【文章內容簡介】 的問題，確保設計的合理性，減少設計反復。目前主要的方法是建立可制造性綜合評價功能模塊或子系統(tǒng)，根據(jù)零件信息、制造資源信息，在一定工藝原則指導下，建立評價函數(shù)，對零件結構工藝性、加工工藝性等進行分析評價。2) CAPP與車間作業(yè)計劃的并行集成非線性工藝設計：通過產生被加工零件的多個具有不同優(yōu)先級的可供選擇的工藝方案，為車間調度提供一定程度的柔性；閉環(huán)工藝設計：通過接收車間資源信息的動態(tài)反饋，產生實時優(yōu)化的工藝方案； 分布式工藝設計：通過劃分階段，如預設計階段、詳細設計階段等，在不同的階段分別實現(xiàn)CAPP與車間作業(yè)計劃之間交互、協(xié)調、合作的工作方式，兩者之間并行集成。所采用的階段劃分、分布、并行的方法，被認為是一種理想的集成方法。 (2)智能CAPP80年代專家系統(tǒng)被引入CAPP,專家系統(tǒng)反映智能技術中的符號主義，通過符號處理和推理機制實現(xiàn)人類的邏輯推理能力。CAPP專家系統(tǒng)主要研究知識表達及處理技術，工藝決策過程模型及算法。多年來專家系統(tǒng)技術不僅在創(chuàng)成式系統(tǒng)中得到廣泛應用，而且在修訂式系統(tǒng)中也得到一定程度的應用，比如基于實例的推理技術就是其一。人工神經網絡則反映智能技術中的連接主義，模擬人的大腦結構，構造人工神經元和神經元連接網絡，通過訓練獲取知識，適合于用來實現(xiàn)人類的形象思維能力。人工神經網絡CAPP主要研究神經元網絡的結構形式、設計學習算法和訓練樣本等。近來，還興起了復合智能系統(tǒng)的研究，即將專家系統(tǒng)和人工神經網絡技術結合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，以獲得更高的智能；以及多智能體技術的應用等。此外，遺傳算法、模糊推理技術也在若干原型系統(tǒng)中得到采用。(3)分布式CAPP縱向分布式: CAPP系統(tǒng)的工作具有明顯的層次性，不同層次的子系統(tǒng)或功能模塊可組成分布式系統(tǒng)，稱為縱向分布。在這種系統(tǒng)中，工藝路線設計及原材料、毛坯計劃由廠級計算機完成；而工序設計、特別是NC編程由車間級計算機系統(tǒng)完成。各級計算機系統(tǒng)是通過網絡互連的，且工程數(shù)據(jù)庫及工藝知識庫是分布式共享的。這種情況下的工藝設計過程是動態(tài)的，可以提供反饋功能；系統(tǒng)結構具有柔性，對于不同復雜程度或不同特點的生產環(huán)境可以采用不同形式的設計系統(tǒng)。橫向分布式:實際生產環(huán)境中，零件類別是多種多樣的，不同類別的零件所適用的CAPP設計方法也是不同的，可以采用一種由檢索式、派生式、生成式等各種子系統(tǒng)組成的分布式CAPP系統(tǒng)。系統(tǒng)通過測定零件類別，選擇最合適的設計方法，各子系統(tǒng)可以通過公用數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系，共同完成設計任務?？v向分布式系統(tǒng)基本上還處于有意義的設想階段，而橫向分布式已在國內外的一些系統(tǒng)中得到不同程度的體現(xiàn)。162 CAPP的發(fā)展方向通過以上的分析，可以看出，目前CAPP技術的發(fā)展方向存在兩種趨勢：一種趨勢是，在原有CAPP的開發(fā)模式、體系結構框架內，結合現(xiàn)代計算機、信息等相關技術的進展，采用新的決策算法、發(fā)展新的功能，并已在并行、智能、分布、面向對象等方面進行著有益的嘗試，這是一種技術趨勢。另一種趨勢，則是跳出幾十年來延續(xù)下來的CAPP傳統(tǒng)模式，面向具體生產環(huán)境，面向實際應用，面向最基本的需求，利用成熟的技術，建立各種計算機輔助功能模塊，幫助工藝人員更快、更好的完成工藝任務，意在通過廣泛的實際應用促進其方展，這是一種實用化趨勢。實用化CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，看上去好象是回退到CAPP系統(tǒng)發(fā)展的初級階段，但實際上并非如此。目前實用化CAPP系統(tǒng)在開發(fā)應用過程中，其目與傳統(tǒng)目標有很大的不同，它不僅要完成機加工工藝設計，還要完成其它各種專業(yè)的工藝設計，同時還要完成工藝數(shù)據(jù)的管理、制造資源的管理，在此基礎上，實現(xiàn)與CAD、ERP、MIS等的集成，它面向整個產品的工藝活動過程。所以可以說，目前的實用化CAPP是相對于傳統(tǒng)CAPP技術的一種螺旋式上升。實用化CAPP趨勢，正在逐步體現(xiàn)現(xiàn)代先進制造思想，它實際上是CAPP技術在經過20多年前期發(fā)展之后，一個新階段的開端（在自動化方向退一步、向通用化、集成化、實用化方向進一步）。當然實用化CAPP技術的發(fā)展也不應該僅僅滿足于單純交互式的所見即所得，忽視或排斥在智能化方向的努力（包括人工智能技術的應用、以及各階段各種有效的智能化在線輔助），只要技術路線正確，相信經過幾年努力之后會給前一種技術趨勢創(chuàng)造更好的條件和基礎，并使兩種趨勢能夠更好地結合起來，推進CAPP技術快速有效地向前發(fā)展。另一方面，工藝過程設計是典型的復雜問題，包含了分析、選擇、規(guī)劃、優(yōu)化等不同性質的各種功能要求，所涉及的范圍十分廣泛，用到的信息量相當龐大，又與具體的生產環(huán)境及個人經驗水平密切相關。而長期以來，CAPP的研究開發(fā)忽視了對工藝準備活動所涉及的基礎任務、方法和數(shù)據(jù)的深入研究和探索，缺乏一種對工藝業(yè)務活動的整體把握，過多的局限于某些局部環(huán)節(jié)，從而造成開發(fā)、實施具體應用系統(tǒng)的困難，也使新概念、新技術、新方法的采用一直缺乏應用和理論基礎。因而，從現(xiàn)代制造業(yè)整個產品生命周期對工藝工作的需求出發(fā)，以未來虛擬企業(yè)和網絡化全球制造為背景，加強對工藝基礎理論、工藝流程和基礎數(shù)據(jù)分析，以及軟件系統(tǒng)結構和方法的研究，才能使上述兩種趨勢結合起來邁出更為堅實的步伐，希望致力于上述兩種技術趨勢研究開發(fā)者都能對這方面給予足夠的重視。第二章．課題來源及其研究目標該課題來源于科研生產實際。盡管CAPP技術經過多年研究取得了很大進展，也開發(fā)出一些CAPP系統(tǒng)，但仍存在許多問題和缺陷，特別是由于系統(tǒng)的適應性與通用性之間的矛盾一直未得到很好的解決，使得CAPP技術的實用性受到影響，因而在企業(yè)生產一線的應用受到了極大的限制。實際上適應性和通用性這二者是矛盾的統(tǒng)一體，既相互關聯(lián)、又相互制約，通過關鍵技術的研究和宏觀、微觀開發(fā)策略的實施，可以有效地或在一定程度上解決這個問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的適應性、通用性兼具，實用性提高的目標。因此，本課題擬以提高系統(tǒng)的先進性和實用性以及高效，靈活為基本原則，對CAPP的總體構成策略及其關鍵技術進行深入地分析和優(yōu)化，處理好適應性與通用性的矛盾，即宏觀上充分體現(xiàn)系統(tǒng)性和通用性，微觀上切實體現(xiàn)針對性和適應性，技術上實現(xiàn)二者的協(xié)調統(tǒng)一。采用基于數(shù)據(jù)庫的綜合開發(fā)工具模式，開發(fā)一個綜合式、模塊化、開放式、具有二次開發(fā)和一定集成功能的CAPP系統(tǒng)。實現(xiàn)這一目標涉及許多關鍵技術問題，如:信息描述、系統(tǒng)構架、決策模式(方法)、輸入輸出模式等。其中最關鍵的也是最難解決的問題是工藝決策方法及其相關技術如零件信息描述的研究。因為工藝決策方法不僅決定著系統(tǒng)的總體布局，也決定了系統(tǒng)的通用性、適應性和可靠性，而零件信息描述是工藝決策的基礎和依據(jù)。一般生產企業(yè)中，典型零件所占的比例非常大，有些企業(yè)可達90%以上，而且，工藝設計的主要對象也是典型零件。典型零件的加工工藝路線在不同的企業(yè)基本上己經形成相對固定的模式，為一個新零件編制的工藝，一般是在這個模式的框架內進行修訂、編輯。因此，研究典型零件的加工工藝并以典型零件為基本對象設計CAPP即系統(tǒng)，一方面可以使要研究的工藝決策知識和規(guī)則比較簡化、規(guī)范便于計算機程序的實現(xiàn)。另一方面可以使系統(tǒng)能夠滿足更多生產企業(yè)的需要，提高系統(tǒng)的先進性和實用性。經過廣泛的調查研究，收集整理了大量的來自生產一線的工藝文件，通過對這些工藝文件的分析研究發(fā)現(xiàn)，一般企業(yè)(即使是不同的企業(yè))的典型零件（如齒輪類零件）加工都具有相似的工藝特征，結構簡單的典型零件其工藝基本上是相同的。因此，我們可以利用典型零件及其工藝的這一相似性，根據(jù)典型零件的相似程度和復雜程度，面向不同層次的“對象任務”，運用GT和特征技術有機結合的特征編碼技術，實現(xiàn)典型零件的信息特征描述。分別建立可操作的工藝模板和相對固定的標準工藝庫，通過對這些模板基于知識規(guī)則的操作，并通過修訂式和創(chuàng)成式工藝決策的有機綜合，實現(xiàn)典型零件工藝的綜合決策。對結構簡單的典型零件，則通過對標準工藝庫直接檢索、修訂形成零件的工藝。我們把這種基于面向對象特征技術及典型零件加工工藝路線模式化特點提出的CAPP系統(tǒng)工藝路線決策方法叫做面向對象特征的模板式工藝決策方法。這種方法的突出特點是:通過系統(tǒng)關鍵技術的交叉綜合、協(xié)調互補，實現(xiàn)設計對象信息描述和工藝決策中“共性”與“個性”的統(tǒng)一。這在零件信息描述和工藝決策兩個關鍵環(huán)節(jié)上體現(xiàn)的尤為突出。在典型零件的信息描述中，特征編碼技術實現(xiàn)了零件信息描述中“共性” (相似性)與“個性” (特性)的有機統(tǒng)一。同理，在綜合的工藝決策方法中，CAPP系統(tǒng)既吸收了修訂式的類比高效的特點又具有適應性的創(chuàng)成功能，使工藝決策的效率和實用性得到提高。同時，通過建立一套實用有效的零件信息輸入體系，設計一種有效的工藝文件輸出機制，開發(fā)出一個先進的實用、高效的CAPP系統(tǒng)。第三章．系統(tǒng)設計的總體方案本著先進、實用、高效，靈活的基本開發(fā)原則，以典型零件(齒輪類零件)為基本研究處理對象，從研究典型零件的加工工藝特征入手，采用基于數(shù)據(jù)庫的綜合開發(fā)工具模式，運用系列先進技術的交叉和綜合，深入分析和優(yōu)化CAPP的總體構成及其關鍵技術的應用，處理好適應性與通用性的矛盾，旨在開發(fā)綜合式、模塊化和一定集成功能的實用型CAPP系統(tǒng)。本章的主要任務是在明確系統(tǒng)基本任務和總體構成的基礎上，分析系統(tǒng)設計所涉及的關鍵技術及主要研究內容，優(yōu)化確定系統(tǒng)總體方案。31 系統(tǒng)總體設計思想及優(yōu)選方案確定311 CAPP系統(tǒng)的構成盡管世界各國推出了許多面向不同對象、面向不同應用，采用不同方式，基于不同制造環(huán)境的CAPP系統(tǒng)，但是綜合比較和分析結果表明，這些類型繁多的CAPP系統(tǒng)，其構成基本不變，即工藝路線的生成部分、工藝尺寸的確定部分、工藝參數(shù)決策部分、工序圖的生成和繪制部分、工時定額的計算部分、工序卡的輸出部分等。此外，CAPP系統(tǒng)還必須有零件信息獲取的功能。結合其研究對象及其特點，CAPP系統(tǒng)的構成一般包括以下基本部分(見圖):工藝數(shù)據(jù)庫模塊工藝路線設計模塊零件信息輸入工序設計模塊零件信息庫輸出模塊 工步設計模塊典型工藝文件庫圖31 CAPP系統(tǒng)的構成(1) 工藝數(shù)據(jù)庫模塊: 為工藝過程卡的生成提供必要的工藝數(shù)據(jù)和計算結果。(2) 零件信息獲取模塊: 零件信息輸入方式可以在人工交互輸入。(3)工藝路線設計模塊:決策并生成工藝過程卡。(4)工序設計模塊: 決策并生成工序卡。(5)工步設計模塊: 決策并生成工步卡。(6)輸出模塊: 輸出工藝過程卡、工序卡及工步卡、工序圖等各類文檔，并可利用編輯工具對現(xiàn)有文件進行修改后得到所需的工藝文件。上述CAPP系統(tǒng)結構是一個一般意義的CAPP系統(tǒng)，實際上，并不一定所有CAPP系統(tǒng)都只有這些內容。實際系統(tǒng)組成可以根據(jù)實際生產的需要而調整。312 應用型CAPP系統(tǒng)的特點如前所述，CAPP系統(tǒng)的實施應能提高工藝設計的質量，縮短生產準備周期，并將工藝設計人員從大量繁瑣、重復的勞動中解放出來。但是企業(yè)在選擇使用CAPP系統(tǒng)時還應充分考慮自身的實際情況。一般情況，適應于目前企業(yè)生產情況的應用型CAPP系統(tǒng)應具有如下特點:(1)能夠從包括產品設計、制造、生產管理、信息集成等多方面解決企業(yè)的工藝設計問題一系統(tǒng)性。(2)以數(shù)據(jù)庫為基礎，解決好工藝數(shù)據(jù)的利用和管理問題，并從工藝設計平臺解決工藝設計問題一信息化。(3)能夠采用“所見既所得”的交互式操作方式，更符合先進的可視化設計風格和習慣一可視性。(4)能夠智能化地利用企業(yè)傳統(tǒng)工藝設計等智力資源一智能性:(5)采用開放式系統(tǒng)結構設計，為用戶提供二次開發(fā)的便利，更好地解決系統(tǒng)的通用性和適應性問題一開放性。(6)基于數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)設計，使CAPP系統(tǒng)與其它系統(tǒng)集成時能更好地共享產品、管理、工藝等數(shù)據(jù)一集成性。 313 CAPP系統(tǒng)的研究開發(fā)模式制造業(yè)信息化的飛速發(fā)展，呼喚并促進著應用型CAPP的研發(fā)進程。因此，CAPP系統(tǒng)及其應用開發(fā)技術在經歷了從簡單到復雜、從低級到高級的發(fā)展之后，目前已經形成了幾種典型的開發(fā)模式，如下我國CAPP技術發(fā)展歷程主要有以下四類：1．第一代產品：19821995期間基于智能化和專家系統(tǒng)思想開發(fā)的CAPP系統(tǒng) 此類CAPP系統(tǒng)片面強調工藝設計的自動化，但因工藝設計的特點決定了自動化的CAPP系統(tǒng)存在很大的局限性，無法滿足企業(yè)對通用CAPP系統(tǒng)平臺的需求。近年來，以自動化為唯一目標的CAPP研究開發(fā)狀況已經使人們對CAPP研究與開發(fā)現(xiàn)狀產生懷疑。到目前為止國內尚沒有真正商品化的CAPP專家系統(tǒng)問世，很多研究機構已停止了此種模式的開發(fā)。2．第二代產品：1995目前基于低端數(shù)據(jù)庫（FoxPro等）開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。 這一類CAPP軟件已經注意到CAPP需要以工藝數(shù)據(jù)為對象解決企業(yè)的工藝設計問題，而不應該以卡片（一般的解決途徑是采用CAD技術，是一個文件系統(tǒng)）為基礎?；贔oxPro等低端數(shù)據(jù)庫的CAPP系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)和生成的數(shù)據(jù)都是基于數(shù)據(jù)庫的，但因為開發(fā)技術所限很難做到“所見所得”，系統(tǒng)的實用性很差。因此工藝卡片的生成是由程序來完成或是在CAD中生成。其優(yōu)點具備了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點，符合工藝數(shù)據(jù)管理的特點，但因為不是交互式設計方式，不能作為平臺類軟件，實用性不強，推廣和使用受到了很大的限制。作為商品化軟件，大部分商業(yè)軟件公司已放棄了此種開發(fā)模式。另外，近幾年以中高端數(shù)據(jù)庫為平臺開發(fā)了一些CAPP系統(tǒng)，但因為開發(fā)技術和實力所限一直沒有實用化。3．第三代產品：1996目前基于AutoCAD或自主圖形平臺開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。 為了解決基于FoxPro等低端數(shù)據(jù)庫的CAPP系統(tǒng)實用性差的缺點，一些CAD軟件公司采用CAD技術開發(fā)了一些CAPP系統(tǒng)，她解決了實用性問題，但卻忽視了最根本的問題：工藝是以相關的數(shù)據(jù)為對象的，而不是以卡片（圖形數(shù)據(jù)）為對象的。此類CAPP是基于文件系統(tǒng)的CAD技術開發(fā)的，特別是自主CAD平臺軟件，文件格式采用了非標準的自定義格式，信息的交換存在嚴重的問題。工藝文件作為圖形信息保存，描述的是工藝文件的圖形拓撲關系，其數(shù)據(jù)是分散在各個卡片中的，很難集中管理，且它的集成和二次開發(fā)必須依賴自身的系統(tǒng)。4．第四代產品：1998目前綜合式平臺類CAPP系統(tǒng)