第三讲_CAPP

CAD/CAM/CAE一体化技术第三讲CAPP•概述•CAPP技术发展简介•工艺设计过程•CAPP的意义•CAPP的控制结构与工作原理•CAPP的系统结构•CAPP的关键技术与开发模式•CAPP的类型•CAPP的发展趋势在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中。工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对其使用环境的依赖就必然导致工艺设计的动态性和经验性。随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成为可能，CAPP的应用将为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用计算机辅助工艺设计的必要性已被越来越多的企业所认识，选取一个适宜本企业生产及管理环境的CAPP系统不但能充分发挥计算机辅助工艺设计的优越性，更能为企业数据信息的集成及管理打下良好的基础。概述CAPP的开发、研制是从20世纪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'SAutomatedProcessPlanning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设计已经成为公认的释义。我国对CAPP的研究始于20世纪80年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的CAPP系统已有50多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的CAPP系统还不多。CAPP技术发展简介手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程：根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求了解产品生产的纲领及批量进行工艺决策，确定加工方法和工艺路线按企业实际情况，确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时定额按规定格式生成正式工艺规程手工工艺设计过程传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备：丰富的生产经验；熟知企业各种设备的使用情况；熟知企业内各种生产工艺方法；熟知企业内各种与生产加工有关的规范；熟知与生产管理有关的各种规章制度；能与有关各方保持友好协作。具有丰富经验的工艺工程师，常常不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。工艺设计工程师传统的工艺设计都是由人工进行的，这就不可避免的存在一些缺点：1、对工艺设计人员要求高；2、工作量大，效率低；3、无法利用CAD的图形、数据；4、难以保证数据的准确性；5、信息不能共享传统工艺设计的缺点用CAPP代替传统的工艺设计方法具有重要的意义，主要表现在:1.可以将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，转而从事新产品及新工艺开发等创造性的工作;2.可以大大缩短工艺设计周期，提高产品在市场上的竞争力;3.有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行总结和继承;4.有利于工艺设计的最优化和标准化;5.为实现CIMS创造条件。CAPP的意义1.CAPP接受来自CAD的产品几何拓朴、材料信息以及精度、粗糙度等工艺信息;为满足并行产品设计的要求，需向CAD反馈产品的结构工艺性评价信息;2.CAPP向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、装夹参数以及反映零件切削过程的刀具轨迹文件;同时接收CAM反馈的工艺修改意见;3.CAPP向工装CAD提供工艺过程文件和工装设计任务书;CAPP与CIMS中其它系统的信息流MIS工装CADCAQMASCAPPCAMCAD4.CAPP向MIS(管理信息系统)提供工艺过程、设备、工装、工时、材料定额等信息，同时接受MIS发出的技术准备计划、原材料库存、刀具量具状况、设备变更等信息;5.CAPP向MAS(制造自动化系统)提供各种工艺过程文件和夹具、刀具等信息;同时接受由MAS反馈的工作报告和工艺修改意见;6.CAPP向CAQ(质量保证系统)提供工序、设备、工装、检测等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程;同时接收CAQ反馈的控制数据，用以修改工艺过程。CAPP的控制结构零件信息模型工艺设计工艺规程模型工艺约束模型制造环境模型输入输出CAPP工作原理基本单元（特征）1平面2内孔3…工艺路线1…2…3...加工方法1粗铣平面2钻孔3...建立零件信息模型的三个基本问题1.零件信息的范畴与分类2.零件信息的描述与表达3.零件信息模型的结构设计零件信息的描述方法1.零件分类编码描述法：德国的Opitz系统、英国的Brish系统、日本的KK-3系统、我国的ICBM-1系统等2.形面要素描述法3.图论描述法4.拓扑描述法5.特征要素描述法制造环境：企业的生产方式与控制结构、设备资源与工作状态、设备布局与组织关系、质量控制与管理模式、物料传输系统等工艺规程：规定零件制造的工艺过程和操作方法等的工艺文件层次模型：三个层次工艺路线层工序层工步（含工位）层工艺约束模型1.零件整体约束：可制造性约束、加工成本约束、加工时间约束和加工质量约束2.加工方法约束：加工设备约束、工艺装备约束、特征加工精度约束、特征表面粗糙度约束、特征组合加工约束和加工批量约束3.加工顺序约束：表面生成次序约束、关联特征约束、基准约束和工艺习惯约束CAPP的系统结构1.控制模块协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制零件信息获取方式。2.零件信息获取模块零件信息输入可以有下列两种方式:人工交互输入，或从CAD系统直接获取或来自集成环境下统一的产品数据模型。3.工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，生成工艺过程卡。4.工序决策模块生成工序卡。5.工步决策模块生成工步卡及提供形成NC指令所需的刀位文件。6.NC加工指令生成模块根据刀位文件，生成控制数据机床的NC加工指令。7.输出模块可输出工艺过程卡、工序和工步卡、工序图等各类文档，并可利用编辑工具对现有文件进行修改后得到所需的工艺文件。8.加工过程动态仿真可检查工艺过程及NC指令的正确性。控制模块CAD系统NC机床零件信息库零件信息输入工艺路线设计模块工序决策模块工步决策模块NC加工指令生成器零件信息获取加工过程动态仿真工艺文件库输出模块环境数据库规则库编辑工具------------------------CAPP的基础（关键）技术1.成组技术(GT,GroupTechnology)，早期的CAPP系统的开发一般多为以GT为基础的变异式CAPP系统。2.零件信息的描述与获取零件信息(几何拓扑及工艺信息)的输入3.工艺设计决策机制其核心为特征型面加工方法的选择，零件加工工序及工步的安排及组合，故其主要决策内容如下:（1）工艺流程的决策;（2）工序决策;（3）工步决策;（4）工艺参数决策。为保证工艺设计达到全局最优化，系统把这些内容集成在一起，进行综合分析，动态优化，交叉设计。4.工艺知识的获取及表示工艺设计是随设计人员、资源条件、技术水平、工艺习惯而变。要使工艺设计在企业内得到广泛有效的应用，必须总结出适应本企业的零件加工的典型工艺及工艺决策的方法，按所开发CAPP系统的要求，用不同的形式表示这些经验及决策逻辑。选择性知识、决策性知识、控制性知识5.工序图及其它文档的自动生成。6.NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真。7.工艺数据库的建立。1.开发专用型CAPP专为特定加工对象、特定制造环境和特定工艺习惯开发的CAPP系统。采用数据建模、知识抽象、功能分析等系统设计理论。不具有通用性，也无法实现软件的商品化。而开发专用CAPP系统工作量大、开发周期长、开发经费高，2.开发工具型CAPP（柔性化CAPP、CAPP开发平台）基于GT技术原理设计开发，提供众多实用性的二次开发工具和标准模块库。用户在购得开发平台后，只需经过简单的标准化的二次开发，选用标准化模块，即可得到符合用户具体情况的、满足用户使用要求的CAPP系统。分为三种形式：1)外壳型（推理机、控制策略、知识表达）2)语言型3)模块组合型CAPP开发模式1.检索式CAPP系统2.派生式CAPP系统3.创成式CAPP系统4.半创成式CAPP系统5.广义CAPP系统6.交互式CAPP系统7.智能CAPP系统应用于生产批量较大，零件品种变化不大且相似程度较高的场合。检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建立系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计算机。一般情况，只需要对已建立的工艺规程分类进行管理。如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件的工艺规程调出并进行修改即可。这是最简单，但又最实用的CAPP系统。检索式CAPP系统建立在成组技术（GT）的基础上，它的基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工艺规程。一个新零件的工艺规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以筛选或编辑而成的。计算机内存储的是一些标准工艺过程和标准工序；从设计角度看，与常规工艺设计的类比设计相同，也就是用计算机模拟人工设计的方式，其继承和应用的是标准工艺。派生式系统必须有一定量的样板（标准）工艺文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文件。基于成组技术的CAPP系统；基于特征的CAPP系统派生式CAPP系统具有结构简单、系统容易建立、便于维护和使用、系统性能可靠、成熟等优点，所以应用比较广。派生式CAPP系统（Variant）系统创成式系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象，各种设备及刀具的适用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑存入相对独立的工艺知识库，供主程序调用。向创成式系统输入待加工零件的信息后，系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需或略加修改即可。创成式（Generative）CAPP系统创成式系统不需要派生法中的样板工艺文件，在创成系统中只有决策逻辑与规则，系统必须读取零件的全面信息，在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工艺文件。创成式CAPP系统的核心是工艺决策逻辑，这是人工智能中专家系统发挥作用的大好领域。所以，应用专家系统原理的创成式CAPP系统将是今后研究的重点。基于知识的CAPP专家系统创成式CAPP系统工艺设计过程半创成式CAPP系统是派生式和创成式CAPP系统原理的综合。既在派生式CAPP的基础上，增加若干创成功能。既有派生式CAPP可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点，又有创成式CAPP能够存储、积累、应用工艺专家知识的优点。因此这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进行开发，是一种实用性很强，很有前途的CAPP模式。半创成式（Hybrid）CAPP系统半创成式CAPP系统工作流程又称综合式CAPP系统或多元化CAPP系统，这种系统将传统CAPP系统的概念扩充到生产计划编制，车间调度和生产负荷平衡等领域，它同时还包括多种CAPP模式(检索式、派生式、创成式)，根据不同的生产情况，系统可以自动选择适用的模式。广义CAPP系统交互式CAPP系统交互式CAPP系统采用人机交互为主的工作方式，操作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。交互式CAPP系统工艺过程设计的质量对人的依赖性很大。在常规的创成式CAPP系统中，利用了决策表或决策树技术，工艺知识和决策逻辑都用程序设计语言编制在软件程序中。系统程序一经编制、调试完毕，其功能就确定下来，不容易修改，也无法在程序应用过程中自动获取知识。当生产环境发生变化时，就缺乏足够的柔性适应这些变化。于是，人们就应用专家系统的原理开发创成式CAPP系统，称为工艺设计专家系统