淺析計算機輔助工藝設計

淺析計算機輔助工藝設計摘要：計算機輔助工藝設計(CAPP)是提高設計效率和工業(yè)生產(chǎn)率的理想工具，是聯(lián)系CAD與('AM的紐帶，也是實現(xiàn)計算機集成制造的關鍵因素之一。應用CAPP技術，可以使工藝人員從繁瑣重復的事務中解放出來，迅速編制出完整而詳盡的工藝文件，縮短生產(chǎn)準備周期，提高產(chǎn)品制造質量，進而縮短整個產(chǎn)品的生命周期。其全面系統(tǒng)的介紹了計算機輔助系統(tǒng)CAPP的發(fā)展歷程、工作原理、CAPP系統(tǒng)的分類及其在研究開發(fā)中存在的問題與分析，在詳細分析當前CAPP在焊接領域的應用現(xiàn)狀的基礎上，提出CAPP向集成化、智能化、網(wǎng)絡化、通用化發(fā)展的趨勢。關鍵詞:CAPP;發(fā)展;原理;分類;應用;趨勢中圖分類號:TH1162文獻標志碼：ASimpleanalysisofaidedprocessplanningtechnologyAbstract：AbstractComputer-aidedprocessprogramming(CAPP)isanidealtooltoreducedesigntimeandtoincreasepro-ductivity.ItisthelinkbetweenCADandCAM,andisanessentialkeyforachievingCIM(ComputerIntegratedManu-facture).ApplicationofCAPPtechnology,canmakethe

processof

staff

liberatedfromthetediousrepetitive

affairs，improvingthequalityofproducts,and

shortenthe

product

lifecycle.Itsystematicallyintroducedthedevelopmentprocess、workingprincipleofCAPPandtheproblemsandanalysisexistingintheresearchdevelopment,aswellastheclassificationofitssystem.HavinganalyzedthepresentapplicationinweldingitputforwardthedevelopmenttrendofCAPPforitsintegratization,intelligentizationandnetworkization.Keywords：CAPP;development;principle;classification;analysis;developmenttrends前言實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和管理計算機化，目前已經(jīng)成為國內外工廠企業(yè)的重要任務和目標，成為提高工業(yè)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質量，降低產(chǎn)品制造成本的巨大推動力，同時也成為決定企業(yè)能否在日益激烈的競爭中立于不敗之地的關鍵因素之一。在工業(yè)生產(chǎn)中，新產(chǎn)品的開發(fā)和投產(chǎn)分為三個階段:產(chǎn)品設計、產(chǎn)品工藝規(guī)劃和產(chǎn)品制造。目前，這三個階段都在不同程度上實現(xiàn)計算機化，相應地產(chǎn)生了計算機輔助設計(CAD、計算機輔助工藝設計(CAPP)和計算機輔助制造(CAM）[1]。在計算機集成制造(CIM)環(huán)境中，計算機輔助工藝設計是CAD和CAM之間必不可少的聯(lián)接[2]。在機械制造行業(yè)中，隨著產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，便有大量的工藝過程編制工作。傳統(tǒng)的工藝過程編制是一種純粹的手工勞動，不僅勞動量大、工作繁瑣，而且編程質量完全取決于技術人員的經(jīng)驗和知識水平，不同的人對同一零件所編制的工藝過程往往會大不相同，從而形成生產(chǎn)工藝的多樣化，將給組織生產(chǎn)造成許多不便和生產(chǎn)費用的浪費。況且一個工藝師要經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐，才能具備加工設備、刀具、夾具、技術測量等方面的廣泛知識，從而編制符合生產(chǎn)實際條件的工藝過程文件。計算機輔助工藝過程編制(CAPP)系統(tǒng)的應用，不僅可以提高工藝規(guī)程的生成速度，短生產(chǎn)準備周期，使廣大工藝人員從繁瑣和重復的勞動中解放出來，而且可以降低編制人員技能水平，即經(jīng)驗較少的工藝人員也可借助于CAPP系統(tǒng)設計出高質量的工藝規(guī)程，促進了工藝過程的規(guī)范化和標準化[3]。為此，自20世紀60年代以來，很多國家爭相進行了CAPP的研究，開發(fā)了許多實用的系統(tǒng)，取得了諸多理論成果。1國內外CAPP研究綜述與分析CAPP系統(tǒng)的研究和發(fā)展經(jīng)歷了較為漫長曲折的過程。自從1965年Niebel首次提出CAPP思想，迄今30多年，CAPP領域的研究得到了極大的發(fā)展，期間經(jīng)歷了檢索式、派生式、創(chuàng)成式、混合式、專家系統(tǒng)、開發(fā)工具等不同的發(fā)展階段，并涌現(xiàn)了一大批CAPP原型系統(tǒng)和商品化的CAPP系統(tǒng)。早期的CAPP系統(tǒng)為檢索式（Retrieval）系統(tǒng)。它事先將設計好的零件加工工藝規(guī)程存儲在計算機中，在編制零件工藝規(guī)程時，根據(jù)零件圖號或名稱等檢索出存有的工藝規(guī)程，獲得工藝設計內容。這類CAPP系統(tǒng)自動決策能力差，但最易建立，簡單實用，對于現(xiàn)行工藝規(guī)程比較穩(wěn)定的企業(yè)比較實用。檢索式CAPP系統(tǒng)主要用于已經(jīng)標準化的工藝過程設計。隨著成組技術（GT）的推廣應用，變異式或派生式CAPP（VariantCAPP）系統(tǒng)得到了開發(fā)和應用。派生式CAPP系統(tǒng)以成組技術為基礎，按零件結構和工藝的相似性，將零件劃分為零件族，并給每一族的零件制定優(yōu)化的加工方案和典型工藝過程。挪威早期推出的AUTOPROS系統(tǒng)，美國麥克唐納.道格拉斯自動化公司與CAM-I開發(fā)的CAPP-CAM-I系統(tǒng)，英國曼徹斯特大學開發(fā)的AutoCAP系統(tǒng)等都是典型的派生式CAPP系統(tǒng)。派生式CAPP系統(tǒng)實質上是根據(jù)零件編碼檢索出標準工藝，并在此基礎上進行編輯修改，系統(tǒng)構建容易，有利于實現(xiàn)工藝設計的標準化和規(guī)格化，而且有較為成熟的理論基礎（如成組技術等），故開發(fā)、維護方便。變異設計的思想與實際手工工藝設計的思路比較接近，故此類系統(tǒng)比較實用，發(fā)展較快，取得了一定的經(jīng)濟效益。70年代中后期，美國普渡大學的Wysk博士在其博士論文中首次提出了基于工藝決策邏輯與算法的創(chuàng)成式CAPP（GenerativeCAPP）的概念，并開發(fā)出第一個創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)原型—APPAS（AutomatedProcessPlanningAndSelection）系統(tǒng)，CAPP的研究進入了一個新的階段。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)能根據(jù)輸入的零件信息，通過邏輯推理、公式和算法等，作出工藝決策而自動地生成零件的工藝規(guī)程。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是較為理想的系統(tǒng)模型，但由于制造過程的離散性、產(chǎn)品的多樣性、復雜性、制造環(huán)境的差異性、系統(tǒng)狀態(tài)的模糊性、工藝設計本身的經(jīng)驗性等因素，使得工藝過程的設計成為相當復雜的決策過程，實現(xiàn)有一定適應面的、工藝完全自動生成的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)具有相當?shù)碾y度，已有的系統(tǒng)多是針對特定的零件類型（以回轉體為主）、特定的制造環(huán)境的專用系統(tǒng)。鑒于創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)設計開發(fā)中的困難，隨后研究人員提出了混合式CAPP（HybridCAPP）系統(tǒng)，它融合了派生式和創(chuàng)成式兩類CAPP系統(tǒng)的特點?；旌鲜紺APP系統(tǒng)常采用派生的方法首先生成零件的典型加工順序，然后再根據(jù)零件信息，采用邏輯推理決策的方法生成零件的工序內容，最后再人機交互式地編輯修改工藝規(guī)程。目前混合式的CAPP系統(tǒng)應用較為廣泛。進入80年代，研究人員探討將人工智能（AI）技術、專家系統(tǒng)技術應用于CAPP系統(tǒng)中，促進了以知識基（knowledge-based）和智能化為特征的CAPP專家系統(tǒng)的研制。專家系統(tǒng)CAPP與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)主要區(qū)別在于工藝設計過程的決策方式不同：創(chuàng)成式CAPP是基于“邏輯算法+決策表”進行決策，專家系統(tǒng)CAPP則以“邏輯推理+知識”為核心，更強調工藝設計系統(tǒng)中工藝知識的表達、處理機制以及決策過程的自動化。1981年法國的Descotte等人開發(fā)的GARI系統(tǒng)是第一個利用人工智能技術開發(fā)的CAPP系統(tǒng)原型，該系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則來存儲加工知識并可完成加工方法選擇和工序排序工作。目前已有數(shù)百套專家系統(tǒng)CAPP問世，其中較為著名的是日本東京大學開發(fā)的TOM系統(tǒng)，英國UMIST大學開發(fā)的XCUT系統(tǒng)以及擴充后的XPLAN系統(tǒng)等。80年代中后期，隨著CIM概念的提出和CIMS在制造領域的推廣應用，面向新的制造環(huán)境的集成化、智能化以及功能更完備的CAPP系統(tǒng)成為新的研究熱點，涌現(xiàn)出了集成化的CAPP系統(tǒng)，如德國阿亨工業(yè)大學Eversheim教授等開發(fā)的AUTOTAP系統(tǒng)；美國普渡大學的H.P.Wang與Wysk在CADCAM和APPAS系統(tǒng)的基礎上，經(jīng)擴充推出的TIPPS(TotallyIntegratedProcessPlanningSystem)系統(tǒng)以及清華大學開發(fā)的THCAPP系統(tǒng)等都是早期集成化CAPP系統(tǒng)的典范。進入90年代，隨著產(chǎn)品設計方式的改進、企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的變化以及計算機技術的進步與發(fā)展，CAPP系統(tǒng)體系結構、功能、領域適應性、擴充維護性、實用性等方面成為新的研究熱點。例如基于并行環(huán)境的CAPP、可重構式CAPP系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)開發(fā)工具、面向對象的CAPP系統(tǒng)、CAPP與PPS集成均成為CAPP體系結構研究的熱點。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）技術、模糊綜合評判方法、基因算法等理論和方法也已應用于CAPP的知識表達和工藝決策中。與此同時，CAPP系統(tǒng)的研究對象也從傳統(tǒng)的回轉體、箱體類零件擴大到焊接、鑄造、沖壓等領域中，極大地豐富了CAPP的研究內涵。我國對CAPP的理論研究和系統(tǒng)開發(fā)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，出現(xiàn)了大量的學術性和實用性的各類CAPP系統(tǒng)。國內高校例如同濟、清華、北航、南航、華中科大、西安交大、上海交大、西北工大等在CAPP的研究和開發(fā)方面起步較早，取得了卓有成效的成果，對我國CAPP的研究、普及和推廣應用起到了很好的推動作用。比較有代表性的CAPP系統(tǒng)有TOJICAPP、THCAPP、BHCAPP、BITCAPP、NHCAPP、XJDCAPP、HUST_RCAP等。在90年代中后期，國內幾家從事制造業(yè)軟件開發(fā)與系統(tǒng)集成服務的公司在消化吸收CAPP研究成果的基礎上，并結合我國企業(yè)的實際需求，陸續(xù)推出了不少商品化的CAPP系統(tǒng)，其中具有代表性的有開目CAPP、天河CAPP、思普CAPP、金葉CAPP、大天CAPP、艾克斯特CAPP、天喻CAPP等，并分別在不同企業(yè)中得到了不同程度的應用。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國自行研制開發(fā)的不同類型的CAPP系統(tǒng)已達100余套。國內CAPP研究的深入程度、覆蓋面和發(fā)展水平如果保留地說還沒有超過國外，則至少也已處于并駕齊驅的階段[4]。2CAPP的原理CAPP的基本原理是:首先，將產(chǎn)品設計信息輸入計算機，并建立起產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫;其次，把工藝人員編制工藝的經(jīng)驗、工藝知識和邏輯思想以工藝決策規(guī)則的形式輸入計算機，建立起工藝決策庫(工藝知識庫);再次，把制造資源和工藝參數(shù)以適當?shù)男问捷斎胗嬎銠C，建立制造資源和工藝參數(shù)庫;最后，通過程序設計充分利用計算機的計算、邏輯分析判斷、儲以及查詢等功能來生成工藝規(guī)程。由此，不難看出，一般的CAPP系統(tǒng)通常由三個基本組成部分:產(chǎn)品信息輸入部分、工藝決策部分和產(chǎn)品工藝信息輸出部分。產(chǎn)品信息輸入是指將產(chǎn)品設計信息輸入計算機，并轉化為CAPP系統(tǒng)能“讀”懂的信息。目前信息輸入方法主要有兩種:一是以人機交互的方式輸入設計信息;另一種是直接從CAD系統(tǒng)中讀取產(chǎn)品設計信息。工藝決策是CAPP系統(tǒng)進行工藝設計的關鍵，其基本原理是根據(jù)產(chǎn)品設計信息，利用CAPP系統(tǒng)中決策機制，根據(jù)具體生產(chǎn)環(huán)境條件確定產(chǎn)品的工藝過程。產(chǎn)品工藝信息輸出是指最終的產(chǎn)品工藝過程信息要以工藝卡片的形式表示，在集成環(huán)境下，CAPP需要通過數(shù)據(jù)庫存儲產(chǎn)品工藝過程信息，以實現(xiàn)信息共享[5]。3CAPP系統(tǒng)的體系結構歸納起來，迄今為止所研究的CAPP系統(tǒng)可分為如圖1所示的體系結構。其中CAPP按其工作原理可分為檢索式、派生式(Vari-ant)和創(chuàng)成式(Generative)。在檢索式CAPP系統(tǒng)中，設計好的零件標準工藝被編號，并存儲在計算機中;在制定零件的生產(chǎn)工藝時，可根據(jù)輸入的零件信息進行搜索，查找合適的標準工藝。可見，檢索式CAPP系統(tǒng)簡單實用，但是由于標準工藝為數(shù)有限，大量的零件不能被覆蓋，所以應用范圍有限[6]。在派生式LAPP系統(tǒng)中，根據(jù)成組技術(GroupTechnology)原理將零件劃分到不同的零件組，按零件組編制出標準工藝，并將其存儲到計算機中;在為新零件設計工藝時，輸入該零件的成組技術代碼，檢索到相應零件組的工藝，而后根據(jù)該零件的特點，由計算機自動進行工藝參數(shù)的修改，從而產(chǎn)生新的工藝[7]?？梢姡缮紺APP系統(tǒng)也不能適用于所有的零件，而且由派生法產(chǎn)生的工藝往往需要進一步修改。在創(chuàng)成式CAPP中，不存入任何工藝，而是通過數(shù)學模型決策、邏輯推理決策或智能決策等方式結合制造資源庫自動生成零件的工藝。在輸入零件加工信息后，運行過程一般不需要人工干預。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)具有較高的柔性，適應范圍較廣，而且便于與CAD和CAM集成。但是，由于工藝設計過程的復雜性，目前尚難開發(fā)出自動化程度很高、功能完全的創(chuàng)成式系統(tǒng)。目前的創(chuàng)成式系統(tǒng)實際上只能說基本上是創(chuàng)成式的。4CAPP研究開發(fā)中存在的問題與分析自從1965年Niebel首次提出CAPP思想，迄今30多年，CAPP領域的研究得到了極大的發(fā)展，涌現(xiàn)了一大批CAPP原型系統(tǒng)和商品化的CAPP系統(tǒng)?？v觀CAPP發(fā)展的歷程，可以看到CAPP的研究開發(fā)始終圍繞著兩方面的需要而展開：一是不斷完善自身在發(fā)展中出現(xiàn)的不足，二是不斷滿足新的制造技術、制造模式對其提出的新的要求。國內外高等院校和研究機構發(fā)表了數(shù)以千計的研究論文，取得了不少研究成果，大大地推動了CAPP的發(fā)展，部分研究成果已經(jīng)應用于具體實際，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。但不可否認的是，從總體上看，CAPP的應用和工程化的問題，至今并沒有得到很好的解決，這與層出不窮的新技術、新方法、新概念很不相稱。CAPP的研究仍然面臨著許多問題，其應用的廣度和深度與企業(yè)的實際需求還相差較遠。工藝設計受諸多因素的影響和制約，個性很強，不同的生產(chǎn)類型、制造資源環(huán)境等，都影響工藝設計的結果。在一個企業(yè)行之有效的工藝計劃到另一個企業(yè)可能根本就不適用。就一個企業(yè)而言，隨著新材料的出現(xiàn)、設備的更新，工藝也會跟著發(fā)生變化。因此很難有一個通用的CAPP系統(tǒng)可以滿足所有企業(yè)的所有需求。傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)及其構造方法，存在著以下主要的不足：CAPP系統(tǒng)的體系結構缺乏柔性、適應性傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)絕大多數(shù)是針對特定產(chǎn)品零件和特定制造環(huán)境進行開發(fā)的。當零件的種類和制造環(huán)境發(fā)生變化時，系統(tǒng)需要重新設計和構造。開放性差大多是封閉系統(tǒng)，不支持用戶的修改和二次開發(fā)。系統(tǒng)可重用性差，存在大量低水平的重復工作傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)絕大多數(shù)采用結構化程序分析方法和結構化設計方法，使得CAPP系統(tǒng)的可維護性差、可重用性、繼承性差。大多數(shù)的CAPP系統(tǒng)的開發(fā)完全從零開始，功能模塊存在大量的低水平的重復工作，起點低，系統(tǒng)研制周期長，效率低。對CAPP的實用性、產(chǎn)業(yè)化重視不夠，忽略對CAPP中的人機工程技術的研究由于忽略了從客戶使用的角度驗證CAPP的功能實用性、完備性，使得大多數(shù)的CAPP系統(tǒng)為實驗室產(chǎn)品或原型產(chǎn)品，無法真正在企業(yè)中用起來。隨著網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫的技術的應用，原有單機模式的CAPP已不能滿足實際需求CAPP應用系統(tǒng)的關鍵問題之一是有效分析工藝設計的資源信息和實踐經(jīng)驗[8]，針對工藝設計個性很強的特點以及上述傳統(tǒng)CAPP系統(tǒng)的不足，研究和開發(fā)CAPP工具系統(tǒng)是解決問題，迎接挑戰(zhàn)的一條有效的途徑。工藝設計雖然“因廠而異”，但也遵循一些公共的規(guī)范，有規(guī)律可循。將工藝設計中的共性提取出來，創(chuàng)建系統(tǒng)總體結構框架和設計模型；針對工藝設計中的個性問題，開發(fā)可重用、可維護的功能組件對象，通過功能組件對象的實例重用、繼承重用、多態(tài)性重用，提高系統(tǒng)的開放性和靈活性；通過不同功能組件的拼裝、升級、重用，避免不必要的、低水平的重復開發(fā)，實現(xiàn)CAPP系統(tǒng)開發(fā)和維護的高效。實踐證明這是開發(fā)CAPP系統(tǒng)的一種很有效的方法[4]。5不斷發(fā)展的CAPP內涵隨著科學技術的進步特別是計算機技術的發(fā)展以及知識經(jīng)濟的來臨，制造業(yè)正經(jīng)歷著巨大的變革。知識經(jīng)濟使得制造活動和銷售經(jīng)營分散化、網(wǎng)絡化、全球化，形成了全球性的大市場。每個企業(yè)都面臨著持續(xù)多變和不可完全預測的全球化市場經(jīng)濟競爭。為了提高企業(yè)的競爭力，制造企業(yè)必須解決其新產(chǎn)品的T、Q、C、S、E難題，即以最快的上市速度（T-TimetoMarket），最好的質量（Q－Quality），最低的成本（C－Cost），最優(yōu)的服務（S-Service）及最清潔的環(huán)境（E-Environment）來滿足不同顧客對產(chǎn)品的需求和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。為了適應制造領域發(fā)展的上述變革，各種新的制造技術、產(chǎn)品設計制造模式以及生產(chǎn)組織形式相繼提出并得到不同程度的應用實施。例如計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）、并行工程CE（ConcurrentEngineering）、精益生產(chǎn)LP（LeanProduction）、準時制JIT（JustinTime）、智能制造IM（IntelligentManufacturing）、敏捷制造AM（AgileManufacturing）、先進制造技術AMT（AdvancedManufacturingTechnology）等。無論什么樣的制造技術、制造模式以及生產(chǎn)組織形式，CAPP作為產(chǎn)品設計和制造的中間橋梁、信息樞紐的地位和作用不會改變。新的制造技術、制造模式以及生產(chǎn)組織形式的成功有賴于其包含的各個單元技術，CAPP作為核心的制造信息處理單元，無疑對其的成功實施具有重要的意義。與此同時，新的制造技術、制造模式以及生產(chǎn)組織形式對CAPP提出了更高的要求，賦予了它新的內涵，其意義和作用更大。隨著研究的深入以及新技術、新需求的提出，CAPP的內涵也在不斷的豐富。就像CAD有狹義的CAD和廣義的CAD一樣，CAPP也有狹義和廣義之分。從狹義的觀點來看，CAPP是針對零件的機械加工工藝過程設計（以切削為主），輸出工藝規(guī)程。但從廣義的觀點來看，CAPP包括工藝設計和工藝設計過程和活動的管理。工藝設計的過程不僅僅產(chǎn)生零件的工藝規(guī)程，還為基于并行工程的產(chǎn)品設計提供制造可行性、加工成本分析、可裝配性等信息和數(shù)據(jù)；為MIS/ERP系統(tǒng)提供工時定額、材料定額、工裝一覽表、工藝路線表等基礎的制造數(shù)據(jù)；為計算機輔助質量檢驗系統(tǒng)提供加工精度、粗糙度、形位公差等質量檢驗項目內容和要求，由計算機輔助質量檢驗系統(tǒng)自動生成零件的工序質量檢驗規(guī)劃。根據(jù)企業(yè)的實際需求知道，實際的工藝設計是由不同性質的子任務組成，工藝設計分多個步驟完成，如工藝調研、分析和審查產(chǎn)品結構工藝性、設計工藝方案、設計工藝路線、設計工藝規(guī)程、設計工藝裝備、制定材料定額、工時定額、工藝設計結果需經(jīng)過校對、審核、批準等。這些子任務會涉及到多個部門如計劃處、生產(chǎn)處、工藝處、設備處、勞資科、標準化室等，所以工藝設計是一個多任務和多用戶并發(fā)的過程，需要有一套權限、用戶管理協(xié)調機制。CAPP應用的目的之一是提高工藝設計的效率，工藝設計效率的提高不僅僅依賴于單個零件的工藝決策過程的提高，期間涉及到工藝過程和工藝子任務的分解和協(xié)調。隨著并行工程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術（PDM）、CIMS技術等的應用和推廣，需要在CAPP里實現(xiàn)有效的人、技術的集成，實現(xiàn)工藝設計過程和設計信息的管理，從系統(tǒng)、整體上提高工藝設計的效率和質量。6CAPP的應用（焊接）作為工業(yè)生產(chǎn)中最重要的材料成型方法之一，焊接的應用遍及了航天、造船、化工、電力、建筑、汽車、微電子等領域，其質量和可靠性直接關系到最終產(chǎn)品的性能與安全，其成本也在較大程度上影響到產(chǎn)品的最終成本。焊接工藝的設計是很復雜的，對于不同的焊件和焊接要求必須編制相應的焊接工藝。生產(chǎn)中對焊接工藝的要求是十分嚴格的，特別是在鍋爐、造船等行業(yè)。但是很長一段時間以來，焊接工藝的編制與管理主要靠傳統(tǒng)的手工方式完成。因而，在管理、檢索、編制和保存焊接工藝等工作上，不但造成了大量的重復性勞動，浪費了焊接工藝人員的精力，而且時常造成不必要的人為失誤，影響了生產(chǎn)質量和制造成本。因此，焊接工作者早在20世紀80年代后期就在焊接工藝設計與管理中引進了CAPP技術。1990年前后，可以認為是國內焊接領域CAPP發(fā)展的起步時期。從1988年開始，太原重機廠在長城GW系統(tǒng)機上自行開發(fā)了人機交互式計算機輔助焊接工藝規(guī)程設計軟件系統(tǒng)TZ-WCAPP。該系統(tǒng)以成組技術為基礎，以專家系統(tǒng)思想為指導，采用檢索法與創(chuàng)成法相結合，可以認為是一種綜合式CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)還應用集成概念，實現(xiàn)了CAD/WCAPP/MRP一體化。唐山鍋爐廠于1990年開始研究計算機輔助工藝過程設計，并采用漢字DBASE開發(fā)了一套適合該廠的CAPP系統(tǒng)，可以完成工藝文件的建立、修改、打印等功能。同期，金州重型機器廠等單位也進行了類似的研究。這一時期的系統(tǒng)一般用DBASE,FOXBASE或BASIC開發(fā)，運行在DOS平臺上。1994年左右，為數(shù)眾多的企業(yè)開始研究焊接工藝CAPP系統(tǒng)。清華大學與大連起重機器廠合作開發(fā)了CSCAMP系統(tǒng);哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)了焊接工藝設計專家系統(tǒng)；伙第一重型機械集團公司開發(fā)了基于網(wǎng)絡的WTPMIS系統(tǒng)；叱哈爾濱工業(yè)大學與哈爾濱鍋爐廠合作開發(fā)了PQRDBMS系統(tǒng)。此外，南京化學工業(yè)集團公司、天津大學、蘭州石油化工機械廠等單位也進行了焊接工藝CAPP系統(tǒng)的研發(fā)。這一時期的系統(tǒng)一般使用BASIC或VB,FOXPRO開發(fā)，運行在Windows上。少數(shù)系統(tǒng)具備一定的工藝設計自動化功能，絕大多數(shù)系統(tǒng)主要進行焊接工藝的管理，但是提供的功能比以前的系統(tǒng)要強很多，界面也更加友好。近年來，已有的CAPP系統(tǒng)得到了進一步發(fā)展，升級后的系統(tǒng)功能得到了加強，有的系統(tǒng)還實現(xiàn)了網(wǎng)絡化。比如，哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的焊接工藝評定管理系統(tǒng)，除了能完成新建、保存、檢索、打印工藝文件等一般操作外，還允許局域網(wǎng)中的各個終端通過網(wǎng)絡共享工藝文件，并為用戶提供了完善的權限管理。CAPP的通用化與專業(yè)化結合也進一步得到了重視。清華大學等研究機構對此作了一定的研究，但是可應用的通用化與專業(yè)化結合的CAPP系統(tǒng)還未見報道[9]。7CAPP的研究方向7.1智能化20世紀80年代以來，以專家系統(tǒng)技術為代表的人工智能技術在CAPP系統(tǒng)中得到了一定的應用，提高了系統(tǒng)的適應性和通用性。但由于專家系統(tǒng)技術存在一些缺陷，比如知識獲取的“瓶頸”問題，推理方法單調及其產(chǎn)生的“匹配沖突”、“組合爆炸”與“無窮遞歸”問題[10]等，不能充分地滿足實現(xiàn)CAPP智能化的需要。目前，廣泛研究的神經(jīng)元網(wǎng)絡、模糊理論和遺傳算法為CAPP系統(tǒng)的進一步智能化提供了理論基礎[11]。但是，要實現(xiàn)真正的智能化系統(tǒng)還需要大量的人力、物力和時間的投入。7.2集成化隨著CAD,CAPP及CAM系統(tǒng)的應用不斷增多，企業(yè)迫切需要將這些孤立的系統(tǒng)整合成一個整體，以提供對產(chǎn)品生命周期中包括產(chǎn)品設計、工藝設計、產(chǎn)品仿真、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品測試等各個階段的全面支持。由于CAPP是聯(lián)系CAD與CAM的紐帶，因而CAPP的集成化研究得到了廣泛重視[1]。CAPP系統(tǒng)集成的關鍵是信息的交換與共享。根據(jù)信息交換方式和共享程度的不同，CAPP的集成可選取多種方案。最簡單的方案是采用專用數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)集成。比如，采用自定義數(shù)據(jù)格式文件的方法，但是這樣做不利于與其他人員開發(fā)的系統(tǒng)進行集成。為此，美國、法國及德國等國家開發(fā)了自己的數(shù)據(jù)交換標準，如IGES,PDES,SET,VDAFS等。為了實現(xiàn)國際范圍的標準化工作，在PDES接口技術的基礎上，1984年11月國際標準化委員會下設的組織ISP/TC184/SC4在法蘭克福召開的會議上確定了STEP(StandardfortheEx-changeofProductModelData)，為CAD/CAPP/CAM的集成提供了國際標準[6]。較好的方案是基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理((PDM)實現(xiàn)3C集成。PDM技術是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理為核心，通過計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫技術，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關的信息和過程集成管理的技術。與產(chǎn)品相關的信息包括開發(fā)計劃、產(chǎn)品模型、工程圖樣、技術規(guī)范、工藝文件，與產(chǎn)品相關的過程包括設計、仿真、加工制造、計劃調度、裝配、檢測等過程。在這種集成方案中，CAD,CAPP,CAM分別與底層的PDM通信，從而輸出或獲取相應的信息，這就在更大程度上實現(xiàn)企業(yè)內部信息共享[6]。7.3通用化隨著CAD,CAM在企業(yè)中的廣泛應用，發(fā)展相對滯后的CAPP日益成為企業(yè)應用計算機的瓶頸。因而許多單位尤其是商業(yè)軟件公司研究并開發(fā)了通用化的CAPP系統(tǒng)。自20世紀90年代以來逐漸興起的CAPP框架系統(tǒng)是實現(xiàn)CAPP通用化的一種方式。所謂的CAPP框架系統(tǒng)實際上是一種CAPP開發(fā)工具，可以由用戶自己定義適合特定系統(tǒng)的CAPPoCAPP框架系統(tǒng)技術目前尚處在理論研究和開發(fā)實驗階段，清華大學等研究機構對此作了較多的研究。但是很少有滿足用戶實際需要的商品軟件發(fā)行[12]。通用CAPP系統(tǒng)注重的是工藝文件的編制與管理，一般不具有自動設計工藝的功能。目前，國內已開發(fā)出許多這樣的系統(tǒng)，如西北工業(yè)大學的CAPPFramework，武漢開目公司的KMCAPP以及清華天河的THCAPP等。7.4并行工程CAPP1988年美國國家防御分析研究所完整地提出了并行工程((CE)的概念[12]。并行工程倡導了一種新的企業(yè)生產(chǎn)模式。并行工程的核心是，基于分布式并行處理的協(xié)同求解以及在其支持之下，面向產(chǎn)品整個生命周期尋求最優(yōu)決策。并行工程方法力圖使開發(fā)人員從設計一開始就考慮到產(chǎn)品生命周期(從概念形成到報廢)中的各種因素，包括質量、成本、進度及用戶需求，盡早暴露并修正產(chǎn)品開發(fā)全過程中存在的問題，從而達到提高質量、降低成本和縮短工期的目的[13]。并行工程主要是針對原來的串行產(chǎn)品生產(chǎn)模式提出的，它采用上、下游同時決策的方式，在計算機上進行產(chǎn)品整個生命周期各個階段的設計。在并行CAPP系統(tǒng)中，要求CAPP系統(tǒng)在設計過程中高效動態(tài)地生成工藝規(guī)程，并隨時向CAD系統(tǒng)提供產(chǎn)品可制造性的評價信息。同時，可以根據(jù)加工過程仿真系統(tǒng)的反饋信息找到當前工藝規(guī)程中存在的問題并加以調整[14]。并行工程自提出以來，得到了高度的重視和廣泛的發(fā)展，在波音公司等一些企業(yè)獲得了成功的應用，成為現(xiàn)代制造技術的重要研究內容之一。7.5分布式網(wǎng)絡化信息傳輸是企業(yè)實現(xiàn)CIMS的先決條件。通過網(wǎng)絡可以將企業(yè)內部相互分離的各個部門集成為一個統(tǒng)一的整體，從而實現(xiàn)生產(chǎn)信息與資源的統(tǒng)一管理與調度。作為CIMS中重要組成部分之一的CAPP系統(tǒng)也必須實現(xiàn)網(wǎng)絡化。CAPP系統(tǒng)的網(wǎng)絡化的原因之一是實現(xiàn)工藝文件共享的需要，也就是分布在車間等子部門的網(wǎng)絡終端可以以不同權限訪問工藝部門的工藝數(shù)據(jù)文件。原因之二是CAPP系統(tǒng)本身實現(xiàn)工藝設計這一復雜功能的需要。具體地說，CAPP系統(tǒng)的工作具有明顯的層次性，不同層次的子系統(tǒng)、功能模塊、相關的工程數(shù)據(jù)庫及工藝知識庫可組成分布式系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，各級計算機系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡互連的，工藝設計過程是動態(tài)的，可以提供反饋功能，系統(tǒng)結構具有柔性;另外，在實際生產(chǎn)環(huán)境中，不同類別的零件所適用的CAPP設計方法也是不同的，可以采用一種由檢索式、派生式、創(chuàng)成式等各種子系統(tǒng)組成的分布式CAPP系統(tǒng)，并通過測定零件類別，選擇最合適的設計方法，各子系統(tǒng)可以通過公用數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系，共同完成設計任務。8結論理想的CAPP系統(tǒng)應具有良