CAPP(Computer Aided Process Planning)是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境,利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。相对于传统的手工工艺设计来说,利用CAPP系统可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。在机械行业的发展过程中起到越来越重要的作用。

1 发展历史

计算机辅助工艺系统是相对于传统的手工工艺设计来说的。在传统工艺设计中,由于工艺方法的灵活性以及加工设备、工装等的随机性,往往以工艺设计人员经验为主,进行工艺路线、工艺规程等工艺文件的设计。但是传统工艺设计也有很大的不足之处,如由人工编制,劳动强度大、效率低、且因人而异;经验性很强;工艺设计优化、标准化较差。

计算机辅助工艺设计CAPP(Computer-Aided Process Planning)是在计算机广泛应用到社会上各行各业的情况下,更重要的是为了适应市场多变、快变及需求多样化而发展起来的一种机械制造企业的应用系统。它的开发、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。它源于成组技术(GT)在工艺设计中的应用,目前已是计算机辅助制造与计算机集成制造系统(CIMS)的一个组成部分。随着机械制造生产技术的发展和当今市场对多品种、小批量生产的要求,特别是CAD/CAM系统向集成化、网络化、可视化方向发展,计算机辅助工艺设计也就日益成为人们所重视。

2 发展现状

(1) CAPP系统最基本的应用

CAPP系统最开始就是为了工艺设计而产生的,现在应用最为广泛的就是各类零件的工艺卡片、工序图的自动生成。

工序图的绘制是CAPP中的一个关键组成部分,也是正确实施CAPP设计结果的重要手段之一。利用系统自动生成工序图是有它意义的,这样可以降低产品的成本,改善品质,而且提高了尺寸的精度,有效的保证零件的性能。

绘制工序图的过程实际上是一个从零件图反推至其毛坯的过程。工序图的自动生成有很多优点和方便之处:1)工序图的生成过程是由复杂到简单,设计的自由度减少,给工程师处理带来了很大的方便;2)对于计算机来说,零件的复杂程度是跟其没有关系的,因此计算机可以生成任意复杂形状的工序图,并能充分满足工艺图动态变化的要求。

(2) CAPP与CAD、CAM系统的结合

CAPP是连接设计和制造的桥梁,也就是计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)之间连接的通道,但传统的工艺设计过多地关注计算方法的研究,对工艺设计的流程管理重视不够。新的生产模式对工艺流程管理提出了新的要求,迫切要求建立适当的工艺流程,及时、正确地堆工艺设计过程进行有效的管理和控制。

而CAPP系统能弥补现有CAD/CAM系统中存在的一些问题。CAD与CAPP共享一个统一的零件信息模型,避免了设计过程与加工过程中信息的二次输入,同时可以方便地借助CAD产品的绘图环境自动生成工序图。同时在向CAM系统中输入的时候,由于数据的一致性,也省去了很多中间原本复杂的转换过程,使得整个系统成为一个有机的整体,从而能够提高工作效率,同时避免中间由于数据变换产生的误差。

(3) 跟多种工具相结合的CAPP系统

现在与其他相关工具软件相结合的CAPP系统在企业中的应用也相当广泛。

例如,某公司利用以VB、SQL、AutoCAD作为工具进行曲轴的CAD/CAPP系统的研究和实用系统开发,实现轴类零件图形的快速绘制和加工工序的自动生成及工艺信息的管理,提高工作效率。

这对于迅捷制造来说是很有现实意义的,小型公司加工零件,同类的零件很多,可能每个批次之间参数稍有不同,这样可以借助这个方法来生产。因为大部分的零件以及加工零件的时候的所需要的工序步骤都是类似的,加工零件的时候,可以调用之前的案例库,很大程度上节省设计时间,并且节省成本。

(4) 与神经网络专家系统和XML相结合的协同CAPP

神经网络是由大量简单的处理单元广泛连接组成的人工网络,各处理单元间通过连接器联系在一起,这些单元是模仿大脑中的神经细胞(神经元)设计成的,用来模拟大脑神经系统的结构和功能,它是一种信息处理系统。

机械加工工艺模型化是CAPP的基础,传统的CAPP系统在工艺信息表达上没有统一的标准,难与其他系统集成或交换数据,因此,寻找一种既能描述结构化数据,也能描述非结构化数据的数据格式非常重要。近年来发展成熟的XML结构简单、高效可扩充、开放性好,符合工艺信息的特点,因此笔者采用具有层次结构的XML描述工艺信息,用标准的SMLshema将工艺信息映射成工艺XML文档,以便不同企业间通过Internet交换工艺信息。

 

基于神经网络专家系统的CAPP开发平台构架

从上图可以看出,将神经网络系统应用于CAPP系统开发工具中,有利于克服基于传统专家系统的CAPP系统存在的问题使CAPP系统具有自学习、自组织与自适应及容错能力。建立这个系统能够为工艺人员提供良好的交互式工艺设计平台和友好的辅助环境,充分利用基于符号推理的专家系统和基于模式处理的神经网络的各自优点。

3 发展前景及展望

(1) CAPP系统继续向小的零件级方向发展

计算机辅助系统最初的应用目的就是为了降低工程师手动编写工艺卡片的繁琐、重复的劳动而设计的。

在计算机技术日益完善的今天,更加有必要把工程师从这项任务中解脱出来,而随着计算机智能的发展,计算机能够更加智能的完成这项任务。

(2) CAPP系统向大的系统级方向发展

CAPP不仅是CAD和CAM联系的桥梁和纽带,对企业敏捷制造、智能制造、并行制造也具有重要的作用。CAPP经过多年的发展,在系统的结构、决策方法方面取得了很大突破,但由于CAPP涉及问题的复杂性及对环境的依赖性,使得CAPP系统的通用性和实用性很差。近年来,数字化制造技术的发展,要求CAPP系统能支持远程设计、协同设计。因此,网络化、智能化成为了CAPP发展的趋势。

(3) 跟多种应用相结合的应用

随着信息产业的兴起,网络技术和人工智能的不断发展为企业提供了一个广阔的发展空间,将XM L技术、神经网络与Web技术结合,建立分布式、智能化协同CAPP系统,打破了传统CAPP系统的单一性构成,多技术的成功应用为CAPP的发展指明了一条道路。其原型系统缩短了设计周期,提高了企业的经济效益和竞争力,有着广阔的应用前景。