（机械工程专业论文）高磷铸铁闸瓦计算机辅助工艺设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 高磷铸铁闸瓦是铁道车辆制动的重要零件，工作时承受高温、高压。 因此要求组织致密，必须进行严格的超声波探伤和力学及物化性能检验， 技术要求严格。其材质是高磷铸铁，各种元素含量很严格，其中磷含量较 高，冶炼浇注有一定难度 铸造生产是由复杂的多个工艺过程构成的生产过程，指导和规定各个 生产过程的文件就是铸造工艺，即铸造工艺是铸造生产的纲领性文件。铸 造工艺的合理与否直接决定着能否生产出合格产品、生产率、生产成本、 劳动强度等 通过对高磷铸铁闸瓦的结构工艺性、材质铸造性能、技术要求、生产 条件的分析，铸造过程中容易形成的缩孔和缩松，导致铸件的致密性不合 格；同时还有因温度控制不好造成的瓦背与瓦体粘结不紧密等情况，因此 工艺设计时要考虑消除这些缺陷，把消除这些缺陷作为工艺优化的标准。 利用计算机辅助工艺设计( c a p p ) 技术对铸件生产过程的工序，工 艺、设备、材料等方面进行管理，生成规范合理的生产工艺文件，从而有 效地保证铸件质量、缩短生产周期、降低生产成本，大大地提高铸造生产 的经济效益本文研究中，根据高磷铸铁闸瓦的结构特点和技术要求，利 用c a p p 技术对铸造生产工艺进行规划管理，选择出最优的工艺参数及工 序流程，辅助生成先进实用的工艺文件。同时，将设计出的工艺文件应用 于生产过程，获得了合格的高磷铸铁闸瓦 通过对高磷铸铁闸瓦铸造生产计算机辅助工艺设计( c a p p ) 系统的 研发和应用，提升了我段的生产技术水平由于铁道车辆配件大部分为铸 造件，此技术在铁道车辆的配件生产中具有广阔的应用前景，为提高我国 铁道车辆装备制造业水平、实现铁路企业的现代化提供了借鉴。 关键词高磷铸铁；闸瓦；计算机辅助工艺设计( c a p p ) ；生产管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t t h e h i 曲p h o s p h o r u s c a s ti r o nb r a k ei st h e i m p o r t a n t c o m p o n e n t sw h i c ht h er a i l r o a dv e h i c l e sa p p l yt h eb r a k e ，w h e nt h e w o r kw i t h s t a n d st h eh i g l lt e m p e r a t u r e ，t h eh i 曲p r e s s p l i e rp r e s s u r e t h e r e f o r er e q u e s t st h eo r g a n i z a t i o nt ob ec o m p a c t , m u s tc a r r yo n t h es t r i c tu l t r a s o n i ct e s t i n ga n dm e c h a n i c sa n dt h et r a n s f o r m a t i o n p e r f o r m a n c ee x a m i n a t i o n ，t h es p e c i f i c a t i o ni ss t r i c t i t sm a t e r i a l q u a l i t y i st h eh i g hp h o s p h o r u sc a s ti r o n , e a c hk i n do fe l e m e n t c o n t e n ti sv e r ys t r i c t ，i nw h i c hp h o s p h o r u sc o n t e n ti sh i 出s m e l t i n g p o u r sh a sc e r t a i nd i f f i c u l t y t h e c a s t i n gp r o d u c t i o ni sb yt h ec o m p l e xm a n yt e c h n o l o g i c a l p r o c e s sc o n s t i t u t i o np r o d u c t i o np r o c e s s ，i n s t r u c t sa n ds t i p u l a t e d e a c hp r o d u c t i o np r o c e s st h ed o c u m e n ti st h ec a s t i n gc m f i ，n a m e l y t h ec a s t i n gc r a ri st h ec a s t i n gp r o d u c t i o np l a t f o r m t h ec a s t i n g c r a f tr e a s o n a b l eo rn o tw a sd e c i d i n gd i r e c t l yw h e t h e r p r o d u c e st h e c e r t i f i e dp r o d u c t , t h ep r o d u c t i v i t y , t h ep r o d u c t i o nc o s t , t h el a b o r i n t e n s i t ya n ds oo n t h r o u g ht ot h el l i s hp h o s p h o r u sc a s ti r o nb r a k es t r u c t u r e t e c h n o l o g yc a p a b i l i t y , t h em a t e r i a lq u a l i t yc a s t i n gp r o p e r t y , t h e s p e c i f i c a t i o n ，t h ew o r k i n gc o n d i t i o na n a l y s i s ，t h es h r i n kh o l ew h i c h 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 i nt h ec a s t i n gp r o c e s se a s yt of o r ma n ds h r i n k st h ep i n e , c a u s e st h e c a s t i n g t h e c o m p a c m e s s n o tt ob e u n q u a l i f i e d ；b e c a u s e s i m u l t a n e o u s l ya l s oh a st h et i l eb a c ka n dt h et i l eb o d yc a k i n g w h i c ht h et e m p e r a t u r ec o n t r o ln o tg o o dc r e a t e sn o tc l o s ea n ds oo n t h es i t u a t i o n s t h e 他f o r et i m et e c h n o l o g i c a ld e s i g nm u s tc o n s i d e r e l i m i n a t e st h e s ef l a w s ，e l i m i n a t e st h e s ef l a w st h es t a n d a r dw h i c h o p t i m i z e sa st h ec r a f t u s i n g t h e c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) t e c h n o l o g yt oc a s t i n g a s p e c t s a n ds oo np r o d u c t i o n p r o c e s s w o r k i n gp r o c e d u r e ，c r a 危e q u i p m e n t , m a t e r a c a r r e s o nt h e m a n a g e m e n t , t h ep r o d u c t i o n s t a n d a r dr e a s o n a b l e p r o d u c t i o n t e c h n o l o g i c a ld o c u m e n t , t h u sg u a r a n t e e de f f e c t i v e l yt h ec a s t i n g q u a l i t y , r e d u c e st h ep r o d u c t i o nc y c l e ，r e d u c e st h ep r o d u c t i o nc o s t , e n h a n c e st h ec a s t i n gp r o d u c t i o ng r e a t l yt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c y t h i sa r t i c l es t u d i e s ，a c c o r d i n gt ot h eh i g hp h o s p h o r u sc a s ti r o n b r a k eu n i q u ef e a t u r ea n dt h e s p e c i f i c a t i o n , c a r r i e s o nt h e m a n a g e m e n tu s i n gt h ec a p pt e c h n o l o g yt ot h ec a s t i n gp r o d u c t i o n t e c h n i c a lp r o c e s s ，c h o o s e st h em o s ts u p e r i o rc r a f tp l a n , t h ec r a f t p a r a m e t e ra n dt h ew o r k i n gp r o c e d u r ef l o w , a s s i s t st h ep r o d u c t i o n a d v a n c e dp r a c t i c a lt e c h n o l o g i c a ld o c u m e n t a tt h es a m et i m e ，w i l l 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 d e s i g nt h et e c h n o l o g i c a ld o c u m e n tw i l la p p l yi nt h ep r o d u c t i o n p r o c e s s ，h a so b t a i n e dt h eq u a l i f i e dh i g hp h o s p h o r u s c a s ti r o nb r a k e t h r o u g ht ot h eh i g hp h o s p h o r u sc a s ti r o nb r a k es h o ec a s t i n g p r o d u c t i o nc o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) s y s t e m r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o n , h a sp r o m o t e dm y s e c t i o np r o d u c t i o nt e c h n i c a ll e v e l b e c a u s er a i l r o a dv e h i c l e sf i t t i n g m a j o r i t yo ff o rc a s t i n g ，t h i st e c h n o l o g yh a st h eb r o a da p p l i c a t i o n p r o s p e c ti nt h er a i l r o a dv e h i c l e sf i t t i n gp r o d u c t i o n , f o rr a i s e d0 1 1 1 c o u n t r y 柏i l r o a dv e h i c l e se q u i p m e n tm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yl e v e l ， t h er e a l i z a t i o nr a i l r o a de n t e r p r i s e sm o d e r n i z a t i o nh a sp r o v i d e dt h e m o d e l k e y w o r d sh i i g hp h o s p h o r u s c a s ti r o n ；b r a k e ；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 ( c a p p ) ；m a n a g e m e n to f p r o d u c t i o n 西南交通大学工程硕士学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 铸造生产概述 我国铸造历史悠久，因其适应性强、成本较低，现在仍是制造业中十 分重要的组成部分，其发展水平和铸件质量好坏，极大地影响着机械产品 的发展和使用寿命铸造生产是由复杂的多个工艺过程构成的生产过程， 生产环节多、影响因素多，长期以来，铸造技术主要是一种经验的积累。 虽然到了近代，随着科学技术的巨大进步和生产机械化的不断发展，其生 产规模日益扩大，手段不断更新，逐渐成为一门先进的应用技术但至今， 严格的科学体系仍未完全建立起来，原因在于铸件成形过程涉及熔融金属 流体力学、弹塑性力学、物理化学、结晶学、传热学及凝固学等多种学科， 科学地分析研究铸件成形过程需要相应的实验观察及数理分析手段，而这 一手段目前尚不完全具备 电子计算机的出现，在科学技术上引起了一场深刻的革命计算机在 铸造生产中的应用已经日益得到人们的高度重视由于计算机具有高速计 算能力，逻辑判断能力和人工智能化能力，可以实现对铸造工艺参数、铸 造设备和铸造生产过程进行一定的检测和控制，从而有效地保证铸件质 量、缩短生产周期、降低生产成本，大大地提高铸造生产的经济效益锄 利用计算机辅助工艺技术能克服手工编制工艺规程的上述缺陷。可以提高 工艺设计的质量和一致性，大幅度缩短设计周期，快速响应修改设计、变 更计划，编制的工艺规程更加详尽和完善，减少了产生计算错误的可能性， 提高工艺过程典型化程度和工装利用率，减少了重复编写工艺文件的工作 量，工艺人员的经验可以得到积累和继承，为计算机集成制造系统提供基 础信息和数据啪因此，计算机在铸造生产中的应用技术已成为生产高质 量铸件的必备条件，也是铸造生产现代化的主要发展方向。 高磷铸铁闸瓦是铁道车辆制动的重要零件，材质为高磷铸铁，要求进 西南交通大学工程硕士学位论文第2 页 行瓦体与瓦背粘结的超声波探伤，同时要进行破坏性力学试验，质量要求 高我们利用c a p p 技术对铸造工艺进行辅助设计，以便得到最优的工艺 方案，并在最优的工艺方案的基础上进行铸造工艺设计并应用于生产，获 得合格产品，为我国提高铁道车辆装备制造业水平和我国铁路运输事业的 发展作出贡献。 1 2 计算机辅助工艺设计技术综述 c a p p 系统从6 0 年代中期开始研制自从1 9 6 5 年n i e b e l 首次在计 算机上用数据库技术检索和查询一些工艺数据及已有工艺以来，世界范围 内的计算机辅助工艺设计的研究一直就没有停止过，但真正实用的系统直 到七十年代才出现。1 9 7 6 年美国推出c a i - ia u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统，才称为c a p p 系统嘲 多年来，各国学者对c a p p 的理论和方法进行了许多有益的探索 c a p p 发展初期，主要是检索式，对创成式也进行了许多研究。进入八十 年代，国际上形成了开发c a p p 的高潮，以应用人工智能技术为基础的创 成式c a p p 系统开发受到广泛的重视。国际组织c i r p 多次召开c a p p 的 国际专题讨论会。各大工业集团、研究组织和大学相继推出许多实用系统， 发表了许多学术论文，到八十年代末已有近2 0 0 个系统出现。目前，国外 已把重点集中于c a p p 的集成策略，美国的s - y l u 教授提出了一个新概 念，叫做工艺设计平台，用户可根据自身的应用环境在平台提供的软件程 序支持下构造c a p p 系统。 西南交通大学工程硕士学位论文第3 页 国内则于8 0 年代开始这项研究。国内一些高校、科研院所和工厂企 业，进行了许多开拓性的工作到1 9 8 5 年开发出了t o j i c a p 、b h c a p 、 b i t c a p p 等几个系统。这些系统主要适用于回转体零件的工艺设计1 9 8 5 年召开了g t 经验交流会，成立了我国c a p p 研究学会，到1 9 9 2 年共召 开了五次学术研讨会，有几十篇c a p p 专题论文在会上发表交流跚 近年来，国内许多科研院所、企业、高校，对柔性制造系统( f m s ) ， 计算机集成制造系统( c s ) 的研究开发，更促进了c a p p 的研究，开 发了多种类型、多种层次的c a p p 软件系统。当前迫切需要的，一方面是 c a p p 形成一个完整的方法学体系，建立起相应的理论基础；更为重要的 则是面向企业的应用，特别需要企业中从事工艺技术工作的广大工程技术 人员研究总结工艺技术工作的规律、经验、规则等，将计算机技术尽可能 地应用到工艺技术工作中，促进企业工艺技术工作的提高目前一些单位 着手系统的可移植性研究，开始了c a d c a p p 的信息集成研究，朝着以 特征信息为基础的公用数据库发展现在c a p p 已应用在零件的机械加 工、冲压、锻造及装配上，并逐渐向其他工艺领域，如热处理和铸造等方 面扩展m 1 3 本课题研究意义和主要研究内容 本课题研究的高磷铸铁闸瓦是铁道车辆制动的重要零件，材质为高磷 铸铁，要求进行瓦体与瓦背粘结的超声波探伤，同时要进行破坏性力学试 验，质量要求高利用c a p p 技术对闸瓦生产工艺进行辅助设计，以便得到 最优的工艺方案，并在最优的工艺方案的基础上进行铸造工艺设计通过 西南交通大学工程硕士学位论文第4 页 本课题的研究逐步推广到其它铁道车辆配件的生产中去，为我国提高铁道 装备制造业水平和我国铁路运输事业的发展作出贡献。 本产品由铁道部某定点生产高磷铸铁闸瓦的厂家进行生产，因此基于 该厂的生产条件进行工艺设计和生产本课题拟定了以下几个方面的研究 内容： 高磷铸铁闸瓦的结构分析和初步铸造工艺方案的设计； 分析铸造生产流程。研究建立工艺管理平台： 基于c a p p 理论进行生产工艺辅助设计； 1 4 技术路线和研究途径 铸造生产由工装准备、砂处理、造型制芯、合金熔炼、合型浇注、 落砂清理、检验等过程组成，环节多、影响因素也多，必须由铸造工艺 来指导和规范因此铸造工艺对于铸造生产是至关重要的。 随着计算机技术的高速发展，计算机在铸造生产中的应用已经日益 得到人们的高度重视。由于计算机具有高速计算能力、逻辑判断能力和 人工智能化能力，可以实现对铸造工艺参数、铸造设备和铸造生产过程 进行一定的检测和控制，从而有效地保证铸件质量、缩短生产周期、降 低生产成本，大大地提高铸造生产的经济效益。利用计算机辅助工艺技 术能克服手工编制工艺规程的上述缺陷可以提高工艺设计的质量和一 致性，大幅度缩短设计周期，快速响应修改设计、变更计划，编制的工 艺规程更加详尽和完善，减少了产生计算错误的可能性，提高工艺过程 典型化程度和工装利用率。减少了重复编写工艺文件的工作量，工艺人 员的经验可以得到积累和继承，为计算机集成制造系统提供基础信息和 数据。因此，计算机在铸造生产中的应用技术已成为生产高质量铸件的 必备条件，也是铸造生产现代化的主要发展方向。 具体的技术路线如图l l 所示 西南交通大学工程硕士学位论文第5 页 臣圃 i 材质，结构、技术要求等分析 l 构造铸造工艺方案 工艺评估目标 j 选择合理的工艺方案 j 铸造工艺设计辅助设计 j r 铸造工艺的实施 图l l 西南交通大学工程硕士学位论文第6 页 第2 章c a p p 理论概述 2 1c a p p 系统的分类 根据实现c a p p 系统的原理，人们一直将c a p p 系统分为三类：派生式、 创成式和综合式 1 派生式c a p p 系统( v a r i a n ts y s t e m ) 。又称为变异式系统或样件式 系统它是建立在成组技术基础上，利用零件的相似性进行系统设计和新 零件工艺规程的生成基本原理是系统预先对现有的零件分组得到零件 族，并对每一族相似零件提取其工艺特征。建立能包容其所有特征的假想 零件( 主样件) 及其工艺规程这种c a p p 系统适用于大批量生产模式，工 件的种类少，零件变化不大且相似程度高在设计工艺规程时，按照零件 特定编码为依据蠢找对应的主样件，检索其典型工艺规程并进行必要的修 改，就可以生成该零件的工艺规程派生式c a p p 的技术成熟、原理简单， 因而发展最早，针对特定的零件类和制造环境，能够研制出实用的系统 但这样的系统只能完成检索式设计任务，难以适应零件类型和加工环境的 变化；从实质上说编制工艺规程都是由人来完成的，不能摆脱对工艺编制 人员的依赖，因而自动化程度低，并且系统的准备时间较长 其工作原理关系如图2 一l 所示。 2 创成式c a p p 系统( g e n e r a t i v es y s t e m ) 主要是依靠系统的逻辑决 策能力对零件的加工信息进行综合，自动提取制造知识，自动完成机床、 西南交通大学工程硕士学位论文第7 页 图2 一l 刀具的选择和加工过程的优化，通过决镱逻辑，模拟工艺设计人员的 决策过程，自动创成新零件的工艺规程。它不依赖作为典范的标准工艺规 程，因而具有较高的柔性，但是并不意味着工艺过程的每一个决策步骤都 必须是从无到有地刨成，这很容易成为研究创成式系统的误区。早期的创 成式c a p p 系统将决策逻辑植入程序代码中，依靠决策树和决策表进行设 计由于工艺过程设计较为复杂，针对性强。这种刨成式方法难以随零件 类型和生产环境的变化自动生成所需的合理的工艺规程。为了解决这个问 题，研究人员将专家系统引入c a p p , 以此来提高系统的灵活型和适应性。 目前，专家系统已成为创成式c a p p 的关键技术之一它能将工艺实践经 验以产生式规则或其他知识表达形式纳入知识库中，成为系统推理的依 据系统推理机和知识库实现了分离，有利于系统设计者和工艺师的合作 工艺设计过程中的主要问题不是数值计算，而是对工艺信息和工艺知识的 西南交通大学工程硕士学位论文第8 页 处理。这正是专家系统的特长。 创成式c a p p 系统的原理关系如图2 - - 2 所示 图2 - 2 创成式c a p p 系统无论是在理论探索还是实际应用，都还处在发展之 中，还有很长的路要走咖 3 综合式c a p p 系统 综合式c a p p 系统是指派生式与创成式相结合的c a p p 系统( 又称为半 创成式c a p p 系统) ；也有基于实例与知识的综合式c a p p 系统，还有其他 的混合式系统 综合式c a p p 系统综合了派生式c a p p 与创成式c a p p 的方法和原理， 采取派生与自动决策相结合的方法生成工艺规程，如需对一个新零件进行 工艺设计时，先通过计算机检索样件的标准工艺，然后根据零件的具体情 西南交通大学工程硕士学位论文第9 页 况，通过自动决策系统对标准工艺进行自动修改，自动完成进行机床、刀 具、工装夹具以及切削用量的选择，并输出所需的工艺文件综合式c a p p 系统兼顾了派生式c a p p 与创成式c a p p 系统两者的优点，克服了各自的不 足，既具有系统的简洁性，又具有较好的快捷性和柔性，有很强的实用性。 目前我国开发的c a p p 系统多为这类系统“1 2 2c a p p 系统的技术应用及特点 虽然c a p p 的研究在机械制造领域获得广泛重视，也取得了较大进展， 但就目前的情况来看，真正意义上的通用c a p p 系统目前尚未出现，能够 在工厂实际应用，或至少能初步应用的系统仍然较少。成功的c a p p 系统 的前景仍然比较模糊，这与它在现代制造领域的重要作用很不相称由于 工艺过程设计问题本身的特殊性，使其自动化决策实现比较困难，无论是 专家系统式还是传统式的创成式系统，完全达到企业的需求是非常困难 的，甚至是不可能的一些学者甚至认为，派生式和刨成式原理仅只有理 论价值，没有实践意义目前，多数商品化通用c a p p 系统( 例如开目c a p p 、 c a x a 工艺图表) 的研发者们已抛弃了工艺自动化决策的想法，无视工艺自 动化设计已有的研究成果，以一种更实际的交互式工艺图表填充思想来开 发c a p p 系统。这种c a p p 系统主要提供一个工艺编制的平台，大量的工作 还得由工艺人员来完成，系统只完成简单的数据填写和表格生成的工作， 不能适应制造业自动化的要求。之所以存在这些问题，这是由c a p p 系统 的设计特点决定的“1 西南交通大学工程硕士学位论文第1 0 页 ( 1 ) 工艺设计具有较强的领域针对性，难以构建通用的c a p p 系统。 机械制造业的范围很广，不同的工厂( 甚至同- - i 厂的不同车间) 的 加工对象、加工设备、生产批量、工艺方法和工艺习惯都不一样，对一个 工厂适用的工艺规程，不一定适合另一工厂工艺设计的这种特点，使得 难以像c a d 系统那样，能够研发出通用的、能普遍为制造企业所接受的 c a p p 系统。所以计算机辅助工艺系统的开发，应针对特定制造企业。和 特定的项目来实施。目前，市场上商品化的c a p p 系统的开发方法和侧重 ， 点各不相同。有的c a p p 系统在二维c a d 图形平台的基础上开发，然后将 生成的工艺数据传送到其他的数据库系统中；有的系统在某种特定的数据 库系统上生成工艺数据，然后在c a d 平台上生成工艺卡片；甚至也有c a p p 系统是纯粹的工艺卡片填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。 这些c a p p 系统虽然存在若干问题，还不是通用的、理想的c a p p 系统，但 这些c a p p 软件能为工艺人员提供一定的服务，能满足制造企业部分需求， 为企业的实际工作带来了很大的方便。”。一般认为，专家系统技术将是实 现通用c a p p 系统的较好方法。它将领域知识和决策推理机独立。但是在 知识表达和通用决策推理机的实现方面还存在许多有待解决的问题。 ( 2 ) c a p p 的自动化决策实现困难。 工艺的知识大多是模糊的经验知识，不具备精确的定义，也很难用数 学模型来描述，难以纳入程序开发中。工艺设计缺乏坚实的科学基础和优 良的工艺设计自动化理论这使得难以实现工艺规程的自动化决策，难以 西南交通大学工程硕士学位论文第1 1 页 构建真正意义上的工艺自动化设计系统。只有针对具体的零件对象和制造 环境，才有可能实现局部的工艺决策自动化 ( 3 ) c a p p 系统必须基于二维c a d 系统平台。 工艺设计中要填写大量的规范化的工艺表格，例如工艺路线卡、机床 工序卡，还需要绘制大量的工艺简图，设计时还需要将零件图作为设计参 考因此c a p p 系统的开发必须基于二维c a d 系统平台，并将c a d 内核与 工艺设计融为一体理想的模式是由具有自主知识版权的c a d 软件商来开 发c 矗p p 系统。例如目前的开且c a p p 、c a x a 工艺图表及c a p pf r a m e w o r k 。 但是具有自主知识版权的c a p p 开发者毕竟是少数，因此大多数开发者都 是用商品化c a d 系统( 例如a u t o c a d ) 作为平台，借用其表面上的二次开发 功能或图表功能来实现c a p p 这种模式存在的主要问题是开发困难，使 用不方便，依附性强，软件成本高“” ( 4 ) c a p p 系统涉及大量的选择性决策逻辑和数据库操作，纯计算模 型较少这使得它与c a d 系统的开发不同，但也与纯粹的信息管理系统不 同开发c a p p 系统的技术起点要求不高，技术积累需求少。领域型的傩p p 系统甚至可由工厂工艺人员自主开发 由于各企业的要求千差万别，各厂的信息化进程参差不齐，再加上国 外p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 产品数据管理) 、p l m ( p r o d u c tl i f e c y c l e m a n a g e m e n t 产品生命周期管理) ，e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r s ep l a n n i n g 企业资源规划) 等技术的发展，使得人们对c a p p 在制造业信息化中的地 西南交通大学工程硕士学位论文第1 2 页 位和作用认识模糊，因而c a p p 在的研究和应用有一种进展缓慢的感觉嘲 c a p p 在发达国家影响力很小，但是在我国具有非常强的生命力，这是因 为工艺信息化在我国制造企业的信息化进程中处于极其重要的地位，我国 制造业的装备和自动化水平不高，大部分企业还采用人工或半自动加工方 式，企业设备更新换代的周期比较长，依存于此环境特点的辅助工艺系统 必然具有相应的市场空间m 目前c a p p 还存在一些不足： ( 1 ) 应用范围偏窄。目前绝大多数c a p p 的应用集中在机械加工工艺 的设计方面实际上，除了机械加工工艺之外，在制造企业中产品装配工 艺、锻造工艺、钣金冲压工艺、焊接工艺、热表处理工艺和毛坯制造工艺 等都可以应用c a p p 目前c a p p 在企业中的应用广度也不够，局限于主要 以零组件为主体对象的局部应用c a p p 应强调以整个产品为对象的全生 命周期的应用，实现产品工艺设计与管理的一体化，建立企业级的工艺信 息系统n 帕 ( 2 ) 应用水平偏浅。目前绝大部分c a p p 的应用以工艺卡片的编辑、工 艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制等基础应用为主，还不 能有效地总结行业工艺“设计经验”和“设计知识”，从根本上解决企业 有经验的工艺师匮乏的问题如何提高c a p p 系统的知识水平，实现c a p p 的有限智能，如何帮助企业总结工艺知识和经验是c a p p 下一步应用的关 键。 西南交通大学工程硕士学位论文第1 3 页 ( 3 ) c a p p 系统与其他应用系统的集成进展缓慢。工艺是设计和制造的 桥梁，工艺数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，工艺数据同时也 是企业编排生产计划、制定采购计划、生产调度的重要基础数据，在企业 的整个产品开发及生产中起着重要的作用目前c a p p 与企业的各种应用 系统进行集成的情况还不理想，目前还存在信息孤岛，工艺数据的价值尚 未得到有效的发挥和利用 纵观c a p p 的发展历程，c a p p 是一个不断完善自身在应用中出现的不 足和不断满足新的技术、制造模式对其提出的新要求的过程，未来c 矗p p 的发展，将在应用范围、应用的深度和水平等方面进行拓展，表现为以下 几个方面的发展趋势酬； ( 1 ) 面向产品全生命周期的c a p p c a p p 的数据是产品数据的重要组成部分，未来的c a p p 应当与 p d w p l m 实现集成，支持产品全生命周期。 ( 2 ) 基于知识的c a p p 系统 目前c a p p 主要解决了工艺设计效率和标准化等问题，如何有效地总 结、提练企业的工艺设计知识，提高c a p p 的知识水平，实现自我学习自 我完善，将会是c a p p 应用和发展的重要方向。 ( 3 ) 基于三维c a d 的c a p p 目前c a p p 都是基于二维c a d 的，但是现在三维c a d 已经逐渐普及。 基于三维c a d 的工艺设计( 特别是装配工艺设计) 正成为企业需求的热点。 西南交通大学工程硕士学位论文第1 4 页 这将是c a p p 系统发展的方向之一“”。 ( 4 ) 开方式c p p 开方式c a p p 工艺的个性很强，c a p p 必须能持续满足客户的个性化和 变化的需求因此基于平台技术、具有二次开发功能、可重构的c a p p 系 统将是重要的发展方向 ( 5 ) 小而专的c 矗p p 小而专的c a p p 针对工艺手段比较单一的专业化企业，开发一些诸如热 处理、铸造、冲压等专业化c a p p 产品，或者c a d 软件上增加编制工艺规程 的模块，协助或引导工艺人员进行工艺设计。规范企业工艺行为，也是解 决小型企业普及c a p p 的方法之一。 2 3 高磷铸铁闸瓦的铸造工艺0 a p p 系统 2 3 1 系统体系结构 综合c a p p 基本模式及c a p p 应用状况，建立以数据库为支撑技术的 系统体系结构，实现高磷铸铁闸瓦计算机辅助工艺设计，其系统体系结构 如图2 - - 3 所示 对高磷铸铁闸瓦进行计算机辅助工艺设计时，应进行如下几个步骤： l 、产品图样信息输入 输入闸瓦信息是进行c a p p 工作的第一步，闸瓦信息包括几何信息 和工艺信息，对闸瓦信息描述的准确性、科学性和完整性将直接影响所设 计的工艺过程的质量、可靠性和效率因此，对闸瓦的信息描述应满足 以下要求： 信息描述的完整性，是指要能够满足c a p p 工作的需要。而不是要 西南交通大学工程硕士学位论文第1 5 页 描述全部信息。 信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好，使用方便，工效 高 信息描述要易于被工艺师理解和掌握，便于被操作人员运用 ( 劲2 a p p 信息描述系统( 模块或软件) 应考虑c a d 、c a m 、c a t 等 多方面的要求，以便实现信息共享 高磷铸铁闸瓦 c a p p 系统 心 输出系统过程卡工艺卡系统维护 j 稻f 骓滴 图2 - 3 2 、工艺路线和工序内容的拟定 该项工作的主要内容包括：铸造方案( 熔炼、浇注、造型等) 的选择、 加工方法( 整型、刷涂料、清理等) 的选择和加工顺序的安排等通常先 考虑工艺参数的选择，再进行加工方法的选择，最后进行加工顺序的安排。 西南交通大学工程硕士学位论文第1 6 页 零件工艺路线和工序内容的拟定是c a p p 的关键。 3 、加工设备和工艺装备的确定 根据所拟定的闸瓦生产工艺过程，从制造资源库中寻找各工序所用的 设备、工装、辅助工具等如果是通用的，库中没有，可通知有关部门采 购；如果是专用的，则应提出设计任务书，交有关部门安排研制。 4 、t 艺参数的计算 工艺参数计算主要是收缩率、尺寸公差、加工余量等的计算。在计算 中，涉及到求解工艺尺寸链时，可用计算机来完成，最终生成零件的毛坯 图 5 、输出工艺文件 工艺文件的输出可按要求使用表格形式输出，在工艺卡中应该有工序 简图图形可根据闸瓦信息描述系统的输入信息绘制，也可从产品c a d 中获得工序简图可以是局部图，只要能表示出该工序所加工的部位即可 2 3 2 系统实现技术选择 a c 嬲s 数据库 数据库是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合 它可以供各种用户共享、具有最小冗余度和较高的数据独立性。数据库是 某企业、组织或部门所涉及的数据的综合，它不仅反映数据本身的内容， 而且反映数据之间的联系a c c e s s 数据库系统是m i c r o s o f t 公司开发的、功 能强大的桌面数据库管理系统。使用m i c r o s o f t a c c e s s 可以无需编写程序代 码，仅通过直观的可视化的操作即可完成大部分数据的管理工作。a c c e s s 作为一个中、小型的关系数据库系统，是完全面向对象、采用事件事件驱 西南交通大学工程硕士学位论文第1 7 页 动机制的关系型桌面数据库系统，它表达和管理了各个工艺对象、设备和 工艺参数嘲 ) a u t o c a d a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司推出的绘图与设计软件包由于它的 功能齐全。使用方便，是进行c a d 的有力工具，因此，目前a u t o c a d 已 成为微机c a d 领域内使用最为广泛的绘图软件所以本系统将在 a u t o c a d 图形系统的基础上，利用高级语言的数据处理能力和a u t o c a d 强大的绘图功能，使a u t o c a d 呋j 、外环境下的分析、计算及绘图等功能协 调一致，自动生成卡片和工艺图，并进行编辑，实现输出支持“” v b 开发工具 v b 开发工具的作用是集成开发，实现系统集成及主要界面开发。在 系统的开发过程中，通过v b 开发工具和a c c e s s 数据库进行设计，工序图 的提取通过与a u t o c a d 的连接来实现。填写过程卡和工序卡可以在v b 软件 和现有的c a d 软件中实现；一种办法是用c a d 软件来完成工序简图的绘制， 然后作为一系列固定的图片( b m p 或者j p g 格式) 形成图形数据库，其他的 表格设计和文字的填写和打印在v b 中进行“”。这种方法的优点是无须c a d 平台，系统占用资源少缺点是程序开发量大，图片处理困难，视觉效果 不符合制图标准，功能难以齐全另一种办法是利用商用c a d 系统的二次 开发功能，用一个成熟的c a d 软件为支撑，工序图可以调用初步设计好的 零件图进行适当修改而成。然后用v b 设计过程卡和工序卡的填写界面，同 时操作后台数据库，对过程卡和工序卡的内容进行保存。这种方法的优点 是，功能齐全，并且在程序实现上较容易缺点是c a p p 系统必须基于c a d 系统进行开发，一般来说，要求开发者完全掌握二维c a d 系统版权，或者 c a d 系统提供了强大的二次开发功能伽 西南交通大学工程硕士学位论文第l8 页 第3 章c a p p 系统中数据管理技术 3 1 概述 3 1 1 c a p p 系统数据管理技术 c a p p 系统的开发涉及许多领域的知识和技术。它们是工艺设计标准 化的原理和方法，零件待加工表面信息的描述，计算机及其外围设备的选 用，编程语言的选择和程序设计，数据的存储和管理( 数据库) ，决策逻 辑的开发和应用，计算机绘图和制表排印输入输出，人工智能和专家系统 等领域知识的综合运用当然，不是所有的c a p p 系统的开发都需要运用 上述全部知识，但是c a p p 系统开发水平越高，则运用的知识和技术就越 广泛“司 c a p p 系统是一个极其复杂的工程应用系统，它所要处理的数据种类、 数量都相当可观，而且大多数数据是许多子系统所共享的，要管理这些冗 长而复杂的数据，需要良好的数据管理技术 现今的c a p p 系统，在对数据进行管理中采取的方式主要有两种；文 本方式和数据库方式 文本方式是将数据库按一定规则和方法组织成文件，用专用的文件管 理系统来管理数据的技术，它具有简便灵活的特点，但也存在着许多缺点。 主要是文件的数据结构一经定义后就不能改变，其次文件只能表示单个的 事物而不能表示出事物之间的联系故文件方式的应用受到了一定的限 制。 西南交通大学工程硕士学位论文第1 9 页 为克服文件系统的缺点，便产生了更高级的数据管理技术数据库 技术其核心是有组织地、动态地存储关联数据，在数据充分共享的基础 上对数据实行集中，独立的管理同时，它是随着计算机硬件、软件技术 的高度发展而产生的，具有较强的适应性但由于c a p p 系统是一个由多 种语言共同实现的复杂的应用系统，其数据在各子系统之间的传递、共享、 访问也相当复杂，由单独的一种关系型数据库也是不能完全方便地执行数 据库管理功能的任务 3 1 20 a p p 系统对数据库的要求 c a p p 系统的最终目的是生成工艺文件，在该过程中。推理程序将要 访问数据库，要处理大量的零件信息、工艺参数等数据，比如加工方法、 加工余量、材料、工时、成本核算以及工艺决策逻辑、决策习惯、加工方 法选择规则、工序工步归并与排序规则等。如何组织和管理这些信息，使 之便于调用和维护，适用于各种不同的企业和产品，是c a p p 系统迫切需 要解决的问题为此，c a p p 系统对数据库主要有以下要求： ( 1 ) 可靠性高 这有两方面的含义其一是指在任何时候访问数据库，都能获得所需 数据或信息；其二是指不论是系统运行时还是调试过程中，任何对数据库 的操作都不会破坏数据库的结构和数据。 ( 2 ) 数据共享 各种工艺参数，标准和规范，按其不回性质，分门别类建立若干个独 西南交通大学工程硕士学位论文第2 0 页 立的数据库文件这就要求任一个数据库文件能被所有的决策规则访问； 反之，任一个决策规则也能访问所有的数据库文件 ( 3 ) 数据库操作对用户透明 对数据库操作的一切过程由程序完成，用户仅需在决策规则中，通过 调用由程序定义的为数不多的函数，方便地实现对数据库的访问。 ( 4 ) 维护方便 开发c a p p 系统是一个渐进过程一方面，c a p p 系统本身要在实践 中不断扩充，完善和提高；另一方面，随着新材料新工艺的出现、工厂加 工手段的改进等等，c a p p 系统功能必然要作相应的调整。显然，c a p p 数据库必须能适应系统的