CAPP系统的五大工作原理及应用现状

目前我国开发应用的CAPP系统按其工作原理可以分为以下五大类：交互式CAPP系统、派生式或变异式CAPP系统、创成式CAPP系统、综合式CAPP系统和CAPP专家系统。企业所用的真正起到CAPP作用的系统大多为变异式CAPP系统和在创成式与变异式这两种类型基础上开发出的综合式CAPP系统，交互式和智能式CAPP系统在少数企业也有应用。下面分别介绍各系统的特点及具体应用情况。

1.变异式CAPP系统（在国内企业应用比较普遍）

无锡机床厂、杭州汽轮机厂、成都飞机工业（集团）有限责任公司等单位采用的都是该类CAPP系统，其中以杭州汽轮机厂使用效果最佳。首先，该厂所有工艺人员均用CAPP系统编制工艺，包括校对、审核全部在计算机上进行，不存在手工编写工艺的现象，确保CAPP应用持续不断地坚持下去。其次，该厂的基础工作相当出色，各种工艺技术标准全部进机上网，各种物料资料全部编码建库。第三，该厂产品特殊，零件种类不多，分类成组比较简单，相似性零件所占比例较大。该厂采用的是典型的检索式CAPP系统，工艺库被划分为标准工艺库和用户工艺库，零件由11位编码分类，新零件编制工艺时既可按编码由标准工艺库检索出同组零件的标准工艺，也可按编码从用户工艺库中检索出已存在的同组零件工艺，必要时也可根据零件名称、编制者姓名、编制日期等，从用户工艺库中检索出所要查看、借用的工艺。根据当前零件图样，对检索出的工艺内容进行必要的修改后，即可按新零件代号存入用户工艺库中，由于该厂产品系列程度高，检索出的工艺一般稍加修改或不需修改可直接使用。对于极个别改动大或检索不出同组工艺的零件的工艺编制，可选用系统内的标准工艺术语进行工艺编程。该厂工装刀具都已编程入库，编制工艺时可根据编码选用。值得一提的是，该厂根据本厂零件系列，对一些机壳、叶片等典型零件的标准工时库，零件工艺检索编制完成后，通过人机对话，输入必要的零件参数（或通过计算机网络由CAD系统直接调入），计算机即可自动查表给出该零件各工序的工时定额。

无锡机床厂的CAPP思路也很好，他们首先把零件按功能分成十几个大类，每大类内的零件再按工艺特征分组。每组零件有一个简单的四位编码，由每组选出一个具有代表性的零件，在该零件上增加一些必要的同组内其他零件具有而该零件所没有的元素，把这样组成的一个复合零件作为该组的典型零件，再将此典型零件的工艺存入标准工艺库，作为该组零件的标准工艺。编制新零件工艺时，首先根据零件的功能和工艺特征确定组编码，然后根据所在零件组，通过人机问答的形式，输入该零件所包含的可选元素，由计算机在该组典型工艺基础上自动取舍合成该零件的工艺，再经工艺员审核确认或修改后存入用户工艺库。

2.创成式CAPP系统

西安交通大学为秦川机床厂开发的用于动力转向液压泵工艺编制的CAPP系统，技术水平相对较高，该系统主要由以下模块组成：

（1）控制模块

控制模块的主要任务是协调各模块的运行，采用人机交互窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件的信息获取方式。

（2）零件信息输入模块

零件信息既可以通过与CAD系统的集成直接获得，也可通过人机对话交互输入。

（3）工艺设计模块

工艺设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用。

（4）工序决策模块

工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间的尺寸进行计算，并生成工序图。

（5）工步决策模块

工步决策模块对工步内容进行设计，包括确定切削用量，提供形成数控（NC）加工控制指令所需的刀位文件。

（6）NC加工指令生成模块

NC加工指令生成模块，依据工步决策模块提供的刀位文件，调用NC代码库中适应于具体机床的NC指令系统代码，产生NC加工控制指令。

（7）输出模块

可输出工艺流程卡、工序图及其他文档，输出也可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改得到所需的工艺文件。

（8）加工过程动态仿真

对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。

该系统的局限性在于只能解决动力转向油泵的工艺编制，若要推广应用，需针对不同种类的零件组分别开发，系统开发工作量太大。

3.综合式CAPP系统

鉴于上述两种系统特点，人们在以上两种系统的基础上发展了CAPP系统的设计方法，将其进行了综合与发展，从实际出发并及时应用其他学科的最新发展成果，产生了多种类型的CAPP系统，如综合式、交互式、智能式等CAPP系统。综合式CAPP系统也称半创成式CAPP系统，它将变异式与创成式结合起来，利用变异式及创成式两者的优势，在系统开发过程中，将工艺设计过程中一些成熟的、变化少的内容用变异式原理设计，将经验性强，变化大的工艺内容用创成式原理进行决策，避免了变异式系统的局限性和创成式系统的高难度。我国发展的CAPP系统多为这种系统。

沈阳第一机床厂的CAPP系统是典型的综合式CAPP系统，系统包括：SI-CAPC、SICAPRP、SI-ZPT、CAPP，该系统是吸收了国内开发CAPP的经验开发成功的，其简介如下：(www.xing528.com)

（1）SI-CAPC系统（计算机辅助零件编码）

SI-CAPC系统是三套系统的基础，该系统的应用目标是企业的全部技术和生产活动。该系统信息设置完整，用途广泛，不同的技术部门和管理部门都可以根据业务的需要，从零件编码获取有价值的信息。

（2）SI-CAPRP系统（计算机辅助零件的工艺路线编制）

SL-CAPRP系统是在SI-CAPC系统的基础上，为解决该厂零部件专业化生产和成组加工制造环境下零件工艺路线编制的一致性和正确性而研究开发的。该系统将先进的专家系统理论和方法应用于零件工艺路线编制这一具体的工程技术实践中，该系统的应用目标为该厂品种线各成组加工车间的全部零部件。本系统与前期开发的SI-CAPC系统能实现数据共享，在编码分类基础上，快速而准确地自动生成零件的工艺路线。

（3）SI-ZPTCAPP系统（计算机辅助轴、盘、套零件工艺规程编制）

SI-ZPTCAPP系统是在先期开发的两套系统的基础上开发研制的。该系统是以专家的理论和方法为指导，开发专家式的计算机辅助工艺规程设计系统，其工作原理是计算机模拟专家设计工艺规程的一般思维的过程，依据设计工艺规程决策推理，并结合工厂的实际情况，最后设计完整的工艺规程。

（4）SI-CAPP2000系统

SI-CAPP2000系统是在以上三套系统的基础上扩充完善的，该系统包括材料定额系统，交互式的电气工艺、装配工艺、热加工工艺系统，数据统计分析工艺文件管理，工艺资源管理，工艺数据汇总，报表预览输出系统，从而形成了比较完整的CAPP系统。

目前该系统已在工艺设计中进行应用，通过运行情况可以看到，零件可编码率为100%；零件可分类率为99.8%，正确率为95%；工艺路线编制率为100%，正确率为95%；工艺规程可编制率为95%，正确率为75%；达到并超过了预期的经济和技术指标。

4.其他类型CAPP系统

（1）交互式CAPP

上海第二纺织机械厂应用的即是交互式CAPP系统，该系统以人机交互为主要的工作方式，使用人员在系统的提示引导下，回答工艺设计中的问题，对工艺过程进行决策。该系统通用性强，但不同工艺人员编制的工艺文件一致性差。

（2）利用交互式CAPP平台自行开发的专用系统

东方锅炉厂的CAPP系统是利用HTCAPP（交互CAPP）平台自主开发的，大量的工作是东方锅炉既懂工艺又懂计算机的人员完成的。一套工艺的生成需要的相关知识较多，逻辑推理复杂，需要开发人员具有丰富的工艺知识与一定的计算机技术知识，要把工艺技术和计算机技术结合起来。由于企业的工艺技术在不断变化，企业只有培养懂工艺的计算机人才，才能适应CAPP应用的需要。

通过以上介绍可知，目前开发及应用的CAPP系统都必须建立在工艺标准化、规范化的基础上，如图7-1所示是CAPP系统开发分析示意图。

图7-1　CAPP系统开发分析示意图

纵观CAPP发展的历程，可以看到CAPP的研究开发始终围绕着两方面的需要而展开：一是不断完善自身在发展中出现的不足：二是不断满足新的制造技术、制造模式对其提出的新的要求。国内外高等院校和研究机构发表了数以千计的研究论文，取得了不少的研究成果，极大地推动了CAPP的发展，部分研究成果已经应用于具体实际，取得了较好的社会效益和经济效益。但不可否认的是，从总体上看，CAPP的应用和工程化的问题，至今并没有得到很好的解决，这与层出不穷的新技术、新方法、新概念很不相称。CAPP的研究仍然面临着许多问题，其应用的广度和深度与企业的实际需求还相差较远。

工艺设计受诸多因素的影响和制约，其个性很强，不同的生产类型、制造资源环境等都影响工艺设计的结果。在一个企业行之有效的工艺计划也许并不适用于另一个企业，对一个企业而言，随着新材料的出现、设备的更新，工艺也会跟着发生变化，因此很难有一个通用的CAPP系统可以满足所有企业的所有需求。

传统的CAPP系统及其构造方法，存在着以下的不足：

（a）CAPP系统的体系结构缺乏柔性、适应性。传统的CAPP系统绝大多数是针对特定产品零件和特定制造环境开发的。当零件的种类和制造环境发生变化时，系统需要重新设计和构造。

（b）CAPP系统开放性差，大多是封闭系统，不支持用户的修改和二次开发。

（c）CAPP系统可重用性差，存在大量低水平的重复工作。传统的CAPP系统绝大多数采用结构化程序分析方法和结构化设计方法，使CAPP系统的可维护性差、可重用性差、继承性差。大多数的CAPP系统的开发完全从零开始，功能模块存在大量的低水平的重复工作起点低，系统研制周期长，效率低。

（d）开发人员对CAPP系统的实用性、产业化重视不够，忽略对CAPP系统中的人机工程技术的研究。

由于忽略了从客户使用的角度验证CAPP的功能实用性、完备性，使大多数的CAPP系统为实验室产品或原型产品，无法真正在企业中应用。随着网络、数据库技术的应用，原有单机模式的CAPP已不能满足实际需求，针对工艺设计个性很强的特点以及上述传统CAPP系统的不足，研究和开发CAPP工具系统是解决问题、迎接挑战的一条有效的途径。工艺设计虽然“因厂而异”，但也遵循一些公共的规范，有规律可循。将工艺设计中的共性提取出来，创建系统总体结构框架和设计模型；针对工艺设计中的个性问题，开发可重用、可维护的功能组件对象，通过功能组件对象的实例重用、继承重用、多态性重用，提高系统的开放性和灵活性；通过不同功能组件的拼装、升级、重用，避免不必要的、低水平的重复开发，实现CAPP系统开发和维护的高效。实践证明，这是开发CAPP系统的一种很有效的方法。

长期以来，CAPP系统开发的目标一直是开发可以代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助系统，过分强调了工艺决策的自动化。在此目标指导下开发出的“自动化”CAPP系统，虽然融入了人类专家的知识和经验，但在运行时通常需要用户按规定描述方法交互输入零件信息（尽管有不少系统从技术上实现了CAD/CAPP集成，但远未达到工程化），然后由系统进行自动决策。这种CAPP系统一般只提供简单的人机界面，决策过程中很少考虑人的有效参与。