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C应用软件深化应用的思维

发布时间 : 2020-01-05 05:57    点击量:

什么是CAPP

一、CAPP发展简述 CAPP系统的研究和应用经历了较为漫长曲折的过程。自从1965年Niebel首次提出CAPP思想,迄今30多年,CAPP领域的研究得到了极大的发展,期间经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、工具系统等不同的发展阶段,并涌现了一大批CAPP原型系统和商品化的CAPP系统。 在CAPP工具系统出现以前,CAPP的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统,而不是辅助系统,即强调工艺设计的自动化和智能化。但由于工艺设计领域的个性化、复杂性,工艺设计理论多是一些指导性原则、经验和技巧,因此让计算机完全替代工艺人员进行工艺设计的愿望是良好的,但研究和实践证明非常困难,能够部分得到应用的至多是一些针对特定行业、特定企业甚至是特定零件的专用CAPP系统,还没有能够真正大规模推广应用的实用的CAPP系统。 在总结以往经验教训的基础上,武汉开目信息技术有限责任公司在国内率先提出了CAPP工具化的思想:CAPP是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具;自动化不是CAPP唯一的目标;实现CAPP系统的以人为本的宜人化的操作、高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、与CAD /PDM/ERP系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性是工具化CAPP系统研究和推广应用的主要目标。 工具化CAPP的思想在商业上获得了极大的成功,使得CAPP真正从实验室走向了市场和企业。借助于工具化的CAPP系统,上千家的企业实现了工艺设计效率的提升,促进了工艺标准化建设,实现了与企业其它应用系统CAD/PDM/ERP等的集成,有力地促进了企业信息化建设。 工具化CAPP以后,CAPP如何发展?在探讨这个问题之前,不妨分析一下目前CAPP应用中存在的不足和问题。 二、当前CAPP应用中存在的不足与问题 应用范围偏窄的问题 目前绝大多数企业,CAPP的应用集中在机械加工工艺的设计。实际上,在制造企业中,产品在整个生命周期内的工艺设计通常涉及到产品装配工艺、机械加工工艺、锻造工艺、钣金冲压工艺、焊接工艺、热表处理工艺、毛坯制造工艺等各类工艺设计。CAPP在企业的应用缺乏应有的广度。CAPP应从以零组件为主体对象的局部应用,走向以整个产品为对象的全生命周期的应用,实现产品工艺设计与管理的一体化,建立企业级的工艺信息系统。 应用水平偏浅的问题 目前绝大部分企业CAPP的应用停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制方面,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应用的深度还不够,还不能有效地总结行业工艺的“设计经验”和“设计知识”,从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题。目前通用的CAPP系统还无法实现对工艺知识的总结、积累和应用。如何提高CAPP系统的知识水平,实现CAPP的有限智能,是企业关心的问题,也是CAPP软件开发商需要考虑的问题。在解决了工艺设计效率、标准化、集成的问题后,下一步如何帮助企业总结工艺知识和经验是CAPP应用的关键。 基于三维CAD的工艺设计与管理问题 随着三维CAD在国内制造业的广泛推广应用,三维CAD在不远的将来会成为我国企业产品设计的主流设计工具。随着设计手段的变革,工艺设计也跟着需要变革。工艺如何和三维CAD进行集成,工艺如何进行基于三维CAD的加工工艺设计和装配工艺设计等等,目前在很多企业都有迫切的需求。现阶段,CAPP的应用基本上基于二维CAD进行,与三维CAD的集成应用还处于起步阶段,有待研究和突破。 CAPP系统与其它应用系统的集成问题 工艺是设计和制造的桥梁,工艺的数据是产品全生命周期中最重要的数据之一,工艺数据同时是企业编排生产计划、制定采购计划、生产调度的重要基础数据,在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。CAPP需要与企业的各种应用系统进行集成,包括CAD/PDM/ERP/MES等等。由于不少企业CAD、CAPP、ERP的应用是分阶段、不同时期应用的,目前还存在着信息的孤岛,工艺数据的价值还没有得到有效的发挥和利用。 CAPP与PDM中的管理功能冲突的问题 近年来,随着CAPP功能不断扩展,一些CAPP系统逐渐增加了工艺管理的内容,包括权限管理、流程管理、更改管理,并在工艺部门得到了一些应用。随着企业PDM的实施推广应用,随之带来的不可忽视的问题是:CAPP自身的管理功能和PDM的管理功能发生了冲突。商品化的PDM系统本身提供了完善的角色权限管理、流程管理、任务管理等功能,因此,CAPP的工艺管理功能已经与PDM中管理功能发生了冲突和矛盾,不仅造成了企业集成上的困惑,也造成了企业在信息化过程中的重复投资。 三、CAPP的发展趋势 纵观CAPP发展的历程,可以看到CAPP的研究和应用始终围绕着两方面的需要而展开:一是不断完善自身在应用中出现的不足,二是不断满足新的技术、制造模式对其提出的新的要求。因此,未来CAPP的发展,将在应用范围、应用的深度和水平等方面进行拓展,表现为以下的发展趋势: 面向产品全生命周期的CAPP系统 CAPP的数据是产品数据的重要组成部分,CAPP与PDM/PLM的集成是关键。基于PDM/PLM,支持产品全生命周期的CAPP系统将是重要的发展方向。 基于知识的CAPP系统 CAPP目前已经很好的解决了工艺设计效率和标准化的问题,下一步,如何有效的总结、沉淀企业的工艺设计知识,提高CAPP的知识水平,将会是CAPP应用和发展的重要方向。 基于三维CAD的CAPP系统 随着企业三维CAD的普及应用,工艺如何支持基于三维CAD的应用?特别是基于三维CAD的装配工艺设计正成为企业需求的热点。科技部在十五863现代集成制造系统技术主题,将“基于三维CAD的CAPP”专门立项研究和推广。可以预见,基于三维CAD的CAPP系统将成为研究的热点。国内,开目、金叶等几家软件公司正在进行研究。开目公司目前已经推出了原型的应用系统。 基于平台技术、可重构式的CAPP系统 开放性是衡量CAPP的一个重要的因素。工艺的个性很强,同时企业的工艺需求可能会有变化,CAPP必须能够持续满足客户的个性化和变化的需求。基于平台技术、具有二次开发功能、可重构的CAPP系统将是重要的发展方向。 四、CAPP深化应用的内容及解决方案 根据上述分析的CAPP发展趋势,开目公司提出了CAPP深化应用的内容及相应的解决方案。解决方案内容包括: 基于知识的CAPP系统-参数化工艺设计平台 提供丰富的工艺知识表达工具,例如框图、公式、资源管理器等,实现个人、企业等的工艺知识的收集和整理。提供了可视化的工艺知识定义界面,实现企业自定义、自扩充工艺规则、工艺参数、工艺流程。提供典型工艺知识库和工艺规程库建库和管理工具,实现企业工艺知识的积累。基于知识的CAPP系统,解决了企业工艺知识的积累、优化的问题,极大的提高了工艺设计的效率和水平,确保了工艺设计的质量。 基于知识的CAPP系统,在上海锅炉厂有限公司得到了成功的应用。 基于三维CAD的加工工艺设计系统 提供基于三维CAD的加工工艺设计工具,可以基于3D模型定义加工工艺特征,自动获取加工特征信息。可以基于特征加工知识进行辅助工艺决策。可以建立3D工艺装备库,可以生成3D工序简图,实现可视化的工艺装夹规划等。 此项研究得到了十五国家863课题专项支持,目前已开发出原型系统。 基于三维CAD的可视化装配工艺设计 提供可视化的装配工艺设计工具。可以自动获取三维装配结构信息,可以可视化的指定零部件的装配路径和先后顺序,可以生成三维装配工序爆炸图,装配工序设计时,可以指定装配工装、工具信息,可以进行装配过程的实体仿真。仿真过程可以指定为整个装配过程或某一道工序的装配过程。 此项研究得到了十五国家863课题专项支持,目前已开发出原型系统。 工艺执行系统 工艺执行系统是CAPP深化应用的重要内容,是充分利用和提升CAPP数据的重要途径和方法,拓展了CAPP应用的广度和深度。工艺执行系统强调以工艺数据为基础,对工艺运行、工艺质量进行监控和管理。工艺执行系统将编制好的工艺数据输入至车间,为生产调度提供零件加工路线,管理车间加工过程中的质量数据,优化车间工艺资源。工艺执行系统主要包括三个方面的内容:工艺执行规划和管理、工艺执行质量管理和工艺执行过程管理。 此项研究也得到了十五国家863课题专项支持,目前正在规划开发中。 基于平台技术、可重构的CAPP系统。 基于IDE和IDP,可以实现CAPP各种层次的二次开发功能,充分满足工艺个性化需求,适应企业发展变化的需求。借助于平台技术,可以自定义界面,可加入任何标准的Windows控件,用户可编写C++或VB格式的脚本程序等。可以在CAPP平台上,开发专用的CAPP系统。 通过平台技术,已经开发了专用的锻件CAPP系统。IDP获得了十五国家863课题专项支持。

定义  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。借助于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。  CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节,是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带,同时也为企业的管理部门提供相关的数据,是企业信息交换的中间环节。  CAPP:计算机辅助工艺过程设计(computer aided process planning)  CAPP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。世界上最早研究CAPP的国家是挪威,始于1969年,并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS;1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。  在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母,称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释,但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。  CAPP(computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计)的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订,把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批量等),由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。  计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会(CIRP)提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称,CAPP一词强调了工艺过程自动设计。  实际上国外常用的一些,如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴,是重要的生产准备工作之一。  由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现,计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接,下与计算机辅助制造(CAM-computer aided manufacturing)相连,是连接设计与制造之间的桥梁,设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息,设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。   CAPP发展简述  自从1965年Niebel首次提出CAPP思想,迄今30多年,CAPP领域的研究得到了极大的发展,期间经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、工具系统等不同的发展阶段,并涌现了一大批CAPP原型系统和商品化的CAPP系统。  在CAPP工具系统出现以前,CAPP的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统,而不是辅助系统,即强调工艺设计的自动化和智能化。但由于工艺设计领域的个性化、复杂性,工艺设计理论多是一些指导性原则、经验和技巧,因此让计算机完全替代工艺人员进行工艺设计的愿望是良好的,但研究和实践证明非常困难,能够部分得到应用的至多是一些针对特定行业、特定企业甚至是特定零件的专用CAPP系统,还没有能够真正大规模推广应用的实用的CAPP系统。  在总结以往经验教训的基础上,开目公司在国内率先提出了CAPP工具化的思想:CAPP是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具;自动化不是CAPP唯一的目标;实现CAPP系统的以人为本的宜人化的操作、高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、与CAD/ERP/PDM系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性是工具化CAPP系统研究和推广应用的主要目标。  工具化CAPP的思想在商业上获得了极大的成功,使得CAPP真正从实验室走向了市场和企业。借助于工具化的CAPP系统,上千家的企业实现了工艺设计效率的提升,促进了工艺标准化建设,实现了与企业其它应用系统CAD/PDM/ERP等的集成,有力地促进了企业信息化建设。  工具化CAPP以后,CAPP如何发展?在探讨这个问题之前,不妨分析一下目前CAPP应用中存在的不足和问题。  当前CAPP应用中存在的不足与问题  a.  应用范围偏窄的问题。 目前绝大多数企业,CAPP的应用集中在机械加工工艺的设计。实际上,在制造企业中,产品在整个生命周期内的工艺设计通常涉及到产品装配工艺、机械加工工艺、锻造工艺、钣金冲压工艺、焊接工艺、热表处理工艺、毛坯制造工艺等各类工艺设计。CAPP在企业的应用缺乏应有的广度。CAPP应用应从以零组件为主体对象的局部应用走向以整个产品为对象的全生命周期的应用,实现产品工艺设计与管理的一体化,建立企业级的工艺信息系统。  b.  应用水平偏浅的问题。 目前绝大部分企业CAPP的应用停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制方面,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应用的深度还不够,还不能有效地总结行业工艺 “设计经验”和“设计知识”,从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题。目前通用的CAPP 系统还无法实现对工艺知识的总结、积累和应用,如何提高CAPP系统的知识水平,实现CAPP的有限智能,是企业关心的问题,也是CAPP软件厂商需要考虑的问题。解决了工艺设计效率、标准化、集成的问题,下一步如何帮助企业总结工艺知识和经验是CAPP应用的关键。  c.  基于三维CAD的工艺设计与管理问题。 随着三维CAD在国内制造业的广泛推广应用,三维CAD在不远的将来会成为我国企业产品设计的主流设计工具。随着设计手段的变革,工艺设计跟着需要变革。工艺如何和三维CAD进行集成,工艺如何基于三维CAD进行加工工艺设计和装配工艺设计等等,目前在很多企业都有迫切的需求。现阶段,CAPP的应用基本上基于二维CAD进行,与三维CAD的集成应用还处于起步阶段,有待研究和突破。  d.  CAPP系统与其它应用系统的集成问题。工艺是设计和制造的桥梁,工艺的数据是产品全生命周期中最重要的数据之一,工艺数据同时是企业编排生产计划、制定采购计划、生产调度的重要基础数据,在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。CAPP需要与企业的各种应用系统进行集成,包括CAD/PDM/ERP/MES等等。由于不少企业CAD、CAPP、ERP的应用是分阶段、不同时期应用的,目前还存在着信息的孤岛,工艺数据的价值还没有得到有效的发挥和利用。  e.  CAPP与PDM中的管理功能冲突的问题。近年来,随着CAPP功能不断扩展,一些CAPP系统逐渐增加了工艺管理的内容,包括权限管理、流程管理、更改管理,并在工艺部门得到了一些应用。随着企业PDM的实施推广应用,随之带来的不可忽视的问题是:CAPP自身的管理功能和PDM的管理功能发生了冲突。商品化的PDM系统本身提供了完善的角色权限管理、流程管理、任务管理等功能,因此CAPP的工艺管理功能已经与PDM中管理功能发生了冲突和矛盾,不仅造成了企业集成上的困惑,也造成了企业在信息化过程中的重复投资。  CAPP的发展趋势  纵观CAPP发展的历程,可以看到CAPP的研究和应用始终围绕着两方面的需要而展开:一是不断完善自身在应用中出现的不足;二是不断满足新的技术、制造模式对其提出的新的要求。因此,未来CAPP的发展,将在应用范围、应用的深度和水平等方面进行拓展,表现为以下的发展趋势:  a.  面向产品全生命周期的CAPP系统。 CAPP的数据是产品数据的重要组成部分,CAPP与PDM/PLM的集成是关键。基于PDM/PLM,支持产品全生命周期的CAPP系统将是重要的发展方向。  b.  基于知识的CAPP系统。 CAPP目前已经很好的解决了工艺设计效率和标准化的问题,下一步如何有效地总结、沉淀企业的工艺设计知识,提高CAPP的知识水平,将会是CAPP应用和发展的重要方向。  c.  基于三维CAD的CAPP系统。随着企业三维CAD的普及应用,工艺如何支持基于三维CAD的应用?特别是基于三维CAD的装配工艺设计正成为企业需求的热点。科技部在“十五”863现代集成制造系统技术主题,将“基于三维CAD的CAPP”专门立项研究和推广。可以预见,基于三维CAD的CAPP系统将成为研究的热点。国内开目、金叶等几家软件公司正在进行研究,并且开目公司目前已经推出了原型的应用系统。  d.  基于平台技术、可重构式的CAPP系统。开放性是衡量CAPP的一个重要的因素。工艺的个性很强,同时企业的工艺需求可能会有变化,CAPP必须能够持续满足客户的个性化和变化的需求。基于平台技术、具有二次开发功能、可重构的CAPP系统将是重要的发展方向。   CAPP深化应用的内容及解决方案  根据上述分析的CAPP发展趋势,开目公司提出了CAPP深化应用的内容及相应的解决方案。解决方案内容包括:  a.  基于知识的CAPP系统--参数化工艺设计平台。基于知识的CAPP系统,解决了企业工艺知识的积累、优化的问题,极大的提高了工艺设计的效率和水平,确保了工艺设计的质量。基于知识的CAPP系统,在上海锅炉厂有限公司得到了成功的应用。  b.  基于三维CAD的加工工艺设计系统。提供基于三维CAD的加工工艺设计工具,可以基于3D模型定义加工工艺特征(孔、外圆、键槽、中心孔等),自动获取加工特征信息,可以基于特征加工知识进行辅助工艺决策,可以建立3D工艺装备库(机床、卡盘、顶尖、定位销、支撑钉等),可以生成3D工序简图,实现可视化的工艺装夹规划等。此项研究得到了“十五”国家863课题专项支持,目前已开发出原型系统。  c.  基于三维CAD的可视化装配工艺设计。提供可视化的装配工艺设计工具。可以自动获取三维装配结构信息,可以可视化的指定零部件的装配路径和先后顺序,可以生成三维装配工序爆炸图,装配工序设计时,可以指定装配工装、工具信息,可以进行装配过程的实体仿真。仿真过程可以指定为整个装配过程或某一道工序的装配过程。此项研究得到了“十五”国家863课题专项支持,目前已开发出原型系统。  d.  工艺执行系统。工艺执行系统是CAPP深化应用的重要内容,是充分利用和提升CAPP数据的重要途径和方法,拓展了CAPP应用的广度和深度。工艺执行系统主要包括3个方面的内容:工艺执行规划和管理、工艺执行质量管理和工艺执行过程管理。此项研究也得到了“十五”国家863课题专项支持,目前正在规划开发中。  e.  基于平台技术、可重构的CAPP系统。基于IDE(集成开发平台)和IDP(集成数据库平台),可以实现CAPP各种层次的二次开发功能,充分满足工艺个性化需求,适应企业发展变化的需求。借助于平台技术,可以自定义界面,可加入任何标准的Windows控件,用户可编写C++或VB格式的脚本程序等。可以在CAPP平台上,开发专用的CAPP系统。

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