一、引言

计算机辅助工艺规程设计(CAPP—Computer Aided Process Planning)在现代制造业中,具有广泛和迫切的实际需求。因为CAPP系统的使用,不仅可以大大提高工艺设计的效率和质量,而且还保证了工艺设计的一致性、继承性和规范化;更重要的是工艺设计数据是ERP系统的数据源,是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等重要的依据。CAPP是企业信息化建设的基础。

工艺设计是优化配置工艺资源,合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产技术准备工作的第一步,也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程是进行工装制造和零件加工的主要依据,它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响,因此是生产中的关键性工作。

工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序,以便能按设计要求生产出合格的成品零件。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。由于各种信息之间的关系极为复杂,工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。

二、传统工艺设计的状况

长期以来,传统的工艺设计都是采用手工方式,这种方式存在以下几个方面的问题:

1、设计效率低下,存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写,光是花费在书写工艺表格上的时间就占50%以上,而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时,原有的工艺规程就不再使用,必须重新设计一套产品的工艺规程,既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同,也必须重新设计;

2、由于信息不通畅,对同一种类型的零件可能会采用不同的工艺设计,或相同的工序内容采用不同的表述方法;

3、不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护;

4、不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用;

5、分散的工艺资料不便于保密性管理;

6、数据的一致性校验功能差,人为错误多,工作质量难以保证。

三、现代工艺设计对CAPP基本功能的要求

为了适应错综复杂的制造环境,作为一个实用的CAPP系统必须具备以下的基本功能:

1、基于产品结构:在企业中,一切生产活动都是围绕产品而展开的。产品的生产过程也就是产品属性的生成过程。工艺文件作为产品的属性之一,应在工艺设计计划指导下,围绕产品结构(基于装配关系的产品零/部件明细表)展开。基于产品结构进行工艺设计,可以直观、方便、快捷的查找和管理工艺文件。

2、工艺管理:在工艺工作中,工艺管理是非常重要的一部分,它包括产品级的工艺路线设计、材料定额汇总等。对于工艺设计和成本核算起着指导性的作用。

3、工艺设计:这是工艺工作的核心工作,CAPP应高效率、高质量的保证工艺设计的完成,这其中主要是工艺卡片的编制。

4、资源的利用和管理:在工艺设计的过程中,需要用到企业资源,所谓资源就是工艺设计需要支配的工艺资源数据(如:设备、工装物料和人力等),需要应用的工艺技术支撑数据(如:工艺规范、国家/企业技术标准等),需要参考的工艺技术基础数据(如:工艺样板、工艺档案等)。CAPP系统应广泛而灵活的提供资源内容和资源使用方式以及资源的管理与维护功能。

5、工艺汇总:也是工艺工作的一部分。工艺汇总卡片中的数据基于工艺规程,工艺规程中的工艺数据修改后,必须修改汇总卡片中的相关内容。

6、工艺设计管理:诸如“工艺设计目录”、“工艺设计文件封面”、“工夹具申请单”等的填写对于规范工艺文件管理有着极为重要的意义。

7、流程:工艺设计要经过设计、审核、批准、会签等的工作流程。CAPP系统应能实现这种工艺工作中流程作业。

8、工艺设计的后处理:对定型产品的工艺进行分类归档,以及归档后的有效利用。

9、标准工艺:CAPP系统中应有标准或称典型工艺的存储、查询和利用。在工艺设计中根据相似零件具有相似工艺的原理,常常有作为以后进行类似工艺设计的参考或模板。

四、现代工艺设计对CAPP扩展功能的要求

目前绝大部分企业CAPP的应用停留在上述的基本功能方面,有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平,这是CAPP应用的基础。但CAPP应用的深度和广度还不够,距离企业的实际需求还有差距,具体表现在以下几个方面。

1、没有从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题,对工艺师个人经验的依赖性较强。要让没有丰富经验的工艺师设计出高质量的工艺规程,以缓解当前机械制造业工艺设计任务繁重,但缺少有经验工艺设计人员的矛盾。

2、要适应设计理念的变更,作为检索依据的图号失去唯一性以后,要能够方便地完成工艺借用。

3、要使历史工艺资源得到充分的再利用,必须提供批量导入历史数据的功能,为快速建立典型工艺库提供手段。

4、实现生产技术准备一体化,要提供生产准备所需要的功能,打印生产所需的各种台帐和工票。

5、集成化的需求,计算机集成制造是现代制造业的发展趋势,CAPP作为集成系统中的一个单元,要与其它单元集成。这包括:与产品设计实现双向的信息交换与传送;与生产管理和计划调度系统实现有效集成;与质量控制系统建立内在联系等。

五、对CAPP扩展功能的解决方案

1、基于成组技术的工艺编码的应用

基于成组技术的工艺编码在国外是早已成熟的技术,在国内却长期处于理论研究的阶段,少有成功应用的先例。所谓工艺编码,就是把零件按照预先规定的规则进行规律性的描述,并将零件的基本特征数码化,然后遵循相似零件具有相似工艺的基本原理进行应用。工艺编码对工艺设计过程的好处主要表现在以下几个方面:

1)、操作简单,弱化了对工艺设计师个人经验的依赖,缓解了高级工艺师短缺的矛盾。工艺设计人员只要熟悉编码规则,一看图纸就能打出相应的编码,就如同用五笔字型法输入汉字一样简单。CAPP系统根据输入的编码在典型工艺库中检索出对应的典型工艺。

2)、有效地继承已有的先进工艺,不会出现同一零件不同的工艺人员作出不同的工艺或不同的工艺描述。

3)、随着图号改动量的加大,批量借用的作用会逐步弱化,而依靠工艺编码进行工艺借用将成为工艺设计的主要方法。有效地化解了图号变动给工艺借用带来的困难。

2、增加数据预处理功能,实现批量导入历史工艺数据

企业经过多年生产后虽然积累了大量的历史工艺数据,但其数据格式不符合CAPP系统的要求。通过单独开发的CAPP数据预处理功能,对历史数据进行预处理,包括历史工艺卡片的合并和格式转换以及将历史工艺分析表转换为工艺卡片,使其满足CAPP的格式要求。实现历史数据的批量导入,完成快速建立典型工艺库的过程。

3、增加生产准备的各种功能

在CAPP系统中增加生产准备功能,实现各种生产台帐和工票的打印,使生产技术准备一体化,大大提高了生产技术准备工作的效率。同时,也为下一步实施生产管理奠定了基础。