0 引言

    CAPP的開發(fā)、研制是從60年代末開始的，在制造自動化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系統(tǒng)。取其字首的第一個字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對CAPP這個縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計算機輔助工藝過程設(shè)計已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。

    CAPP(computer aided process planning，計算機輔助工藝過程設(shè)計)的作用是利用計算機來進(jìn)行零件加工工藝過程的制訂，把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件。它是通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。

    計算機輔助工藝過程設(shè)計也常被譯為計算機輔助工藝規(guī)劃。國際生產(chǎn)工程研究會(CIRP)提出了計算機輔助規(guī)劃(CAP-computer aided planning)、計算機自動工藝過程設(shè)計(CAPP-computer automated process planning)等名稱，CAPP一詞強調(diào)了工藝過程自動設(shè)計。實際上國外常用的一些，如制造規(guī)劃(manufacturing planning)、材料處理(material processing)、工藝工程(process engineering)以及加工路線安排(machine routing)等在很大程度上都是指工藝過程設(shè)計。計算機輔助工藝規(guī)劃屬于工程分析與設(shè)計范疇，是重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作之一。

    由于計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出現(xiàn)，計算機輔助工藝規(guī)劃上與計算機輔助設(shè)計(CAD-computer aided design)相接，下與計算機輔助制造(CAM-computer aided manufacturing)相連，是連接設(shè)計與制造之間的橋梁，設(shè)計信息只能通過工藝設(shè)計才能生成制造信息，設(shè)計只能通過工藝設(shè)計才能與制造實現(xiàn)功能和信息的集成。由此可見CAPP在實現(xiàn)生產(chǎn)自動化中的重要地位。

1 CAPP在CAD/CAM集成系統(tǒng)中的作用

    自80年代中后期，CAD、CAM的單元技術(shù)日趨成熟，隨著機械制造業(yè)向CIMS或IMS(Intelligent Manufacturing System)發(fā)展，CAD/CAM集成化的要求是亟待解決的問題。CAD/CAM集成系統(tǒng)實際上是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)。CAPP從CAD系統(tǒng)中獲取零件的幾何拓?fù)湫畔�、工藝信息，并從工程�?shù)據(jù)庫中獲取企業(yè)的生產(chǎn)條件、資源情況及企業(yè)工人技術(shù)水平等信息，進(jìn)行工藝設(shè)計，形成工藝流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起紐帶作用。為達(dá)到此目的，在集成系統(tǒng)中必須解決下列幾方面問題：

    (1)CAPP模塊能直接從CAD模塊中獲取零件的幾何信息、材料信息、工藝信息等，以代替零件信息描述的輸入。

    (2)CAD模塊的幾何建模系統(tǒng)，除提供幾何形狀及其拓?fù)湫畔⑼�，還必須提供零件的工藝信息、檢測信息、組織信息及結(jié)構(gòu)分析信息等。因而，以計算機圖形學(xué)為基礎(chǔ)的幾何建模系統(tǒng)(如線框建模、表面建模及三維實體建模等)是不能適應(yīng)集成化的要求的，特征建模也就應(yīng)運而生。

    (3)須適應(yīng)多種數(shù)控系統(tǒng)NC加工控制指令的生成。NC加工指令的生成以往的工作過程是根據(jù)零件圖紙及加工要求，利用自動編程語言，編寫加工該零件的NC源程序，經(jīng)過后置處理器，形成NC加工控制指令；在一些商品化的CAD/CAM系統(tǒng)中，以圖形為驅(qū)動，用人機交互方式補充工藝信息，形成NC加工源程序，經(jīng)后置處理得到NC加工控制指令。這兩種生成NC加工指令的過程都不能適應(yīng)集成化的要求。在CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中，由于CAPP模塊能夠直接形成刀位文件，因而就可以直接形成NC加工控制指令，這就簡便得多了。CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中CAPP模塊的功能是將產(chǎn)品設(shè)計信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃旒庸ず?a href="http://www.oesoe.com/" title="" target="_blank" >生產(chǎn)管理信息，它是CAD與CAM的紐帶，同時也是CAD/CAM與PDM以及ERP等管理信息系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。在早期的CAD/CAM系統(tǒng)，可以利用圖形驅(qū)動產(chǎn)生NC加工指令，但是它沒有提供在制造加工、生產(chǎn)管理過程中所需的一切信息，難以實現(xiàn)制造過程中計算機控制及生產(chǎn)管理。廣義CAPP的出現(xiàn)卻能解決這方面的問題，因此，一個切實可行的CAPP系統(tǒng)，能使CAD、CAM充分發(fā)揮效益。CAD的結(jié)果能否有效地用于生產(chǎn)實際，CAM能否充分地發(fā)揮其效益，以致整個CIMS能否切實可行，CAPP在其中起著重大的影響，它是難度較大的一個領(lǐng)域，是當(dāng)前發(fā)展集成化CAD/CAM系統(tǒng)甚至計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）亟待解決的問題。

2 CAPP在企業(yè)信息集成中的重要作用

    企業(yè)在建立了集成的CAPP系統(tǒng)以后，將有效地推動企業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)制造的效率。而下列各方面的問題，也只有在集成化的CAPP環(huán)境下，才能夠很好地解決：

    (1)有效利用企業(yè)制造資源數(shù)據(jù)

    1、可以利用企業(yè)已建立的MIS系統(tǒng)中的資源數(shù)據(jù)，如：設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的設(shè)備、工裝管理信息系統(tǒng)中的工裝、企業(yè)組織機構(gòu)中的部門信息、人事管理系統(tǒng)中的人員信息等等；

    2、可以智能化（開放的推理、過濾、查詢機制）地使用企業(yè)的任意資源數(shù)據(jù)；

    (2)給管理部門及時提供有效的工藝BOM數(shù)據(jù)

    1、可以對產(chǎn)品、零部件或工藝文件進(jìn)行自動統(tǒng)計匯總工作，自動生成各種報表（屬于工藝文件的組成部分）；

    2、可以將統(tǒng)計匯總結(jié)果直接傳遞給其它管理系統(tǒng)、或存儲為指定格式的中間數(shù)據(jù)庫文件供其它系統(tǒng)或部門使用；

    3、其它系統(tǒng)也可以直接從工藝數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)。

    (3)充分利用CAD成果

    1、利用CAD的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息；

    2、利用CAD的產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)；

    3、利用CAD的圖檔；

    (4)提供CAM圖形、管理CAM結(jié)果CAM是與CAPP完全不同的技術(shù)，但CAM的原始數(shù)據(jù)-工藝圖和結(jié)果-設(shè)計方案和NC代碼是工藝數(shù)據(jù)的重要組成部分。

    1、用CAPP的工藝圖管理CAM方案；

    2、用CAPP的工藝圖管理CAM的NC代碼；

    (5)可與流行的PDM系統(tǒng)無縫集成

    1、可以集成到PDM系統(tǒng)中工作；

    2、共享PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和權(quán)限數(shù)據(jù)；

    3、支持在PDM系統(tǒng)中瀏覽、打印、批注工藝文件；

    4、按PDM的要求進(jìn)行工藝文件的版本控制；

    5、按PDM的要求進(jìn)行工藝設(shè)計的流程作業(yè)。

    (6)可傳遞工藝數(shù)據(jù)給MRPII、ERP等管理系統(tǒng)或這些系統(tǒng)直接從CAPP的工藝數(shù)據(jù)庫中提取所需數(shù)據(jù)。

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3 集成環(huán)境下CAPP的特點

    隨著FMS和CIMS的發(fā)展，人們?nèi)找嬲J(rèn)識到CAPP是CIMS的主要技術(shù)基礎(chǔ)之一，因此CAPP從更高、更新的意義上再次受到廣泛的重視。集成化CAPP系統(tǒng)的開發(fā)不僅是CIMS信息集成的要求，也成為CAPP的發(fā)展趨勢之一。在CIMS環(huán)境下，CAPP與CIMS中其它系統(tǒng)的信息流向是這樣的：CAPP接受來自CAD的產(chǎn)品幾何、結(jié)構(gòu)、材料信息以及精度、粗糙度等工藝信息，作為CAPP的原始輸入，同時向CAD反饋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性評價；CAPP向CAM提供零件加工所需的設(shè)備、工裝、切削參數(shù)、裝夾參數(shù)以及反映零件切削過程的刀具跡文件，并接收CAM反饋的工藝修改意見；CAPP向工裝CAD提供工藝規(guī)程文件和工裝設(shè)計任務(wù)書；CAPP向MIS(管理信息系統(tǒng))提供工藝路線、設(shè)備、工裝、工時、材料定額等信息，并接受MIS發(fā)出的技術(shù)準(zhǔn)備計劃、原材料庫存、刀夾量具狀況、設(shè)備變更等信息；CAPP向MAS(制造自動化系統(tǒng))提供各種工藝規(guī)程文件和夾具、刀具等信息，并接受由MAS反饋的刀具使用報告和工藝修改意見；CAPP問CAQ(質(zhì)量保證系統(tǒng))提供工序、設(shè)備、工裝等工藝數(shù)據(jù)，以生成質(zhì)量控制計劃和質(zhì)量檢測規(guī)程，同時接收CAQ反饋的控制數(shù)據(jù)，用以修改工藝規(guī)程。由此可見，CAPP對于保證CIMS中信息流的暢通，從而實現(xiàn)真正意義上的集成是至關(guān)重要的。

    集成化向傳統(tǒng)的CAPP提出了挑戰(zhàn)，它要求CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有一些新的特點：

    (1)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個可供集成的系統(tǒng)。它不僅要具備工藝規(guī)劃的能力，還應(yīng)提供良好的接口，以實現(xiàn)與CAD、CAM、MIS、MAS、CAQ等子系統(tǒng)的集成。

    (2)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)。它應(yīng)能在工藝設(shè)計過程中根據(jù)各種反饋信息，如資源變動情況、加工現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量問題等，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計，以保證工藝設(shè)計的及時調(diào)整，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化。

    (3)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)具有創(chuàng)成能力，至少是創(chuàng)成和變異綜合的系統(tǒng)。從動態(tài)和優(yōu)化設(shè)計考慮，CAPP系統(tǒng)應(yīng)是創(chuàng)成的，但考慮到企業(yè)在較長時間內(nèi)還存在相當(dāng)數(shù)量的相似零件加工，變異式CAPP系統(tǒng)還有其存在的合理性。

    (4)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個具有開放性的系統(tǒng)。不同工廠的制造環(huán)境往往是不一樣的，工藝習(xí)慣也有所差別，即使在同一工廠內(nèi)，也會由于加工對象的不同和工藝性質(zhì)的不同而導(dǎo)致工藝設(shè)計的內(nèi)容不一樣，這就要求CAPP系統(tǒng)必須具有開放性，具有一個比較通用的框架結(jié)構(gòu)，且便于擴充，以滿足CIMS環(huán)境下不同產(chǎn)品、不同場合對CAPP系統(tǒng)的不同要求。

4 CAPP的集成與接口技術(shù)

    在CAPP的集成化過程中，CAD/CAM的集成是應(yīng)首先要解決的問題。從CAPP系統(tǒng)來看，零件信息描述與輸入是所要解決的第一個也是十分重要的問題。目前的CAPP系統(tǒng)所采用的零件描述方法，雖然可在一定程度上滿足CAPP的設(shè)計要求，但需要對零件信息重復(fù)輸入，不僅工作量大，而且可能導(dǎo)致CAD、CAPP系統(tǒng)描述的不一致。因此，CAD/CAPP的集成是解決CAPP信息輸入問題的根本途徑。此外，從CIMS的信息集成來看，也迫切需要解決CAD與CAPP、CAM的信息共享問題。

    近年來提出的基于特征的造型方法、面向?qū)ο蟮脑煨�、特征充實造型等很多新概念，其實質(zhì)是在CAD造型過程中引入特征的概念，以消除CAD/CAPP集成時的特征識別與分離，簡化CAD與CAPP的接口。建立統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是CIMS實現(xiàn)信息集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化工作已形成國際性的合作努力，STEP(Standard for Exchange of Product data，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))也成為公認(rèn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，因此開發(fā)基于STEP的新一代產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)是最理想的途徑。以STEP為代表的第二代產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)，其目標(biāo)是建立一種不依賴于人工解釋的、能被產(chǎn)品生命期各階段的計算機輔助系統(tǒng)自動理解的完整的產(chǎn)品模型。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動交換。目前STEP技術(shù)的實施被認(rèn)為是實現(xiàn)CIM的必要和前提條件。

    因此，CAD/CAPP的集成必須以STEP為根據(jù)和基礎(chǔ)。STEP支持完整的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，不僅包括如曲線、曲面、實體、形狀特征等在內(nèi)的幾何信息，還包括許多非幾何信息，如公差、材料和表面粗糙度信息等，它包括產(chǎn)品整個生命周期(設(shè)計、制造、質(zhì)量控制、檢測、維護(hù)等)所需要的全部信息。可是STEP本身還在逐漸充實與成熟階段，所以可以采用對實體造型系統(tǒng)“特征化”的技術(shù)路線，這樣可以利用現(xiàn)有的CAD資源，在實體造型系統(tǒng)上通過擴充特征定義功能來建立滿足集成需要的零件信息模型，這是CAD/CAPP/CAM集成的一條在近期行之有效的途徑。

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本文標(biāo)題：CAPP在CAD/CAM集成系統(tǒng)中的作用

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