CAPP系统的现状与发展趋势

机械CAD/CAM技术——结课论文题目名称：CAPP系统的现状与发展趋势专业班级：机械12-1学号：3120644101学生姓名：丁辰晖指导老师：严天祥CAPP系统的现状与发展趋势摘要：通过论述全球经济一体化环境下计算机辅助工艺设计系统CAPP的发展历程，揭示现有CAPP系统存在的问题，指明其发展趋势，具有一定的参考价值。关键词：CAPP；现状；发展趋势1CAPP技术的发展历程世界上第一个CAPP系统于1966年在挪威诞生。20世纪80年代初国内开始进行CAPP的研究开发。综合我国CAPP系统发展过程，二十余年来，CAPP经历了以下演变和发展。1.1基于自动化思想的CAPP专用型系统1982年至今相当长时间内，CAPP系统一直以代替工艺人员的劳动实现工艺设计自动化为目标，即基于自动化思想的专用型CAPP系统。强调工艺决策的自动化，开发出了若干种派生式（Variant）、创成式（Generative）以及综合式（Hybrid）的CAPP系统，可以自动或半自动编制工艺规程。该系统的实用性、通用性较差，因此其应用受到很大限制，难以实现商品化。【1】1.2基于工艺管理思想的CAPP工具型系统1995年至今，产生了以服务顾客，优先解决事务性、管理性工作为主要目标的基于工艺管理思想的CAPP工具型系统。该系统在实用性、通用性和商品化等方面取得了突破性进展。CAPP工具型系统在分析顾客需求基础上，以解决工艺设计上事务性、管理性工作为首要目标，可以使用计算机辅助方法自动完成工艺设计中资料查找、表格填写、数据计算与分类汇总等繁琐而又重复的工作。CAPP工具型系统对于推动企业信息化进程、培养企业的CAPP人才起到了较大的作用，是CAPP系统发展中的一个必经阶段，是将工艺专家经验、知识集中起来指导工艺设计，为工艺设计人员提供合理的参考工艺方案。但在与CAD、CAM集成及与产品开发管理系统（ProductDataManagement，简称PDM)、企业资源计划系统（EnterpriseResourcePlanning，简称ERP）共享信息等方面相比都存在较大的局限性。1999年以来，基于数据管理的综合化、智能化CAPP系统，出现了面向产品的以工艺数据为核心的综合化、智能化CAPP系统。该系统是集工艺设计与信息管理为一体的交互式计算机应用系统，集成了检索、修订、创成等工艺决策混合技术及人工智能技术，实现了人机混合智能（Human-machineHybridIntelligence）、人、技术与管理的集成，逐步和部分实现了工艺设计的自动化。2现有CAPP系统存在的问题2.1应用水平偏低目前大多数企业CAPP的应用停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总和权限的管理与控制方面，有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平，这是CAPP应用的基础。但因为CAPP应用的深度还不够，还不能有效地总结行业工艺“设计经验”和“设计知识”，从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题。【2】目前通用的CAPP系统还无法实现对工艺知识的总结、积累和应用。如何提高CAPP系统的知识水平，实现CAPP的有限智能，是企业关心的问题，也是CAPP软件厂商需要考虑的问题。解决了工艺设计效率、标准化、集成的问题，下一步如何帮助企业总结工艺知识和经验是CAPP应用的关键。2.2基于三维CAD的工艺设计与管理随着三维CAD在国内制造业的广泛推广应用，三维CAD在不远的将来会成为我国企业产品设计的主流设计工具。随着设计手段的变革，工艺设计需要跟着变革。工艺如何和三维CAD进行集成，工艺如何基于三维CAD进行加工工艺设计和装配工艺设计等，目前在很多企业都有迫切的需求。现阶段，CAPP的应用基本上基于二维CAD进行，与三维CAD的集成应用还处于起步阶段，有待研究和突破CAPP技术当前存在的问题。2.3研究开发目标的片面性现有CAPP系统研究开发的目标是开发代替工艺人员的“自动化”系统，具有片面性。基于自动化思想的CAPP专用型系统环境依赖性强，对零件类型敏感，无法与制造系统的其他环节进行柔性集成；还有一种填表型CAPP系统基于Word/Excel/AutoCAD及其他图形系统，强调以文档为核心，用纯粹人工填表操作方式进行工艺设计，忽视了企业信息化中产品工艺数据的重要性、一致性和准确性，难以实现与CAD、CAM的集成。2.4难以大范围推广使用现代企业必须要快速适应用户的个性化需求，才能具有竞争力。而工艺设计作为生产中最活跃的因素，具有更多的可变性。现有CAPP系统大多数以零件作为主体对象，并且仅适用于有限的几种零件，主要包括零件描述、工艺路线生成、工序设计和工艺文件管理四个部分。因此，应用范围主要局限在机械加工艺设计领域，难以大范围推广使用。2.5难以实现实用化、工程化、系统化随着企业信息化进程的快速发展，CAD、CAM技术日趋成熟，机械制造业向集成制造系统（CIMS）或智能制造系统（IMS）发展，CAD、CAM的集成技术是亟待解决的问题。此外，基础信息化是企业信息化和实施CIMS或IMS的基础工作和源泉。CAPP系统作为基础信息化的重要组成部分，成为生产制造自动化的关键环节，而现有CAPP系统对实用化、工程化、系统化需求缺乏深入的研究，难以满足企业的客观需求。3CAPP系统的发展趋势在制造业企业信息化建设如火如荼的今天，CAPP的重要性和意义已得到企业界的认可。CＡＤ下一步深化应用的重点就是在工艺部门普及应用CAPP，国家经贸委提出的实施企业信息化的战略部署，表明CAPP的应用推广具有广阔的前景和市场。面临丁艺个性各异的巨大的市场，很难设想采用传统的定做开发的方式逐一满足企业的需求，研究和开发集成的、开放的的CAPP工具系统是有效的途径。在这样的形势下，CAPP技术和系统的发展趋势将是：3.1工具化和工程化各企业的工艺环境、管理模式千差万别，CAPP系统要适应各企业的具体情况，提高其通用性，就要加强CAPP系统的工具化和工程化。开发CAPP系统时，应将CAPP系统分解为多个相对独立的工具进行开发，如开发零件信息描述工具、工艺决策工具、工艺文档输出工具、知识和数据的输入工具以及用户界面构造工具等。由用户或者开发软件的公司根据企业具体情况输入数据和知识，形成面向制造和管理环境的CAPP系统，用户还可以进行二次开发。在工程化方面，不加考虑地完全服从用户原有的环境和模式，去构建具体的CAPP系统并不完全合理，有必要根据对国家、国际标准和先进制造技术的分析，结合各类企业工艺的根本需求，引导企业的工艺活动，促进工艺活动的规范化，从而规范CAPP系统的实施过程，使大部分企业使用的CAPP系统是主体相似的工程产品而不是个性独特的工程化产品。3.2集成化和网络化CAPP是CAD、CAM间的桥梁，是CAD、PDM和ERP的重要产品信息来源，同时也需要由CAD提供产品设计模型的特征信息。因此，必须在并行工程思想指导下实现CAD/CAPP/CAM的全面集成，充分发挥CAPP系统在整个生产过程中的信息中枢和功能协调作用，从而实现CAPP与CAD的双向信息交换与传送；实现与生产计划、调度系统的有效集成；建立与质量控制系统的内在联系。CAPP与CAD的双向信息交换与传送体现在CAPP与CAD并行。CAD为CAPP提供工艺设计的原始数据；CAPP为CAD产品设计提供工艺性反馈，对设计方案和结果进行可制造性分析和评价，以便尽早发现问题，确保设计的合理性。目前的主要方法是建立可制造性综合评价功能模块或子系统，根据零件信息、制造资源信息，在一定工艺原则指导下建立评价目标函数，对零件的结构工艺性和加工工艺性进行分析和评价。网络化是系统集成应用的必要条件。CAPP对内实现各种角色、工种的并行工艺设计，对外与CAD实现双向数据交换，与CAQ、CAM、PDM等的集成应用都需要网络化作为技术支撑，才能实现真正的信息化和自动化。企业的工艺数据集中到工艺数据库，其他应用系统通过网络可以在数据库中存取数据，在数据库管理系统的支持下，工艺数据的安全性和一致性得到保证，各系统的数据交换和传输接口也得到统一，使企业能够敏捷地响应市场的需求，增强企业的市场竞争力。【3】3.3知识化和智能化随着复合智能系统、专家系统、人工神经网络技术和模糊推理技术的发展和应用，CAPP系统不会停留在以解决事务性、管理性工作为主的阶段。基于知识的CAPP系统除了作为工艺设计的辅助工具，还有将工艺专家的经验和知识积累起来并加以充分利用的任务。现代CAPP系统向着知识化和智能化方向发展。国内外商品化软件中已推出CAPP专家系统外壳，由用户定义各种决策规则、工艺数据和计算公式，具有较大的智能化特征。当生产环境改变时，专家系统只要输入新的知识就能适应；系统还能随时向用户提供运行的过程和理由，并向用户作出各种解释，便于工艺人员作出干预和选择，以制定出优化的工艺过程；专家系统还可以不断补充和更新知识，从而随着科技的发展和生产条件的改进而不断提高工艺设计的水平。现代CAPP系统在知识化的基础上，从实际出发，为工艺人员提供多个备选工艺方案，并能够根据操作者的工作记录进行各种层次的自学习和自适应，具有一定的智能性。3.4柔性化和规范化CAPP系统是用来辅助工艺设计人员进行工作的，不宜取代工艺设计人员而追求完全自动化。在方式上实行人机协作，关键决策由工艺人员作出。决策和判断一个复杂繁琐的问题，对具备足够的工艺知识和判断能力的工艺人员来说并不困难，但对计算机来说却可能难以胜任；同时，知识库及其使用法则需要逐步建立、验证和完善，是一个渐进式的过程。现代CAPP系统必须体现柔性化，即以交互式设计为基础，以工艺知识库为核心，以工艺知识库管理和工艺卡片格式编辑器为应用支持工具，面向产品实现工艺设计与管理的柔性化。为了提高系统的商品化和实用化，CAPP系统必须规范化，包括工艺设计内容的规范化和文件格式的规范化，在规范化基础上开发出适应企业需求的CAPP系统。【4】3.5交互式和渐进式CAPP系统用来帮助而不是取代工艺设计人员，实用、通用的CAPP工具系统不宜追求完全的自动化。操作者要有足够的工艺知识和判断能力，关键决策要由操作者做。决策、判断对具备足够工艺判断能力的工艺人员不是很困难很繁琐的工作；但对计算机而言可能难以胜任。知识库及其使用法则需要逐步建立、验证、完善，商品化的、基于知识的CAPP工具系统需要有目标、有计划的渐进式发展。【5】结束语：文章叙述了计算机辅助工艺设计系统CAPP的发展历程，说明了现阶的发展局限，和对企业的重要性，展望了未来的前景。今天，CAPP作为CIMS工程中的一个重要模块，应朝工具化、工程化、集成化、网络化、知识化、智能化、柔性化、规范化、交互式和渐进式等方面进一步发展，以使企业信息化建设的基础打得更坚实、更牢靠。参考文献[1]刘涛,吴笑伟CAPP系统的现状与发展趋势研究.交通标准化,2009[2]屠立,王耀.CAPP系统的开发现状和发展趋势.机电工程技术,2008[3]薛伟.集成化CAPP系统研究与开发.南京航空航天大学,2010[4]曾芬芳.CAPP发展现状与发展趋势[J].中国制造业信息化,2007[5]刘保华,乔爱科.CAPP系统类型及关键技术研究.机械设计与制造,2009