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本文论述了产品从CAD向CAM过渡的过程中，计算机辅助工艺设计（CAPP）所发挥的重要作用，阐述了CAPP系统的构成、内容、分类和基础技术，预测了CAPP今后的发展趋势，说明CAPP十分适合当前日趋自动化的制造环节。
1、 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。
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。
CAPP是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP属于工程分析与设计的范畴，是重要的生产准备工作之一。由于制造系统[1]的出现，CAPP向上与计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)相接，向下与计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)相连，它是设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺过程设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现信息和功能的集成。
2、 CAPP系统
2.1 基本构成
视CAPP系统的工作原理、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如图1所示，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，是人机交互的窗口，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得到所需的工艺文件；
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。 （图片）
图 1 CAPP系统基本构成框图 2.2 内容
CAPP的内容主要有：毛坯的选择及毛坯图的生成；定位基准与夹紧方案的选择；加工
方法的选择；加工顺序的安排；通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备的选择；工艺参数的计算；专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方 案的提出；工艺文件的输出。
2.3 步骤
CAPP的步骤如图2所示，共分为5步：1）输入产品图纸信息；2）拟定工艺路线和工序内容；3）确定加工设备和工艺装备；4）计算工艺参数；5）输出工艺文件。（图片）
图 2 CAPP流程图 2.4 分类
系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式[2]等。
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。
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。
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。
2.5 CAPP的基础技术
CAPP的基础技术包括：
1）成组技术（Group Technology）。
成组工艺是把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个个零件族[3]，如图3所示，按零件族制定工艺进行生产制造，这样就扩大了批量，减少了品种，便于采用高效率的生产方式，从而提高了劳动生产率，为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径。（图片）
图 3 成组技术示例图 零件在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性。以基本相似性为基础，在制造、装配的生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为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发展，具有重要的理论意义和实用价值。
成组工艺的基本原理表明，零件的相似性是实现成组工艺的基本条件。成组技术就是揭示和利用基本相似性和二次相似性，是工业企业得到统一的数据和信息，获得经济效益，并为建立集成信息系统打下基础。
2）零件信息的描述与获取；
输入零件信息是进行计算机辅助工艺过程设计的第一步，零件信息描述是CAPP的关键，其技术难度大、工作量大，是影响整个工艺设计效率的重要因素。
零件信息描述的准确性、科学性和完整性将直接影响所设计的工艺过程的质量、可靠性和效率。因此，对零件的信息描述应满足以下要求：
⑴信息描述要准确、完整。所谓完整是指要能够满足在进行计算机辅助工艺设计时的需要，而不是要描述全部信息；
⑵信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好，使用方便，工效高；
⑶信息描述要易于被工程技术人员理解和掌握，便于被操作人员运用；
⑷由于是计算机辅助工艺设计，信息描述系统（模块或软件）应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助检测等多方面的要求，以便能够信息共享。
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。
3 、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[4]（Computer Integrated Manufacturing System）和IMS[4]（Intelligent Manufacturing System）方向的发展，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。
4 、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。
5、 结论
计算机辅助工艺设计的重要意义在于：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；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；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；能够适应当前日趋自动化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。
参考文献：
[1] 许建新,孔宪光等.知识基综合智能化工艺设计技术研究[J].西北工业大学学报,2002 20(1): 132-136.
[2] 许建新.邹明政.孔宪光.贾晓亮.现代CAPP技术及其发展研究[J].制造业自动化,2004 26(9): 48-52.
[3] 史明华,肖放,温书鸿等.装配型企业CAPP与工艺管理系统的实现[J].组合机床与自动化加工技术,2004.01.
10/9/2005
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