变异式CAPP和创成式CAPP系统

摘要：简述变异式CAPP和创成式CAPP系统及其工作过程。

并介绍了CAPP集成开发平台的设计要求以及由哪些最基本构件组成。

关键词：变异式CAPP，创成式CAPP系统，CAPP集成开发平台
1、变异式CAPP
1.1 结构原理
变异式CAPP系统是利用成组技术原理，将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件，根据此样件建立典型工艺文件，存入工艺文件库中。

当需设计一个新的零件工艺规程时，按照其成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的典型工艺，再根据零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需的工艺规程。

变异式CAPP系统又可称作派生型、修订型CAPP系统。

1.1.1成组技术
（1）概述
成组技术是一门生产技术科学。

利用事物相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。

在生产系统中，成组技术可以应用于不同领域。

对零件设计来说，由于许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族，设计一个新的零件可以通过修改一个现有同族典型零件而形成。

应用这个概念，可以确定出一个主样件作为其它相似零件的设计基础，它集中了全族的所有功能要素。

通常，主样件是人为地综合而成的。

为此，一般可从零件族中选择一个结构复杂的零件为基础，把没有包括同族其它零件的功能要素逐个叠加上去，即可形成该族的假想的零件，即主样件。

对加工来说，GT所发挥的作用有更进一步的，形状不同的零件也有可能要求类似的加工过程。

由于同族零件要求类似的工艺过程，可以组建一个加工单元来制造同族零件，对每一个加工单元只考虑类似零件，就能使生产计划工艺及其控制变得容易些。

所以GT在工艺设计中的核心问题就是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性组织生产，以获得最大的经济效益。

（2）零件分类编码系统
零件编码系统是由代表零件的设计和（或）制造的特征符号所组成，这些符号代码可以是数字，也可以是字母，或者两者都有。

在一般情况下，大多数分类编码系统只使用数字，在成组技术实际应和中，在三种基本编码结构。

1）层次结构在层次结构中，每一个后级符号的决心义取决于前级符号的值。

这种结构亦称为单码结构或树状结构。

由层次代码组成的层次结构具有相对密实性，能以有限个位数传递大蜈有关零件信息。

2）链式结构在链式结构中，那些有序符号的意义是固定的，与前级符号无关，这种结构亦可称为多码结构。

它要复杂些，因而可以方便地处理具有特殊属性的零件，有助于识别具有工艺相似要求的零件。

3）混合结构工业上大多数商业零件编码系统都是由上述两种编码系统组合而成的，形成混合结构。

混合结构具有单码结构和多码结构共同的优点。

典型的混合结构都由一系列较小的多码结构构成，这些结构链中的数字都是独立的，但整个混合代码中，需要有一个或几个数字用来表示零件的类别，这和层次结构一样。

混合结构能最好地满足设计和制造的需要。

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。

1.2 工作过程
变异式CAPP系统的工作过程如下：
1）用编码及零件输入模块，完成对所设计零件的描述和输入。

2）检索及判断新零件是否属于某零件族，如属于则调出，否则返回。

3）对标准工艺进行删改，形成所设计零件的工艺规范。

4）对设计结果存储和输出。

2、创成式CAPP
创成式CAPP系统是一个能够综合运用零件加工信息，自动地为一个新零件创造工艺规程的系统。

其原理与派生式不同，派生式是以原有的工艺规程为基础的，而创成式CAPP系统是在计算机系统软件中收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺知识库和各种工艺数据库。

当编制新零件的工艺规程时，首先输入零件的有关信息，然后创成式CAPP 系统能够根据工艺知识库和各种工艺数据库的信息，在没有人干预的条件下，自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床，刀具的选择和加工优化，通过运用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程，自动创成新的零件加工工艺规程。

2.1 工作原理
1）被加工零件的特征识别；
2）建立标准的加工工艺方法（为各种特征）；
3）工艺决策，确定切削用量等工艺参数；
4）排序。

2.2 工作过程
1）特征识别
从零件几何信息中提取加工特征；
2）建立标准的加工工艺方法
针对零件的几何特征，赋予标准的加工工艺方法；
3）工艺决策
根据加工工艺方法和加工中心，确定出对应的加工工序（工步）、切削用量等工艺参数；
4）排序
按照工艺规则和逻辑顺序，排列每道加工工序（工步）在工艺文件（工序）中的顺序；
5）编辑修改
对所生成的工艺文件进行修正，完善后按指定格式输出工艺文件。

3、集成开发平台[5]
3.1 集成开发平台的主要设计要求
平台，是以综合软件环境和工具全面支持系统开发过程的CASE方法。

面向CIMS/CAPP集成开发平台是一个支持CAPP系统应用开发、应用集成和应用系统运行的软件平台。

它将比我们原来研制的CAPP系统开发工具功能更完善，支持面更广。

最终目的：不仅提供面向CIMS/CAPP系统开发过程中一些可行的工具，以便能为不同生产企业和不同产品类型的CAPP系统开发提供更好的集成运行支撑环境，提供更有力、更全面的支持。

为了解决目前CAPP系统开发和应用中存在的问题，根据上述开发平台的概念，我们拟出了面向CIMS/CAPP集成开发平台的主要设计要求：
1）提供应用开发工具
2）提供数据库和知识库设计及管理工具
3）提供部分应用基础接口
4）提供原型系统运行、调试环境
5）提供开发CAPP系统的经验积累机制
6）提供网络环境下CAPP应用系统的运行管理机制。

3.2 集成开发平台系统体系结构
整个集成开发平台按照层次结构进行划分，通信服务CS处于平台的最底层，为其它层次提供基本应用服务，全局信息系统建立在通信服务之上，维护面向CIMS/CAPP系统与其它分系统共享信息的完整性和一致性。

一组应用开发工具，即各子平台是整个平台的核心部分，提供CAPP系统开发中各子系统信息及知识的获取、组织和功能模块集成的基本框架。

通过平台运行管理系统可对各子平台的运行进行控制和协调，对系统中重要资源进行共享管理。

面向CIMS/CAPP集成
开放平台系统体系结构如图所示。

CAPP系统集成开发平台
3.2.1 CAPP装配子平台
1)设计文档预处理模块：提供浏览已有设计文档功能，经过修改，可快速
生成新应用系统的各种文档，以实现对开发任务书、软件需求说明书、
初步设计等文档的重用及经验的积累。

2)建立系统功能描述库：用户根据产品特点及应用系统的需求，通过人机
交互选择功能项内容，可以快速完成新应用系统的功能菜单内容设计。

3)应用系统生成及仿真运行：根据开发任务书内容及在系统功能描述库中
选定内容，通过构件库管理系统调用机制，能按功能、按层次由基本构
件集成为功能构件，由功能构件集成为子系统各功能模块，最终迅速装
配成新的CAPP原型系统，并可以直接在集成平台环境下运行与仿真，
用户可以对其进行评价及调试，经不断修改，直至满意为止。

4)提供对CAPP应用系统的维护与项目管理工具：可以完成对系统的备份
和对系统各类文件目录进行增、改、删等操作。

3.2.2 CAPP系统信息资源管理子平台
1)提供全局数据字典设计与管理工具：保证CAPP系统设计过程数据定义一
致性。

2)设计CAPP系统工艺数据集中管理工具：对制造环境资源、工艺装备、工
程基础数据等全部库文件提供具有统一数据操作的界面及一致性的维护功能，能实现数据录入、修改、查询、删除、浏览、初始化、备份等功能，便于用户自己参与CAPP前期开发工作和后期维护工作。

3)研究网络环境下CAPP系统数据库设计及数据共享问题。

3.2.3 CAPP系统构件应用及管理子平台
1)提供能覆盖回转类和非回转类零件CAPP应用开发的一组构造工具，其
主要内容包括：
a)具有共性的一组人机界面：如驱动界面、信息反馈界面、用户系统
封面设计界面等。

b)零件描述及输入模块构造工具：由总体信息描述，回转类与非回转
类形面特征描述和形面特征定义及重构工具组成。

用于帮助用户快
速完成零件总体信息及全部形面特征描述及输入模块的设计。

c)工艺生成构造工具：完成创成式、半创成式、变异式、实例式和人
机交互式5种工作方式的工艺生成原型样板。

原型样板是按功能需
求，基于可重用构件装配而成，能体现规范化的程序格式和实现方
法。

平台提供对原型样板的浏览、评价及调试环境。

这样用户可以
按照零件结构复杂性、相似性，选择部分或全部原型样板，快速构
成同一体系结构下，基于统一工艺设计原理的多工作模式并存的
CAPP系统。

d)工艺管理构造工具：完成对工艺文件检索、存储及编辑的原型样板，
供用户开发时直接调用。

同时，为了适应面向CIMS/CAPP系统的特
点，我们正研究面向产品的工艺信息管理构造工具，其内容除了对
零件工艺信息管理外，还增设产品结构信息的可视化管理，研究工
艺BOM表的组成及维护，从而有利于用户按产品汇总工时定额、材
料定额、工艺路线等数据，便于在CIMS环境下将CAPP系统生成的
结果传递到MRPII等分系统中去，也有利于用户按产品能对各类工
艺文件的审核及完成情况进行全面的管理，从长远利益看，也为企
业今后采用PDM产品数据管理打下基础。

e)工艺输出构造工具：按工艺文件类别，进行输出内容的转换及输出
格式的定义，利用报表生成器完成各种工艺文件打印程序，利用平
台子系统与AUTOCAD的应用集成接口切换机制，完成工序图浏览、
绘制及输出的集成运行环境。

2)提供集成环境下对构件的重用管理：将通用模块(界面)、基本构件、功
能构件录入构件库，统一管理，并具有开放性和可扩充性特点，随着CAPP 系统功能扩展，用户也可以添加新的功能构件及构造工具，以达到平台功能扩展和性能提高的目的。

基于可重用构件技术，用户可以大大简化应用程序的开发。

3.2.4 CAPP系统知识库管理子平台
提供集知识描述与维护为一体的构造工具，完成对工艺决策时需调用的各级知识库中知识的获取与管理，其内容简介如下：
1)特征—加工链知识库：以回转类和非回转类形面特征为对象，用产生式
规则的形式，分别组织与加工特征相对应的工步集。

2)工步知识库：以工步为对象，组织工步内容及相关刀、量具等有关信息。

3)工序知识库：以工序为对象，组织相关工步序列及机床、夹、辅具等有
关信息。

4)工艺决策集知识：用成组技术思想指导，以相似零件组为对象，用产生
式规则的形式，组织与特征相对应的工序决策集。

通过以上4级工艺知
识库的构造过程，能确保CAPP系统开发中工艺决策知识的完整性及正
确性。

参考文献
1、邵新宇,蔡力刚。

现代CAPP技术与应用.北京:机械工业出版社,2004
2、赵汝嘉,孙波。

计算机辅助工艺设计（CAPP）.北京:机械工业出版社,2003
3、宁汝新,赵汝嘉。

CAD/CAM技术.北京:机械工业出版社,2005
4、赵良才.计算机辅助工艺设计——CAPP系统设计.北京:机械工业出版社，2002
5、史明华.面向CIMS/CAPP集成开发平台的研究[J].天津:天津纺织工学院学报.1999.01。