淺談?dòng)?jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

CAPP即計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)((Computer Aided Process Planning，CAPP)，是指工藝人員借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段給出的信息和產(chǎn)品制造工藝的要求，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等功能交互地或自動(dòng)地確定產(chǎn)品的最佳加工方案和工藝參數(shù)，并編制出完整的工藝文件。

CAPP的作用是利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行零件加工工藝過(guò)程的制定，把毛坯加工成工程圖樣上所要求的零件。它是通過(guò)向計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線(xiàn)和工序內(nèi)容等工藝文件的過(guò)程。

CAPP系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)始終是以克服傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和推進(jìn)工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化為主要目標(biāo)的，目前正向設(shè)計(jì)與制造繼承和智能化方向發(fā)展。特別是近年來(lái)，隨著CIMS日益受到人們的重視，CAPP系統(tǒng)作為CAD/CAM集成的關(guān)鍵性中間環(huán)節(jié)，已成為當(dāng)今各國(guó)研究的重要內(nèi)容之一。

一、CAPP的構(gòu)成和功能

CAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，視其工作原理、產(chǎn)品對(duì)象、規(guī)模大小不同而有較大的差異。其基本的模塊如下:

控制模塊;零件信息輸入模塊;工藝過(guò)程設(shè)計(jì)模塊;工序決策模塊;工步?jīng)Q策模塊;Nc加工指令生成模塊;輸出模塊;加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真等。

企業(yè)各個(gè)專(zhuān)業(yè)工藝設(shè)計(jì)的基本要求是大同小異的。作為一個(gè)CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能:檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件;選擇加工方法;安排加工路線(xiàn);選擇機(jī)床、刀具、量具、夾具等;選擇裝夾方式和裝夾表面;優(yōu)化選擇切削用量;計(jì)算加工時(shí)間和加工費(fèi)用;確定工序尺寸和公差及選擇毛坯;繪制工序圖及編寫(xiě)工序卡等。

二、CAPP系統(tǒng)的分類(lèi)

現(xiàn)在雖然CAPP系統(tǒng)已有幾十種，但就其工作原理而言，主要有五類(lèi):交互式、派生式、創(chuàng)成式、混合式和專(zhuān)家系統(tǒng)，因而相應(yīng)地CAPP系統(tǒng)也就可以分為如下五種:

1.檢索式CAPP系統(tǒng)

檢索式(Searches)CAPP系統(tǒng)，是將事先編好的零件加工工藝規(guī)程存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，在編制零件加工工藝規(guī)程時(shí)，根據(jù)零件圖號(hào)或名稱(chēng)檢索出存有的工藝規(guī)程，獲得工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容。

這種CAPP系統(tǒng)常應(yīng)用于大批大量生產(chǎn)模式，工件的種類(lèi)很少，零件變化不大且相似程度很高。檢索式CAPP系統(tǒng)不需要進(jìn)行零件的編碼，在建立系統(tǒng)時(shí)，只需將各類(lèi)零件的工藝規(guī)程輸入計(jì)算機(jī)。如果需要編制新零件的工藝規(guī)程，將同類(lèi)零件的工藝規(guī)程調(diào)出并進(jìn)行修改即可。這是最簡(jiǎn)單的CAPP系統(tǒng)。

2.派生式CAPP系統(tǒng)

派生式(Variant)CAPP系統(tǒng)也叫變異式、修訂式、樣件式CAPP系統(tǒng)。它是建立在成組技術(shù)(GT)的基礎(chǔ)上，按零件結(jié)構(gòu)和工藝的相似性，將零件劃分為零件組，并給每一組的零件制定優(yōu)化的加工方案和典型工藝。在需要時(shí)可根據(jù)零件編碼檢索出標(biāo)準(zhǔn)工藝，并在此基礎(chǔ)上編輯修改而成為新的工藝。

派生式CAPP系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)容易建立，便于維護(hù)和使用，系統(tǒng)性能可靠、成熟等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用比較廣泛。目前大多數(shù)實(shí)用型CAPP系統(tǒng)都屬于這種類(lèi)型。

3.創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

創(chuàng)成式(Generative)CAPP系統(tǒng)也叫生成式CAPP系統(tǒng)。與派生式CAPP系統(tǒng)不同，創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中不存在標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，但有一個(gè)收集有大量工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)存貯工藝專(zhuān)家知識(shí)的知識(shí)庫(kù)。當(dāng)輸入零件的有關(guān)信息后，系統(tǒng)可以模仿工藝專(zhuān)家，應(yīng)用各種工藝決策規(guī)則，在沒(méi)有人工干預(yù)的條件下，從無(wú)到有，自動(dòng)生成該零件的工藝規(guī)程。

創(chuàng)成法CAPP系統(tǒng)很容易設(shè)計(jì)出新零件的加工工藝，具有很大的柔性，容易實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM一體化。但其理論目前尚不完善，因此還未出現(xiàn)一個(gè)純粹的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的核心是工藝決策邏輯，這是人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)揮作用的大好領(lǐng)域。所以，應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)原理的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)將是今后研究的重點(diǎn)。

4.綜合式CAPP系統(tǒng)

綜合式(Hybrid)CAPP系統(tǒng)是將派生式與創(chuàng)成式結(jié)合在一起綜合而成的。

將傳統(tǒng)派生法與傳統(tǒng)創(chuàng)成法結(jié)合在一起，綜合它們的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了綜合式CAPP系統(tǒng)。這種工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)沿用以派生式為主的檢索——編輯原理，當(dāng)零件不能歸人系統(tǒng)已存在的零件組時(shí)，則采用創(chuàng)成式原理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

5.專(zhuān)家系統(tǒng)

除上面幾種CAPP系統(tǒng)外，還有一種智能型的CAPP系統(tǒng)越來(lái)越受到重視，這種智能型CAPP系統(tǒng)是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在CAPP系統(tǒng)中所形成的CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)。系統(tǒng)由零件信息輸入模塊、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)三部分組成，工藝知識(shí)存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中，推理機(jī)為系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是互相獨(dú)立的。系統(tǒng)根據(jù)輸入的零件信息頻繁地去訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)，并通過(guò)推理機(jī)中的控制策略，在知識(shí)庫(kù)中搜索能夠處理零件當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則，然后執(zhí)行這條規(guī)則，并把每一次執(zhí)行規(guī)則得到的結(jié)論按照先后順序記錄下來(lái)，直到零件加工達(dá)到一個(gè)終結(jié)狀態(tài)，這個(gè)記錄就是零件加工所要求的工藝規(guī)程。

在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論是用什么方式進(jìn)行工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，其目的只有一個(gè)，那就是解決企業(yè)的實(shí)際問(wèn)題，給企業(yè)創(chuàng)造實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。

(作者單位:河南省開(kāi)封市高級(jí)技工學(xué)校)