CAPP系统构成及工艺过程

1、CAPP系统构成及工艺过程摘要：针对机械制造企业CAPP的现状和对CAPP系统的需求特点，采用基于成组技术的方法构建了变异式CAPP系统和创成式CAPP系统。重点阐述了该系统的零件信息描述、工艺规程生成、工艺资源管理、与企业信息系统的集成等主要功能。关键词：成组技术；变异式；创成式；工艺。1引言工艺设计是机械制造过程中技术准备的一项重要内容，是产品设计与制造的桥梁，也是连接产品设计与生产管理的重要纽带。随着机械制造技术的发展，特别是CAD/CAE系统向集成化、智能化、网络化、可视化方向的发展，计算机辅助工艺设计越来越受到人们所重视。但是CAPP的技术发展与CAD/CAE等技术发展相比显得滞后，

2、其主要原因就是工艺因素的错综复杂，工艺理论尚未完全成熟，且早期的CAPP过分强调工艺生成的智能化等等。因此，目前通用性较强，能在企业大面积推广的商品化CAPP软件很少。2变异式CAPP系统2.1变异式CAPP系统的的需求分析机械制造企业在我国国民经济中占据着相当的比例，由于零件种类繁杂，其CAPPX作的开展更加艰难。多数企业工艺设计仍然采用手工设计的方式进行，这严重阻碍了企业信息化的发展。但在这类企业中，绝大多数零件可以运用成组技术将它们归类成族，制定零件族零件的典型工艺规程，供相似零件工艺编制时借鉴参考。真正需要对零件进行全面的工艺分析，采用全新制造工艺的零件并不多见，因此，这类企业的CAP

3、P系统功能应该主要集中在以下几个方面：对现有的工艺信息进行分类、整理，便于工艺人员查询；建立各种工艺参数、技术手册；能方便的生成和处理各种工艺文件；在典型工艺规程的基础上可派生出各类零件工艺规程，并采用交互式方式对相应工艺规程进行修改，以满足新一类零件的工艺设计要求；与企业其他信息系统的集成等等。根据以上分析，企业所需的CAPP系统应是一个以整个产品为应用对象，以产品工艺数据为中心的集工艺过程设计、工艺信息管理为一体的交互式计算机应用系统和开发平台，通过融合检索、修订等技术，逐步实现工艺设计和工艺管理的自动化系统。系统运用Delphi7为开发平台，数据库采用Server7.0,在Windows

4、操作平台上运行，其结构如图1所示。空异式CAPP最駆币发平否逹战计|丁艺情耀X产閥耿眩怦理工聲信克输A工TSW工工艺图形输出工工艺監黑酱锂1-工艺丈需理-T乘掘暂竄由户枚限需理UUUUUUUUU圈变畀式CAPP条统站构图2.2变异式CAPP系统的主要功能设计2.2.1零件信息的描述零件信息主要指零件结构形状、尺寸、精度等方面的信息，CAPP系统需要在“理解”这些零件信息的基础上，才能进行工艺设计。常见的零件信息描述方法主要有：零件分类编码描述法、形状特征描述法、直接将CAD作业结果作为CAPP的输入等方法。目前CAPP还不能完全接受CAD零件图中的相关信息，因此如何准确组织和描述零件信息，使C

5、APP懂得零件图中的相关信息，是CAPP应用研究面临的关键技术问题之一。本系统选用零件分类编码描述法描述零件信息，该方法的基本思路是预先制定一套基于成组技术的编码系统，然后用该编码系统对零件图上的信息进行编码。这种方法能粗略描述零件的信息，简单易行，适用于检索式与变异式CAPP系统。制定编码系统时，如果编码过长，将增加系统典型工艺规程的数量和工艺编制过程复杂性；如果编码过短，将不能充分表达零件的主要信息，从而增加工艺编制过程中的编辑修改工作量。本系统所采用的编码系统是根据某机械制造企业产品零件结构的特点，在结合其它类型的编码系统的基础上得到的一个10位编码系统，其结构如表1所示。SL10位编码

6、系统融一二=四五六七八丸十分攬零件类零件娄外部主内部主横向泉纵向量材料毛坯附加码顼目别祖分别轴莎罢特征要特征犬尺寸大尺寸分貳分娄2.3变异式CAPP系统工艺规程的制定2.3.1成组编码的具体应用模式工艺规程是CAPP系统的核心。变异式CAPP系统是利用零件相似性来检索现有工艺规程的一种软件系统，该系统是建立在成组技术基础上，按照零件几何形状或工艺的相似性将零件归类成族，建立该零件族零件的典型工艺规程。一个零件的工艺设计，就是按照该零件的成组编码，确定其所属零件族，检索该族零件的典型工艺规程，然后进行筛选、编辑而得到该零件的工艺规程。其具体应用模式如图2所示。该类型CAPP系统的特点是：以成组技

7、术为理论基础，理论上比较成熟；与常规手工工艺设计方法较类似，继承和应用了企业较成熟的传统工艺；应用范围比较广泛，有较好的实用性等等。2.3.2工艺规程的查询与报表的生成为了有效地组织和管理各类工艺规程，用户可以根据零件图号、零件编码、零件名称、编制人、产品名称、设计日期、旧版次零件图号等分类项查询零件工艺规程，可以根据需要编辑工艺规程。工艺设计的另一个重要组成部分是工艺报表的生成与输出。工艺报表主要包括工艺过程卡、工序卡等，它融数据库、图形、表格、文字编辑于一体，图文并茂，所见即所得。祝有亠于相同杵旗中所桶岡濟I也有相同i+】1若馭I需11曲职*;irl丑11的罔全#AWP1f选簿合适工艺.变

8、舁工艺设卄112成址第码在变斤式CAPP统中的应用模式2.4变异式CAPP系统工序图的研究工序图的处理是CAPP系统开发过程中的一个关键所在，它涉及到工序图库的建立，相应工序图的查找、插入、编辑及链接等问题。系统开发时在相应的数据库表中添加“工序图”字段名，记录相应的工序图文件名称（文件名格式：“零件编码+工序号”）。当在编制工艺规程时，“工序图”字段自动保存每一工序的图形文件名称（若事先没有绘制工序图，则文件名称为“新工序.dwg”的空图档文件），当某一工序需要一幅工序图作为辅助描述时，系统在相应的“工序图”的字段名下寻找工序图文件并自动链接到AutoCAD中。若该文件存在，则打开相应的文件

9、；否则打开空图档文件。当完成工序图的编辑与保存后，只要正常退出AutoCAD,就可重新返回到原来的工艺系统中。由于是将AutoCAD链接到Delphi中的，所以为了防止系统找不到相应的程序，系统安装时，需要指定AutoCAD的安装位置。工序图的绘制工作流程如图3所示。图S丁序图的绘制范程2.5工艺资源的管理CAPP工艺资源包括设备、工装、工艺术语、工艺参数、工艺规则、材料牌号、材料规格、产品、零件、毛坯、车间、工段、刀具、量具、加工余量等任何可供共享和重复使用的工艺数据。它广泛应用于工艺设计、工艺管理的各个方面，因此必须对各种工艺资源进行有效的管理和维护。工程上使用的方法是将本企业可供使用的资

10、源及工程手册进行数据处理。本系统采用数表的数据库处理，即将大量的工程手册中的各类数表进行整理，利用数据库管理系统的强大功能，在计算机内建立各类数据库，以便对工程数表进行直接访问和调用。该方法的优点是保持程序与数据的独立性，保证数据的完整性和安全性。这样可以减少工艺人员手工输入文字及查找工艺数据等繁琐的工作，同时可以规范工艺内容，提高工艺表述的一致性和标准化程度。2.6与企业信息系统的集成构建系统时必须考虑如何将CAPP系统与企业的信息系统集成在一起，充分发挥信息的共享优势。PDM是理想的CAD/CAPP/CAM集成平台和工具，其中CAPP系统是连接CAD、CAM的桥梁，构架在该平台上的CAD/

11、CAPP/CAM系统的所有信息传递与交换都可通过PDM来完成，实现真正意义上的3C无缝集成；同时通过PDM系统可以及时地将CAD/CAPP/CAM系统中的有关信息传递到企业的ERP系统中，ERP产生的信息也是通过PDM传递给CAD/CAPP/CAM的，如CAPP系统中工时定额、原材料定额等数据将直接为财务系统专用，工序汇总数据为生产管理系统提供生成生产计划的依据。可见PDM系统是CAD/CAPP/CAM系统与ERP系统之间信息传递的桥梁。变异式CAPP系统与企业信息系统的集成策略如图4所示。图4系统与企业信息系统的集成框架。生产IT理PIJM系址CAM圏4条统企业信息杀统的臬成梅架3创成式CA

12、PP系统3.1创成式CAPP系统的工作原理创成式系统也称为生成式系统。其基本思路是将人们设计工艺过程时用的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺过程。创成式CAPP系统主要依靠逻辑决策进行工艺设计。常见的三种逻辑决策方式有决策树、决策表以及专家系统技术。此外还需要一个数据库，库中存放各种加工方法、加工能力、机床、刀具、切削用量等有关数据。当向系统输入零件信息后，首先分析组成零件的各种几何特征，然后从数据库中找出与这些特征相对应的加工方法、加工顺序及加工参数等，通过逻辑决策模仿工艺师的决策过程，自动生成这个零件的工艺路线及工序，并输出工

13、艺文件。图5表示了创成式CAPP系统的工作原理。虽然在理论上创成式CAPP系统是一个完整的系统：它的软件中应含有一切工艺决策逻辑，具有工艺规程设计所需要的所有信息，但这种系统需要建立庞大的工艺数据库和知识库。由于产品品种的多样性，各种零件的加工过程和描述方法也不同，所用的工艺决策逻辑也不图5创成式CAPP系统的工作原理一样，所以现有的创成式CAPP系统都是针对某一产品或某一工厂专门设计的。到目前为止，还没有开发出功能齐全、完全自动化的生成式系统。即使自动化程度较高的CAPP系统的某些工艺决策仍需有一定程度的人工干预。3.2创成式CAPP系统的设计过程由于创成式CAPP系统开发方法的不成熟性和多

14、样性，所以很难给出统一的固定模式，下面介绍建立一个创成式工艺过程设计系统时，需要进行的一些工作。确定系统的对象范围，通常分为非回转体零件、回转体零件，或更小范围的某类零件。设计零件信息描述方法，一般多采用型面系统描述、形体法描述或特征描述法。零件信息描述还应考虑与计算机辅助设计的集成，如果有统一的数据交换标准，如STEP/PDES，应采用之，并能与零件信息描述系统集成；若CAD系统未采用统一数据交换标准，则应设计CAD处理系统，以便与零件信息描述系统集成。确定工艺过程设计中各项工艺问题的决策逻辑或决策法则，如零件加工时的定位夹紧方案选择、各加工表面加工方法的选择，以及加工顺序的排列等，对创成式

15、CAPP系统，这些决策逻辑是以决策表或决策树的形式来表达的，对于CAPP专家系统，则是基于规则的形式来表达的。建立可用的加工资源库，如机床库、夹具库、刀具库、切削用量库等，以备在制订工艺过程时选用，同时也是在制订工艺过程时的实约束条件。设计工艺文件的生成和输出系统。3.3创成法CAPP系统的应用创成法CAPP系统能很方便地设计出新零件的工艺规程，有很大的柔性，适应范围广，一般分为回转体零件和非回转体零件两大类。另外还可以和CAD系统以及自动化的加工系统相连接，实现CAD/CAE/CAM的一体化。表8-6列举了几种国内外典型创成式CAPP系统。例如，BITCAPP系统是由北京理工大学针对兵器零件

16、而开发的。该系统在SUN或HP工作站、中文Motif软件环境下运行，采用面向对象的程序设计思想，用C+语言编程，通过数据接口文件与CAD和NCP(NumericalControlPlanning)进行数据通信，实现CAD/CAPP/CAM集成。系统主要由兵器零件信息输入、工艺过程设计、工艺知识库、工艺数据库和工艺文件输出部分组成。零件信息采用基于特征的方法进行描述，其输入可采用两种方法实现：一种是通过交互窗口界面，采用人机交互方法；另一种是系统从CAD数据库中直接读入零件信息。工艺决策采用面向对象的方法实现，可确定不同的加工方法、机床、刀具、切削参数等。系统共生成两类工艺文件：一类是工艺规程文

17、件，并可通过图形软件绘制工序图；另一类是输出CAPP与NCP的接口文件，直接向NC编程系统传输零件加工信息。表8-6国內外典型创成式CAPP系统序号系统名称适用对彖系统特点研制时间研制单位A1MST回转杵与CAD/CAE/CA.M连接1988即SUNTBuffaloed）2APLAN回转件、箱体件1985即Gebr.HonsbergC德）3APP齐种零件与CAD连接1987即GE和LA（天）4ETTCAPP回转杵於狀要素法输入1937即北京理L大学中5CAOS回转件单轴自动车床用1986年汕北工业大学中6CAPSY回转杵人机空输入1978年IPK（德7DTSAP齐种零件AUTAP的扩展1981

18、年WZU8ICAPP与CAD连接1981年UMTST（英）9THCAPP回转杵、屮回转件、焊接杵、服装CAD/CAPP/CAM集成1994即清华大学中）10T1PPS钻削点削与CAD连接1983即VPT和SU（美3.4创成式CAPP系统的原理与关键技术创成式CAPP系统的工艺规程是根据CAPP系统中的决策逻辑和制造工程数据信息生成的，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等等一系列的基本知识。创成式CAPP系统可分为一般创成式CAPP系统和基于计算机人工智能（AI）或专家系统的CAPP系统。一般的CAPP系统是将工艺决策中的各种决策逻辑直接植于程序代码中，而基

19、于人工智能或专家系统的CAPP系统是将工艺决策中的各种决策逻辑以规则的形式存入相对独立的工艺知识库中供主程序调用，是当前创成式CAPP系统开发的主要趋势，其系统的总体结构可用图7.8简要表示。图T飞创成式CAPP系统的总体结构创成式CAPP系统的核心是零件信息库、工艺知识库和推理机（即控制程序）三部分、必须解决下面四项关键技术。工艺知识的获取与表达方法；工艺知识库的建立方法，即如何将工艺知识代码化并存入计算机；推理机，即控制程序的设计，主要是推理方式和控制策略，以及运行库、生成库的管理.这主要涉及人工智能技术和软件设计方法；零件信息库和工艺数据库的建立与管理。4总结随着产品开发技术的发展，企业

20、对工艺信息系统的需求日益迫切，传统CAPP系统仅局限于制定工艺规程，已经不能满足企业信息化的需求。下面介绍一下CAPP系统的发展趋势。4.1集成化、网络化的CAPPCAPP作为CAD和CAM的桥梁，为CAQ、PDM17及ERP提供重要的产品信息，同时也需要CAD提供产品设计模型的特征信息。可是这些系统发展相对不平衡，使数据信息不能顺利传递，也就无法实现并行工程思想。传统的CAPP系统多数只针对机械加工过程，其他方面很少涉及。这就要求研究者在统一标准化工艺的基础上，开发出适应性、并行化强的集成化CAPP系统。集成包括：与产品设计实现双向的信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要想更有效的实现功能，网络化是必不可少的技术支撑。4.2工具化、工程化的CAPP工艺的制定是一个及其复杂的过程，企业产品更是千差万别，想要设计一个适合所有企业一切产品的大而全的通用CAPP系统是不符合实际的。而要根据不同企业开发专用的CAPP系统，不但工作重复性大，而且会浪费大量的时间、金钱，不符合现代市场经济的需要。这就需要开发出一种工具型的CAPP系统，将系统功能分解为一个个相对独立的工具，用户可以根据自己的不同要求，通过简单的二次开发来开发出适合