3计算机辅助工艺过程设计

路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
60年末 ～80年代初
80年代初 ～90年代中
90年代中 ～本世纪初
1965年Niebel首次提出CAPP思想
本世纪初～
CAPP的主要内容
信息建模
工艺决策
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工艺设计数据 管理与输出
产品信息建模 制造资源建模 工艺数据建模 加工方法选择 切削参数计算 加工顺序安排
系统可按标准格式输出 各种工艺文件，还可输出 由用户自定义的工艺文件
具有友好统一的人机工作界面 具有功能强大、便利的数据与知 识库管理系统，便于用户对各种工 艺数据与知识的获取、表达、管理 与维护
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（3）智能化趋势
依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行 工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对CAPP的需要
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工序决策模块：选 定加工设备、定位 安装方式、加工要 求，生成工序卡
输出模块：输出工艺流程卡、 工序和工步卡，工序图…
CAPP发展趋势
（1）集成化趋势 （2）工具化趋势 （3）智能化趋势
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（1）集成化趋势
集成化是CAPP系统的一个重要发展趋势 集成化指CAD/CAPP/CAM的局部集成
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CAPP
MIS
MAS
CAQ
向MAS（制造自动化系统）提供各种过 程文件和夹具、刀具等信息； 接受MAS反馈的工作报告和工艺修改意见
向工装CAD提供 工艺过程文件和 工装设计任务书
向CAQ（质量保证 系统）提供工序、 设备、工装、检测 等工艺数据，以生 成质量控制计划和 质量检测规程； 接收CAQ反馈的控 制数据，修改工艺 过程
重点：CAPP的概念及工作原理
1. 概述
计算机辅助工艺过程设计(CAPP)是将产品数据转换成面向制造 的指令性数据的重要环节，起着承上(产品设计)启下(加工制造 与管理)、连接CAD与CAM及MRP等应用系统的桥梁作用
• CAPP的基本概念 • CAPP在集成制造系统中的地位和作用 • CAPP类型及基本原理 • CAPP结构组成及基本技术 • CAPP发展趋势
基于人工神经元网络的CAPP系统
ANN（人工神经网络，Artificial Neural Network）理论是近年来得到 迅速发展的一个国际前沿领域，也为解决现有CAPP系统存在的问题开 辟了新的途径
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自动化制造系统
• 自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下 ，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程 中实现管理过程和工艺过程自动化。管理过程包括产品的 优化设计；程序的编制及工艺的生成；设备的组织及协调 ；材料的计划与分配；环境的监控等。自动化制造系统包 括刚性制造和柔性制造系统。
CAD
零件的几何工艺特征
CAPP
CAM
集成化系统优势：
✓ 与CAD系统集成从根本上解决CAPP系统的零件信息输入问 题
✓ 集成化系统采用统一的数据规范便于对各种数据的统一处理
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（2）实用化趋势
实用化思想主要表现：
• 工艺设计的共性与个性分开处理 • 工艺决策方式多样化
……
数据浏览与查询 数据输出
CAPP系统工作过程与步骤
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CAPP应用意义：
• 将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，可以从 事新产品及新工艺开发等创造性的工作 • 节省工艺过程编制时间和编制费用，缩短工艺设计周期，降 低生产成本，提高产品在市场上的竞争力 • 有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行集中、总结和继承， 提高工艺过程合理化的程度，从而实现计算机优化设计 • 较少依赖于个人经验，有利于实现工艺过程的标准化，提高 相似或相同零件工艺过程的一致性 • 降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求 • 减少所需的工装种类，提高企业的适应能力 • CAPP是CAD与CAM的桥梁，为实现CIMS创造条件
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CAPP集成制造系统中的地位和作用
管理信息系统
• 所谓MIS（管理信息系统--Management Information System）系统 ，是一个以人为主导，利用计算机硬件、软 件及其他办公设备进行信息的收集、传递、存贮、加工、 维护和使用的系统，以企业战略竞优、提高收益和效率为 目的，支持企业高层决策、中层控制和基层操作。
新零件进行工艺设 计时，首先用计算机 检索它所属零件族的 标准工艺，再根据新 零件具体情况，对标 准工艺进行删改与选 择，工序设计则采用 创成式 CAPP 系统自 动决策产生
体现了派生式与创 成式相结合的优点
文件维护
分组矩阵 标准工艺 名称字典
机床 加工余量 经济精度
辅助编码
控制
数据准备 工艺文件
工序设计
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CAPP集成制造系统中的地位和作用
CAPP集成制造系统中的地位和作用
计算机集成制造系统（CIMS）的关键是系统集成，CAPP系 统解决了CAD和CAM的连接问题，真正实现CAD/CAM集成
向CAM提供零件加工所需的设备
接受CAD的几何拓扑信 、工装、切削参数、装夹参数及反
所使用的机床、刀具、夹具… ✓ 决定切削用量 ✓ 估算工时与成本 ✓ 输出工艺文件 …
常见工艺流程
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CAPP彻底改变了手工编制工艺文件的方式和对人的依赖，大 大提高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致性 和工艺规程的精确性，避免不必要的差错，为实现工艺过程优 化、集成制造创造条件
CAPP的发展历程
• 研究派生式
CAPP • 推出典型系统
提出CAPP CAM－I
1976年
• 研究创成式
CAPP系统 • 智能化工艺
决策方法 • 零件信息 自动获取
• 深入研究
派生式CAPP • CAPP进入 实用化 • CAPP数据
管理与应用
• 研究新的
CAPP系统 结构与方法 • CAPP性能 提高
共性主要包括：推理 控制策略和一些公共算 法以及通用的、标准化 的工艺数据与工艺决策 知识
个性主要包括：与特 定加工环境相关的工艺 数据及工艺决策知识
• 具有功能强大、使用方便和统一 标准的数据与知识库管理平台
• 智能化输出
单一的推理控制策略 不能满足用户的需要， 系统应能给用户提供多 种工艺设计方法
CAPP类型及基本原理
由于零件及制造环境的不同，很难用一种通用的CAPP 软件来满足各种不同的制造对象
CAPP系统按照工艺决策方法主要分为： • 检索式CAPP系统 • 派生式CAPP系统 • 创成式CAPP系统 • 综合式CAPP系统
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将派生式、创成式与人工智能结合 综合而成，目的是综合派生式和创 成式两者的优势，避免派生式系统 的局限性和创成式系统的高难度
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CAPP基本概念
计算机辅助工艺规程设计（CAPP, Computer Aided Process Planning），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)
CAPP系统的基本功能：
✓ 输入设计信息 ✓ 选择工艺路线、决定工序内容及
3计算机辅助工艺过程设 计
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2020年4月7日星期二
本章 学习目标
• 了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用 • 掌握CAPP的基本工作原理和工作过程 • 学习和理解CAPP 中零件信息描述方法 • 掌握不同类型CAPP系统关键技术
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检索式CAPP系统
检索式CAPP系统是基于成组技术或基于特征的CAPP系统
基本原理：按照零件编码或图号 将企业现行各类工艺文件存入计 算机数据库
设计时根据零件编码或图号， 在工艺文件库中检索类似零件的 工艺文件，由工艺人员采用人机 交互方式修改、编辑
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检索式CAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较 弱、自动决策能力差
创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式 由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法，工艺 规程的知识难以形成程序代码，因此只能处理简单的、特定环境下的某 类特定零件
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综合式CAPP系统
将派生式与创成式结合起来，采取派生与自动决策相结 合的工作方式，也称半创成式CAPP系统
息、材料信息以及精度、 映零件切削过程的刀具轨迹文件；
粗糙度等工艺信息；
接收CAM反馈的工艺修改意见
向CAD反馈产品的机构
工艺性评价信息,满足并行 CAD 产品设计要求
CAHale Waihona Puke Baidu 工装CAD
向MIS(管理信息 系统)提供各种工 艺过程文件和夹具 、刀具…信息； 接受MIS反馈的工 作报告和工艺修改 意见
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CAPP集成制造系统中的地位和作用
质量保证系统（体系）
• 质量保证体系（Quality Assurance System/QAS）是指 企业以提高和保证产品质量为目标，运用系统方法，依靠 必要的组织结构，把组织内各部门、各环节的质量管理活 动严密组织起来，将产品研制、设计制造、销售服务和情 报反馈的整个过程中影响产品质量的一切因素统统控制起 来，形成的一个有明确任务、职责、权限，相互协调、相 互促进的质量管理的有机整体。 质量保证体系相应分为内 部质量保证体系和外部质量保证体系。
开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致 ，得到很多企业的认可，具有很高的推广价值
派生式CAPP系统
可看成检索式CAPP系统的发展， 又称变异式CAPP系统
基本原理：利用成组技术(GT)代码 或企业现行零件图编码，根据结构 和工艺相似性将零件进行分组，然 后针对每个零件组编制典型工艺（ 主样件工艺）
设计时根据零件的GT代码和其它 有关信息，按编码搜索零件族，对 典型工艺进行自动化或人机交互式 修改，生成符合要求的工艺文件
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派生式CAPP系统柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发， 可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计 工作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大多是派生式系统
工序尺寸 计算
编辑输出
成族编码 编码操作
输入 图样数据 工艺文件
报告
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CAPP的结构组成及基本技术
CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关
存放CAD系统 完成的产品设 计信息
存放企业加工设备、 工装工具等制造资源 的相关信息
存放CAPP系统 生成的产品制 造工艺信息， 供输出工艺文 件、数控加工 编程和生产管 理与运行控制 系统使用
专家系统技术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各种 知识的灵活性和有效性给CAPP系统的发展带来生机。人工智能 技术已越来越广泛地应用于各种类型的CAPP系统之中
基于实例与知识的CAPP系统
基本原理：通过系统本身的工艺设计实例来“自我”总结、组织、学 习和更新工艺设计“经验”，当经验积累到一定程度时，系统将成为一 个“聪明的设计者”
创成式CAPP系统
创成式CAPP系统包括：基于传统过程性程序结构与决策形式的 CAPP系统、基于知识的 CAPP专家系统、基于神经网络的 CAPP系 统、CAPP工具系统或骨架系统…
基本原理：与检索式和派生式 方法不同，不是直接对相似零 件工艺文件进行检索与修改， 而是根据零件的信息，通过逻 辑推理规则、公式和算法等， 做出工艺决策而自动地“创成 ”一个零件的工艺规程
存放工艺流程图、工序卡 、工步卡等系统输入输出 模板、手工查询工具和系 统操作工具集…
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存放产品制造工艺规 则、工艺标准、工艺 数据手册、工艺信息 处理的相关算法和工 具…
存放零件族典型零件的 工序卡、工步卡、工艺 流程图、加工参数…， 供系统参考使用
CAPP的结构组成及基本技术
CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关
控制模块：协 调各模块的运 行，实现人机 间信息交流， 控制产品设计 信息获取方式
工艺路线设计模块： 加工工艺流程决策， 生成工艺过程卡
零件信息获取 模块：产品设 计信息输入
工步决策模块：选择刀 具轨迹、加工参数，确 定加工质量要求，生成 工步卡及提供形成NC指 令所需的刀位文件