概述

    工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容,是产品设计与车间的实际生产的纽带,是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当前,机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用,传统的工艺设计方法远不能适应当前机械制造行业发展的要求,其主要表现为:

(1)传统的工艺设计是人工编制的,劳动强度大,效率低,是一项繁琐的重复性工作;
(2)设计周期长,不能适应市场瞬息多变的需求;
(3)工艺设计是经验性很强的工作,它是随产品技术要求、生产环境、资源条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变,甚至完全相同的零件,在不同的企业,其工艺也可能不一样,即使在同一企业,也因工艺设计人员的不同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平;
(4)工艺设计最优化、标准化较差,工艺设计经验的继承性也较困难。

    随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求,特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展,传统的工艺设计方法已远远不能满足要求,计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Design,CAPP)也就应运而生。计算机辅助工艺设计的重要意义在于:

(1)可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来,使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中;
(2)可以大大缩短工艺设计周期,保证工艺设计的质量,提高产品在市场上的竞争能力;
(3)可以提高企业工艺设计的标准化,并有利于工艺设计的最优化工作;
(4)能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要,并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。

CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用

    20世纪80年代中后期,CAD、CAM的单元技术日趋成熟。随着机械制造业向CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)或IMS(Intelligent Manufacturing System)发展,CAD/CAM的集成化要求是亟待解决的问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中获得零件的几何拓扑信息、工艺信息,并从工程数据库中获得企业的生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息,进行工艺设计,形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令,在CAD、CAM中起纽带作用。为达到此目的,在集成系统中必须解决下列几方面问题:

(1)CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等,以代替零件信息描述的输入;
(2)CAD模块的几何建模系统,除提供几何形状及拓扑信息外,还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等;

(3)须适应多种数控系统NC加工控制指令的生成。

基本构成

    CAPP系统的构成,视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。CAPP系统基本的构成模块包括:(1)控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行,使人机交互的窗口,实现人机之间的信息交流,控制零件信息的获取方式;(2)零件信息输入模块。当零件信息不能从CAD系统直接获取时,用此模块实现零件信息的输入;(3)工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策,产生工艺过程卡,供加工及生产管理部门使用;(4)工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡,对工序间尺寸进行计算,生成工序图;(5)工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计,确定切削用量,提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件;(6)NC加工指令生成模块。NC加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件,调用NC指令代码系统,产生NC加工控制指令;(7)输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档,输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件,利用编辑工具对现有工艺文件进行修改的到所需的工艺文件;(8)加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟,检查工艺的正确性。

CAPP的基本类型

    计算机辅助工艺过程设计系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式等。

(1)检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的,将设计好的零件标准工艺进行编号,存储在计算机中,当制定零件的工艺过程时,可根据输入的零件信息进行搜索,查找合适的标准工艺。

(2)派生式工艺过程设计就是利用零件有相似性,相似的零件有相似的工艺过程"这一原理,通过检索相似典型零件的工艺过程,加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。

(3)创成式工艺过程设计系统和派生式系统不同,它是根据输入的零件信息,依靠系统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。

CAPP的基础技术

    CAPP的基础技术包括:
(1)成组技术(Group Technology);
(2)零件信息的描述与获取;
(3)工艺设计决策机制;
(4)工艺知识的获取及表示;
(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。

CAPP今后的发展趋势

    随着CAD、CAPP、CAM单元技术日益成熟,同时又由于CIMS及IMS的提出和发展,促使CAPP向智能化、集成化和实用化方向发展。当前,研究开发CAPP系统的热点问题有:
(1)产品信息模型的生成与获取;
(2)CAPP体系结构研究及CAPP工具系统的开发;
(3)并行工程模式下的CAPP系统;
(4)基于分布型人工智能技术的分布型CAPP专机系统;
(5)人工神经网络技术与专家系统在CAPP中的综合应用;
(6)面向企业的实用化CAPP系统;
(7)CAPP与自动生产调度系统的集成。

 

 

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