理。具体内容包括各类工艺卡片、报表模板的定制以及工艺文件的更改单控制、工艺规程审核、汇总统计、存储、审批、浏览、打印等。其中工艺卡片及报表模板的定制均在SolidWorks环境下进行，由于充分利用了SolidWorks的文件级和配置级属性因此可高效地完成模板的定制、工艺文件的生成和相关产品数据的安全控制。8. 系统集成接口模块 由于在PDM系统中通过零件管理子系统来对产品的相关数据和文件进行集成，并且利用3维CAD系统的自定义属性功能来对零件的相关(设计、工艺、管理)数据进行集成，因此本接口模块的主要功能是实现PDM系统与CAD、CAPP、CAM各子系统之间的数据更新、提取和查询，其中查询工作主要是查询PDM系统中零件管理系统中的相关信息。系统实现的关键技术：1.工艺与设计信息的集成 在SolidWorks的对象模型中提供了外部应用程序对模型文件及其相关的属性和变量进行访问和操作的外部接口，通过该接口可实现对模型的特征及其属性、变量进行定义和编辑的操作。这样可将模型的工艺信息以属性或变量的形式附加于设计模型上。例如：(1)通过模型文档类的AddPropertyExtension、GetPropertyExtension函数实现对零件特征、曲面属性的设置和访问，如硬度、粗糙度等；(2)通过选择集类的GetSelectedObjectType实现对特征类型的访问；(3)通过特征类的Name、GetFaceCount对特征的名称及构成的信息进行访问；(4)通过尺寸类的G etTOl e r an c eT Y P e、GetTo!eranceValues和SetToleranceType、GetToleranceValues函数可实现对尺寸公差类型及偏差的访问和设置。基于此，可将零件的工艺路线、工序、工时和材料定额等工艺信息以属性的形式存储与模型文件中，从而从逻辑和存储两个角度均可实现设计和工艺信息的集成。这些属性的编辑可通过专门开发的属性编辑器进行。2. 属性编辑器的设计 属性编辑器设计的目的不仅是为了便于工艺设计人员进行工艺设计，对于设计阶段的结构设计和产品数据的管理也是同样重要的。同时一个集成的环境也便于对相关属性值施加约束。如“质量”与“材料”的关联和编辑环境的集成等。通过模型文件的AddCustomlnfo属性定义函数实现对零件的总体信息进行定义和编辑。 首先需通过GetObject方法来建立应用程序与SolidWorks的链接；链接完成之后，须对当前的活动文档进行检测；之后将材料库中的材料加载到组合框中以供设计人员进行选择；最后通过当前活动文档的Summarylnfo对象的GetCustomlnfoValue方法提取出各属性的值并在界面中的相应位置进行显示。在此基础上可对零件的物性进行查询。计算各物性参数时需利用当前活动文档对象的GetMassProperties方法。可以得到的物性参数包括零件的密度、重心、表面积、惯性矩等。3. 系列零件设计表的设计 通过对系列零件设计系列零件表可建立其工艺配置。对系列零件建立一个工艺模板，即预先将零件主要工艺过程，按工序内容建立系列零件表，实现工序的配置管理，为工序间简图实现参数化驱动创造条件。系列零件设计表是通过在SolidWorks中调用Excel电子表格建立的。系列零件设计表中常用的设计表参数：(1)状态：状态列用来设置特征的状态。由压缩(S)和解除压缩(U)组成；(2)尺寸：用于设定特征的尺寸数值，需要使用尺寸的全名；(3)备注：备注列用来给各个配置增加文本字符串，使用格式为“$备注”；(4)用户注释：用户注释与备注类似，用来在行或者列中产生文本字符串，使用格式为“$注释”。系列零件设计表是一个双向设计表：修改系列零件设计表中的参数可以修改零件，反之，修改被设计表驱动的尺寸值，同样可以修改系列零件设计表中的参数。4.基于SolidWorks的工艺配置管理 在SolidWorks环境下，同一个模型可有不同的配置，对一个零件，确定其可变参数和不变参数。对结构相同，尺寸不同的零件可通过变更尺寸参数来获得新的配置；对结构有差异的零件，可以通过SolidWorks提供的压缩或者还原特征来生成新的配置。 一个零件可以有多个版本的工艺路线，每条工艺路线下面包括多个工序。利用SolidWorks提供的配置管理的功能，将工艺路线版本作为零件的配置进行管理。工艺路线包括的工序作为工艺路线版本的派生配置，形成工艺路线配置结构树。不同的配置用版本加工序名称来区分。 上述所有配置都存在于系列零件设计表中。设计表中包括每道工序的所有信息。利用系统提供的交互式界面，可以修改设计表中的参数。通过修改系列零件设计表中的尺寸参数可以改变模型的尺寸，系列零件设计表中的状态列控制特征的状态，通过设置压缩或者解除压缩来达到变型