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1、计算机辅助工艺设计(CAPP)技术的应用1. 引言计算机的快速发展及其在机械制造业中的广泛应用，使计算机辅助工艺设计成为可能。计算机辅助工艺设计(CAPP-Computer Aided ProcessP1anning)在现代制造业中，具有重要的理论意义和广泛的实际需求。世界上最早出现的 CAPP 始见于 1969年，并于 1969 年推出世界上第一个 CAPP 系统 AUTOPROS。1976 年推出的CAMIS Automated Process Planning 是 CAPP 发展史上具有里程碑意义的系统。工艺设计主要是分析和处理加工信息，进行计算、选择、绘制工艺图，在此基础上编制工艺文件
2、等。计算机能有效管理大量的数据，进行准确、快速的计算，进行多种形式的比较、筛选和选择，这些功能完全适应工艺设计的需要。CAPP 系统的使用不仅可以极大地提高各种工艺文件的设计效率和质量，而且能够保证工艺设计的规范化、一致性和资源共享。目前，国内 CAPP 的发展和应用远远滞后于 CAD和 CAM。很多企业已经认识到应用计算机辅助工艺设计的意义，一个适合本企业的CAPP 技术对缩短生产准备周期，提高工艺文件的质量有很大的帮助，同时 CAPP可以最大的共享工艺设计人员的经验、智慧。一个好的、适用的 CAPP 对提高标准显控台的生产效率、降低成本、保证产品质量有重要的意义。2. 传统工艺设计存在的问
3、题传统的工艺设计都是采用人工方式设计，目前，我国大部分企业的工艺设计仍采用人工方式，尤其是一些中小企业，CAPP 的使用是一片空白。人工设计工艺的方式存在以下一些缺点：1) 工作效率低，设计工作中不断做大量的重复劳动。手工编写工艺规程时，在书写工艺卡片上要花大量时间，工艺设计的质量完全取决于设计人员的实际工作经验和设计水平。当生产新产品时，以前设计的工艺过程不能使用，必须重新设计新产品的工艺过程，重新书写新的丁艺卡片。2) 即使是老产品，也必须重新手工书写工艺卡片。这使工艺设计人员大部分时间在做重复劳动，没有更多的时间和精力从事新技术新工艺的开发、研制，大量的重复劳动也使工艺设计人员的工作积极
4、性不高。3) 工艺文件不便管理，特别是无法进行计算机管理。4) 有经验的工艺设计专家长期积累的经验和技术，无法汇集起来，难以充分利用和共享。5) 在当代机械制造领域中，小批量多品种生产的企业越来越多，制造系统从刚性向柔性转变，传统的手工工艺设计方式很难满足现在生产的需要。3. 工艺设计的流程和特点工艺设计是连接产品设计和产品制造的桥梁，也是生产技术准备 T 作的第一步。工艺设计是优化配置工艺资源，合理编制工艺过程的门艺术。工艺设计的主要任务就是为所加工的零件确定合理的加工顺序和加丁方法，以便能够按照图纸的设计生产出合格的成品零件。工艺设计正处于产品设计和加工制造的衔接处，必须处理大量的零件信息
5、。工艺设计过程中，一方面必须充分考虑图纸中零件的尺寸、材料、精度要求和数量等方面的信息，另一方面要考虑零件加工中相关的生产条件、加工设备、加工方法、工时定额和加工成本等。产品各种信息之间的关系十分复杂，工艺设计过程中必须周密而全面的分析和处理这些信息。工艺设计的基本流程为：设计图转到工艺部门后，工艺部门要编制工艺规程和工艺路线，编制各个零件的工艺过程卡片，在工艺规程的基础上，工艺设计人员要做材料汇总，工装汇总等工作。物资供应和制造部门将根据工艺设计，进行生产和物资的组织和调度。经过产品试制、修改，产品最后定型。定型产品的设计图纸和工艺都要随之定型，定型后的工艺要分类归档。产品一般都经过上述工艺
6、设计过程，由于企业的性质和规模不同，工艺的设计的过程可能有所差别，但内容没有太大的差别。在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中，工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素。工艺设计首先要选择合理的零件加工顺序和加工方法，保证生产加工部门能够按照设计要求加工出合格的零件。工艺设计的主要内容有：1) 制定合理的加工顺序；2) 选择采用的机床、夹具、刀具和所用的工装等；3) 确定基准，计算工序尺寸和公差，确定加工余量和毛坯； 4)选择合理的切削用鼍；5) 计算时间定额和加工成本；6) 按标准格式输出上述所有资料的工艺文件。工艺规程以文件的形式确定下来，它是产品零件加工和工装制造的主要依据。工艺设计对保证产品质
7、量、降低成本、提高劳动生产率、缩短生产周期和组织生产影响很大，所以它是生产中的关键工作。4. CAPP 技术的基本原理传统工艺都是手工方式进行工艺设计，手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程：根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求。了解产品生产的具体要求和批量。根据实际情况进行工艺决策，确定加工方法和工艺路线。按企业的设备和人员等实际情况，具体确定机床设备、工艺装备、切削用量。按照规定格式生成正式 T 艺规程。计算机辅助工艺设计(CAPP)的基本原理正是基于人工设计的过程和需要解决的问题而提出的。1)应该充分利用产品零件的数据信息，并建立零件信息的数据库。2)CAPP 系统必须保证充
8、分利用和共享工艺设计人员的工艺经验、工艺知识。3)制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源库和工艺参数库。4)充分利用典型( 标准)工艺生成新的相关工艺文件。CAPP 系统的应用可以缩短生产准备周期，提高丁艺设计质量，提高工作效率，可以充分共享工艺设计人员的知识和经验，积累有经验工艺师的经验。工艺信息是企业信息化的核心，工艺数据是企业信息化的枢纽。工艺数据是企业 ERP、MIS、MRPII 等系统的数据源泉。没有 CAPP 技术的实施，ERP、MIS 等企业系统就无法运行。工艺数据与其它项目的关系如图 1。图 1 工艺数据与其它项目的关系5. 工艺设计对 CAPP 的要求CAPP 系统根据
9、工艺数据来解决企业的工艺设计问题，CAPP 系统产生的大量工艺数据要提供给设备部门、生产部门、劳资部门、财务部门等。因此，CAPP 应从设计、管理、集成等多方面来解决企业的问题。各个企业的工艺设计的基本要求都大同小异，但制造环境十分复杂，一个实用、高效的 CAPP 系统必须适应这些基本功能的要求。企业的工艺设计对 CAPP 的基本要求如下：1) 资源利用和管理：所谓的资源就是工艺设计需要支配的资源数据，需要应用的工艺技术支撑数据，需要参考的工艺技术基础数据(工艺样板、工艺档案)。2) 以产品结构为基础：在企业中，一切生产活动都是围绕产品而展开的。产品的生产过程就是产品属性的形成过程。工艺文件决
10、定产品的属性，它应在工艺设计计划的指导下，围绕产品的结构展开。3) 工艺设计：工艺设计是工艺工作的核心，一个好的 CAPP 系统应高效率、高质量的保证工艺设计(工艺过程卡和工序卡等)的完成。4) 工艺管理：工艺管理是工艺设计工作中十分重要的一部分，它包括产品级的工艺路线设计、材料数量汇总等。工艺管理对工艺设计和成本核算起着指导作用。5) 工艺设计后的管理：对定型产品进行分类归档，建立相应的数据库，确立各个数据库之间的关系，工艺文件的修改必须完整、完善，工艺归档后应加以有效的利用。6) 标准工艺：标准工艺又称为典型工艺或样板工艺，CAPP 中应该存储标准工艺，在 t 艺设计工作中应能够不断补充标
11、准工艺，并存储新的标准工艺。根据相似零件具有相似工艺的原理，在工艺设计中，经常把有代表性的工艺设计作为工艺设计的模板。6. CAPP 的开发模式分析国内 CAPP 的开发、研制是从 80 年代初开始的，目前，国内 CAPP 技术发展还不成熟，大大滞后于 CAD 和 CAM，目前真正形成商品化的 CAPP 系统还不多。技术的开发，大体可以分为四类：1) 基于智能化和专家系统思想开发的 CAPP。这类 CAPP 片面强调工艺设计的自动化，由于工艺设计的特点使自动化的 CAPP 存在很大的局限性，无法满足企业生产的实际需要。目前，没有真正商品化的此类 CAPP 专家系统，很多研究机构已停止此类模式
12、CAPP 的开发。2) 基于自主图形平台或 AutoCAD 平台开发的 CAPP 系统。此类 CAPP 是基于自主平台 CAD(或 AutoCAD)技术，文件采用了非标准的自定义格式，交换信息时存在严重的问题，工艺文件的数据分散在各个卡片中，很难集中管理，它的集成和二次开发依赖于自身的系统。3) 基于 CAD 和数据库的 CAPP 系统。此类 CAPP 的工艺卡片的生成是在 CAD中或由程序来完成，不是完全基于数据库，由于它不是交互式的设计方式，实时性比较差。4) 完全基于数据库的 CAPP。此类数据库采用交互方式来满足实用化的需求，同时注重数据的管理和集成，完全基于数据库。这类 CAPP 是
13、国内外 CAPP 学者公认的最佳开发模式。7. CAPP 系统的开发原则目前，CAPP 需求倾向于两个极端，一个极端是片面追求工艺设计的“放钢笔，甩手册”；另一个极端是盲目追求工艺设计的“ 自动化 ”。这导致了国内满足企业各层次应用、真正实用的商品化的 CAPP 软件很少。CAPP 的开发应满足以下基本原则：1) CAPP 系统要充分考虑国内企业管理模式和设计习惯，避免盲目追求功能，而忽视实用的倾向。2) 人机界面友好、安装简便的 CAPP 系统。操作复杂，系统调试时间长，需要大量人才培训的 CAPP 系统很难让用户接收。3) 实用性强的 CAPP 系统。操作系统必须符合工艺设计人员的工艺设计
14、习惯，方便设计人员迅速掌握。4) 柔性好的 CAPP 系统。企业欢迎具有较好柔性的 CAPP 系统，它能满足不同的经营目标和生产计划方案，能满足企业不同产品和生产的需要。5) 开放性好的 CAPP 系统。一个好的 CAPP 系统，应当方便用户可以构造适合于本企业制造环境的 CAPP 系统平台。8. 基于数据库的 CAPP 简介从工艺设计对象考虑，CAPP 的研究对象是工艺数据，各种工艺数据之间及各种工艺文件之间都存在着关系，而这些关系正好可以通过关系型数据库来表达。现在数据库的技术主流就是关系型数据库，是当前数据库技术的国际标准。工艺数据是指导企业生产和经营活动的依据，CAPP 是企业信息化建
15、设的关键。企业信息化建设有很多系统(如 ERP、MIS、AMS 、PDM、财务系统等) ，CAPP 系统要为这些系统提供基础数据，而这些系统都是基于关系型数据库，所以，CAPP系统要为这些信息化系统提供数据就必须是基于关系型数据库的。完全基于数据库的 CAPP 系统，采用关系型数据库技术，不是把一些企业的机床设备、工艺装备、材料信息、人员等资源数据简单地放在数据库中，它必须具备以下特点：1) 企业各个专业工艺数据的卡片要存储在数据库中；2) 企业工艺设计各个专业的工艺数据类型(数据字段)要存储在数据库中；3) 系统生成的工艺文件要存储在数据库中；4) 工艺文件中的工艺数据要存储在数据库中；5) 典型工艺要存储在数据库中。9. 结语通过 CAPP 系统，工艺设计人员可以减少工艺编制工作的工作量，从每天大量重复、繁琐的工作中解脱出来，工艺设计人员的积极性会得到很大提高。更重要的是，工艺设计人员可以有更多的时间、精力，进行新技术、工艺的研制和开发工作。要真正实施 CAPP 还得根据企业的实际情况，不能盲目追求自动化，不注重工艺设计人员素质的提高和基础数据的积累。
