CAPP技术文档

http://www.sina.com.cn 2008年05月08日 09:01  IT168.com


    【IT168 信息化】

    第一节 CAPP的概念

    CAPP的开发、研制是从60年代末开始的,在制造自动化领域,CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威,始于1969年,并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS;1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母,称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释,但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。

    CAPP(computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计)的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订,把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批量等),由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。

    计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会(CIRP)提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称,CAPP一词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常用的一些,如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴,是重要的生产准备工作之一。

    由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现,计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接,下与计算机辅助制造(CAM-computer aided manufacturing)相连,是连接设计与制造之间的桥梁,设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息,设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。

    第二节 CAPP发展的背景

    工艺设计是优化配置工艺资源,合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产准备工作的第一步,也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程是进行工装制造和零件加工的主要依据,它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响,因此是生产中的关键性工作。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序,以便能按设计要求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接口处,必须分析和处理大量信息,既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息,又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及时间定额(工时定额),甚至传统习惯等方面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂,进行工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。 

    企业工艺文件的形式多种多样,繁简程度也有很大区别,主要决定于生产类型。以机械加工为例:在单件小批量生产中一般只编制综合工艺过程卡,供生产管理和调度用。至于每一工序具体应如何加工,则由工人自己决定,对关键或复杂零件才制订较为详细的工艺规程。在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。大批量生产中则要求完整和详细的文件,除工艺过程卡外,对各工作地点要制订工序卡片或分得更细的操作卡、调整卡以及检验卡等。各企业采用的工艺文件并无统一格式。

    工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序,以便能按设计要求生产出合格的成品零件,工艺设计的主要内容有: 

    ◆ 根据产品图纸,分析产品零件的结构特点以及技术要求;
    ◆ 了解产品生产的纲领及批量; 
    ◆ 按企业的实际情况,具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时定额;
    ◆ 选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等;
    ◆ 安排合理的加工顺序;
    ◆ 选择基准,确定加工余量和毛坯,计算工序尺寸和公差;
    ◆ 选用合理的切削用量;
    ◆ 计算工时定额和加工成本;
    ◆ 编制包含上述所有资料的工艺文件。

    工艺设计包含的内容和基本流程为:产品由设计部门产生设计图纸后,首先要转到工艺部门进行工艺审查,工艺审查的目的是了解设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理方法等方面的信息,对其进行工艺性(指所设计的产品在能满足使用要求的前提下,加工制造和维修的可行性和经济性)分析和审查。经过工艺审查后,工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的修改,此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。

    在设计部门进行产品图纸修改时,工艺部门同时要做的是工艺总方案的设计及编写,此时的工艺文件是“工艺总方案”。

    修改后的设计图纸转到工艺部门后,工艺要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制,基于工艺规程,工艺人员要完成如“设备汇总”,“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工装申请,进行工装的设计。在此之后,制造部门及物资供应部门将以此为依据,进行物资供应及生产的组织、调度。在生产过程中,部分工艺规程的内容会有所调整和修改,相应的工艺汇总文件必须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。

    产品经试制、修改到最后定型。定型后的产品其图纸、工艺都要随之定型,定型后的工艺要进行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的,需修改时,除同设计部门一样需填写“工艺更改通知单”外,还要经过非常严格的审批。

    通常,产品都要经过如上的工艺设计过程,对于不同的企业,因其规模、企业性质等的不同,工艺设计的具体过程可能有所不同,但内容大同小异。在工艺设计过程中产生的许多重要的工艺文件对指导企业制造系统和物料供应系统的调度有着直接的影响。

    传统上,工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备如下条件: (1) 丰富的生产经验; (2) 熟知企业的各种设备的使用情况; (3) 熟知企业内各种生产工艺方法; (4) 熟知企业内各种与生产加工有关的规范; (5) 熟知与生产管理有关的各种规章制度; (6) 能与有关各方保持友好协作。 

    具有丰富经验的工艺工程师,在发达国家常常感到人数不足。在美国,工艺设计人员一般年龄在40岁以上,并有丰富的生产车间工作经验;在英国,工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计,反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。

    传统的工艺设计方式已经严重地阻碍了设计生产效率的提高,主要表现在下列各方面:

    (1) 对工艺设计人员要求高:传统的工艺设计是由工艺人员手工进行设计的,工艺文件的合理性、可操作性以及编制时间的长短主要取决于工艺人员的经验和熟练程度。这样就不可避免的会导致工艺文件的设计周期和质量不易保证。因此,传统的工艺设计要求工艺人员具有丰富的生产经验。 

    (2) 传统的工艺设计是人工编制的,劳动强度大,效率低,是一项繁琐重复性的工作。

    (3) 难以保证数据的准确性;工艺设计需要处理大量的图形信息、数据信息,并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据;传统的设计方式需要人工处理图形及数据信息,由于数据繁多且很分散,因此,处理起来繁琐、易出错。 

    (4) 工艺设计最优化、标准化较差,工艺设计经验的继承性亦较困难。设计效率低下,存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写,光是花费在书写工艺表格上的时间就占30%左右,而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时,原有的工艺规程就不再使用,必须重新设计一套产品的工艺规程,既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同,也必须重新设计。

    (5) 无法利用CAD的图形、数据,随着国家科委“甩图板工程”的实施,二维CAD技术在企业中的应用已很普及,各部门之间通过电子图档进行交流,然而由于工艺设计部门仍采用人工方式进行设计,这样就无法有效利用CAD的图形及数据。

    (6) 不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。

    (7) 信息不能共享,随着企业计算机应用的深入,各部门所产生的数据可以通过计算机进行数据交流和共享,如果工艺部门仍采用手工方式,其他部门的数据就只能通过手工查询,工作效率低且易出错;所产生的工艺数据也无法方便地与其他部门进行交流和共享。

    (8) 不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。

    (9) 当代制造领域中,多品种小批量生产的企业大量增加,制造系统正逐渐从刚性(高效率的大批量生产模式)向柔性(高效率多品种小批量生产模式)转变,这要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规化、制造与管理的全过程。显然,传统的手工设计方式已不能满足上述要求。

    (10)工艺设计工作贯穿于企业的整个生产活动中,在各个方面都充满着“个性”。工艺设计所涉及的因素不仅是大量的,而且是极其错综复杂的,如企业的生产类型、产品结构、工艺准备、生产技术发展等的影响,甚至受到管理体制的制约。上述因素中的任何变化,均可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺是企业生产活动中最活跃的因素,工艺设计对使用环境的极大依赖性就必然导致工艺设计的动态性。而传统的手工方式显然不能满足要求。


    计算机辅助工艺过程设计的基本原理正是基于人工设计的过程及需要解决的问题而提出的: 随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求,特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展,传统的工艺设计的方法,已远远不能满足要求。计算机辅助工艺过程设计(CAPP)也就应运而生的,用CAPP代替传统的工艺设计克服了上述的缺点。它对于机械制造业具有重要意义,其主要表现如下:

    (1) 可以将工艺设计人员从大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出来,使他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等等创造性的工作。

    (2) 可以大大地缩短工艺设计周期,保证工艺设计的质量,提高产品在市场上的竞争能力。

    (3) 能继承有经验的工艺设计人员的经验,提高企业工艺的继承性,特别是在当前国内外机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下,它具有特殊意义。

    (4) 可以提高企业工艺设计的标准化,并有利于工艺设计的最优化工作。

    (5) 为适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制造系统(CIMS—Computer Integrated Manufacturing System)创造必要的技术基础。

    (6) 工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享。

    (7) 制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库。

    (8) 能充分利用标准(典型)工艺生成新的工艺文件。 正因为CAPP在机械制造业有如此重要意义,从60年代就开始对其进行研究,30多年来已取得了重大的发展,在理论体系及生产过程实际应用方面都取得了重大的成果。但是到目前为止,仍有许多问题有待进一步深入研究,尤其是CAD/CAM向集成化、智能化方面发展,追求并行工程模式,这些都对CAPP技术提出新的要求,也赋予它新的涵义。CAPP从狭义的观点来看,它是完成工艺过程设计,输出工艺规程。但是为满足CAD/CAM集成系统及CIMS发展的需要,对CAPP认识应进一步扩展,"PP"不再单纯理解为"Process Planning",而含有"Production Planning"的涵义。此时,CAPP所包含的内容是在原有的基础上,向两端发展,向上扩展为生产规划最佳化及作业计划最佳化,作为MRPII的一个重要组成部分,并为MRPII提供所需的技术资料;向下扩展为形成NC控制指令。广义的CAPP概念就是在这种形势下应运而生的,也给CAPP的理论与实践提出了新的要求。

    第三节 CAPP软件的基本功能

    应用CAPP的目的是克服传统手工进行工艺设计的缺点,提高工艺编制的效率,推进工艺设计的优化、标准化、智能化,促进企业信息化建设。

    CAPP的体系结构

    对照前面手工工艺设计过程及相应内容,计算机辅助工艺规划的内容主要应包括: (1) 产品零件信息输入; (2) 毛坯选择及毛坯图生成; (3) 定位夹紧方案选择; (4) 加工方法选择; (5) 加工顺序安排; (6) 加工设备和工艺装备确定; (7) 工艺参数计算; (8) 工艺信息(文件)输出。

    CAPP系统的结构,视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。如下是根据CAD/CAPP/CAM集成要求而拟定的一个例子,其基本的模块如下:

    (1) 控制模块,其主要任务是协调各模块的运行,是人机交互窗口,实现人机之间的信息交流,控制零件信息获取方式。
    (2) 零件信息输入模块,当零件信息不能从CAD系统直接获取时,用此模块实现零件信息的输入。 
    (3) 工艺过程设计模块,进行加工工艺流程的决策,产生工艺过程卡,供加工及生产管理部门使用。
    (4) 工序决策模块,其主要任务是生成工序卡,对工序间尺寸进行计算,生成工序图。
    (5) 工步决策模块,对工步内容进行设计,确定切削用量,提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件。
    (6) NC加工指令生成模块,依据工步决策模块所提供的刀位文件,调用NC代码库中适应于具体机床的NC指令系统代码,产生NC加工控制指令。
    (7) 输出模块,可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档,输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件,利用编辑工具对现有工艺文件进行修改而得到所需的工艺文件。
    (8) 加工过程动态仿真,对所产生的加工过程进行模拟,检查工艺的正确性。

    CAPP系统功能

    为了适应极其错综复杂的制造环境,企业工艺设计对CAPP系统提出以下要求:

    (1) 基于产品结构:在企业中,一切生产活动都是围绕产品而展开的。产品的生产过程也就是产品属性的生成过程。工艺文件作为产品的属性,应在工艺设计计划指导下,围绕产品结构(基于装配关系的产品零/部件明细表)展开。基于产品结构进行工艺设计,可以直观、方便、快捷的查找和管理工艺文件。

    (2) 工艺管理:在工艺工作中,工艺管理是非常重要的一部分,它包括产品级的工艺路线设计、材料定额汇总等。对于工艺设计和成本核算起着指导性的作用。

    (3) 工艺设计:这是工艺工作的核心工作,CAPP应高效率、高质量的保证工艺设计的完成,主要包括工艺过程卡和工序卡的编制、工序图的绘制。

    (4) 资源的利用:在工艺设计的过程中,常常需要用到资源,所谓资源就是工艺设计需要支配工艺资源数据(设备、工装物料和人力等),需要应用工艺技术支撑数据(工艺规范、国家/企业技术标准),需要参考工艺技术基础数据(工艺样板、工艺档案)。各个企业的资源是不同的,并且使用资源的方式也是不同的。CAPP系统应广泛而灵活地提供资源内容和资源使用方式。

    (5) 工艺汇总:是工艺工作的一部分。工艺汇总卡片中的数据基于工艺规程,工艺规程中的工艺数据修改后,必须修改汇总卡片中的相关内容。

    (6) 工艺设计管理:诸如“工艺设计目录”、“工艺设计文件封面”、“工夹具申请单”等的填写对于规范工艺文件管理有着极为重要的意义。

    (7) 流程:工艺设计要经过设计、审核、批准、会签的工作流程,CAPP系统应能实现这种工艺工作中流程作业。

    (8) 工艺设计的后处理:对定型产品的工艺进行分类归档,以及归档后对工艺文件的有效利用。

    (9) 标准工艺:CAPP系统中应有标准(或称典型工艺)的存储。在工艺设计中根据相似零件具有相似工艺的原理,标准工艺常常作为以后进行类似工艺设计的参考或模板。手工设计时,称其为“哑工艺”。
     
    企业各个专业工艺设计的基本要求是大同小异的。作为一个实用的CAPP系统必须能够适应以上这些基本功能的要求,甚至还要包括一些更智能的功能,如:实现工艺设计所需信息的描述和代码化(特征信息标识和工艺知识),将工艺设计所需信息的数据结构型式合理制定等等。 

    工艺数据

    工艺数据指在工艺设计过程中所使用、产生的数据。

    从数据性质来看,它包括静态和动态两种类型。静态工艺数据主要涉及到支持工艺规划的相关信息,其可对应于工艺设计手册和已规范化的工艺规程等。静态工艺数据一般由加工材料数据、加工数据、机床数据、刀具数据、量夹具数据、标准工艺规程数据、成组分类特征数据等组成,且常采用表格、线圈、公式、图形及格式化文本等形式表示。动态工艺数据则主要指在工艺规划过程中产生的相关信息,其由大量的中间过程数据、零件图形数据、工序图形数据、最终工艺规程、NC代码等组成。 从工艺规划的方式来看,工艺数据又可划分成支持检索式、派生式、创式CAPP的工艺数据。但不管是用于何种形式的CAPP系统,相应的工艺数据不外乎是上述静态与动态数据的不同组合。 


    工艺数据的特点

    工艺数据作为工程数据的一种形式,具有许多独特的特点: (1)数据类型复杂:从数据形式化表达的一般格式看,任何数据皆能表示为三元组(实体、属性、属性值)及其关联集。对于传统的商用数据,用基本数据类型,如字符型、整型、浮点型等及其它们的组合就能构造出三元组中的数据类型。与商用数据不同,工艺数据不仅包含了传统数据中的数据类型,而且还涉及到它们中所没有的变长数据、非结构化的长字串、具有复杂关联关系的图形数据、过程类数据等。因此,工艺数据是由复杂的数据类型所构成的。 (2)动态的数据模式:除静态工艺数据外,动态工艺数据是在工艺设计过程中由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。虽然中间结果数据在问题求解完成后要被删除,但在问题求解过程中,必须具备动态数据模式来支持对上述数据的处理,这完全不同于传统商用数据的处理模式。 (3)数据结构复杂:工艺数据的复杂数据类型及动态数据模式的特点,又导致了其数据结构的复杂与实现上的困难。虽然局部工艺数据可采用常用的线性表、数结构,链表结构等来实现,但一般认为,全局工艺数据涉及到一复杂的网状结构。 

    工艺数据结构

    在CAPP软件开发中,要使用到各种工艺数据结构来支持工艺规划操作。通常,工艺数据结构指工艺数据之间的组织形式,其由逻辑结构和物理结构两方面构成。工艺数据的逻辑结构仅考虑工艺数据元素之间的关系,它独立于数据的存储介质;工艺数据的物理结构则指工艺数据在计算机存储设备中的表示及配置,即工艺数据的存储结构。通常所指的工艺数据结构一般是指工艺数据的逻辑结构。

    工艺数据的逻辑结构是在用户面前呈现的形式,是用户对数据的表示和存取方式。系统通过特定的软件把数据元素写入存储器,构成了数据的物理结构,这一过程称为映象。一般而言,同一逻辑结构可映象出多个物理结构。数据逻辑结构的物理实现通常采用顺序法和链接表法两种模式实现。顺序法实现必须首先预定义一块连续的存储空间,然后在该空间范围内执行相关特定数据结构的操作;而链接表法则动态地设置可分隔的存储空间,通过指针构成相应的数据结构模式。因此,顺序法有静态存储空间的含义,链接表法有动态存储空间的性质。

    第四节 CAPP技术分析

    CAPP作为企业信息化建设的关键和核心技术之一,原有的、过时的软件开发技术已不能适应企业信息化对CAPP系统提出的要求。下面对CAPP开发技术进行分析。

    1.4.1当前CAPP软件的应用和开发技术现状

    CAPP软件在广义的CAD领域中是研究和发展较早的软件技术之一,但与同类的 CAD/CAM的软件技术相比,CAPP软件的发展却大大落后于CAD、CAM软件。于是在许多企业里,加工部门早已用上了CAM软件,产品的设计部门早已甩掉了图板,甚至用上了三维的设计和分析软件,而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔,仍然重复着几十年来的工作习惯和方法。个别企业为了追求计算机应用的普及,使用一些通用的办公软件,或者二维CAD软件来代替CAPP工作。90年代中后期,制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题,在一些企业实施了企业级的PDM或MRPII甚至ERP软件后,才发现CAPP成为阻碍企业信息化建设的瓶颈。

    同时一些比较敏感的专家在90年代中后期重新衡量了CAPP软件在企业内应发挥的作用,逐步抛弃了传统的CAPP的研究方法,开发重点从注重工艺过程的自动生成,转向为工艺设计人员提供软件工具,同时为企业的信息化建设提供服务。CAPP产品的研发在中国开始活跃起来,CAPP软件技术得到了迅速的发展。

    90年代末,各种实用化的CAPP开始走向市场,其开发方法和重点也各不相同,有的CAPP系统在CAD图形平台的基础上开发,然后将生成的工艺数据传送到其它的数据库系统中;有的CAPP系统在某种特定的数据库系统上生成工艺数据,然后在CAD平台上生成工艺卡片;甚至也有CAPP系统是纯粹的工艺卡片的填写工具,其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些CAPP软件都能为工艺人员提供一定的服务和帮助。

    以上的三种CAPP系统都很难满足企业工艺设计的全过程要求,也不能满足现代企业对信息化建设的需求。现代CAPP,即面向企业全面信息化建设的网络化集成工艺设计平台成为目前和今后CAPP研究开发的重点。

    1.4.2现代CAPP软件应具备的技术特点

    (1)工艺数据的格式化是现代CAPP要重点解决的问题之一。

    工艺卡片是工艺设计人员日常工作的主要对象,CAPP软件很容易定位为工艺卡片的生成工具,然而企业真正关心的是工艺卡片上反映的工艺数据,工艺卡片只是工艺设计人员要表达的工艺数据的格式化载体(或称表现形式)。工艺数据的格式化是现代CAPP要重点解决的问题之一。

    一个工艺设计中涉及的工艺数据多种多样,有反映产品属性的数据,有反映工艺技术条件和装备的数据,有反映加工的工艺路线、过程和步骤的数据,也有反映工艺简图的图形数据。同时各种工艺数据有一定的联系。对所有这些数据进行归纳和总结,并进一步抽象,得到一个能对所有的工艺数据进行格式化处理的软件模型是现代平台化的CAPP首先要考虑的问题。工艺格式的概念从而产生。

    根据上述的设计思想,CAPP系统的数据库结构中至少有三类基础的数据表,即工艺格式类,工艺卡片类,和工艺数据类数据表。这种CAPP软件的设计方法为CAPP软件的平台化奠定了坚实的基础。

    其好处有三点:

    1、 企业的信息化建设提供了完备的、统一的工艺数据库接口。保证不同专业的工艺设计结果存放在相同结构的数据库中,保证了整个企业中的工艺数据能被其他信息系统(PDM、MRPII等)方便和准确地查询。

    2、 工艺卡片中所填写的任何工艺数据都能明确地表达具体的含义,卡片中的数据不是无序的分散的文字或图形,因此CAPP系统能够为工艺人员在工艺设计工作中提供智能化的在线工艺资源数据辅助,标准化的单元工艺复用,以及典型工艺的生成和利用,同时也为各种CAPP专家系统提供了数据结构基础。

    3、 卡片和工艺数据从根本上得到了分离。保证了企业的工艺数据在企业的工艺标准更新后仍能有效的利用。从软件本身保证了工艺设计工作的连续性和继承性。

    (2)现代CAPP系统要求构建在一种标准的对象模型的基础上。 现代CAPP系统是一种工艺设计的工作平台,它需要用一种通用的对象模型来抽象CAPP的数据结构,并且这种模型能提供一种简单的方式用于软件模块之间互操作,以此来提供方便软件功能的扩充、软件功能修改以及二次开发手段。

    国际上提供此类模型的标准有许多,例如OMG 提供的CORBA,Apple支持的OpenDoc和IBM所支持SOM(System Object Model),但基于Windows平台中Microsoft 提供的COM(Component Objecty Model)已经成为事实上的“工业标准”,到目前为止,世界上大约有200,000,000个基于COM的计算机软件系统在运行,1999年,基于COM的第三方软件部件的需求总价值达到4.1亿美元。目前COM不仅支持Windows平台,而且支持Macintosh和部分Unix系统。

    COM实质上是一种协议,它建立了一个软件模块和另一个软件模块之间的连接,然后按照一定的规则将其描述出来。当这种连接建立起来后,两个模块之间就可以通过称作“接口”的机制来通讯。

    使用COM的优势在于CAPP软件系统的各模块能根据需求的不同来选择不同的最合适的计算机语言开发,而各模块能通过COM来无缝的集成。如果软件进行升级,则只需要对发生改变的部件进行升级即可。使用COM的另外一个理由是程序的复用,以及有大量的第三方软件部件可以利用。大大降低了软件的开发风险和软件开发后期的维护工作量。 同时COM也是一个不断发展和完善的系统,DCOM(Distributed COM)为分布式的网络应用提供了基础,COM+又为优化COM的应用提供了兼容的、易于升级的新标准。

    (3)现代CAPP软件应是一个完整的分布式网络应用系统。

 


    工艺设计工作的实际需求是协同工作,知识积累,快速复用。企业的信息化建设要求CAPP系统能集中的安全的数据维护,及时地,动态地提供最新的工艺设计结果,也要求CAPP系统能与PDM系统方便、紧密的集成。网络化的CAPP软件较为容易的定位成一种标准的Client/Server的网络应用系统,即提供一个共享的网络数据库,所有的客户端程序都对网络数据库获得一个可靠的连接。标准的Client/Server应用结构提供了数据共享、减少了数据的复制和维护工作量,简化了完整数据汇总的工作。但也存在以下的缺点:

    1、 完整的客户端程序升级维护比较困难,一旦程序升级或系统设置改变,要求对所有的客户端程序同时改变。如果客户端的程序存在版本的不一致则可能造成数据库中的数据通过多个不同的数据逻辑操作,可能造成数据完整性的破坏。

    2、 系统的伸缩性比较差:客户端的数量受到网络数据库允许的数据库连接的限制。

    3、 网络性能比较低:客户端和服务端的通讯次数和通讯量都比较大,网络性能大大降低。

    4、 与PDM,MRPII系统的集成工作量比较大

    分布式的网络应用在继承标准的客户机/服务器应用程序优点的同时,克服了以上的缺点,成为现代网络应用的主流。

    分布式CAPP系统具有如下几个优点:

 1、 户端程序不再直接访问数据库,而通过公用的中间业务逻辑层访问数据库,业务逻辑一旦发生变化,只需要更换中间的相关部件,所有的客户端应用立即发生改变。

 2、 客户的数量不再受到网络数据库所允许的数据库连接的限制,客户数量的增加,不会明显的对系统性能造成影响。

 3、 网络中的数据通讯次数大大减少,网络传输的中间数据大大减少,如果数据访问部件对经常查询的资源数据作缓存还可以大大提高整个网络系统的执行效率,如果将业务逻辑层中的部件分别部署在不同的计算机上,还可以有利于服务器的负载平衡。

 4、 基于COM的分布式网络CAPP应用系统自然地为PDM、MRPII以及ERP系统,提供了集成接口。PDM等系统可以从不同层次访问CAPP数据库,可以与CAPP系统在较高层次上交换信息。

 (4)CAPP系统应是一个表格处理、文字处理、图形处理,数据库访问综合技术应用的复杂系统。 CAPP系统不能满足工艺设计人员的工作习惯一直阻碍着CAPP系统的推广,所以CAPP软件必须是人性化的,完全所见即所得的,符合软件通用操作规则的交互界面。

 首先CAPP系统必须能根据企业的不同要求来定制实施,这种定制实施可以是由软件供应商来完成,更重要的是也能让企业自己来完成这种定制,因为企业的工艺技术条件,和企业工艺资源数据是在不断变化的,企业的工艺标准也可能变化,轻松的定制是现代CAPP系统的重要特征。

 CAPP系统中有大量的表格,CAPP中表格的处理技术是关系到CAPP易用性的关键技术,CAPP表格的定制和修改要求能实现“所见即所得”的操作习惯,表格的填写要求能自动的换行、自动续卡、自动编号,表格中既能填写文字又能填写工艺符号,工艺符号要能参加到自动换行、续卡的运算中,并能支持复制,粘贴,在位编辑等标准的文字处理软件的工作习惯。

 现有的文字处理软件、表格处理软件甚至CAD图形软件均不能满足100%所见即所得的卡片填写方式的要求。只有基于在操作系统平台上利用GDI(Graphics Device Interface)开发的专业系统才能满足要求。

 另外,CAPP生成的图形格式要求最好是能被大多数的软件系统识别,这样便于在其它集成信息系统(如PDM系统)中进行浏览和打印。也有CAPP系统通过OLE(Object Linking and Embedding)的方式在其它系统中浏览和打印CAPP的表格,这样就要求CAPP软件必须与其它系统安装在同一台计算机上,计算机的资源因此比较浪费。也有制作专用浏览和打印的控件,然后集成到其它系统中来完成该功能的,但是一旦图形格式发生变化(非通用的图形格式容易发生改变),就必须升级所有系统中的相应控件。

 用WMF(Windows-formated MetaFiles)或EMF(Enhanced-formated MateFiles)的图形格式来存储CAPP的表格图形是比较好的办法,因为WMF和EMF几乎是所有系统支持的图形格式,它与具体的图形设备没有关系,能直接向各种打印设备输出。另外OLE所生成的图像就是WMF格式,使用WMF格式能保证CAPP表格中使用的OLE对象能自然的得到支持。 现代的CAPP系统中可能要用到多种CAD系统绘制的工艺简图,利用OLE技术可以支持这一特征,并且绘制的工艺简图能重复的利用。唯一的缺点是必须安装CAD系统,并且可能要在多个应用系统中来回切换,系统的资源比较浪费。值得注意的是VISIO公司推出的IntelliCAD,借助OpenDwg组织的技术,实现了与DWG2000、14、13、12格式的完全兼容,该CAD系统能支持AutoCAD所不支持的OLE在位编辑,并且系统非常紧凑,用它来绘制工艺简图可避免多个应用的切换和资源的浪费。

 (5)现代CAPP系统需要独立的、可定制的、有编程接口的、开放的安全系统。 无论企业有没有PDM系统,作为网络数据库的应用程序,现代CAPP都需要有较为完备的安全系统,不能因为企业有了PDM系统,就将CAPP数据的安全交给PDM系统管理,因为PDM系统和CAPP系统所关心和处理的数据重点不一样,CAPP也应该能脱离PDM系统正常运行。PDM的安全系统是在CAPP系统之上的,通过PDM访问CAPP数据,既要通过PDM的安全系统和工作流程验证,也要通过CAPP系统的安全性确认。

 CAPP的安全系统要能满足各企业根据不同情况进行定制的需求,首先CAPP系统必须对可能的权限进行抽象,这种抽象不仅仅是针对具体的CAPP的软件功能,也应该针对CAPP数据库的访问能力,然后制定规则,提供工具,包括软件工具和编程接口来满足不同的定制需求。

 CAPP软件系统提供的编程接口最好是基于COM标准的,这样PDM等系统能方便地利用各种开发工具进行集成。 由于现代CAPP软件是一种工艺设计的工作平台,构建在这个平台之上的专业CAPP系统也可能有权限的要求,所以CAPP的权限系统必须提供可扩充的机制,从而满足开发性的需求。

 1.4.3 CAPP系统的分类

 计算机辅助工艺过程设计的方法大致有检索式、派生式、创成式、综合式四种,那么相应地CAPP系统也就可以分为如下四种:

 (1)检索式(Searches)CAPP系统

 (2)派生式(Variant)CAPP系统 也叫变异式、修订式、样件式CAPP系统,它是建立在成组技术(GT)的基础上,它的基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工艺规程。一个新零件的工艺规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以筛选或编辑而成的。计算机内存储的是一些标准工艺过程和标准工序;从设计角度看,与常规工艺设计的类比设计相同,也就是用计算机模拟人工设计的方式,其继承和应用的是标准工艺。 派生式系统必须有一定量的样板(标准)工艺文件,在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文件。

 (3)创成式(Generative)CAPP系统 也叫生成式CAPP系统。创成式系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的,这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象,各种设备及刀具的适用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑存入相对独立的工艺知识库,供主程序调用。向创成式系统输入待加工零件的信息后,系统能自动生成各种工艺规程文件,用户不需或略加修改即可。 创成式系统不需要派生法中的样板工艺文件,在创成系统中只有决策逻辑与规则,系统必须读取零件的全面信息,在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工艺文件。

 (4)综合式(Hybrid)CAPP系统 综合式系统是将派生式、创成式与人工智能结合在一起,综合而成的。 从以上四种CAPP系统中工艺文件产生的方式我们可以看出,派生式系统必须有样板文件,因此它的适用范围局限性很大,它只能针对某些具有相似性的零件产生工艺文件。在一个企业中这种零件只是一部分,那么其它零件的工艺文件派生式系统就无法解决。创成式系统虽然基于专家系统,自动生成工艺文件,但需输入全面的零件信息,包括工艺加工的信息。信息需求量极大,极全面,系统要确定零件的加工路线、定位基准、装夹方式等,从工艺设计的特殊性及其个性化分析,这些知识的表达和推理无法很好的实现;正是由于知识表达的“瓶颈”与理论推理的“匹配冲突”至今无法很好地解决,自优化和自完善功能差,CAPP的专家系统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶段。

 除上面几种CAPP系统以外,还有一种智能型的CAPP系统越来越受到重视,智能型CAPP系统是将人工智能技术应用在CAPP系统中所形成的CAPP专家系统。智能型CAPP系统与创成型CAPP系统是有一定区别的,正如人们所知,创成型CAPP及CAPP专家系统都可自动地生成工艺规程。创成型CAPP是以逻辑算法加决策表为其特征;而智能型CAPP系统则以推理加知识为其特征。

 在企业的实际应用中,无论是用什么方式进行工艺过程设计的,其目的只有一个,真正满足企业的需要,解决企业的实际问题。

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