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工艺设计及CAPP基本概念CAXA开发部副总经理桓永兴博士2011年3月7日内容1.工艺与工艺设计基本概念2.计算机辅助工艺设计（CAPP）概述3.主流CAPP产品介绍1.工艺与工艺设计基本概念1.1制造与离散制造1.2产品制造过程1.3工艺基本概念及其意义1.4工艺业务系统及其工艺设计流程1.5工艺设计相关概念1.6传统工艺设计面临的主要问题1.1制造与离散制造产品与制造制造，就是把原料转换成产品的过程。它包含物体的设计和制造,使用各种不同的制造方法和技术。制造业有增加原材料附加价值的重要功能。制造是任何工业化国家的支柱，制造能力越强，生活质量越高。1.1制造与离散制造产品：是指能够提供给市场，被人们使用和消费，并能满足人们某种需求的任何东西，包括有形的物品、无形的服务、组织、观念或它们的组合。服务软件硬件：通常是有形产品，其量具有计数特性流程材料：通常是有形产品，其量具有连续特性离散制造：由多个零件经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而成产品的生产方式，如制造飞机、汽车等1.1制造与离散制造流程制造：被加工对象不间断地通过生产设备，通过一系列的加工装置使原材料的化学或物理性质发生变化，最终得到产品的生产方式，如炼钢、制药1.生产周期较长，产品结构复杂，工艺路线和设备配置灵活，零部件种类繁多2.生产设备布置不是按产品而通常按照工艺进行布置的3.所用的原材料和外购件具有确定的规格，最终产品是由固定个数的零件或部件组成，形成非常明确和固定的数量关系4.产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平，自动化主要在单元级5.通过加工或装配过程实现产品增值，整个过程不同阶段产生若干独立完整的部件、组件和产品6.因产品的种类变化多，非标产品较多，要求设备和操作人员必须有足够灵活的适应能力离散制造的特点关键词：产品/零件/产品结构加工/装配工艺1.1制造与离散制造1.2产品制造过程设计Whattodo生产Todothat工艺Howtodo1.3工艺基本概念及其意义工艺设计：使各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。工艺决定了：1.从原材料、办成品到产品的步骤（路线、工序、工步）2.每一步骤采用的加工方法（工序描述：如何装夹，如何加工等）3.使用的设备，刀、夹、量、辅具4.加工的地点（车间、工段）5.所花的时间（工时：加工工时、辅助工时）6.材料及辅料的用量7.每一步骤形成的半成品的形状、尺寸、精度、定位面、夹紧面（工序图）8.如何检验及检验要求等9.与加工方法和加工过程相关的其他事项1.3工艺基本概念及其意义工艺设计意义：1.是生产准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。2.以文件形式确定下来的工艺规程是进行产品/零件加工的主要依据3.对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响4.是生产中的关键性工作1.3工艺基本概念及其意义工艺绩效考核工艺攻关工艺试验工艺管理制度制订工艺纪律检查综合管理工艺性审查工艺总方案制订工艺分析工艺设计数据管理工艺设计过程管理工艺管理零件工艺设计工装工艺设计工艺设计工艺布局设计工艺零部件划分综合工艺设计专业工艺设计工艺业务范围1.3工艺基本概念及其意义工艺性审查–工艺性审查的目的在于：早期发现产品设计中的工艺性问题，及时加以解决，防止或减少在生产中可能发生的重大技术问题；较早预见产品制造中的主要件、关键件所需的关键设备或特殊工艺装备，以便及早安排制造或外协。在并行工程环境下，产品结构工艺性审查是产品设计、工艺设计、生产计划等进行集成的重要环节。工艺零部件划分–从制造角度，划分可相对独立进行装配和制造的产品构成。这是从产品设计BOM向产品制造BOM转换的重要环节。1.3工艺基本概念及其意义工艺流程制订–在企业中，工艺流程又称为工艺路线、分工路线、分工计划等，它主要是从企业层确定产品零组件的制造过程。产品工艺流程的制订涉及到企业各工作中心/车间制造资源的宏观平衡，是ERP的基础数据之一。材料定额编制–在节约和合理使用材料的条件下，生产单位生产合格产品所需要消耗一定品种规格的材料，半成品，配件和水，电，燃料等的数量标准，包括材料的使用量和必要的工艺性损耗及废料数量。工时定额编制–工时定额是完成一个工序所需的时间，它是劳动生产率指标。根据工时定额可以安排生产作业计划，进行成本核算，确定设备数量和人员编制，规划生产面积。综合工艺设计1.3工艺基本概念及其意义毛坯制造、零件加工等变形加工工艺设计–使原材料产生形态、形状或结构变化来制造零组件的工艺过程设计，如各类零件毛坯制造（铸、锻、下料等）、零件加工（机械加工、钣金冲压等）等；热处理、表面处理等改性加工工艺设计–通过改变原材料的性质来满足制造零组件需要的工艺过程设计，如各种热处理、表面处理等；连接和组装工艺设计–使工件与其它原材料或工件与工件、组件与组件结合而形成部件或产品的工艺过程设计，如焊接、装配等；其它环节工艺设计–产品制造过程中其它环节工艺过程设计，如检测、试验等。专业工艺设计1.3工艺基本概念及其意义工装设备、材料、工艺关键件、外协外制件、工时定额、材料定额、辅助用料、关键工序等各类统计汇总和自动生成汇总统计报表；产品工艺数据和工艺文件的层次化查询和模糊查询；产品工艺数据和工艺文件版本管理和有效性控制；产品各个阶段不同版本的工艺文件和工装、工具文件的更改与归档管理等。工艺设计数据管理1.4工艺业务系统及工艺设计流程工艺业务组织方式单级管理二级管理公司工艺部综合工艺室专业工艺室公司工艺部综合、专业工艺室生产车间车间工艺室1.4工艺业务系统及工艺设计流程工艺性审查工艺路线分工工艺结构调整专业工艺编制工装设计材料定额开始生产确定加工方法和顺序选择设备/工装/工具/材料确定加工中的技术条件确定协作工序1.5工艺设计相关概念制造资源加工过程加工方法/工艺类型原材料毛坯辅助材料设备工装工具生产线车间/工厂工序：一个（或一组）工人在一个工作地对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程工步：工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的那一部分工序机械加工冲压焊接热处理喷涂装配检验电装1.5工艺设计相关概念工艺文件工艺工步工序车间、机床工装、模具、量具、刀具、工具参装零组件辅助材料工序图刀具、量具切削/技术参数辅助材料技术要求NC文件精度信息1.5工艺设计相关概念工艺设计数据关系1.6传统工艺设计面临的主要问题对工艺人员要求高劳动强度大，效率低难于保证数据的准确性工艺设计优化、标准化差无法利用CAD图形信息无法积累重用工艺经验无法适应信息化发展2.计算机辅助工艺设计（CAPP）概述2.1CAPP基本概念及其意义2.2CAPP的发展过程及现状2.3现代CAPP原理、结构与功能2.4CAPP的发展趋势2.1CAPP基本概念及其目标计算机辅助工艺设计ComputerAidedProcessPlanning(CAPP)：利用计算机技术辅助工艺人员完成工艺性审查、工艺方案设计、工艺路线制订、工艺规程设计、工艺定额编制、工艺管理等数字化工艺工作的活动。对工艺人员要求高劳动强度大，效率低难于保证数据的准确性工艺设计优化、标准化差无法利用CAD图形信息无法积累重用工艺经验无法适应信息化发展降低对工艺人员的要求减低工艺人员事务性劳动强度保证工艺数据准确一致促进工艺设计优化、标准化可充分利用CAD信息快速积累重用工艺经验适应信息化发展的数据集成1.提高工艺设计的效率与质量；2.促进工艺的标准化、规范化；3.促进工艺优化；4.满足产品全生命周期中对工艺设计的要求；5.保证工艺数据的完整性、一致性和可重用性；6.实现工艺知识和经验的积累、共享和管理；7.促进产品的并行设计和协同设计；8.涵盖企业工艺工作的全过程。2.1CAPP基本概念及其目标CAPP的目标2.2CAPP的发展过程及现状1.国外：1960年代末开始CAPP研究与开发。1976年设在美国的国际性组织CAM-I开发的CAPP系统在CAPP发展史上具有里程碑意义。2.国内：1980年代初开始CAPP研究与开发。最早开发的CAPP系统是同济大学的TOJICAP系统和西北工业大学的CAOS系统，其完成的时间都在1980年代初。CAPP研究开端2.2CAPP的发展过程及现状CAPP发展阶段探索研究阶段：20世纪60年代-80年代中后期1.成组技术、零件族2.零件描述技术，如表面元素法3.人工智能技术应用，如决策树、判定表、规则等4.软件实现技术智能化研究阶段：20世纪80年代中后期-90年代中期1.工艺知识表示、知识库管理、工艺知识处理2.专家系统技术3.零件描述技术、特征技术4.CAD/CAPP/CAM集成技术应用系统开发阶段：20世纪90年代•针对各企业、各专业工艺进行开发和应用•采用检索修订方式、创成方式•部分实现与CAD/CAM的集成•企业自主开发、厂校结合开发•与CIMS工程实施一起开发、应用CAPP发展阶段2.2CAPP的发展过程及现状产品工程化阶段：20世纪90年代中后期到现在•工程化、产品化开发、公司化经营•采用综合智能式设计•实用技术•市场推广三种模式1.基于文档的工艺编制，如基于Office或CAD软件定制开发2.结构化信息模型驱动表格式工艺设计与管理一体化系统3.结构化信息模型驱动“所见即所得”工艺设计与管理一体化系统CAPP发展阶段2.2CAPP的发展过程及现状派生式CAPP系统是将相似零（部）件归并成零（部）件族，设计时检索出相应零（部）件族的工艺规程，并根据设计对象的具体特征加以修订的CAPP系统，也称修订式CAPP系统。创成式CAPP系统是将人们设计工艺过程时的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策逻辑、算法，在使用时由计算机程序采用内部的决策逻辑和算法，依据制造资源信息，自动生成零（部）件的工艺规程的CAPP系统，也称生成式CAPP系统。交互式CAPP系统以人机交互方式进行工艺设计的CAPP系统。综合式CAPP系统是采用人机交互、派生、创成等多种工艺决策技术的CAPP系统。CAPP系统分类2.2CAPP的发展过程及现状现代CAPP思想2.3现代CAPP思想、结构与功能1、面向产品、整个工艺领域、不同工艺层次、工艺生命周期2、面向集成共享的工艺信息数字化3、基于知识的快速专业化工艺设计4、基于PDM/PLM思想的工艺管理5、通用化、行业化、专业化相结合现代CAPP体系结构2.3现代CAPP思想、结构与功能现代CAPP功能2.3现代CAPP思想、结构与功能工艺性审查支持在产品设计过程中及时发现产品及其零部件工艺性问题，提出修改建议或意见。工艺方案设计可方便地查询、浏览产品技术方案、设计图样和模型等产品数据，完成工艺方案设计。工艺路线制订能对产品零部件等制订工艺路线，进行制造过程分工。工艺规程设计能够设计各类工艺规程。工艺定额编制基于PBOM（ProcessBillofMaterial,工艺物料清单）编制产品及其零部件在制造过程中所需的材料定额及工时定额。现代CAPP功能2.3现代CAPP思想、结构与功能工艺管理•基于EBOM（EngineeringBillofMaterial，工程物料清单）或通过人机交互方式创建PBOM，并对其进行修改和维护；•提供工艺版本管理功能，主要包括工艺数据和工艺文件的版本管理,并能够确定工艺规程及相关技术文件的有效性；•能够对各类已经生成的工艺文件进行查询、检索、浏览、打印输出；•能根据企业需要进行各种工艺数据的汇总、统计，并生成相关报表等；•能对工艺资源进行分类、表达、收集、存储、检索、发布和应用；•具有工艺工作流程控制与管理功能，实现对各种工艺文件的校对、审核、批准、发放的过程控制；•提供工艺更改管理功能，管理和控制已定版发布的工艺文件的更改过程•支持现场工艺应用及工艺存档管理。现代CAPP功能2.3现代CAPP思想、结构与功能系统管理•能够定义用户、角色、工作组，以及划分管理权限；•能够按照工作组、角色、用户权限的不同对工艺数据的创建、修