计算机辅助工艺过程设计

计算机辅助工艺过程设计第一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二本章

学习目标

了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用掌握CAPP的基本工作原理和工作过程学习和理解CAPP中零件信息描述方法掌握不同类型CAPP系统关键技术重点：CAPP的概念及工作原理第二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二学习内容概述派生式CAPP系统创成式CAPP系统综合式CAPP系统计算机辅助夹具设计KMCAPP系统简介第三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二1.概述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

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第四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP基本概念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：常见工艺流程第五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP的发展历程

研究派生式

CAPP

推出典型系统

CAM－I1976年

研究创成式

CAPP系统智能化工艺决策方法零件信息自动获取60年末～80年代初80年代初～90年代中

深入研究派生式CAPPCAPP进入实用化

CAPP数据

管理与应用提出CAPP

研究新的

CAPP系统结构与方法

CAPP性能提高90年代中～本世纪初本世纪初～1965年Niebel首次提出CAPP思想第六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP的主要内容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数据浏览与查询数据输出加工方法选择切削参数计算加工顺序安排……第七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP系统工作过程与步骤第八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP应用意义：

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创造条件第九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二工艺设计任务树工艺设计确定毛坯类型确定表面特征元素制订工艺流程工序设计识别工件材料类别确定毛坯类别外部特征元素内部特征元素确定毛坯尺寸选择表面的各准备工序确定工艺流程内容工序规划机床选择选择装夹方式通用工夹量具选择专用工夹量具设计规划工序内容设计工序图设计确定工序中的各工步内容和次序工步设计工时成本计算选择切削用量确定工艺尺寸选择加工余量第十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP集成制造系统中的地位和作用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

CAD工装CADCAMCAPPMISMASCAQ

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，修改工艺过程第十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP类型及基本原理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第十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二检索式CAPP系统检索式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第十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二派生式CAPP系统基本原理：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第十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二创成式CAPP系统基本原理：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第十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP的结构组成及基本技术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…

第十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP的结构组成及基本技术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第十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状

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第十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状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第十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状

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第二十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状

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第二十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状研究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第二十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展现状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第二十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP发展趋势（1）集成化趋势（2）工具化趋势（3）智能化趋势第二十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二（1）集成化趋势集成化系统优势：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CADCAPPCAM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的局部集成第二十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二（2）工具化趋势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第二十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二（3）智能化趋势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”

第二十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二人工神经网络及其在CAPP中的应用前向多层神经网络在加工方法选择中的应用特征提取与转换转换成以字符表示的加工方法训练网络样本集………零件信息各特征加工方法应用阶段学习阶段第二十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二2.派生式CAPP系统成组技术零件分类编码系统基于GT的派生式CAPP系统派生式CAPP系统开发过程派生式CAPP系统工作过程基于特征的派生式CAPP系统

派生式工艺过程设计系统也称变异式工艺设计系统派生式CAPP系统根据零件信息的描述与输入方法不同分为：

基于GT码描述零件信息的派生式CAPP系统基于特征描述零件信息的派生式CAPP系统

派生式CAPP系统建立在成组技术基础上第二十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二成组技术成组技术（GT）被公认为是提高多品种、中小批量生产企业经济效益的有效途径，是发展柔性制造技术和计算机集成制造系统的重要基础

成组技术是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用事物的相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益机械制造中的成组技术是将多种零件按其相似性归类成组，并以这些组为基础组织生产，从而实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化20世纪50年代起，成组技术由苏联学者斯•

帕•

米特洛凡诺夫总结并在机械工业中推广应用成组技术的发展：成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统

第三十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二GT存在的理由：1）批量法则：中小批量生产成本是大批量的30～50倍，中小批量生产占总生产的70%左右2）设备利用：大批量生产为专用设备，而中小批量生产所使用的设备利用不充分。如普通车床CW6140加工的零件直径D最大可达400mm，零件直径D<100mm的加工占总加工量的80%以上。3）制造周期：制造周期中，大约95%左右的时间为非加工时间

第三十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二GT的相似性零件的结构特征相似性包括：

结构相似性（零件的形状相似、尺寸相似、精度相似…）

材料相似性（零件种类相似、毛坯形状相似、热处理方法相似…）

工艺相似性（加工工艺相似、加工设备相似、工艺装备相似…）

…GT的核心问题是充分利用生产系统中的各种相似性信息第三十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二GT的应用：加工过程：成组技术可充分利用零件的几何形状及加工工艺相似性组织生产，以获得最大的经济效益同族零件加工采用类似的工艺过程，可以组建一个加工单元制造同族零件，对每一个加工单元只考虑类似零件，使生产计划工艺及其控制变得容易设计过程：由于许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族，新零件设计可以通过修改一个现有同族典型零件(主样件)而形成主样件是人为地综合而成的。一般可从零件族中选择一个结构复杂的零件为基础，把没有包括同族其它零件的功能要素逐个叠加上去，形成该族的假想零件作为其它相似零件的设计基础第三十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二零件分类编码系统

零件分类编码由代表零件设计和制造的特征符号组成，利用成组技术正确抽出零件图纸中为制定工艺过程所必需的必要信息常见编码系统：

Opitz编码系统

KK-3系统

JLBM-1系统

柔性编码系统

设计属性制造属性其他实例：

身份证号430－304－860628－894

图书分类号TH166.111.8XXXXXXXX第三十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二零件分类依据第三十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二分类编码系统结构整体式

2365022365－0262总体结构码位码域码域码位分段式第三十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二码位间结构层次结构

链式结构混合结构利用零件分类编码描述零件，可在宏观上描述零件而不涉及零件的细节码位内的信息排列：遵循从小→大、从简单→复杂、从易→难、常见→少见的规律

分类编码系统是用各种各样的符号，对零件的有关特征进行描述和识别的一套规则和依据第三十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二编码：15XXX含义：回转体零件，长径比0.33层次结构也称为单码结构或树状结构

每一个后级符号的含义取决于前级符号的值编码：65XXX含义：非回转体零件，长宽比0.59尺寸比例几何外形XXXXX第三十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二链式结构也称多码结构

有序符号的意义是固定的，各码位之间相互独立，后级与前级符号无关系材料批量最大尺寸外部形状1524回转体零件，最大直径150中批生产，45＃钢2534非回转体零件，最大长度150大批生产，45＃钢第三十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二混合结构工业上大多数商业零件编码系统都是由上述两种编码系统组合而成的，形成混合结构。典型的混合结构由一系列较小的多码结构组成，这些结构链中的数字都是独立的，在整个混合代码中，需要有一个或几个数字来表示零件的类别。混合结构能最好地满足设计和制造的需要。混合结构具有单码结构和多码结构共同的优点第四十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二Opitz编码系统内外表面形状内部

形状平面加工辅助孔及齿形加工主要形状外表面形状平面加工辅助孔及齿形加工主要形状主要形状主要形状主要孔平面加工辅助孔及齿形加工主要尺寸材料及热处理处理毛坯原始形状加工精度0回转体零件L/D≤0.510.5<L/D<32L/D≥33L/D≤2有异形4L/D>2有异形5特殊的6非回转体零件A/B≤3,A/C≥37A/B>38A/B≤3,A/C<49特殊的第3位内回转表面形状第一位零件分类第2位外表面形状

形状代码1~5位增补代码6~9位9位8位7位6位第5位第4位Opitz编码系统：123456789ABCD前9位数字码用来传送设计和制造信息，最后4位数ABCD用于识别生产操作类型和顺序，称辅助代码，由各单位根据特殊需要设计安排

第四十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二系统的结构较简单，便于记忆和手工分类系统的分类标志虽然形式上偏重于零件的结构特征，但是实际上隐含着工艺信息

如零件的尺寸标志，既反映零件在结构上的大小，同时也反映零件在加工中所用的机床和工艺设备的规格大小系统虽考虑了精度标志，但只用一位码来标识不够充分系统的分类标志尚欠严密和准确系统从总体结构上看虽属简单，但从局部结构看，则仍十分复杂最著名的分类编码系统,德国Aachen工业大学H•Opitz教授开创Opitz编码系统特点

第四十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二KK-3系统供大型企业使用的十进制21位代码的混合结构系统

KK-3系统特点：在码位及顺序安排上，基本上考虑到各部分形状加工顺序的关系，它是一个结构、工艺并重的分类编码系统

KK-3系统前7位代码作为设计专用代码，便于设计部门使用在分类标志配置和排列上，便于记忆和应用采用按功能和名称作为分类标志，特别便于设计部门检索主要缺点是环节多

在某些环节上，零件出现率较低，意味着环节设置不当KK-3系统是日本通产省机械技术研究所提出草案，经日本机械振兴协会成组技术研究会下属零件分类编码系统分会修改而成第四十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二KK-3机械加工零件分类编码系统基本结构回转体非切削加工特殊孔规则排列内平面与内周期面内曲面内廓形状周期性表面成形平面异形部分功能槽同心螺纹外廓形状D直径L长度细分类粗分类细分类粗分类辅助孔端面内表面外表面各部形状与加工外廓形状与尺寸比主要尺寸材料名称分类项目2019181716151413121110987654321码位外廓形状与尺寸比21特殊孔形状方向螺纹与成形面方向与阶梯周期面与辅助成形面主成形平面外曲面外平面弯曲角度弯曲方向B直径A长度细分类粗分类细分类粗分类辅助孔主孔以外的内表面主孔外表面弯曲

形状各部形状与加工外廓形状与尺寸比主要尺寸材料名称分类项目19181716151413121110987654321码位非切削加工2021精度非回转体第四十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二JLBM-1系统我国机械工业部为推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统经过先后四次修改，于1984年作为机械工业部的技术指导资料颁布JLBM-1系统是一个十进制15位代码的混合结构分类编码系统JLBM-1系统结构基本上和Opitz系统相似，吸取了KK-3系统的特点，克服Opitz系统分类标志不全和KK-3系统环节过多的缺点

为弥补Opitz系统不足，摒弃Opitz系统的开头加工码，把Opitz系统的零件类别码改为零件功能名称码，把热处理标志从Opitz系统中的材料、热处理码中独立出来，主要尺寸由一个环节扩大为两个环节

JLBM-1系统增加了形状加工环节，比Opitz系统可以容纳较多的分类标，在系统的总体组成上要比Opitz系统简单，易于使用

第四十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二JLBM-1系统的基本结构图第四十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二柔性编码系统固定码用于描述零件的综合信息，如类别、总体尺寸、材料…

固定码宜选用码位不太长的传统分类编码系统，充分体现传统GT编码简单明了、便于检索和识别的优点柔性码类似传统编码系统，主要描述零件各部分详细信息，如形面的尺寸、精度、形位公差…

柔性码要充分的描述零件详细信息，又不能引起信息冗余柔性分类编码指：分类编码系统横向码位长度可以根据描述对象的复杂程度变化柔性编码结构模型：

柔性编码

=固定码

+柔性码柔性编码系统在基于GT的CAD/CAPP/CAM集成系统中起着重要作用Opitz、KK-3、JLBM-1等都属于刚性分类编码系统，其最大的缺点是不能完整、详尽地描述零件结构特征和工艺特征第四十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于GT的派生式CAPP系统把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件族，对每个零件族设计出一个能覆盖族中零件所有特征的主样件，再对每个族的主样件制订一个最优的工艺规程当制订某个零件的工艺规程时，用GT码描述和输入零件信息（包括有关几何和工艺参数等），经分类识别找到此零件隶属的族，调出该族的主样件工艺文件，进行交互编辑、修改，形成新的工艺规程派生式CAPP系统带有浓厚的企业特色，通用性较差，应用范围有局限性第四十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二派生式CAPP系统开发过程将零件图上的信息代码化：根据产品的特点，选择或制订合适的零件分类编码系统（即GT码）手工编码、计算机编码

按编码系统对零件分类归族零件分组的一条通用规则：组内所有的零件必须具有相似性

主样件是一个零件组或零件族的抽象，故其是一个复合零件设计主样件的目的是为了制订标准工艺和便于对标准工艺检索选择零件分类编码系统零件分类归族设计主样件第四十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二派生式CAPP系统开发过程选择零件分类编码系统零件分类归族设计主样件制订标准工艺规程标准工艺规程的表达工艺规程的筛选建立工艺数据库或数据文件系统总体设计

按族整理出每族主样件的标准工艺路线和相应的工序内容，即标准工艺规程标准工艺规程包括主样件加工内容、加工设备、刀具、夹具等信息，集中了专家和工艺人员的集体智慧与经验

标准工艺规程可以用工序代码和工步代码来表示用工步代码表示标准工艺规程为存储和调用标准工艺规程文件提供了便利，而且从标准工艺规程中筛选出当前零件的工艺规程也很方便

划分CAPP模块各模块程序设计

CAPP系统联调第五十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二派生式CAPP系统工作过程对欲编工艺零件进行编码检索该零件所属零件族调出典型零件的工艺过程编辑修改典型零件工艺输出零件工艺工艺文件零件第五十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于特征的派生式CAPP系统系统的主要思路实例的获取与表达样件与实例的管理样件与实例管理器

系统的推理策略

基于特征的派生式工艺决策方法(CaseBasedProcessPlanning，CBPP)是CAPP系统开发中的重要内容，基本思想是利用已解决问题的结果求解新问题，是基于实例的推理(CaseBasedReasoning，CBR)方法在CAPP中的应用和发展。主要特点：便于知识的获取；比较符合生产实际；效率高；具有自学习功能第五十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于特征的派生式系统主要思路分类索引树是动态的，用户可方便地创建实例分类索引树和对树进行维护和管理，在树的任何一层自定义零件类和修改零件类…

用工序—工步二叉树（或其它模型）描述零件的工艺规程或标准工艺规程，对零件信息和工艺信息进行准确完备的描述用基于特征的零件信息模型取代GT码用样件(或实例)分类索引树来取代零件分组用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的标准工艺规程中自动匹配和筛选当前零件的工艺规程在样件的基础上增加了实例的概念实例是系统中已有的工艺规程及其相应的零件信息的集合第五十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二实例的获取与表达实例和样件的概念尽管不尽相同，但它们都包括零件信息和与之相应的工艺信息，因此实例的表达方式与零件信息和工艺规程的表达方式相同实例存盘？实例归类当前零件所属的零件实例存在否？实例库创建新实例工艺决策返回NNYY

为便于对实例的搜索和管理，一般只将有一定代表性的实例存入实例库中，而且为实例的管理和抽取制定了一定的策略和算法实例的获取实例的表达实例来源：1）工艺专家确认的CAPP系统本身产生的工艺设计结果及其对应的零件信息2）人工编制、整理并输入系统的标准工艺规程及其对应的零件信息第五十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二样件与实例的管理分类树是一种动态数据结构，系统开发者不必事先对零件进行繁琐的分类和建立相应的样件库与实例库，而将该树的数据结构、建立方法和维护方法用软件的形式提供给用户，为用户提供建立分类索引树和实例库的工具或平台方便用户根据自己的实际需要建立形式和内容各异的分类索引树，从而建立起自己的样件库与实例库，以此为基础进行基于特征的派生式工艺设计零件类节点实例属性表父实例类前一个实例下一个实例例nextpriorfatherinfo实例节点

系统开发者和用户分别完成两个相对独立部分，大大增加了系统的灵活性和通用性，能满足各种不同用户的需要

为便于对样件与实例的管理、抽取或搜索，构造零件分类索引树对样件与实例进行管理和维护样件1实例1样件n实例n子类父类兄类casesamplenextpriorsonfatherinfo零件类属性表弟类第五十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二样件与实例管理器

样件与实例管理器用来完成样件与实例的管理和维护工艺数据库与知识库CAPP样件/实例管理器样件/实例库输入样件/实例入库输出样件/实例抽取

用户可在管理器界面引导下方便地创建零件分类索引树，在已创建的分类索引树的任何一层自定义零件类或子类，也可以对已定义过的类进行删除、更名与查看属性等操作，还可以对样件或实例内容进行编辑修改

CAPP系统在运行中，用户可随时在分类索引树界面的引导下，准确快捷地抽取所需实例，或将有关样件或实例按类存入实例库中用户也可选择由系统自动抽取样件或实例，或将有关样件与实例自动存入实例库中第五十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于特征的派生式CAPP系统的推理策略

在样件与实例管理界面的引导下，从分类树树根开始，用人机交互的方式逐层搜索，寻找当前零件所属的零件类找到当前零件所属的零件类后，系统自动计算当前零件与该零件所属类中的样件或所有实例的相似性系数ks，并将ks最大的样件或实例按先后次序列表显示，供用户选用。

用户随时可查看所列样件或实例的有关属性，进一步确定该样件或实例是否可用，选择满意的样件或实例进行基于特征的派生式工艺设计以当前零件信息和实例分类索引树为依据。两种实例抽取方法：人机交互抽取法

自动抽取法

系统以当前零件信息作为依据，从分类索引树树根开始，进行广度优先搜索，确定当前零件所属的零件类计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似系数ks后，系统自动取ks值最大的样件或实例为依据进行工艺设计若推理结果不满意，用户可以取其他样件或实例进行工艺设计

1.样件或实例的抽取第五十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二2.样件或实例推理与修正

推理

样件(实例)推理：将零件的几何形状特征信息和样件或实例的几何形状特征信息进行比较和匹配，决定样件工艺规程中哪些工序或工步被保留，哪些被删除实例搜索成功？读入实例信息转创成式工艺设计或工艺规程检索与编辑子系统或实例数据与知识管理子系统NY主特征与特征匹配？辅特征匹配？删除此主特征的所有工序或工步删除此辅特征的所有工序或工步辅特征完成？主特征完成？转下一辅特征转下一主特征在加工方法规则库中搜索或人机交互补充没匹配上的形状特征的加工方法（加工链）沿着已生成的工艺规则插入没匹配上的形状特征的加工方法接工艺规程主干修正模块(必要时)NNNNYYYY第五十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二修正材料相同的零件，其热处理工艺和要求可能不同原始状态（毛坯）不同，下料工序也不同为简化过程只考虑零件的形状特征，推理时未考虑精度要求，可能出现当前零件某些形状特征精度较低但却有精加工工序情况样件或实例工艺中的定位装夹方法与实际被设计零件的定位装夹方法可能不同，要重新确定零件的定位装夹方式当前零件的尺寸与精度以及形位公差、甚至材料及热处理方式等可能与实例不同，推理得到的有关工序尺寸、切削用量与刀具等可能与实际不符…修正方法：

a.传统决策方法，修改方法固化在程序中

b.专家系统方法，利用产生式规则进行修正原因：第五十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二相似系数ks的计算

ks是用于衡量当前零件与有关样件或实例相似程度的一个参数kp—主特征匹配率；ka—辅特征匹配率；kh—总体信息匹配率；kt—精度匹配率；ap，aa，ah，at—分别为相应的加权系数，一般取

ap=1，aa=0.5，ah=0.25，at=0.25

若ks=1

表示该实例与当前零件完全匹配；若0.7<ks<1

认为基本匹配；若ks<0.7

表示该实例与当前零件的匹配情况不理想，建议采用基于规则的创成法或其它方法进行工艺设计第六十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二3.创成式CAPP系统概述创成式CAPP系统开发过程一般创成式CAPP系统的工艺决策基于专家系统的工艺决策方法CAPP系统中的工序设计

创成式CAPP系统是一种自动进行工艺设计的方法，一般不需要人的干预自动制订出工艺规程创成式系统克服了派生式CAPP系统存在的不足

根据具体零件，系统自动产生出当前零件所需的各个工序和加工顺序；自动提取制造知识；自动完成选择机床、刀具和最优化加工过程；通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程第六十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二创成式CAPP系统概述创成式CAPP系统是根据零件信息，运用计算机的工艺决策进行搜索及逻辑推理，自动地为新零件制订工艺规程，且用户对工艺规程无需作大的改动的系统

现有创成式CAPP系统都是针对某一产品或某一工厂专门设计到目前为止还没有一种创成式CAPP系统宣称能适用于所有类型的零件，也没有一种系统能全部自动化创成式CAPP系统主要用来确定工艺路线、进行工序设计

工艺路线包括：工序与工步的确定，以及各工序的定位与装夹表面…

工序设计包括：工序尺寸的计算、设备与工装的选择、确定切削用量、计算工时定额以及生成工序图…前者是后者的基础，后者是对前者的补充第六十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二创成式CAPP系统的开发过程

1．准备阶段基础性工作阶段，需要大量的调查研究和仔细的分析归纳。具体工作大体包括下述内容：

(1)

明确开发系统的设计对象

(2)

对本类零件进行工艺分析确认该类零件由哪些基本表面或形状特征构成?每种基本表面的加工方法是什么?(3)搜集和整理各种加工方法的加工能力范围和经济加工精度…(4)收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则创成式CAPP系统的设计，一般包括准备阶段和软件编程阶段2．软件设计阶段

将准备阶段所收集整理到的数据和决策逻辑用计算机语言实现第六十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二一般创成式CAPP系统的工艺决策工艺决策通常包括：选择性决策逻辑

如毛坯类型及其尺寸的选择，加工方法的选择，机床及刀具、夹具、量具的选择，切削用量的选择…

规划型决策逻辑

如工艺路线安排、工序加工步骤确定…

加工方法决策

如加工能力、加工限度、预加工要求……

工艺设计是一项复杂的、多层次、多任务的决策过程，且工艺决策涉及面较广，影响工艺决策的因素较多，在实际应用中的不确定性也较大决策表达通常用决策树或决策表来实现第六十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二决策树

决策树是系统工程中决策支持系统常用的方法，也是传统的系统分析和设计的有效实用方法决策树由各种节点和分支构成树是一种连通而无回路的图，不仅可作为数据结构描述树状关系信息，也可以用来表达决策逻辑

决策树表达决策逻辑简单、直观，容易建立和维护，扩充和修改，且便于用逻辑流程图和程序代码实现

适合工艺过程设计

作为数据结构可用存储决策知识信息孔精度低尺寸和形状精度高位置精度高位置精度低钻---镗钻---铰钻第六十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二决策树的软件实现孔精度低尺寸和形状精度高位置精度高位置精度低钻---镗钻---铰钻C1C2A1C3C4A2A3开始C1A1C2YNC3YA2YC4A3YN结束NN第六十六页，共八十五页，编辑于2023年，星期二决策表条件项目条件状态决策项目决策动作工件的长径比<4TFF4≤工件的长径比<16TF卡盘√卡盘+尾顶尖√顶尖+跟刀架+尾顶尖√

将一组用语言表达的决策逻辑关系用一个表格表达，方便计算机语言表达该决策逻辑，是计算机软件设计的基本工具长径比<4长径比≥4长径比<10长径比≥10卡盘+尾顶尖顶尖+跟刀架+尾顶尖卡盘决策表由表头和表元素两部分组成表头又分成条件和动作两部分，其中条件放在表上部，而动作放在表下部车削装夹方法选择的决策决策表清晰、紧凑、易读、易懂、易改，方便作逻辑一致性和完备性检查第六十七页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于专家系统的工艺决策方法以应用AI技术为基础的创成式CAPP系统即CAPP专家系统是制造业关注的课题

CAPP专家系统特征是：

知识库：由零件设计信息和表达工艺决策的规则集组成

推理机：根据当前的事实，通过激活知识库的规则集得到工艺设计结果CAPP专家系统特点专家系统的开发CAPP专家系统的工作过程基于知识与黑板推理的工艺规程生成方法

将AI（ArtificialIntelligence，人工智能）技术应用在CAPP系统中所形成的专家系统，也称智能化CAPP系统第六十八页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP专家系统特点专家系统具有处理不确定性和多意性知识的特长工艺过程设计中，主要的工作不是计算，工艺决策方法主要依靠工艺人员长期的生产实际中积累起来的经验性知识专家系统具有对话能力用户可向机器“寻问”推理过程用户界面推理机解释机知识获取知识库和数据库领域专家一般用户AI专家专家系统具有较大灵活性

专家系统求解问题不是按预先确定的步骤进行，而是根据环境条件及达到的目标，在控制策略（推理机）指导下，通过搜索来寻找问题的解答

CAPP专家系统可以具有学习功能

一般创成式CAPP系统以“逻辑算法+决策表”为特征

CAPP专家系统是以“推理+知识”为特征第六十九页，共八十五页，编辑于2023年，星期二专家系统的开发认识问题特征找出概念建立关系设计知识组织结构建立知识库及推理机制检测知识及系统功能提出要求形成概念确定知识表示和推理方法原型系统再改进再设计再分析再认识认识阶段概念化阶段形式化阶段实现阶段测试阶段第七十页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP专家系统的开发工具目前的专家系统开发工具从功能方面分：骨架型工具：被实践证明了的有实用价值的专家系统中，抽出了实际领域的知识背景并保留系统中推理机的结构而形成的一类工具

知识描述的方式以及推理机制和扩展策略均保持不变，使得这类工具的实时应变能力差。因针对性太强、适应性差，推广应用受到较大局限通用型工具：根据专家系统的不同应用领域和人工智能活动的特征研制出来的，适于开发多种类型专家系统的开发工具，实际上可以认为是语言环境

领域专家不易掌握其程序设计技巧，也不易使用。使用这类开发工具研制实用化、商品化的专家系统时，特别是针对某个具体应用领域时，需要知识工程师和领域专家密切配合，且要做大量的二次开发工作辅助型工具：介于前两类工具之间的工具。根据专家系统基本结构中的开发机、推理机和人机界面三部分的逻辑功能而设计的工具系统不借助专用生成工具，要想建立一个实用的工艺设计专家系统需要花费大量的人力、物力及需较长的开发周期第七十一页，共八十五页，编辑于2023年，星期二工艺设计专家系统开发工具的组成

知识库开发和管理工具零件信息获取工具推理机解释机工艺规程（工艺卡、工序图、工步卡）生成工具设备及工具、夹具、量具管理工具数控加工指令生成器加工过程仿真工具第七十二页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP专家系统的工作过程毛坯的选择各表面最终加工方法的选择工艺路线的确定工序设计零件模型的修改机床和夹具选择加工余量选择切削用量的选择第七十三页，共八十五页，编辑于2023年，星期二基于知识与黑板推理的工艺规程生成方法控制黑板：负责记录工艺设计时各模块（对应于一个子任务）的推理次序领域黑板：存放零件信息数据及其加工方法链环境黑板：存放当前零件的工艺设计结果（工艺规程动态数据结构）

领域黑板

(零件信息及其加工链)控制黑板(推理机)环境黑板

(推理计算结果)加工方法选择确定定位夹具加工方法排序选择设备选择工装子任务n被激活的知识、数据库函数知识/数据调入工艺知识与数据库工艺规程库工艺规程主干生成是工艺规程设计得正确与否的关键，是基于知识的创成式工艺设计的核心和难点工艺规程主干生成通常划分为四个子任务：选择加工方法确定定位装夹表面加工方法排序工艺规程主干修正第七十四页，共八十五页，编辑于2023年，星期二CAPP系统中的工序设计为了简化工艺决策过程，按照分级规划与决策的策略，一般创成式CAPP系统在工艺决策时只生成零件的工艺规程主干工艺决策后，还必须进行详细的工序设计，即分步对工艺规程主干进行扩充。

对机械加工工艺而言，工序设计内容包括：

1）零件在进行机械加工时，对机床的选择2）对工艺装备的选择（包括夹具、刀具、量具、…）3）确定出毛坯及各工序（或工步）的加工余量4）各工序尺寸的计算，并确定出其所对应的公差5）生成机械加工中各工序对应的工序图6）确定出切削速度、进给量和吃刀深度7）确定零件在加工时的工时定额8）零件加工费用的估算9）工艺文件的编辑与输出10）对工艺过程进行优化11）对材料、工艺装备等进行统计第七十五页，共八十五页，编辑于2023年，星期二4.综合式CAPP系统

将派生式与创成式结合起来，采取派生与自动决策相结合的工作方式，也称半创成式CAPP

新零件进行工艺设计时，首先用计算机检索它所属零件族的标准工艺，再根据新零件具体情况，对标准工艺进行删