CAPP系統

CAPP（Computer Aided Process Planning）是指藉助於計算機軟硬體技術和支撐環境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。藉助於CAPP系統，可以解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩定、不易達到最佳化等問題。

基本介紹

• 中文名：CAPP系統
• 外文名：Computer Aided Process Planning
• 作用：制定零件機械加工工藝
• 源於：20世紀60年代

簡介

CAPP技術的研究和發展源於20世紀60年代。1969年挪威推出了世界上第一個CAPP系統AUTOPROS，並於1973年商品化。美國於20世紀60年代末70年代初著手於CAPP系統。

CAPP系統的結構組成：基本結構由零件信息的獲取、工藝決策、工藝資料庫/知識庫、人機界面、工藝檔案管理/輸出等五大模組組成

CAPP的地位：⑴可以將工藝設計人員從繁瑣和重複性的勞動中解脫出來，以更多的時間和精力從事更具創造性的工作。⑵可以大大縮短工藝設計周期，提高企業對瞬息變化的市場需求作出快速反應的能力，提高企業產品在市場上的競爭能力。⑶有助於對工藝設計人員的寶貴經驗進行總結和繼承。⑷有利於對工藝設計的最最佳化和標準化。⑸為實現企業信息集成創造條件，進而便於實現並行工程、敏捷製造等先進生產製作模式。

CAPP(Computer Aided Process Planning，中文意思是計算機輔助工藝規劃）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，編程直至最後輸出經過最佳化的工藝規程卡片的過程。這項工作需要有豐富生產經驗的工程師進行複雜的規劃，並藉助計算機圖形學、工程資料庫以及專家系統等計算機科學技術來實現的。計算機輔助工藝規劃常是聯結計算機輔助設計(CAD）和計算機輔助製造（CAM）的橋樑。

在集成化的CAD/CAPP/CAM系統中，由於設計時在公共資料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資料庫中供CAM的數控編程。集成化的作用不僅僅在於節省了人工傳遞信息和數據，更有利於產品生產的整體考慮。從公共資料庫中，設計工程師可以獲得並考察他所設計產品的加工信息，製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-computer aided process planning）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，這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檔案的過程。

計算機輔助工藝規劃通常多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-computer aided planning）、計算機自動工藝過程設計 (CAPP-computer automated process planning）等名稱，CAPP一 詞強調了工藝過程自動設計。實際上國外常風的一些 ，如製造規劃（manufacturing planning）、材料處理（material processing）、工藝工程（process engineering）以及加工路線安排（machine routing）等在很大程度上都是指工藝過程設計。計算機輔助工藝規劃屬於工程分析與設計範疇，是重要的生產準備工作之一。

由於計算機集成製造系統（CIMS-computer integrated manufacturing system）的出現，計算機輔助工藝規劃上與計算機輔助設計 (CAD-computer aided design）相接，下與計算機輔助製造（CAM-computer aided manufacturing）相連，是連線設計與製造之間的橋樑，設計信息只能通過工藝設計才能生成製造信息，設計只能通過工藝設計才能與製造實現功能和信息的集成。

計算機輔助工藝規劃的內容主要有：

①產品零件信息輸入；②毛坯選擇及毛坯圖生成；③定位夾緊方案選擇；④加工方法選擇；⑤加工順序安排；⑥加工設備和工藝裝備確定；⑦工藝參數計算；⑧工藝信息（檔案）輸出。

進行計算機輔助工藝計畫的方法有：①檢索式；②派生式（variant），亦稱變異式、修訂式、樣件式等；③生成式（generative），亦稱創成式；④綜合式等。

1976年美國的國際計算機輔助製造公司CAM-I(Computer-Alded Manufacturing-International,Inc）所推出的CAPP系統最著名、套用最廣泛，在發展歷史上具有里程碑意義。此後，世界上有眾多CAPP系統問世，上海同濟大學在1982年開發出中國第一個CAPP系統，即TOJICAP系統。計算機輔助工藝規劃可以大大減輕工藝工程師的繁重勞動、提高工藝設計質量、縮短生產準備周期、提高生產率、減少製造成本等，無論是對單件小批多品種生產還是對大批量生產都有重要意義。

當前，計算機輔助工藝規劃正在向集成化、智慧型化、柔性化方向發展，對柔性CAPP（非線性CAPP、可選CAPP）、動態CAPP（閉環CAPP 、實時CAPP）、分散式CAPP、可重構CAPP、集成環境下CAPP、並行工程環境下 CAPP以及智慧型CAPP等系統進行了研究和開發。

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系統基本的構成模組，包括：

1） 控制模組。

控制模組的主要任務是協調各模組的運行，是人機互動的視窗，實現人機之間的信息交流，控制零件信息的獲取方式；

2） 零件信息輸入模組。

當零件信息不能從CAD系統直接獲取時，用此模組實現零件信息的輸入；

3） 工藝過程設計模組。

工藝過程設計模組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） 工序決策模組。

工序決策模組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） 工步決策模組。

工步決策模組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檔案；

6） NC加工指令生成模組。

NC加工指令生成模組依據工步決策模組所提供的刀位檔案，調用NC指令代碼系統，產生NC加工控制指令；

7） 輸出模組。

輸出模組可輸出工藝流程卡、工序卡、工步卡、工序圖及其它文檔，輸出亦可從現有工藝檔案庫中調出各類工藝檔案，利用編輯工具對現有工藝檔案進行修改得到所需的工藝檔案；

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；通用工具機、刀具、夾具、量具等工藝裝備的選擇；工藝參數的計算；專用工具機、刀具、夾具、量具等工藝裝備設計方 案的提出；工藝檔案的輸出。

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）輸出工藝檔案。

分類

系統按其工作原理可分為檢索式、派生式、創成式[2]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尋，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（Group Technology）。

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]，按零件族制定工藝進行生產製造，這樣就擴大了批量，減少了品種，便於採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闢了一條途徑。

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，在製造、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，並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：

⑴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；

⑵信息描述要易於被計算機接受和處理，界面友好，使用方便，工效高；

⑶信息描述要易於被工程技術人員理解和掌握，便於被操作人員運用；

⑷由於是計算機輔助工藝設計，信息描述系統（模組或軟體）應考慮計算機輔助設計、計算機輔助製造、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）工藝資料庫的建立。

CAPP在CAD/CAM集成系統中的作用

20世紀80年代中後期，CAD、CAM的單元技術日趨成熟。隨著機械製造業向CIMS[4]（Computer Integrated Manufacturing System）和IMS[4]（Intelligent Manufacturing System）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，並從工程資料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模組能直接從CAD模組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模組的幾何建模系統，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今後的發展趨勢

隨著CAD、CAPP、CAM單元技術日益成熟，同時又由於CIMS及IMS的提出和發展，促使CAPP向智慧型化、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）並行工程模式下的CAPP系統；

4）基於分布型人工智慧技術的分布型CAPP專機系統；

5）人工神經網路技術與專家系統在CAPP中的綜合套用；

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。

CAPP軟體提供商

達索公司（Dassault Systèmes）、參數技術公司（PTC）、西門子PLM公司（Siemens Product Lifecycle Management Software Inc.）、歐特克公司（Autodesk,Inc.）、CAXA等。

結論

計算機輔助工藝設計的重要意義在於：可以將工藝設計人員從大量繁重的重複性的手工勞動中解放出來，使他們能將主要精力投入到新產品的開發、工藝裝備的改進及新工藝的研究等具有創造性的工作中；可以大大縮短工藝設計周期，保證工藝設計的質量，提高產品在市場上的競爭能力；可以提高企業工藝設計的標準化，並有利於工藝設計的最最佳化工作；能夠適應當前日趨自動化現代製造環節的需要，並為實現計算機集成製造系統創造必要的技術基礎。