1 緒論

    1.1 CAPP基本原理

    CAPP(Computer Aided Process Planning)是計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的簡稱，是一種通過計算機(jī)技術(shù)輔助工藝人員以系統(tǒng)化方法確定零件從毛坯到成品的生產(chǎn)制造過程的技術(shù)。它根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計所給出的信息進(jìn)行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設(shè)計。當(dāng)前，機(jī)械產(chǎn)品市場是多品種小批量生產(chǎn)起主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計方法已遠(yuǎn)不能適應(yīng)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的需要。應(yīng)用計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的必要性已被越來越多的企業(yè)所認(rèn)識，選取一個適宜本企業(yè)生產(chǎn)及管理環(huán)境的CAPP系統(tǒng)不但能充分發(fā)揮計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的優(yōu)越性，更能為企業(yè)數(shù)據(jù)信息的集成及管理打下良好的基礎(chǔ)。

    1.2 CAPP發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題

    目前，盡管各種CAPP系統(tǒng)都在不斷向前發(fā)展，但CAPP系統(tǒng)在使用和自身的開發(fā)中還存在著如下一些問題：

    (1)過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工藝決策的自動化，直接加大了研制開發(fā)CAPP系統(tǒng)的難度，導(dǎo)致系統(tǒng)的開發(fā)周期長，開發(fā)費用過高。

    (2)CAPP系統(tǒng)零件信息的描述與輸入問題。零件信息描述和輸入問題實際上是CAD與CAPP的集成問題，也是直接影響到CAD/CAPP/CAM三者的集成問題，直接關(guān)系到CAPP系統(tǒng)真正實用化和商品化。

    (3)CAPP系統(tǒng)的通用性問題。由于工藝設(shè)計對環(huán)境的依賴性很強(qiáng)，各企業(yè)、工廠甚至同一工廠的不同車間，因為生產(chǎn)產(chǎn)品的不同、零件批量的不同、加工環(huán)境和現(xiàn)有資源的不同以及工藝設(shè)計習(xí)慣的差異等因素，系統(tǒng)的設(shè)計很難保證工藝規(guī)程的一致性、穩(wěn)定性和可靠性，也很難實現(xiàn)系統(tǒng)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。

    (4)CAPP系統(tǒng)的柔性問題。CAPP系統(tǒng)應(yīng)能滿足不同生產(chǎn)環(huán)境下的生產(chǎn)要求，這需要采集大量的工藝數(shù)據(jù)信息、工藝實例和設(shè)備信息，同時建立起極為完整的工藝過程邏輯推理程序。

    (5)數(shù)據(jù)庫的建造問題。數(shù)據(jù)庫的建造是CAPP系統(tǒng)的核心技術(shù)部分，完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括加工方法、余量、切削用量、設(shè)備（機(jī)床、刀具、夾具、量具等）、材料、工藝知識、工藝規(guī)則、成本估算等多方面的信息，如何組織和管理這些信息以及處理信息之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系是非常復(fù)雜的問題，只能在CAPP系統(tǒng)的發(fā)展中不斷去完善和改進(jìn)。

    此外，CAPP系統(tǒng)還存在工序尺寸自動確定和工序圖自動生成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能優(yōu)化以及系統(tǒng)自學(xué)習(xí)等問題。

    1.3 CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

    由于CAPP存在以上一些問題，CAPP的發(fā)展正向集成化、工具化、實用化、智能化和分布式方向發(fā)展；并行工程、人工智能技術(shù)、分布式、面向?qū)ο蟮榷喾N新技術(shù)在CAPP中的研究中不斷得到應(yīng)用。CAPP軟件應(yīng)是一個完整的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由表達(dá)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層三層組成。圖1為分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖：

    圖1 分布式CAPP系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)

2 選取公司簡介和CAPP開發(fā)目標(biāo)

    2.1 論文選題公司簡介

    本文選取的公司（以下簡稱：“S公司”）是以商用車零部件及專用汽車的開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、制造為一體的企業(yè)。公司為各類商用車配套生產(chǎn)汽車零部件6000余種、總成200余種、專用車幾十余種，產(chǎn)品以重型專用車系列和零部件系列為主，年配套能力達(dá)8～10萬輛。

    2.2 S公司工藝設(shè)計中存在的問題

    目前的工藝設(shè)計是由工藝人員手工進(jìn)行設(shè)計的。工藝文件的內(nèi)容和質(zhì)量以及編制時間都主要取決于工藝人員的經(jīng)驗和熟練程度，由于手工設(shè)計存在對工藝人員技術(shù)上的依賴性，因此它存在以下一些問題：

    (1)由于工藝人員的經(jīng)驗有限、習(xí)慣不同、技術(shù)水平也存在差別，所以手工設(shè)計工藝規(guī)程存在一致性差，修改不方便，質(zhì)量不易穩(wěn)定，難以達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)和保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也不便于工藝規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化等缺點；

    (2)手工設(shè)計工藝規(guī)程效率低，存在大量的重復(fù)勞動；

    (3)手工設(shè)計工藝規(guī)程不便于計算機(jī)對工藝技術(shù)文件和參數(shù)的管理和維護(hù)：手工工藝設(shè)計方式不便于充分集中和利用工藝專家的經(jīng)驗和知識。

    2.3 CAPP系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)

    (1)開發(fā)資源管理子系統(tǒng)，完成S公司制造資源的數(shù)據(jù)動態(tài)錄入、修改和更新，數(shù)據(jù)參數(shù)動態(tài)檢索便于維護(hù)；

    (2)開發(fā)CAPP子系統(tǒng)，建立工藝知識庫，按照工藝設(shè)計流程完成產(chǎn)品、部（組）件、零件各級工藝設(shè)計任務(wù)，工藝庫的動態(tài)管理，工藝卡片的生成于存檔，工藝文件的輸出，工藝圖紙和數(shù)控程序的傳輸；

    (3)完成兩子系統(tǒng)的完整集成，讓資源管理子系統(tǒng)為CAPP系統(tǒng)有效的服務(wù)，為CAPP的工藝決策和設(shè)備選擇提供實時可靠的參數(shù)數(shù)據(jù)。

3 S-CAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    3.1 系統(tǒng)簡介

    S-CAPP系統(tǒng)是針對S公司生產(chǎn)的零部件，運用基于特征的零件信息描述技術(shù)和成組技術(shù)的工藝設(shè)計系統(tǒng)。

    系統(tǒng)以縮短產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)周期，提高工藝設(shè)計質(zhì)量，減輕工藝設(shè)計人員的事務(wù)性勞動為主要目標(biāo)，最大限度地滿足S公司生產(chǎn)與管理需要，通過自動決策和人機(jī)交互恰當(dāng)結(jié)合，自動地輸出所需要的工藝規(guī)程。

    系統(tǒng)采用Power Builder 6.5編程語言，在Windows環(huán)境下運行，數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)之間的接口使用ODBC(Open Database  Connectivity開放式數(shù)據(jù)庫互聯(lián))及ADO技術(shù)。系統(tǒng)采用的是多文檔編輯方式，人機(jī)界面友好、操作簡單方便。

    3.2 開發(fā)環(huán)境

    軟件結(jié)構(gòu)：客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server:C/S)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    開發(fā)環(huán)境：Windows 2k(Server》操作系統(tǒng)

    開發(fā)工具：PowerBuilder 9.0數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具

    數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：MicroSoft SQL Server 2000

    運行環(huán)境：服務(wù)器+客戶端，基本網(wǎng)絡(luò)配置，WindowsXP操作系統(tǒng)

    3.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上劃分各功能模塊。這些功能模塊由系統(tǒng)主控菜單總控制。其總體結(jié)構(gòu)參見圖2。系統(tǒng)主要模塊功能簡介如下：

    圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    1)輸入模塊：

    手工輸入零件名稱及圖號、材料、件數(shù)；

    從工藝路線管理系統(tǒng)讀取。

    2)零件信息輸入模塊：

    它包括零件總體信息輸入，零件特征信息輸入，零件信息模塊包括零件名稱、零件圖號、所在分組、所屬車型等。

    3)工藝設(shè)計模塊：

    工藝路線設(shè)計

    工藝設(shè)計

    材料定額計算及統(tǒng)計匯總

    工序工時統(tǒng)計

    工藝路線管理系統(tǒng)格式

    裝配工藝

    4)工藝資源庫：

    設(shè)備型號、刀夾量具等。

    5)特征庫的定義和建立：

    特征劃分是對零件信息的抽象，其目的是為了有效地組織零件信息，為計算機(jī)理解零件信息提供一定的模式和方法。在對S公司產(chǎn)品零件進(jìn)行深入分析、研究的基礎(chǔ)上，本文將其分為四大類，即總體特征、形狀特征、精度特征和尺寸特征。

    (1)總體特征

    它用于描述零件的總體信息。零件的總體信息包括管理信息、技術(shù)信息、材料信息等。管理信息包括產(chǎn)品名稱、零件名稱、零件編號、設(shè)計、日期等；技術(shù)信息包括尺寸、公差、表面粗糙度等；材料信息特征包括材料類型、材料牌號、毛坯種類等。

    (2)形狀特征

    它主要描述零件的幾何關(guān)系。根據(jù)需要將其劃分為：零件的主要形狀特征（簡稱主特征）、輔助形狀特征（簡稱輔特征）。

    (3)精度特征

    包括尺寸精度、形位精度和表面精度。

    (4)尺寸特征

    它不僅能夠反應(yīng)設(shè)計基準(zhǔn)，而且還為工藝基準(zhǔn)的確定打下了基礎(chǔ)。

    在以上四類特征中，形狀特征是最基本的，零件的大部分信息依附于形狀特征之上。因此零件形狀特征是構(gòu)造零件信息模型的主體。

    6)工藝文件卡片的生成

    表框、按鈕等，用戶通過鼠標(biāo)來完成系統(tǒng)編程人員預(yù)先定制好的功能操作。

    3.4 S-CAPP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

    工藝設(shè)計中的工藝數(shù)據(jù)是指在設(shè)計過程中直接或間接使用的數(shù)據(jù)和工藝設(shè)計最終所生成的數(shù)據(jù)信息。

    本系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)主要由兩部分組成即：設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和工藝信息數(shù)據(jù)。設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)包括機(jī)床、刀具、夾具和一些其他輔具信息；工藝數(shù)據(jù)則包括加工方法、加工形面、工序/工步、標(biāo)準(zhǔn)工藝描述、車間、加工裝備等技術(shù)信息。

    S-CAPP所涉及的數(shù)據(jù)信息主要包括：

    工藝資源庫數(shù)據(jù)（設(shè)備、刀具、夾具和量具等）；

    工藝文檔數(shù)據(jù)信息（零件信息、工藝卡片信息等）；

    其它相關(guān)信息（材料信息、工藝參數(shù)等）。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

    為了實現(xiàn)S-CAPP的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，本系統(tǒng)采用C/S模式基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)CAPP在集團(tuán)的局域網(wǎng)上運行。

    圖3 工藝設(shè)計任務(wù)分解圖

    工藝設(shè)計是一個復(fù)雜的求解過程，可以采用問題規(guī)約法來描述，通過與，或圖來描述一個復(fù)雜的設(shè)計問題。按照問題規(guī)約法，本系統(tǒng)對工藝設(shè)計任務(wù)進(jìn)行分解，其工藝設(shè)計任務(wù)分解如圖3所示。

    4.1 交互式工藝設(shè)計方案

    在交互式設(shè)計平臺下，用戶可以實時查詢設(shè)備、刀具、量具等參數(shù)，作為工藝設(shè)計中選擇設(shè)備和工具的重要參考依據(jù)。工藝人員可在平臺下完成工藝路線的制定、工藝工序設(shè)計、材料定額制定、加工參數(shù)計算、工時定額計算、工藝文檔的生成等設(shè)計任務(wù)，同時可以為工藝工序編輯工序簡圖，生成零件加工刀路軌跡和NC代碼并完成NC代碼的存儲與傳輸?shù)取?/p>

    4.2 基于典型工藝的派生式設(shè)計方案

    基于派生式的CAPP系統(tǒng)的設(shè)計思想，就是完善由典型工藝派生出的零件加工工藝規(guī)程。當(dāng)零件檢索失敗時，完成新零件的工藝規(guī)程的設(shè)計。

    本系統(tǒng)是面向?qū)ο�，針對S公司的重型汽車底盤類零部件的生產(chǎn)特點，因為產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)千差萬別，所以本系統(tǒng)的工藝設(shè)計，對于工藝參數(shù)及工藝尺寸的計算，是由計算機(jī)輔助和工藝設(shè)計人員一起來完成的。

    經(jīng)工藝綜合設(shè)計與修正的當(dāng)前零件工藝規(guī)程，還要受控于設(shè)備資源及企業(yè)生產(chǎn)過程約束，該工藝規(guī)程是靜態(tài)的、剛性的。圖4為S-CAPP系統(tǒng)中新零件工藝派生式生成過程。

    圖4 新零件派生生成過程

    4.3 工藝文件卡片的生成

    工藝文件及相關(guān)卡片實際上是一種報表文件格式。本系統(tǒng)使用的是Power Builder 9.0提供的功能強(qiáng)大且獨具特點的對象數(shù)據(jù)窗口來完成的格式定制。工藝規(guī)程卡生成流程如圖5。

    圖5 工藝規(guī)程卡片生成流程圖

5 結(jié)論

    當(dāng)前，CAPP技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化、自動化、系統(tǒng)化、系統(tǒng)化、分布式等研究階段。

    本文分析了CAPP技術(shù)原理、發(fā)展過程與現(xiàn)狀、當(dāng)前面臨的問題及其發(fā)展趨勢；在對具體企業(yè)使用現(xiàn)狀做詳細(xì)調(diào)研基礎(chǔ)上，從企業(yè)使用角度加強(qiáng)了對CAPP系統(tǒng)實用性、工具化發(fā)展方向的重視，形成以先進(jìn)性與實用性相結(jié)合的良好發(fā)展趨勢；介紹了原型系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)測試與實現(xiàn)過程等。

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本文標(biāo)題：CAPP系統(tǒng)在某生產(chǎn)加工企業(yè)的研究與應(yīng)用

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