0 引言
CAPP的開發(fā)、研制是從60年代末開始的，在制造自動(dòng)化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國(guó)家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個(gè)CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系統(tǒng)。取其字首的第一個(gè)字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對(duì)CAPP這個(gè)縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。
CAPP(computer aided process planning，計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì))的作用是利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)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。它是通過向計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。
計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)也常被譯為計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃。國(guó)際生產(chǎn)工程研究會(huì)(CIRP)提出了計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃(CAP-computer aided planning)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP-computer automated process planning)等名稱，CAPP一詞強(qiáng)調(diào)了工藝過程自動(dòng)設(shè)計(jì)。實(shí)際上國(guó)外常用的一些，如制造規(guī)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(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃屬于工程分析與設(shè)計(jì)范疇，是重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作之一。
由于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃上與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-computer aided design)相接，下與計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM-computer aided manufacturing)相連，是連接設(shè)計(jì)與制造之間的橋梁，設(shè)計(jì)信息只能通過工藝設(shè)計(jì)才能生成制造信息，設(shè)計(jì)只能通過工藝設(shè)計(jì)才能與制造實(shí)現(xiàn)功能和信息的集成。由此可見CAPP在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化中的重要地位。
1 CAPP在CAD/CAM集成系統(tǒng)中的作用
自80年代中后期，CAD、CAM的單元技術(shù)日趨成熟，隨著機(jī)械制造業(yè)向CIMS或IMS(Intelligent Manufacturing System)發(fā)展，CAD/CAM集成化的要求是亟待解決的問題。CAD/CAM集成系統(tǒng)實(shí)際上是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)。CAPP從CAD系統(tǒng)中獲取零件的幾何拓?fù)湫畔ⅰ⒐に囆畔ⅲ墓こ虜?shù)據(jù)庫(kù)中獲取企業(yè)的生產(chǎn)條件、資源情況及企業(yè)工人技術(shù)水平等信息，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，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(dá)到此目的，在集成系統(tǒng)中必須解決下列幾方面問題：
(1)CAPP模塊能直接從CAD模塊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模塊的幾何建模系統(tǒng)，除提供幾何形狀及其拓?fù)湫畔⑼猓�必須提供零件的工藝信息、檢測(cè)信息、組織信息及結(jié)構(gòu)分析信息等。因而，以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)的幾何建模系統(tǒng)(如線框建模、表面建模及三維實(shí)體建模等)是不能適應(yīng)集成化的要求的，特征建模也就應(yīng)運(yùn)而生。
(3)須適應(yīng)多種數(shù)控系統(tǒng)NC加工控制指令的生成。NC加工指令的生成以往的工作過程是根據(jù)零件圖紙及加工要求，利用自動(dòng)編程語(yǔ)言，編寫加工該零件的NC源程序，經(jīng)過后置處理器，形成NC加工控制指令；在一些商品化的CAD/CAM系統(tǒng)中，以圖形為驅(qū)動(dòng)，用人機(jī)交互方式補(bǔ)充工藝信息，形成NC加工源程序，經(jīng)后置處理得到NC加工控制指令。這兩種生成NC加工指令的過程都不能適應(yīng)集成化的要求。在CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中，由于CAPP模塊能夠直接形成刀位文件，因而就可以直接形成NC加工控制指令，這就簡(jiǎn)便得多了。CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中CAPP模塊的功能是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃旒庸ず?a href="http://www.zudvwvb.cn/" title="" target="_blank" >生產(chǎn)管理信息，它是CAD與CAM的紐帶，同時(shí)也是CAD/CAM與PDM以及ERP等管理信息系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。在早期的CAD/CAM系統(tǒng)，可以利用圖形驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生NC加工指令，但是它沒有提供在制造加工、生產(chǎn)管理過程中所需的一切信息，難以實(shí)現(xiàn)制造過程中計(jì)算機(jī)控制及生產(chǎn)管理。廣義CAPP的出現(xiàn)卻能解決這方面的問題，因此，一個(gè)切實(shí)可行的CAPP系統(tǒng)，能使CAD、CAM充分發(fā)揮效益。CAD的結(jié)果能否有效地用于生產(chǎn)實(shí)際，CAM能否充分地發(fā)揮其效益，以致整個(gè)CIMS能否切實(shí)可行，CAPP在其中起著重大的影響，它是難度較大的一個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)前發(fā)展集成化CAD/CAM系統(tǒng)甚至計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）亟待解決的問題。
2 CAPP在企業(yè)信息集成中的重要作用
企業(yè)在建立了集成的CAPP系統(tǒng)以后，將有效地推動(dòng)企業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的效率。而下列各方面的問題，也只有在集成化的CAPP環(huán)境下，才能夠很好地解決：
(1)有效利用企業(yè)制造資源數(shù)據(jù)
1、可以利用企業(yè)已建立的MIS系統(tǒng)中的資源數(shù)據(jù)，如：設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的設(shè)備、工裝管理信息系統(tǒng)中的工裝、企業(yè)組織機(jī)構(gòu)中的部門信息、人事管理系統(tǒng)中的人員信息等等；
2、可以智能化（開放的推理、過濾、查詢機(jī)制）地使用企業(yè)的任意資源數(shù)據(jù)；
(2)給管理部門及時(shí)提供有效的工藝BOM數(shù)據(jù)
1、可以對(duì)產(chǎn)品、零部件或工藝文件進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)匯總工作，自動(dòng)生成各種報(bào)表（屬于工藝文件的組成部分）；
2、可以將統(tǒng)計(jì)匯總結(jié)果直接傳遞給其它管理系統(tǒng)、或存儲(chǔ)為指定格式的中間數(shù)據(jù)庫(kù)文件供其它系統(tǒng)或部門使用；
3、其它系統(tǒng)也可以直接從工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)。
(3)充分利用CAD成果
1、利用CAD的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息；
2、利用CAD的產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)；
3、利用CAD的圖檔；
(4)提供CAM圖形、管理CAM結(jié)果CAM是與CAPP完全不同的技術(shù)，但CAM的原始數(shù)據(jù)-工藝圖和結(jié)果-設(shè)計(jì)方案和NC代碼是工藝數(shù)據(jù)的重要組成部分。
1、用CAPP的工藝圖管理CAM方案；
2、用CAPP的工藝圖管理CAM的NC代碼；
(5)可與流行的PDM系統(tǒng)無縫集成
1、可以集成到PDM系統(tǒng)中工作；
2、共享PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和權(quán)限數(shù)據(jù)；
3、支持在PDM系統(tǒng)中瀏覽、打印、批注工藝文件；
4、按PDM的要求進(jìn)行工藝文件的版本控制；
5、按PDM的要求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的流程作業(yè)。
(6)可傳遞工藝數(shù)據(jù)給MRPII、ERP等管理系統(tǒng)或這些系統(tǒng)直接從CAPP的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中提取所需數(shù)據(jù)。
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3 集成環(huán)境下CAPP的特點(diǎn)
隨著FMS和CIMS的發(fā)展，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到CAPP是CIMS的主要技術(shù)基礎(chǔ)之一，因此CAPP從更高、更新的意義上再次受到廣泛的重視。集成化CAPP系統(tǒng)的開發(fā)不僅是CIMS信息集成的要求，也成為CAPP的發(fā)展趨勢(shì)之一。在CIMS環(huán)境下，CAPP與CIMS中其它系統(tǒng)的信息流向是這樣的：CAPP接受來自CAD的產(chǎn)品幾何、結(jié)構(gòu)、材料信息以及精度、粗糙度等工藝信息，作為CAPP的原始輸入，同時(shí)向CAD反饋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性評(píng)價(jià)；CAPP向CAM提供零件加工所需的設(shè)備、工裝、切削參數(shù)、裝夾參數(shù)以及反映零件切削過程的刀具跡文件，并接收CAM反饋的工藝修改意見；CAPP向工裝CAD提供工藝規(guī)程文件和工裝設(shè)計(jì)任務(wù)書；CAPP向MIS(管理信息系統(tǒng))提供工藝路線、設(shè)備、工裝、工時(shí)、材料定額等信息，并接受MIS發(fā)出的技術(shù)準(zhǔn)備計(jì)劃、原材料庫(kù)存、刀夾量具狀況、設(shè)備變更等信息；CAPP向MAS(制造自動(dòng)化系統(tǒng))提供各種工藝規(guī)程文件和夾具、刀具等信息，并接受由MAS反饋的刀具使用報(bào)告和工藝修改意見；CAPP問CAQ(質(zhì)量保證系統(tǒng))提供工序、設(shè)備、工裝等工藝數(shù)據(jù)，以生成質(zhì)量控制計(jì)劃和質(zhì)量檢測(cè)規(guī)程，同時(shí)接收CAQ反饋的控制數(shù)據(jù)，用以修改工藝規(guī)程。由此可見，CAPP對(duì)于保證CIMS中信息流的暢通，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的集成是至關(guān)重要的。
集成化向傳統(tǒng)的CAPP提出了挑戰(zhàn)，它要求CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有一些新的特點(diǎn)：
(1)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個(gè)可供集成的系統(tǒng)。它不僅要具備工藝規(guī)劃的能力，還應(yīng)提供良好的接口，以實(shí)現(xiàn)與CAD、CAM、MIS、MAS、CAQ等子系統(tǒng)的集成。
(2)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。它應(yīng)能在工藝設(shè)計(jì)過程中根據(jù)各種反饋信息，如資源變動(dòng)情況、加工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的質(zhì)量問題等，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，以保證工藝設(shè)計(jì)的及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。
(3)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)具有創(chuàng)成能力，至少是創(chuàng)成和變異綜合的系統(tǒng)。從動(dòng)態(tài)和優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮，CAPP系統(tǒng)應(yīng)是創(chuàng)成的，但考慮到企業(yè)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還存在相當(dāng)數(shù)量的相似零件加工，變異式CAPP系統(tǒng)還有其存在的合理性。
(4)CIMS環(huán)境下的CAPP應(yīng)是一個(gè)具有開放性的系統(tǒng)。不同工廠的制造環(huán)境往往是不一樣的，工藝習(xí)慣也有所差別，即使在同一工廠內(nèi)，也會(huì)由于加工對(duì)象的不同和工藝性質(zhì)的不同而導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容不一樣，這就要求CAPP系統(tǒng)必須具有開放性，具有一個(gè)比較通用的框架結(jié)構(gòu)，且便于擴(kuò)充，以滿足CIMS環(huán)境下不同產(chǎn)品、不同場(chǎng)合對(duì)CAPP系統(tǒng)的不同要求。
4 CAPP的集成與接口技術(shù)
在CAPP的集成化過程中，CAD/CAM的集成是應(yīng)首先要解決的問題。從CAPP系統(tǒng)來看，零件信息描述與輸入是所要解決的第一個(gè)也是十分重要的問題。目前的CAPP系統(tǒng)所采用的零件描述方法，雖然可在一定程度上滿足CAPP的設(shè)計(jì)要求，但需要對(duì)零件信息重復(fù)輸入，不僅工作量大，而且可能導(dǎo)致CAD、CAPP系統(tǒng)描述的不一致。因此，CAD/CAPP的集成是解決CAPP信息輸入問題的根本途徑。此外，從CIMS的信息集成來看，也迫切需要解決CAD與CAPP、CAM的信息共享問題。
近年來提出的基于特征的造型方法、面向?qū)ο蟮脑煨汀⑻卣鞒鋵?shí)造型等很多新概念，其實(shí)質(zhì)是在CAD造型過程中引入特征的概念，以消除CAD/CAPP集成時(shí)的特征識(shí)別與分離，簡(jiǎn)化CAD與CAPP的接口。建立統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是CIMS實(shí)現(xiàn)信息集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化工作已形成國(guó)際性的合作努力，STEP(Standard for Exchange of Product data，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))也成為公認(rèn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，因此開發(fā)基于STEP的新一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)是最理想的途徑。以STEP為代表的第二代產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)，其目標(biāo)是建立一種不依賴于人工解釋的、能被產(chǎn)品生命期各階段的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)自動(dòng)理解的完整的產(chǎn)品模型。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)交換。目前STEP技術(shù)的實(shí)施被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CIM的必要和前提條件。
因此，CAD/CAPP的集成必須以STEP為根據(jù)和基礎(chǔ)。STEP支持完整的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，不僅包括如曲線、曲面、實(shí)體、形狀特征等在內(nèi)的幾何信息，還包括許多非幾何信息，如公差、材料和表面粗糙度信息等，它包括產(chǎn)品整個(gè)生命周期(設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制、檢測(cè)、維護(hù)等)所需要的全部信息。可是STEP本身還在逐漸充實(shí)與成熟階段，所以可以采用對(duì)實(shí)體造型系統(tǒng)“特征化”的技術(shù)路線，這樣可以利用現(xiàn)有的CAD資源，在實(shí)體造型系統(tǒng)上通過擴(kuò)充特征定義功能來建立滿足集成需要的零件信息模型，這是CAD/CAPP/CAM集成的一條在近期行之有效的途徑。
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本文標(biāo)題：CAPP在CAD/CAM集成系統(tǒng)中的作用
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