隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，競爭日益激烈，越來越多的企業(yè)需要適應(yīng)用戶多品種、小批量、快速交貨的供貨要求，能否滿足這種要求已經(jīng)成為現(xiàn)代化企業(yè)能否生存和發(fā)展的關(guān)鍵。為了應(yīng)對這種壓力，就要求產(chǎn)品要快速設(shè)計、快速生產(chǎn)，然后改進，直至定型，從而給生產(chǎn)技術(shù)部門帶來了新的挑戰(zhàn)。實施CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成，可以大大提高和改善工藝管理和生產(chǎn)管理水平，減少人為錯誤，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)新的挑戰(zhàn)。
20世紀80年代以來，CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)引起了美國、日本、德國等T業(yè)發(fā)達國家的高度重視，各國都投入巨資CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)的開發(fā)和研究。一些著名的企業(yè)通過實施CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成取得了顯著的經(jīng)濟效益，如洛克西德公司于1992年開始研發(fā)的新型導(dǎo)彈，采用CAD/CAPP/CAM集成方式，將開發(fā)周期從5年縮短到2年。波音公司在90年代，針對波音777大型民用客機的研制，采用CAD/CAPP/CAM技術(shù)，進行了以CATIA系統(tǒng)為核心的CAD/CAM系統(tǒng)的集成。進入21世紀以來，法國達索公司更是開發(fā)出直接集成于SolidWorks平臺下的CAD/CAPP/CAM集成軟件，將結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件SolidWorks、工藝設(shè)計軟件CAPPWorks、輔助制造軟件CAMWorks集成在一起，成為第1家商品化的CAD/CAPP/CAM集成軟件。
國內(nèi)對CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)是從20世紀初開始的，也開發(fā)出許多CAD/CAPP/CAM集成軟件，但主要是在一些國外CAM軟件基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的二次開發(fā)。如北京第一機床廠在國外CAD/CAM軟件Pro/E平臺上開發(fā)出的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)，也初步實現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的目標，但技術(shù)還不很成熟，也沒有得到進一步推廣應(yīng)用。國內(nèi)對CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，更多是基于PDM平臺下的CAD/CAPP/CAM集成，在這種集成方式下，PDM只是起到了管理和控制各子系統(tǒng)間信息傳遞的作用，而信息的載體仍然是文本，因此并不是真正意義上的集成。
目前，在公司設(shè)計部門，在二維CAD應(yīng)用非常成熟的基礎(chǔ)上，陸續(xù)引進了三維設(shè)計軟件Solidworks、Pro/E，實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計，提高了設(shè)計的可視化程度，使設(shè)計更加符合實際設(shè)計過程，縮短了設(shè)計周期，提升了產(chǎn)品的技術(shù)含量。
圖1 使用SolidWorks進行產(chǎn)品設(shè)計
在工藝部門，自從引進XT CAPP工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件以來，經(jīng)過持續(xù)的二次開發(fā)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫已非常完善，工藝報表能自動統(tǒng)計匯總，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息一次輸入，全程共享，克服了傳統(tǒng)的手工進行工藝設(shè)計的缺點，提高了工藝設(shè)計的效率和標準化程度，推進了工藝設(shè)計的高效化、智能化。
圖2 使用XT CAPP進行工藝設(shè)計
在制造部門，計算機輔助制造技術(shù)(CAM)已全面應(yīng)用，實現(xiàn)了計算機與數(shù)控設(shè)備的互聯(lián)互通，MasterCAM、CAMWorkS等數(shù)控編程軟件已廣泛使用，實現(xiàn)了編程自動化，節(jié)省了機床占用時間，減輕了勞動強度，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，進一步提高了經(jīng)濟效益和市場競爭力。
圖3 使用CAMWorkS進行數(shù)控編程
但是，上述的設(shè)計、工藝、數(shù)控編程軟件均以獨立的系統(tǒng)運行，數(shù)控系統(tǒng)無法直接利用設(shè)計部門的數(shù)據(jù)，編程時還需重新繪制二維圖和三維模型，同時，設(shè)計部門的數(shù)據(jù)也無法傳遞到CAPP系統(tǒng)，CAPP與CAM的流通渠道也未打通，各自都形成了信息孤島。造成生產(chǎn)效率低，系統(tǒng)兼容性差，限制了新產(chǎn)品開發(fā)速度和數(shù)控機床加工能力的發(fā)揮，已經(jīng)成為公司發(fā)展的瓶頸。
因此，如何將CAD、CAPP、CAM 3個系統(tǒng)集成在一起，實現(xiàn)工藝、設(shè)計和制造資源的合理配置和優(yōu)化，從而達到提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的目的，所以實施CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成已經(jīng)成為目前亟待解決的迫切問題。
通常所說的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成是指將設(shè)計、工藝與制造3個環(huán)節(jié)中使用的CAD、CAPP和CAM軟件集成。常用的一般有2種方式：
(1)直接集成方式：把CAD、CAPP、CAM3個系統(tǒng)作為一個整體進行集成，CAPP、CAM的功能直接在CAD平臺上開發(fā)實現(xiàn)，實現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)的信息集成和功能集成。這種集成方式的特點：集成度高，數(shù)據(jù)管理能力強，工藝設(shè)計參數(shù)化，例如SolidWorks/CAPPWorks/CAMWorks。
(2)基于PDM的集成方式：通過軟件和接口開發(fā)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息存儲PDM系統(tǒng)下，實現(xiàn)CAD、CAPP、CAM子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息的傳遞和管理。
本文提出的基于CAPP平臺的3C集成方式，是一種全新的集成方式。它的集成度介于上述兩種集成方式之間，優(yōu)點是系統(tǒng)開發(fā)工作量小，開發(fā)成本低，周期短，易于實現(xiàn)，集成度較高。
基于CAPP平臺的3C集成是指將CAD、CAM產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息集成于CAPP平臺下，CAD和CAM產(chǎn)生的信息儲存在CAPP數(shù)據(jù)庫中（如圖4）。
圖4 將零件的二維圖紙、三維模型、NC代碼存儲于CAPP系統(tǒng)
具體地講，就是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在CAD模塊中，完成產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，并根據(jù)零部件明細表在CAPP平臺下生成包含零部件裝配關(guān)系的BOM結(jié)構(gòu)樹，同時將零部件的二維圖紙及三維模型存儲于CAPP系統(tǒng)中，如圖5所示。在CAPP模塊中，工藝人員根據(jù)零部件的二維圖紙及三維模型，提取零部件的信息特征，調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，完成零部件的工藝設(shè)計。在CAM模塊中，根據(jù)CAD系統(tǒng)提供的零件三維模型，提取零件的可加工特征并生成操作計劃，調(diào)整加工參數(shù)后，產(chǎn)生刀具軌跡，進行加工過程仿真，檢查加工過程中的碰撞干涉。在加工過程仿真無誤之后，輸出數(shù)控加工程序，并將數(shù)控加工程序存儲到CAPP系統(tǒng)中。
圖5 在CAPP平臺下瀏覽零件的三維模型
實施CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成，將大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力，減輕勞動生產(chǎn)強度，降低產(chǎn)品成本和消耗，進一步提高經(jīng)濟效益和市場競爭力。必將對促進技術(shù)進步、提升核心競爭力、解決發(fā)展瓶頸制約等方面發(fā)揮巨大的作用。
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