計算機輔助工藝規劃(CAPP-ComputerAidedProcessPlanning)

什么是計算機輔助工藝規劃(CAPP)

計算機輔助工藝規劃也被譯為計算機輔助工藝過程設計。國際生產工程研究會（CIRP）提出了計算機輔助規劃(CAP)、計算機自動工藝過程設計(CAPP)等名稱，CAPP一詞強調了工藝過程自動設計。

由于計算機集成制造系統(CIMS)的出現，計算機輔助工藝規劃上與計算機輔助設計(CAD)相接，下與計算機輔助制造（CAM)相連，是連接設計與制造之間的橋梁，設計信息只能通過工藝設計才能生成制造信息，設計只能通過工藝設計才能與制造實現功能和信息的集成。

計算機輔助工藝規劃(CAPP)是通過向計算機輸入被加工零件的原始數據，加工條件和加工要求，由計算機自動地進行編碼，編程直至最后輸出經過優化的工藝規程卡片的過程。在集成化CAD/CAPP/CAM系統中，由于設計時在公共數據庫中所建立的產品模型不僅僅包含了幾何數據，也記錄了有關工藝需要的數據，以供計算機輔助工藝規劃利用。計算機輔助工藝規劃的設計結果也存回公共數據庫中供CAM的數控編程。集成化的作用不僅僅在于節省了人工傳遞信息和數據，更有利于產品生產的整體考慮。從公共數據庫中，設計工程師可以獲得并考察他所設計產品的加工信息，制造工程師可以從中清楚地知道產品的設計需求。全面地考察這些信息，可以使產品生產獲得更大的效益。

計算機輔助工藝規劃（CAPP)利用計算機來進行零件加工工藝過程的制訂，把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件，瞎一過程稱為計算機輔助工藝規劃。它是通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內容等工藝文件的過程。

CAPP系統

基本構成

視CAPP系統的工作原理、產品對象、規模大小不同而有較大的差異。CAPP系統基本的構成包括：

(1)控制模塊。控制模塊的主要任務是協調各模塊的運行，是人機交互的窗口，實現人機之間的信息交流，控制零件信息的獲取方式；

(2)零件信息輸入模塊。當零件信息不能從CAD系統直接獲取時，用此模塊實現零件信息的輸入；

(3)工藝過程設計模塊。工藝過程設計模塊進行加工工藝流程的決策，產生工藝過程卡，供加工及生產管理部門使用；

(4)工序決策模塊。工序決策模塊的主要任務是生成工序卡，對工序間尺寸進行計算，生成工序圖；

(5)工步決策模塊。工步決策模塊對工步內容進行設計，確定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件；

(6)NC加工指令生成模塊。NC加工指令生成模塊依據工步決策模塊所提供的刀位文件，調用NC指令代碼系統，產生NC加工控制指令；

(7)輸出模塊。輸出模塊可輸出工藝流程卡、工序卡、工步卡、工序圖及其它文檔，輸出亦可從現有工藝文件庫中調出各類工藝文件，利用編輯工具對現有工藝文件進行修改得到所需的工藝文件；

(8)加工過程動態仿真。加工過程動態仿真對所產生的加工過程進行模擬，檢查工藝的正確性。

內容

CAPP的內容主要有：毛坯的選擇及毛坯圖的生成；定位基準與夾緊方案的選擇；加工

方法的選擇；加工順序的安排；通用機床、刀具、夾具、量具等工藝裝備的選擇；工藝參數的計算；專用機床、刀具、夾具、量具等工藝裝備設計方案的提出；工藝文件的輸出。

步驟

CAPP的步驟共分為5步：

(1）輸入產品圖紙信息；

(2）擬定工藝路線和工序內容；

(3）確定加工設備和工藝裝備；

(4）計算工藝參數；

(5）輸出工藝文件。

分類

系統按其工作原理可分為檢索式、派生式、創成式等。

檢索式工藝過程設計系統是針對標準工藝的，將設計好的零件標準工藝進行編號，存儲在計算機中，當制定零件的工藝過程時，可根據輸入的零件信息進行搜索，查找合適的標準工藝。

派生式工藝過程設計就是利用零件有相似性，相似的零件有相似的工藝過程這一原理，通過檢索相似典型零件的工藝過程，加以增刪或編輯而派生一個新零件的工藝過程。

創成式工藝過程設計系統和派生式系統不同，它是根據輸入的零件信息，依靠系統中的工程數據和決策方法自動生成零件的工藝過程。

CAPP的基礎技術

CAPP的基礎技術包括：

(1)成組技術（GroupTechnology）。

成組工藝是把尺寸、形狀、工藝相近似的零件組成一個個零件族[3]，如圖3所示，按零件族制定工藝進行生產制造，這樣就擴大了批量，減少了品種，便于采用高效率的生產方式從而提高了勞動生產率，為多品種、小批量生產提高經濟效益開辟了一條途徑。

零件在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性。以基本相似性為基礎，在制造、裝配的生產、經營、管理等方面所導出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。因此，二次相似性是基本相似性的發展，具有重要的理論意義和實用價值。

成組工藝的基本原理表明，零件的相似性是實現成組工藝的基本條件。成組技術就是揭示和利用基本相似性和二次相似性，是工業企業得到統一的數據和信息，獲得經濟效益，并為建立集成信息系統打下基礎。

(2）零件信息的描述與獲取；

輸入零件信息是進行計算機輔助工藝過程設計的第一步，零件信息描述是CAPP的關鍵，其技術難度大、工作量大，是影響整個工藝設計效率的重要因素。

零件信息描述的準確性、科學性和完整性將直接影響所設計的工藝過程的質量、可靠性和效率。因此，對零件的信息描述應滿足以下要求：

[1]信息描述要準確、完整。所謂完整是指要能夠滿足在進行計算機輔助工藝設計時的需要，而不是要描述全部信息；

[2]信息描述要易于被計算機接受和處理，界面友好，使用方便，工效高；

[3]信息描述要易于被工程技術人員理解和掌握，便于被操作人員運用；

[4]由于是計算機輔助工藝設計，信息描述系統（模塊或軟件）應考慮計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助檢測等多方面的要求，以便能夠信息共享。

(3）工藝設計決策機制；

(4）工藝知識的獲取及表示；

(5）工序圖及其它文檔的自動生成；

(6）NC加工指令的自動生成及加工過程動態仿真；

(7）工藝數據庫的建立。

CAPP在CAD/CAM集成系統中的作用

20世紀80年代中后期，CAD、CAM的單元技術日趨成熟。隨著機械制造業向CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）和IMS（IntelligentManufacturingSystem）方向的發展，CAD/CAM的集成化要求是亟待解決的問題。CAD/CAM集成系統實際上是CAD/CAPP/CAM集成系統。CAPP從CAD系統中獲得零件的幾何拓撲信息、工藝信息，并從工程數據庫中獲得企業的生產條件、資源情況及企業工人技術水平等信息，進行工藝設計，形成工藝流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起紐帶作用。為達到此目的，在集成系統中必須解決下列幾方面問題：

(1）CAPP模塊能直接從CAD模塊中獲取零件的幾何信息、材料信息、工藝信息等，以代替零件信息描述的輸入；

(2）CAD模塊的幾何建模系統，除提供幾何形狀及拓撲信息外，還必須提供零件的工藝信息、檢測信息、組織信息及結構分析信息等；

(3）須適應多種數控系統NC加工控制指令的生成。

CAPP的發展趨勢

隨著CAD、CAPP、CAM單元技術日益成熟，同時又由于CIMS及IMS的提出和發展，促使CAPP向智能化、集成化和實用化方向發展。當前，研究開發CAPP系統的熱點問題有：

(1）產品信息模型的生成與獲取；

(2）CAPP體系結構研究及CAPP工具系統的開發；

(3）并行工程模式下的CAPP系統；

(4）基于分布型人工智能技術的分布型CAPP專機系統；

(5）人工神經網絡技術與專家系統在CAPP中的綜合應用；

(6）面向企業的實用化CAPP系統；

(7）CAPP與自動生產調度系統的集成。