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计算机辅助工艺设计CAPP

摘要：计算机辅助工艺过程设计做为连接CAD系统和CAM系统的桥梁，在产品设计和制造整个过程中担任着至关重要的角色。本文通过对分析国内外的CAPP的发展历程，介绍了CAPP的组成以及开发中存在的问题。最后概括了CAPP的发展趋势。

关键词：CAPP；工艺决策；工艺路线优化

Abstract：Puter Aided Process Planning,as the bridge connecting CAD system and CAM system,is a vital role in the whole process of product design and manufacture.the paper introduce the bxsic positive and cunrent research problem in development.Finally,generalize current ofdevelopment of CAPP.

Keywords：CAPP; Process decision ;Optimization of process route

1 引言

1.1 CAPP的基本概念

计算机辅助工艺规程设计，即puter Aided Process Planning，简称CAPP，是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程[1]。

具体的说，CAPP就是利用计算机的信息处理和信息管理优势，采用先进的信息处理技术和智能技术，帮助工艺设计人员完成工艺设计中的各项任务，如选择定位基准、拟订零件加工工艺路线、确定各工序的加工余量、计算工艺尺寸和公差、选择加工设备和工艺装置、确定切削用量、确定重要工序的质量检测项目和检测方法、计算工时定额、编写各类工艺文件等，最后生成产品生产所需的各种工艺文件和数控加工编程、生产计划制定和作业计划制定所需的相关数据信息，作为数控加工程序的编制、生产管理与运行控制系统执行的基础信息。

在企业生产中，工艺设计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、加工成本及工时定额、甚至传统习惯等方面的信息，因此，工艺设计是一个典型的复杂问题。此外，工业设计受到诸如企业的生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺习惯、工艺方法、工艺师工艺水平等因素的影响，甚至受到组织与管理方式的制约。因此，工艺在各个方面都有其“个性”。

随着市场竞争的不断加剧，产品升级换代的周期越来越短，产品品种急剧增加，产品要求质量也越来越高。但系列产品的工艺具有很多的继承性，不同产品中的相同或相似零部件具有相似的工艺，因此工艺卡片中存在大量的重复信息。

传统的工艺设计存在以下缺陷：

1、工艺数据重复填写、重复计算，存在大量的重复劳动，效率低、周期长；

2、要求工艺设计人员具有丰富的生产经验，熟悉企业内部各种加工方法及相应的设备使用情况，熟悉企业内部各种生产价格规范和规章制度[2]；

3、同一零件由不同工艺员编制工艺时，往往得到不同的工艺文件；即使同一工艺员，每次设计结果也可能不完全相同，人工设计的工艺一致性差，且设计质量也取决于工艺员的技术水平与工作经验，难以保证工艺文件中数据的准确性和工艺质量，难以实现规范化、标准化；

4、繁琐而重复的密集型劳动会束缚工艺人员的设计思想，妨碍他们进行创造性工作，并且工艺人员的知识积累过程太慢，而服务时间相对过短，不利于工艺水平的迅速提高，不能适应市场瞬息多变的需求；

5、不能利用计算机来统一管理和维护工艺文件，实现企业之间工艺信息的共享，不能充分利用企业的制造资源。当今，计算机技术已深入到企业的各个领域，如应用其辅助编制工艺，必然可极大地提高信息处理能力。因此，传统的设计方法与现代制造技术的发展不相适应了。

1.2 CAPP 发展及分类

CAPP的研究开发始于20世纪60年代末，第一个CAPP系统是于1969年诞生于挪威的AUTOPROS 系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是美国

计算机辅助制造公司(CAM-I)于1976年开发的CAM-I’S AutomatedProcessing Planning系统。随后，美国、德国、匈牙利、英国、日本等国的研究人员相继研究开发出了一批通用和实用型的CAPP系统，并取得了一定得经济效益。

我国的CAPP系统研究始于80年代初，同济大学于1982 年研制出国内第一个CAPP 系统——TOJICAPP 系统[3]，之后具有代表性的有清华大学开发的THCAPP 系统[4]，北京航空航天大学开发的EXCAPP 系统，西北工业大学开发的GNCAPP 系统，南京航空航天大学开发的NHCAPP系统等等。经过40 年的开发研究，涌现出一大批CAPP 系统，就其原理可分为派生式CAPP 系统、创成式CAPP 系统和CAPP 专家系统。

(1)派生式CAPP 系统派生式(Variant)CAPP 系统也称作变异式、修订式CAPP 系统，它是建立在成组技术基础上，零件按照几何相似性或工艺相似性归类成族，建立该零件族的主样件及其典型工艺规程即标准工艺规程，并以文件形式储存在计算机中。当要为新零件进行工艺设计时，输入该零件的成组技术编码，由计算机判别零件属于哪一个零件族，检索出该零件族的标准工艺规程，再根据零件的结构形状特点和尺寸公差，进行编辑修改，获得适合于该零件的工艺规程。

挪威于1969年开发的AUTOPROS 系统，美国计算机辅助制造公司1976 年开发的CAM-I’S Automated Processing Planning 系统，我国同济大学于1982 年开发的TOJICAPP 系统等都属于派生式CAPP系统。

派生式CAPP系统原理简单、开发周期短、投资少和易于取得实际效益，是中小企业常采用的方式。但由于系统中存储的是标准工艺，当设计的新零件找不到相应的零件族时，系统就不能发挥作用。系统针对性强，只适用于特定的工厂，不便于移植。

(2)创成式CAPP 系统创成式(Generative)CAPP 系统不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。当输入新零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的情况下，自动的生成零件的工艺规程。但是，CAPP 专家系统仍有许多问题有待人们解决或提出更有效的方法，比如工艺知识的获取和表示，工艺模糊知识的处理、工艺推理过程中自行解决冲突问题的最佳路径，自学习功能的实现等等。

美国普渡大学1977年开发的APPAS系统、德国阿亨大学于1980年开发的