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1、计算机辅助工艺过程设计之创成式系统摘要：随着CAD/CAM技术日益成熟,在工艺过程设计环节应用CAPP系统已是大势所趋,它能从设计、管理、集成解决企业工艺设计中存在的问题,实现工艺设计管理信息化,并与PDM、ERP等系统配合对产品工艺信息进行全面集成,使产品设计、工艺设计、生产管理的全过程做到无缝衔接。本文系统的介绍了四大CAPP系统之一创成式CAPP系统。关键词：创成式；CAPP；工艺1 前 言计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning，CAPP）是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出
2、零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程1。CAPP是提高工艺设计效率的有效手段。其代替了工艺工程师繁重的劳动，缩短了生产准备周期，提高了生产率，并且减少了工艺过程中的设计费用及制造费用。在计算机集成制造系统（Computer integrated manufacturing system，CIMS）中CAPP还是连接CAD与CAM的桥梁。创成式系统基本思路是将人们设计工艺过程时用的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺过程。基于人工智能的创成式 CAPP 专家系统是目前研究的主流2。2 创成式CAPP的特点及原理创成法CAPP系统是
3、不以对标准工艺的检索和修改为基础，而是由计算机软件系统，根据制造资源数据库和工艺知识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过程。创成式CAPP特点：不检索、修改标准工艺规程； 通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预；具有较高的柔性，适应范围广；便于与CAD和CAM系统的集成；由于工艺过程设计的复杂性、智能性和实用性，目前尚难建造自动化程度很高、功能完全的创成式系统，大多数的创成式系统只能说基本上是创成式的1。图1创成式系统工作原理图3创成式CAPP的工艺决策逻辑工艺决策逻辑的依据：工艺设计的基本原理、工厂生产实践经验的总结以及对具体生产条件的分析研究，并集中
4、有关专家、工艺人员的智慧，工艺设计中常用的并行之有效的原则。通常，在工艺决策中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，机床及工、夹、量具选择，切削用量的选择等)、规划型决策逻辑(如工艺路线安排、工序中加工步骤的确定等)以及加工方法决策(如加工能力、加工限度、预加工要求等)等。 工艺决策逻辑的主要形式有2种：决策表和决策树。3.1决策表决策表是将一类不易用语言表达清楚的工艺逻辑关系，用一个表格形式来表达的方法，它是计算机软件设计的基本工具。决策表由表头和表元素两部分组成。在决策表中，条件被放在表的上部，动作则放在表的下部。图2决策表结构组成图3决策表示意图在决策表中，当某一
5、条件是真实的，则取值为T(TURE)或Y(YES)；当条件是假的，则取值为F（FLASE)或N(NO)。条件状态也可以用空格表示，代表这条件是真是假与该规则无关，或无所谓。条件项目也可用具体数值或数值范围表示，决策行动可以是无序的决策行动，用X表示，也可以是有序的决策行动，并给予一定序号。图4决策表示例如果孔精度低，则钻孔；如果孔尺寸和形状精度高，而位置精度也高，则钻-镗；如果孔尺寸和形状精度高，而位置精度不高，则钻-铰。3.2决策树决策树是由树根、节点、和分支组成。树根和分支间都用数值互相联系，通常用来描述事物状态转换的可能性以及转换过程和转换结果。分支上的数值表示向一种状态转换的可能性或者
6、条件。当条件满足时，则继续沿分支向前传递，以实现逻辑与“AND”的关系；当条件不满足时则转向出发节点的另一分支，以实现逻辑或“OR”的关系。在每一分支的终端列出了应采取的动作。图5决策树结构组成图6决策树示例图7决策树流程图3.3工艺决策逻辑比较同决策表相比，决策树有以下优点：a.决策树比决策表更容易建立和维护，而且比较直观，可以把决策表转换成决策树。b.便于扩展和修改，适合于工艺规程设计。c.便于编程，其结构与软件设计的流程图很相似。4创成式CAPP系统的工序设计图8工序设计组成图4.1工序内容的确定和工步顺序的安排（1）符合先加工基准、后加工一般的原则。（2）根据零件形状特征选择加工基准，
7、确定装夹方式、安装次数以及安排各个表面的加工顺序等。（3）对于粗加工工序应尽可能采用较大的切削深度，力求以最少的行程次数加工工件。4.2工序尺寸和公差的计算（1）各工序的加工尺寸和公差是根据逆向编程原理进行计算的。（2）当工序设计中遇到定位基准与设计基准不重合的情况时，就要进行工序尺寸换算。（3）工序图的自动绘制。工序图的绘制与零件图的绘制是不一样的。绘制工序图必须从CAPP系统本身获得每个工序的图形信息，自动绘制出工序图，并能把工序尺寸、公差及各种技术要求标注在工序图上。5 创成式CAPP系统的实现5.1实现创成式CAPP要解决的关键问题零件的信息必须要用计算机能识别的形式完全准确地描述。收
8、集大量的工艺设计知识和工艺规程决策逻辑，并以计算机能识别的方式贮存。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工艺数据库中。5.2创成式CAPP开发过程1）确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件;2) 确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述；3）确定和建立工艺决策模型，是用决策表还是决策树；4）建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等；5）设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。5.3创成式CAPP系统的逆向编程原理正向编程从零件毛坯开始进行分析，选择一定的加工方法和顺序，直到能加工出符合最终目标要求的零件形状。逆向编程从零件最终的
9、几何形状和技术条件开始分析，反向选择合适的加工工序，直到零件恢复成无需加工的毛坯。逆向编程优点：（1）以零件的最终状态为前提，出发点明确；（2）加工过程的中间状态也容易确定；（3）便于工序尺寸和公差以及自动绘制工序图。一般采用逆向编程。5.4创成式CAPP系统的实现步骤1、基于特征的零件信息描述（1）采用基于特征的方法进行零件特征信息交互输入描述。（2）从CAD数据库中直接读入零件特征信息。2、工艺决策逻辑系统构建（1）采用人工智能原理，建立零件的工艺决策逻辑系统。（2）根据所定义的特征，建立相应的特征加工工艺知识库以及推理机制。3、采用面向对象的方法实现工艺决策1）采用面向对象的方法，零件被
10、分解为一个个特征，系统决策部分进行特征识别。2）对不同特征引用不同的工艺决策逻辑，选择出不同特征的加工方法、机床、刀具、切削参数。3）根据一定的排序工艺决策，生成合理的工艺路线。4、建立工艺数据库（1）工艺数据库：包括加工知识库、刀具库、切削用量库及管理机制。（2）按加工零件的材料、形状特征、具体加工环境等因素的不同需要选择不同切削参数。（3）对工艺信息进行动态的、有组织的收集、分类、整理等定量化和规范化处理。5、工艺文件的输出根据零件特征信息，经过系统的工艺决策，即可生成工艺规程文件。包括：工艺规程文件、CAPP与NCP的接口文件（直接向NC编程系统传输零件加工信息）。6 结 论CAPP技术
11、未来将朝着集成化与并行化、网络化、智能化、工具化、体系结构分布式、构件化的方向发展3。创成式CAPP 系统能很方便地设计出新零件的工艺规程， 有很大的柔性，适应范围广，一般分为回转体零件和非回转体零件两大类。另外还可以和CAD 系统以及自动化的加工系统相连接，实现CAD/CAE/CAM 的一体化。创成式CAPP 系统的开发，可以从一部分上代替人工来完成对零部件进行工艺设计，并且随着对系统的数据库的不断填充，可使系统逐渐趋于完善，达到对工艺生成的省时，省力，高效，准确。参考文献(References)：1王先逵. 计算机辅助制造(第2版) M. 北京：清华大学出版社，2008.196.2 王晨.基于参数化装配模型的桥式起重机小车装配 CAPP 系统研究D.太原：中北大学.2013.3苏涛.CAPP 技术发展趋势中存在的问题及解决方案J.科技资讯.2012. 07(c).9
