计算机辅助工艺规程设计作业

对于CAPP的认识与思考

课程名称：计算机辅助工艺设计

任课老师：赵武

学生姓名：

学号：201422621

学院：空天科学与工程学院

专业：机械设计及理论

对于CAPP的认识与思考

目录

［摘要］..............................................................1

第一章CAPP的国内外发展历程........................................1

第二章工艺设计特点.................................................3

2.1工艺设计工作范围广内容多....................................3

2.2工艺设计是个性化很强的工作..................................4

2.3工艺设计是诸多制造活动的交汇点..............................5

第三章当前我国CAPP面临的问题.....................................5

3.1CAPP研究与开发的目标具有很大的片面性......................6

3.2CAPP系统的应用范围过于狭窄................................6

3.3对CAPP的系统化、实用化以及工程化研究重视不够..............6

3.4重表现形式，对工艺数据本身重视不够..........................7

3.5工艺的规范化、标准化程度很低................................7

本章小结........................................................8

第四章CAPP的类型及其工作原理......................................8

4.1检索式CAPP系统............................................8

4.2派生式CAPP系统............................................9

4.3创成式CAPP系统...........................................12

4.4综合式CAPP系统...........................................13

本章小结.......................................................14

第五章CAPP中零件信息的描述与输入.................................14

5.1系统对零件信息描述与输入的基本要求.........................14

5.2零件信息描述与输入的几种方法...............................16

5.2.1编码系统描述法........................................16

1

522型面要素描述法.........................................16

5.2.3图论描述法.............................................17

本章小结：.....................................................18

第六章关于CAPP发展趋势的思考....................................18

6.1定量化CAPP——注重解决微观工艺问题.......................18

6.2基于3D模型的CAPP——与CAD/CAM一体化..................18

6.3车间级CAPP——注重与车间信息化紧密结合...................19

第七章总结........................................................19

参考文献：.........................................................21

2

［摘要］

计算机辅助工艺过程设计(ComputerAidedProcessPlanning:CAPP)是连

接CAD与CAM的桥梁，是许多先进制造系统的技术基础之一。CAPP作为企

业信息化建设的核心，对企业信息化建设的成败起关键的作用。CAPP中产生

的工艺资源数据以及对工艺数据的管理是企业生产活动的根本依据，没有

CAPP的支持，ERP等管理系统也就无法从技术、工艺部门，自动、高效、准

确、完整地获取制造过程所需要的资源数据信息。CAPP的重要性已被越来越

多的企业所认识，选择一个适宜于本企业的CAPP系统，不但能充分发挥计算

机辅助工艺设计的优越性，更能为企业级信息集成及ERP实施打下良好的基础

11］。

本文第一章介绍了CAPP的发展过程，第二章结合工艺设计的特点，提出

了工艺设计信息化的CAPP系统的关键技术，第三章，在上文的基础上，指出

了我国发展CAPP技术存在的一些困难，并结合企业的需要，说明了CAPP在

企业中普及率较低的几方面原因；第四章介绍了当前已有的几种类型的CAPP

的工作模式；第五章集中说明了把零件信息输入计算机的几种关键技术；第六

章总结了本人对于CAPP的一些看法和认识，并对CAPP的发展做了一些美好

的设想。

关键词：计算机辅助工艺设计；工艺设计的特点；CAPP的现状；

CAPP的工作模式；零件信息的输入；

第一章CAPP的国内外发展历程

CAPP是在20世纪60年代后期出现的一个新的技术领域。第一个CAPP

系统是挪威在1969年推出的AUTOPROS系统，它是根据成组技术原理，利

用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应的零件工艺规程,1973年正

式推出商品化AUTOPROS系统。美国是20世纪60年代末70年代初开始研

1

究CAPP的，并于1976年由CAM-I公司推出颇具有影响力的CAM-I'S

AutomatedProcessPlanning系统，成为CAPP发展史的里程碑。以上早期的

CAPP软件采用的都是所谓的“标准工艺法”，即派生式(Variant)CAPP系统,

图1为派生式系统工作原理图。70年代中期开始了创成式(Generative)系统的

研究和开发，而且很快被认为是最有前途的方法，图2为创成式系统工作原理图

⑵。

零件

Gt编

叫及

辅助

夹

件

之

写件

机

具

具

削

切

丁

刀

信息零

息

选

成

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择

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输入加

1--输.

选

入

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成

II校--

校

，

决

校块

校块

模块

模狭

块

块松

扶策逻M程序

图1派生式系统工作原理图2创成式系统工作原理

理想的创成式CAPP系统是通过决策逻辑效仿人的思维，在无需人工干预

的情况下自动生成工艺。1977年Wysk首次提出了一个创成式CAPP系统一

PPAS.可是经过多年的努力，这种理想的CAPP系统也未能达到真正意义上的

创成式。因此有人提出了半创成式系统，即综合派生法和创成法网，在多数情

况下使用派生法，在没有典型工艺的情况下使用创成法生成工艺。这种半创成

式系统目前被认为是最有前途的发展方向之一。

我国对CAPP的研究始于20世纪80年代初，1982年上海同济大学正式

推出了我国第一个CAPP系统一TOJICAP。在此之后，国内掀起了研究CAPP

的热潮。特别在“九五”期间随着机械设计“甩图板”工程和计算机辅助技术的应

用，企业对CAPP的需求更加迫切。近几年来，我国市场上出现了几种有代表

性的CAPP软件，包括武汉开发CAPP软件，上海思普SIPM/CAPP软件系统

和清华天河CAPP软件系统等，这在一定程度上满足了国内企业的需求。

CAPP研究的发展历程如图3所示网。

2

图3CAPP研究的发展历程

前人对国内CAPP技术情况、CAPP市场情况及企业CAPP应用情况进行

调研后发现，CAPP的研究者们和从业者们在从技术研究的角度继续进行

CAPP的“自动化”和“智能化”研究的同时，已逐步认识到CAPP工程研究的重要

性和必要性，已开始了CAPP实用化、商品化的研究和开发［5］。

国内商品化的CAPP软件大多指的是CAPP工具系统，这类系统强调工程

化应用，不强调工艺的自动化，而将系统定位在“辅助工具''上，它着重解决工艺

的快速输入和快速形成，强调工艺师在CAPP系统中的主导作用，降低工艺生

成的自动化程度，这似乎是一种退化，但实际上是一种进步⑹。这种系统便于在企

业实际推广使用，它不受零件类型和加工环境的限制，只需通过一定的定制过

程就可在企业投入使用。

第二章工艺设计特点

CAPP在理论、方法和技术方面虽有进展，但其系统开发和推广应用一直

非常困难,至今没有出现在全世界广为普及的CAPP商品化软件，与CAD系统相

比，差距较大。CAPP研究面临的困难，与工艺设计的特点是分不开的。

2.1工艺设计工作范围广内容多

工艺设计涉及的范围较广，内容很多，主要工作包括工艺评价、工艺规程设

计、工序图设计以及工艺管理等。从工艺类型来看，工艺设计又可以分成冷加

3

工、热处理及装配工艺等。不同类型的工艺，其工艺设计内容有较大的差异。

由于涉及范围广、内容多，往往需要完成较多的文件。在我国颁布的“中华人民

共和国机械制造行业标准”中，JB/T5054.1-6-2000产品图形及设计文件标准就

规定了产品设计有32种图样及文件，而在JB/T9165.1-4-1998工艺文件完整性

中规定有57种图样及文件。实际工作中产生的文件数量差别更大［7］。例如产品

设计出一种零件图纸，在工艺上就需要完成工艺路线、毛坯制造工艺（可能包括

铸、锻、焊、冲压、热处理中的1至2项）、加工工艺（可能包括工艺过程卡及

多道工序卡）、材料定额、工时定额等，每道工序又可能需要完成工装图纸及工

艺等。据国外统计，设计图纸及文件与工艺图纸及文件之比为1:5~1:10网。

工艺设计涉及多个学科领域，因此研究与开发CAPP需要具备机械、材料、管

理、信息及图形学等多方面的学科知识。

2.2工艺设计是个性化很强的工作

工艺设计的个性化体现在多方面。首先，工艺设计的对象不同，工艺方法

差异很大。仅以机械产品为例，可以将零件按照其结构分成回转体与非回转体

两大类。在不同类型的零件中，尽管回转体稍有共性（因此对这类零件的研究方

法的探讨较多），但是用于不同行业、不同产品中的回转体工艺方法差别却很

大。非回转体零件的工艺方法差别则更大⑼。其次,制造装备的不同也是导致工

艺设计个性化的主要原因之一。例如，同样是完成一个零件的加工工艺，采用

普通机床与数控机床，其工艺方法几乎完全不同。另外，不同企业的组织结构甚

至工作习惯也是引起工艺设计个性化的重要原因。不同企业的制造装备水平、

组织结构及工作流程差异很大，在当前中国制造业快速发展的时期表现尤为明

显［划。

工艺设计的个性化也是导致工艺设计标准化比较落后的主要原因之一，表

现在难以建立统一的工艺信息模型、工艺管理模式及工艺设计流程等各个方面

［划。这与产品设计标准化有较大的差距。而工艺设计标准化落后也是工艺设计

信息化的困难所在。因为工艺设计的个性化往往需要针对行业或者产品特点设

4

计专业化的CAPPo另外，工艺设计的个性化需要较长的CAPP开发周期，实

施工作量大。而工艺信息的非标准化也使得不同CAPP系统之间，CAPP系统

与其他系统之间的系统集成，以及系统的升级等都更加困难。

2.3工艺设计是诸多制造活动的交汇点

工艺设计被称为连接产品设计与制造的桥梁。工艺设计与许多制造活动密

不可分，是诸多制造信息的交汇点。与工艺设计相关的主要制造活动，以及工

艺设计与其相互交换的信息如图4所示工艺设计成为诸多制造活动的交汇

点意味着工艺设计面临两方面的困难：一方面是工艺设计所依据的条件更加具

有复杂性、不确定性和动态性等特点；另一方面是工艺设计的输出内容更多、

形式更加复杂。这些困难在CAPP系统中表现为信息源更多、输出表格更多、

系统集成更加困难等。

图4工艺设计是诸多制造活动的交汇点

第三章当前我国CAPP面临的问题

迄今为让,我国在CAPP技术的研究与系统的开发上已投入大量的资金与力

量，已开发出为数众多的CAPP系统。在所开发的CAPP系统中，有些系统已

得到实际应用，少数己商品化。但总地来看，CAPP的研究和开发方向存在一

定的偏差，从应用角度看，已取得的实际效益和投入的力量很不相称，研究和

实际需求相去甚远。主要表现在：开发多，应用少；开发投入多，应用维护几

5

乎无投入；原型系统多，得到实际生产应用的系统较少。究其原因可概括为以

下几个方面〔12］。

3.1CAPP研究与开发的目标具有很大的片面性

长期以来，CAPP的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是

辅助系统，即过分强调了工艺决策的自动化。在此目标的指导下开发出的“自动

化"CAPP系统，虽然融入了人类专家的知识和经验，但在运行时通常需要用户

首先费时费力地按规定描述方法交互输入零件信息（尽管有不少系统从技术上实

现了CAD/CAPP集成,但远未达到工程化）和加工环境配置信息，然后由系统进

行自动决策。这就导致了下列的问题：系统开发周期长，开发费用高，开发难

度大，使用人员很难参与，适用性差，难以推广应用；CAPP的研究与开发只

能以零件为主体对象，常常针对特定制造对象、特定制造环境（特定企业、特定

车间甚至特定设备）进行；开发出的系统功能和应用范围有限，缺乏适应生产环

境变化的灵活性和适用性。

3.2CAPP系统的应用范围过于狭窄

由于CAPP系统涉及问题的复杂性和对应用环境的依赖性，更由于对自动

化决策的目标要求过高，CAPP的研究与开发基本以零件为主体对象，且主要

集中在机械加工领域，每一种系统只适用于少数几种零件，如回转体零件、箱

体零件等。

3.3对CAPP的系统化、实用化以及工程化研究重视不够

尽管各种新概念、新方法、新技术在CAPP中不断获得应用，但主要是针

对各种决策功能，而人们缺乏对CAPP软件的系统化、实用化、工程化的研

究，缺乏各种技术之间以及技术与管理、技术与人之间的融合，使得这些新技

术、新概念、新方法所起作用甚小，也使得CAPP的整体发展缺乏坚实的实践

基础和动力。

6

3.4重表现形式，对工艺数据本身重视不够

部分CAPP系统片面追求工艺设计的“放钢笔,甩手册”,着力解决工艺设计本

身的问题，却忽略了工艺信息管理，使得工艺卡成为死卡，工艺信息得不到充

分的利用，使企业的信息化建设受到限制，对此应该引起人们的深思。CAPP

系统应该围绕工艺数据来解决企业的工艺设计问题，CAPP系统中产生的大量

工艺数据必须提供给设备部门、劳资部门、生产部门、财务部门等，由这些部门

依据工艺数据来安排和组织生产，因此在CAPP系统中工艺数据是至关重要

的，而作为数据表现形式的工艺卡片只是工艺数据的可视化形式而己。CAPP

只有组织和管理好工艺数据，为企业信息化建设准备好集成的数据，才能有效

实施集成化技术，否则会造成无法集成，以致形成信息孤岛。

3.5工艺的规范化、标准化程度很低

目前，企业的工艺规范化、标准化程度很低。与相应的国标或部标有较大

差异，有的企业甚至连厂标都没有，各工艺师按自己的习惯和俗语进行描述和

表达，如方言或习俗语言等,有的将'轴套”说成“戒指”、“冲孔”说成“扫洞”、“钱

槽”说成“刮槽”等等。这样的工艺怎样管理？企业与企业之间怎样交流？这是可

想而知的。我国进入WTO以后，作为制造业大国的中国要在国际市场上站稳

脚跟，工艺没有规范化、标准化，产品质量怎能保证？工艺数据不规范,导致工

艺信息无法管理和交流（包括企业内部系统与系统之间的信息交换和企业间的技

术交流），正是因为这样，国内CAPP系统的研究和开发出现无所适从的尴尬局

面。所以，业界必须和有关部门密切配合，加强和重视工艺规范化和标准化建

设；CAPP研究机构和系统开发商必须把工艺的规范化和标准化融入系统开发

中，使CAPP技术在推广应用过程中成为工艺规范化和标准化的载体和促使手

段。只有这样才能使CAPP技术进入一个正常的轨道。

7

本章小结

虽然CAPP经过了几十年的发展取得了一定的成果，但是还存在很多不容

忽视的问题：CAPP系统的实用化程度不高，虽然国内外在系统的开发与研究

上已经投入大量的人力和资金，可是真正投入生产实际的系统并不多，很多单

位还存在重复研究；现已研制成功的CAPP系统应用范围也比较狭窄，功能不

足，智能化水平不高，无法完成所有工艺设计功能；CAPP系统未能真正实现

同CAD、CAM、MIS、PDM等的集成，零件信息不能真正共享，无法全面提

取和获得制造所需要的信息；现有的成品CAPP软件通用程度较低，柔性差，

不能根据不同企业的特殊性调整信息需求；CAPP系统的透明度低，多数是基

于符号推理，其数据和推理过程过于抽象。

第四章CAPP的类型及其工作原理

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

同制造对象的需要。按照工艺决策方式的不同，CAPP系统主要分为下述类

型：

4.1检索式CAPP系统

检索式CAPP系统常应用于大批大量生产模式，工件的种类很少，零件变

化不大且相似程度很高。检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建立起

系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计算机。一般情况下，只需要对已

建立的工艺规程进行管理即可。如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件

的工艺规程调出并进行修改即可。这是最简单的CAPP系统。

检索式CAPP系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编

号，存储在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行

搜索，查找合适的标准工艺”I。

8

工作原理：检索式CAPP系统是将企业现行各类工艺文件，根据产品和零

件图号，存入计算机数据库中。进行工艺设计时，可以根据产品或零件图号，

在工艺文件库中检索相类似零件的工艺文件，由工艺人员采用人机交互方式进

行修改，最后由计算机按工艺文件要求进行打印输出。

工艺规程

数据库

图5检索式CAPP系统原理图

4.2派生式CAPP系统

这是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统［14］。首先对生产对象进行详

细分析，根据成组技术原理（几何形状和工艺上的相似性）将各种零件分类归

族，形成零件组；对于每一零件族，选择一个能包含该组中所有零件特征的零件

为标准样件，也可以构造一个并不存在但包含该组中所有零件特征的零件为标

准样件；对标准样件编制成熟的，经过考验的标准工艺规程；然后将该标准工

艺规程存放在数据库中；当要为新零件设计工艺规程时，首先输入该零件的成

组技术代码，也可以输入零件信息，由系统自动生成该零件的成组技术代码；

根据零件的成组技术代码，系统自动判断零件所属的零件组，并检索出该零件

族的标准工艺规程；然后根据零件的结构形状特点和尺寸及公差，利用系统提

供的修改编辑功能，对标准工艺规程进行修改编辑，最后得到所需的工艺规

程。派生式CAPP系统具有结构简单，系统容易建立，便于维护和使用，系统

性能可靠、成熟等优点，所以应用比较广泛。目前大多数实用型CAPP系统都

属于这种类型。

9

派生式CAPP是利用“零件有相似性，相似的零件有相似的工艺过程”原

理，通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件的

工艺过程。

工作原理：派生式CAPP系统是检索式CAPP系统的发展，是利用零件G

T（成组技术）代码（或企业现行零件图编码），将零件根据结构和工艺相似

性进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺，又称主样件工艺。在进行工

艺设计时，首先根据零件的GT代码或零件图号，确定该零件所属的零件组，

然后检索出该零件的典型工艺文件，最后根据该零件的GT代码和其它有关信

息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。

图7派生式CAPP系统的研制过程

1）零件编码

零件编码的目的是将零件图上的信息代码化，使计算机易于识别和处理。

常用的系统有Opitz、JLBM等系统、编码分为手工编码和计算机编码两种。手

工编码是由编码人员根据编码法则，对照零件图用手工方式编出各码位的代

码。这种方式的效率低，劳动强度大，一致性差，容易出错。计算机辅助编码

10

采用人机对话的方式，由计算机提问，操作人员回答，对编码系统的理解和判

断是由计算机软件自动完成的。这种系统明显优于人工编码。

2）零件分组

零件组的划分是建立在零件特征相似性的基础上，分组时首先要确定相似

性准则，即分组的依据。分组方法以编码分组法应用最广，编码分组法又分为

特征数据法和特征矩阵法。

3）设计零件组的复合零件

复合零件又称为主样件，它包括一组零件的全部形状要素，有一定的尺寸

范围，可以是实际存在的，也可以是假想的。以它作为样板零件，涉及适用于

全组的通用工艺规程。

4）设计典型工艺规程

标准工艺规程应能满足该零件组所有零件的加工，并能反映工厂实际工艺

水平。设计标准工艺规程时可采用复合工艺路线法。即在分析零件组中零件的

全部工艺路线后，选择其中一个工序最多，加工过程安排合理的零件工艺路线

作为基本路线，然后把其他零件特有的、尚未包括在基本路线内的工序，按合

理顺序加到基本路线中去，构成代表零件组的复合工艺路线。

5）建立工步代码文件

标准工艺规程是由各种加工工序组成的，一个工序又可分为多个操作工

步，所以工步是工艺规程中最基本的组成要素。如车外圆，钻孔、铳平面等。

标准工艺规程如何存储在计算机中，怎样随时调用，又怎样进行筛选、主要依

靠工步代码文件。工步代码随所采用的零件编码系统不同而异。

6）建立切削数据文件

切削数据包括：进给量、切削深度、切削速度。

7）设计各种功能子程序

由于CAPP系统中要应用各种计算方式，为此需预先将各种计算公式和求

解方法编成各种功能子程序，如切削参数的计算，加工余量、工序尺寸公差的

11

计算、切削时间和加工费用的计算，工艺尺寸链的求解，切削用量的优化和工

艺方案的优化等。

8)CAPP系统总程序设计

上述各项工作完成之后，用一个主程序把所有子程序连接起来，构成CAP

P系统。

4.3创成式CAPP系统

与派生式CAPP系统不同，创成式CAPP系统中不存在标准工艺规程，但

是有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个存贮工艺专家知识的知识库。当

输入零件的有关信息后，系统可以模仿工艺专家，应用各种工艺决策规则，在

没有人工干预的条件下，从无到有，自动生成该零件的工艺规程。创成式CAP

P系统理论目前尚且不完善，因此还未出现一个纯粹的创成式CAPP系统。创

成式CAPP系统的核心是工艺决策逻辑，这是人工智能、专家系统发挥作用的

大好领域。所以，应用专家系统原理的创成式CAPP系统将是今后研究的重点

[15]。

图8创成式CAPP的工作原理图

创成式CAPP系统和派生式系统不同，它是根据输入的零件信息，依靠系

统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。

工作原理：

12

创成式CAPP系统不以对标准工艺规程的检索和修改为基础，而是由系统

根据加工能力知识库和工艺数据库中加工工艺信息和各种工艺决策逻辑，自动

设计出零件的工艺规程。有关零件的信息可直接从CAD系统中获取。

这种方法在原理上比较理想，就是让系统模仿工艺人员的逻辑思维能力，

自动进行各种决策，选择零件的加工方法，安排工艺路线，选择机床、刀具、

夹具、设计切削参数和加工时间、加工成本，以及对工艺过程进行优化等。创

成式CAPP系统很容易设计出新零件的加工工艺，具有很大的柔性，容易实现

CAD/CAPP/CAM一体化。

要实现完全创成式CAPP系统，必须解决三个关键问题：一是零件的信息

要用计算机能识别的形式完全准确地描述；二是收集大量的工艺决策逻辑和工

艺规程设计逻辑，并以计算机能识别的方式存储；三是工艺规程的设计逻辑和

零件信息的描述必须收集在统一的加工数据库中。这是因为，零件图纸上的各

种信息要完全准确地描述还存在困难；如何建立完善的工艺决策模型。使计算

机能识别和处理还有待进一步解决；工艺过程的优化理论还不完善。

4.4综合式CAPP系统

从工艺过程设计的多样化、工艺决策方法和知识的多样化，以及生产环境

约束条件的多样化出发，大多数专家认为智能化、集成化的CAPP系统应是多

种决策方式、多种程序结构和多层次的综合性集成体，是在模拟专家组的工作

方式。从生产实际出发，产品零件及其品种和批量的不同，所使用的CAPP系

统的工作模式也应该不同。为此，有些学者提出了一种集纯检索式、派生式和

创成式为一体的综合式CAPP系统。这种综合式CAPP系统的工作原理流程如

图9所示四。

13

图9综合式CAPP系统工作原理流程图

本章小结

从以上四种CAPP系统中工艺文件产生的方式我们可以看出，派生式系统

必须有样板文件，因此它的适用范围局限性很大，它只能针对某些具有相似性

的零件产生工艺文件。在一个企业中这种零件只是一部分，那么其它零件的工

艺文件派生式系统就无法解决。创成式系统虽然基于专家系统，自动生成工艺

文件，但需输入全面的零件信息，包括工艺加工的信息。信息需求量极大，极

全面，系统要确定零件的加工路线、定位基准、装夹方式等，从工艺设计的特

殊性及其个性化分析，这些知识的表达和推理无法很好的实现；正是由于知识

表达的“瓶颈”与理论推理的“匹配冲突”至今无法很好地解决，自优化和自完善功

能差，CAPP的专家系统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶段。

第五章CAPP中零件信息的描述与输入

5.1系统对零件信息描述与输入的基本要求

零件特征信息的描述和输入是CAPP的基础和依据，是系统首先要解决的问

题。如何适应一定的生产条件和计算机系统及其外部设备的情况，准确有效地

以适于计算机处理的方式描述零件的特征息，对于CAPP系统的质量和效率具

14

有决定性的影响。零件的特征信息主要包括两个方面，即零件的几何信息和工

艺信息。零件的几何信息也就是零件的图形信息，即零件的形状、尺寸等；而

其工艺信息则包含有零件各表面的精度、粗糙度、波纹度、零件所需的热处

理、表面处理，零件所用的材料以及毛坯的类型、形状等。CAPP系统对零件

特征信息的描述有两个基本要求：一是应准确、充分、简明地描述零件的各组

成表面的形状、尺寸、精度、粗糙度等；二是应明确说明各组成表面的相互关

系与连接次序。有了这两个方面的内容，就便于确定各加工表面需采用的加工

方法以及它们的加工顺序。当然，作为一种描述方法还应当易于理解、易于掌握,

并且要与信息处理系统的工作方式和设备条件相适应。

工程界长期以来使用工程图描述零件的信息，一张工程图包含着表示一种设

计（例如一个零件）所需要的一切信息。因此，如何将图纸上的零件信息输入

计算机就成为重要的课题。目前，把工程图通过硬件设备直接转变为计算机的

信息输入尚难于普遍实用，国内外均采用各种软件技术来实现这方面的信息转

换。对于已发表的各种CAPP系统，按其工作原理可分为两大类。第一类称为

检索式，这类CAPP系统是以数据检索方式查找事先以零件族为基础存入的相

似零件的标准工艺过程，通过人工编辑后形成新的工艺过程。第二类称为创成

式，这类CAPP系统则不依靠任何标准工艺过程，而是由建立在系统内部的逻

辑与算法进行一系列决策，生成新的工艺过程。不同类型的CAPP系统，由于

其生成新的工艺过程的决策方式不同，所以对零件信息描述及输入的要求也有

所不同。为了满足各自系统的要求，开发研制了许多信息的描述方法，例如，

用编码系统描述、用专用语言描述、用型面要素描述、用图论描述等等。随着

CAD/CAM集成化的研究与发展，已出现了直接将CAD所得到的零件信息转换

为CAPP的输入。下面我们对其中的几种方法详细介绍。

15

5.2零件信息描述与输入的几种方法

521编码系统描述法

零件信息的编码描述是以建立零件分类编码系统和对零件进行编码为基础

的。零件分类编码系统是用顺序排列的字符对零件的信息进行标识描述的特定

规则系统，由于受到码位的限制，用一组数不可能表示零件的大量细节，所以

用零件的编码来描述零件只能是粗略描述零件的形状、尺寸、精度等信息。这

种方法适用于检索式的CAPP系统，依据系统对零件族标准工艺过程进行编辑

的方式，可以向系统仅输入零件的编码或者还需输入一些补充信息。应用这种

方法简单易行，但它对零件的描述过粗,对零件的具体形状、尺寸、精度等无法描

述，使CAPP系统得不到足够的信息来合理地进行工艺决策。

522型面要素描述法

任何一个零件都可以视为由若干种基本型面按一定的位置关系组合而成。

这些基本型面一般都是些最简单的表面，如平面、圆柱面、圆锥面等。通常机

械加工只与零件表面形状有直接关系，就是说每一种型面都对应着一组加工方

法，而每一种型面又都可以用一组特征参数予以表示。所以，把零件分解为若

干基本型面要素的方法，可以详细地描述零件的形状、尺寸等信息。型面要素

法描述零件时，依据各基本型面要素在零件中的地位，将基本型面要素分为主

要素和辅助要素。主要素是指能反映零件主要表面形状的几何要素，它又可分

为外表面主要素和内表面主要素。辅助要素则是叠加在主要素上的一些附加几

何要素。主要素和辅助要素包含内容的确定与CAPP系统所适用的零件类别有

关。考虑到计算机确定安装和粗加工顺序的需要，主要素的描述必须按它们在

零件上出现的位置依次进行，例如自左向右，先外后内。辅助要素一般不需要确

切描述其在零件上的位置，甚致相同的几个要素可以在一起加以描述。为方便

信息的描述与输入，需对每一种基本型面规定相应的代码及相应的特征参数。

一般说这种型面代码应按加工过程中型面的形成规律来编制，层次要分明，要

便于识别和使用。信息的输入方式多采用菜单式的系统提问方式，某些系统则

16

采用了填表式的输入方式，这种方式通过移动光标，把数据填在相对应的位置

上,同提问方式相比，减少了计算机屏幕翻动的次数，所有的信息可以一次出

现在计算机屏幕上，这样对于所描述的几何形状和参数能有一个完整的概念。

应用这种方法虽然比较繁琐、费时，但它毕竟可以比较完整、准确地输入

零件的设计信息。目前世界上已有不少CAPP系统采用这种方法来描述零件的

特征信息，尤其是适于描述不太复杂的回转件的特征。

5.2.3图论描述法

图论所研究的对象是自然界和人类社会中包含二元关系的系统。其方法是

将一个系统抽象为点和边构成的图；点表示事物，边表示事物之间的联系，然

后根据图的性质进行分折。所以，也可以说图论是研究由边连接的点集的理

论。CAPP系统需要的是零件的图纸信息。通过用结点表示组成零件的表面形

状要素，用边表示两个相邻表面的连接情况，于是零件的结构形状就可以用一

个多边形的“图”加以描述。因此我们可以利用图论的基本原理来描述零件的结

构形状。描述时以结点表示的零件的表面形状要素需再冠以固定代码示之。在

以结点和边组成的“图''中，应在表示两个相邻表面连接情况的边上赋值，以表

示两个相邻表面间的夹角。可以假定：外圆上的两相邻表面的夹角，均以顺时

针转向求得，置为内孔上的两相邻表而的夹角，按逆时针转向求得，置为

;对于在某一表面上附加的形状要素，如槽、辅助孔等，以X。表示它们的

夹角。当两表面完全无关时，则无边。这样，一个零件的结构的形状便用“图”

描述完毕。零件的形状要素、尺寸、精度等用一个矩阵来表示，并以矩阵的形

式输入计算机中储存，零件表面形状要素间的连接关系则以一个关联矩阵来表

不。

应用这种方法，适于描述结构形状比较简单，比较有规则的回转类零件。否

则，会使描述的矩阵庞大，信息输入繁琐。

17

本章小结:

本章主要针对CAPP系统的零件信息描述与输入问题进行了讨论，指出了

系统对信息描述与输入的基本要求，并对现有的几种信息描述与输入方法作了

介绍，最后并对CAPP系统信息描述与输入问题的发展方向作了简要说明。

第六章关于CAPP发展趋势的思考

6.1定量化CAPP一一注重解决微观工艺问题

CAPP研究可以分为三个层次[17]:a.宏观层——包括工艺设计信息管理、

工艺设计流程以及系统集成等；b.中观层——包括工艺方案评价、工艺路线的

决策、工艺规程设计等；c.微观层——包括公差确定、工序图生成以及切削用

量确定等。宏观层关注的对象往往是整个企业或者系统，注重系统模型的建

立；中观层关注的是产品或者零部件，注重工艺路线与工艺方法的确定；微观

层关注的则是以工序为单位的具体的工艺问题，注重工艺参数的确定。前两者

研究的问题往往是定性的，而后者需要定量化。早期的CAPP研究的多是中观

的问题，当前研究的重点则是宏观和中观问题。对于微观的工艺设计问题却始

终没有解决，而越是这些微观的问题，越是工艺设计的本质问题，就越需要综合

利用制造技术、信息技术和智能技术进行定量化解决。

6.2基于3D模型的CAPP——与CAD/CAM一体化

在当前的制造信息系统中,CAD/CAM通常是建立在统一的信息平台的基

础上（例如三维设计软件）。由于CAPP缺乏通用性，因而是专门的、单独运行

的系统；信息集成往往是通过中间文件进行的。随着产品更新换代的加快，产

品设计与工艺设计的并行化要求越来越高，这种方式已经越来越不适应现代产

品开发的要求。尤其是当前的CAPP注重文本数据的处理而不是图形数据的处

理，对于解决微观的工艺设计问题（例如公差及工序图生成等）构成了巨大的障

碍。因此，研究与开发基于三维CAD的CAPP系统，使CAD、CAPP及CA

18

M共享统一的三维产品模型，并充分利用CAD/CAM的设计与分析功能，将是

CAPP发展的一个重要方向。

6.3车间级CAPP一一注重与车间信息化紧密结合

在当前车间信息化不够充分的情况下，由工艺设计确定制造设备的类型、

工艺路线和工艺方法；车间调度则确定具体的制造设备，并根据车间实际情况

对工艺路线和工艺方法进行微调（实际上完成了部分工艺设计工作）。随着车间

信息化工作的深入，CAPP有可能依据实时的车间制造资源信息（资源类型及使

用状况等）、制造过程信息（生产计划及在制状态）等，生成更加符合实际制造状

态的工艺文件；车间调度也可以利用CAPP提供的辅助工具进行工艺调整。这

些功能就是车间级CAPP要实现的目标。为此，必须加强车间信息化的研究与

系统的开发。车间信息化一个主要的研究方向是制造执行系统（manufacturinge

xecutionsystem,MES）,它是面向车间的生产过程管理与实时信息系统，填补了

计