《企业实施ｃａｐｐ应用工程方法的研究与实践》由会员分享，可在线阅读，更多相关《企业实施ｃａｐｐ应用工程方法的研究与实践（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、企业实施C A P P 应用工程方法的研究与实践 吴君华 夏巨堪 谭毅华 胡国安 ( 华中理工大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室 4 3 0 0 7 4 ) 摘 要 本文结合 C A P P 系统的特点与 意事项、需解决的问题及关键技术 9 Mi1O C A P P A M 多 程方 途文 映 C A P P 应用工 程的实践， 讨论了企业实施 C A P P 系统的意 义、策略、 注 文中 还介绍了为东风汽车公司等企业开发的C A P P 系统应用实例. ) 呀 毛吃 飞 : 洲 , U ，“ , y ,2 激烈的市场竞争迫使企业的产品向多样化、系列化和小批量发展，产品从策划、设计到市
2、 场1 : 有的周期缩短。传统的产品设计、制造模式和信息处理手段已不能适应现代化企业的发展 需求。企业止面临严重挑战! 计算机与网络等信息技术的迅猛发展给企业带来了机遇。为此， 人们提出了许多全新的现代制造理念、 方法和系统， 如C I M( 计算机集成制造) 、 C E( 并行工程) 、 D F x( 面同 制造、面成本设计等的总称) 、 A M( 敏捷制造)等等。 在上述这些制造方法和系统中:C A P P 计算机辅助工艺设计)是计算机和多种技术相结合 在 艺设计上的综合应用，是一个将产品 数据转换成面向 制造的指令性数据的重要环Ify 。它不 仅是一 个承上 ( 产品设计) 启F( 制造
3、与管理) 、 连接C A D 与C A M 的桥梁， 而且是M R P 工 工 和C M I S 中信息流和物料流的重要交会点。 C A 即 系统生成的多种工艺技术文档是指导制造和物料供应系 统优化调度、有序运行、生产符合要求产品的重要依据。 近年来， C A P P发展过程体现了自 身技术的逐步提高和成熟，也反映了 制造业对其强烈的需 求，同时暴露出了 诸如实用性、 集成性差的问 题， 为此， 人们正不断探索企业实施C A P P 系统的 方法和策略，木文结合几个C A P P 项目 开发与实践，谈几点看法和体会。 1 企业实施以即 的误区 目 前，人们已 研制了许多类型的C A P P 系
4、统，有些还在企业发挥了一定的作用，但大多数是 实用性较差的 研究性系统， 其中的一个主要原因是企业实施C A P P 存在以 下的 误区: 1 . 1 片面追求工艺设计的全面自 动化，C A P P 技术的先进性，忽略其实用性 企业在实施C A P P过程中， 往往对 C A P P 这样一个本来十分复杂的问 题要求过高，希望它能 自 动接受C A D 系统的设计结果，自 动规划工艺路线、绘制上序图等。当前C A P P 应用领域的事实 证明， 这是非常不切实际的 想法和要求， 但在C A P P 领域， 借助网 络数据库强大的 信息管理和维 护功能，利用先进的软件设 计工具与方法，强调 工艺
5、设计的规范化和标准化， 利用己 有的l艺 信息和知识进行新的工艺设计，从而达到甩掉钢笔和手册的目 的，是十分现实的目 标，而这往 往被人们所忽略， 。 1 . 2把L 艺设计看成是孤立且静1 卜 的事物 企业在建立 C A P P系统时， 通常把工艺设计看成是一种由单台计算机独自 完成的孤立的上 作，从零件信息输入、工艺路线生成和输出等均由一个人包揽，在一台计算机上完成。 这样一 来造成C A 即孤岛，二来也不符合许多工厂工艺设计的实际。事实上，下艺设计是一个动态的过 程， _ 艺设计任务是由分布在不同地点、不同设计小组的不同角色 ( 如总工艺师、工艺科长、 21 5 实现性方面来说，用特征建
6、摸方法来描述产品信息更为合适，因为特征建摸是从只休应用领域 的角度来描述产品，它能表达除儿何信息以外的其他信息，如精度、加工要求等 作者与东风汽车公司车架厂合作开发的 “ 车架零件冲压工艺计算机辅助设计及管理系统” ， 就采用了特征建摸的方法来描述冲裁件、弯曲件、简单拉深件的产品信息，取得了良好效果。 以弯曲件描述为例，梅个冲压弯曲 件都可分解为一个或多个形状特征，形状特征分为平面特征 和弯曲 特征两人类，它们之间相互联系构成一个完整的零件。根据特征在后续冲压件展开中的 作用，每个弯曲 件上都定义了一个基准特征。通过上特征之1司 的关系，可将冲压弯曲们分解为 多义特征树形式，该特征树的根就是基
7、准形状特征。根据特征树，系统能比较方便地完成 卜 游 的工 艺判断、弯曲展开、工步设计和中间T 序图生成等工作。以弯曲展开为例，根据弯曲 特征 树。从基准特征开始，遍历整个特征树。对每个弯曲 特征子树进行如图 1的展开计算，即可得 t 11i 相应的展开图 图1 展开操作过程 在与三环集团谷城车桥开发的 “ 汽车前轴辊锻工艺计算机辅助设 计与管理系统”中，考虑 到前轴锻件形状复杂，作者采用特征截面描述产品信息，由于辊锻工艺设计中的计算毛坯图、 型槽设计、辊锻摸设计等工作，都离不开锻件的截面信息，这样通过建立特征截面图谱库，用 一系列相关的特征截面来描述产品儿何信息，不仅解决了前轴形状不易描述的
8、问题，化三维为 二维输入，还为下游的工艺设计奠定了良 好的基础。 1 .3 艺设计的决策方式 C A P P 系统的一个核心问 题是工艺设 计的决策方式。 探索如何用计算机进行工艺决策， 是C A P P 的基本要求。工艺决策的方法很多，不过大致可分为: 检索法，人机交互法，成组技术法和创 成法几种。 作者认为，在开发面向 企业的C A P P 系统， 不应拘泥于某一种方法，要根据系统应用 特点， 选择合适的决策方式，关键要注重系统的实用性，有时可以几种方法混合使用，以 达到 相辅相成的效果。 在 “ 冲压工艺计算机辅助设计系统”中， 作者采用了基于规则的工步设计为主，人机交互 设 计为辅的工
9、艺决策方法。 冲压工序设计受许多因素的影响，但一般都分为两个过程:) 确定所 需的冲压工序:确定冲压顺序。作者在总结了冲裁及弯曲工艺设计知识后，归纳了系统采用的 设计规则，进而提出了相应的工步设计算法，实现了工艺方案决策的量化设计。表 1为系统采 用弯曲工艺设计规则组( 部分) 。 有些企业由于自身工艺设 计特点，很难提取明显的设计 规则，如果片面追求工艺设计 的自动化和智能化，只会带来 负面影响。基于这样的思路， 我们在开发东风汽车公司总装 配厂 “ 汽车总装下艺设计系统” 具体的实现算法限于篇幅，不作详细论述。 表 1 弯曲工艺设计翅则f p 前提 零件具有N 层弯曲 零件为多层弯曲 主弯
10、曲 线上弯曲 特征数为偶数 主弯曲线上弯曲 特征数为奇数 弯曲之间有位置公差要求 结论 弯曲 次数一 般为N 外层比内 层优先 平面特征为基准 弯曲特征为基准 应安排在同一工序 八划Jlq曰dJU门 八U八曰门八目n目 QQ山q心n乙，目 21 6 丁 艺设计员、工时定额员、工装设计员等)组成的团队共同协作完成的。 1 . 4有限集成或片面追求集成 有限集成是指:C A D , C A P P , C A M之间的集成仅仅是文件级的集成，而且没有考虑 C A P P系 统内部各个角色之问的集成 ( 协调) 。 片面追求集成是指:片面追求 C A D , C A P P , C A M乃至 M
11、工 5 之间的全面集成和全面自 动化，结果反而制约了系统的实用化。 1 . 5 片面追求工艺路线的自 动生成 认为C A P P 的重点只是生成丁艺路线， 于是提出了 很多 新颖的 工艺决策方法， 如神经元网络， 基于基因算法的工艺决策方法等。实际上，除了工艺路线生成以外，C A P P还包含其他许多同样 重要的问题:如工艺设计过程、工艺技术文档的管理等。另外，即使是工艺路线生成方法，也 还有更加成熟和实用的方法，如特征理论、 基于实例设计、成组技术等。人机交互法与编程相 结合的混合式工艺设计方法，实践证明 就是一种行之有效的方法。 2 企业建立C A P P 系统的设施策略 企业实施C A
12、P P 系统，与理想化 C A P P的 研究不同， 必须考虑企业自 身的 特点， 从满足企业 实际需要出发， 制定实施办法，以卜 是作者对C A P P 实施策略几点看法。 2 . 1 实用性 实用并产生经济效益是企业实施 C A P P系统的首要原则。为保证其成功实施，在进行 C A P P 系统具体设计时，应充分应用现有的成熟技术。 2 .2 适应性 C A P P 系统功能的设置和组织，必须适应企业工艺设计的 特点和业务活动规律。 2 3突出信息集成 信息集成是实施C A 即系统的 主要目 标之一， 即要在网 络和数据库的支持下， 实现工艺设 计、 L 艺技术文档和资源管理的信息共享，
13、保证设计数据的正确性、一致性和安全性。 2 .4 加强基础工作 实施C A P P 系统， 除了 所需的计算机软硬件系统外， 设计模式和组织机构应进行相应的调整， 强调工艺设计的标准化，操作的规范化、制度化等基础工作。 2 .5 重视人的决定性作用 企业在实施C A P P 系统时，应培养一 批人才，充分进行人力资源的优化，强调人在系统的具 体实施中的组织、管理和决策作用，充分发挥人的的主动性和创造性。 2 . 6 充分利用现有资源 具体实施C A P P 系统时应充分考虑现有资源的可利用价值， 压缩不必要的 投资。 3 企业C A P P 系统开发中的几个基本问 题和关键技术 企业成功实施C
14、 A P P ，除了要有正确的实施策略、 指导思想外， C A P P 系 统本身的开发研究中 有些基问题也需得到妥善解决。 3 . 飞 信息描述 信息描述是 C A P P系统首先要解决的问 题。 信息描述主要包括:1 ) 产品几何和工艺信息描 述;2 )机床、工模具与刀具等工艺装备信息的描述;3 )其他生产技术信息的描述。其中后两 种信息描述比较简单，可建立企业专用数据库，使用时只需作少量的修改补充。 产品信息描述方法比较多，如编码描述、语言描述、特征建摸等。不过，从信息完备性和 21 7 时，就没有拘泥于工艺创成的方式，而是采用了 检索和基于实例设 计的混合决策方法，充分利 川了己解决的
15、问题来求解新的问题，取得了良 好的效果。同样在中美合资南岳油嘴油泵公司实 施的C A P P 子系统 ， ，考虑到企业产品相似性强、系列化的特点，选用了基于企业网络数据，运 用成组技术 ( G T )进行1艺设计的方法 3 .2 设计优化 在C A P P 系统设 计时，通常要碰到优化的问 题，由于计算机具有速度快、精度高、 结果可靠 的特点，所以工艺设计优化是C A P P 系统较能体现价值和作用的地方。优化设计主要解决的问题 包括:优化模型建立和优化方法选择。优化模型的建立，一般都要求准确、符合实际，这样优 化的结果才有意义。对于 有成熟方 法可依的问题领域，优化算法的确立，相对较简单。对
16、于无 成熟方法的问题，一般采用搜索策略来优化求解， 常采用的搜索方法分为无信息搜索 ( 穷举法) 和启发式搜索两大类。 在 “ 冲压一艺计算机辅助设计系统”中，针对冲裁件优化排样的问题。作者采取的是穷举 法来搜索最佳的 排样方式，即比 较所有排样方式 ( 单排、双排等) 、 和角度 ( 0 到1 8 0 ) ，从中选 出 最优的解，这种方法的好处就是结果准确，不会漏掉最优解，不过计算比 较耗时， 为此系统 采用了 分段函数直 接计 算步距，从而大大提高了 计算速度。图 2为 使用该系统优化排样的一个 实例。 有些问题，由于解空间太大，使用穷举法是不可 取的。比 如， 作者开发的“ 汽车总 装工艺设 计系统”一 f 卜 汗 六向 ! 己 日 1 匕丰护艺 助) 1 一士 二么 中的装配线作业均衡优化编成问题 ( A s s e m b l e L i n e B a l a n c i n g )， 由于该问 题是网络组合优化问题， 解空 间规模大，作者选用了启发式搜索寻优方法，通过构 造合理的启发函 数，较快地找到了 满意解。 3 .3 数据集成 在现代
