基于网络技术的多模式CAPP系统研究与实践

工艺设计在产品设计、生产、制造和管理中有着重要的作用，它是连接产品设计和产品制造的桥梁，对产品质量、产品性能和降低产品成本都有重要的影响。目前，我国工艺设计大多数是手工编制，水平低，重复部分多，既费时又费力，而且工艺质量得不到保证，工艺设计标准化程度差。随着科学技术的发展和PC机的广泛运用，工艺设计的计算机化提上了日程，于是产生了计算机辅助工艺设计即CAPP。 计算机辅助工艺设计(CAPP)隶属于CAD/CAPP/CAM/CAE子系统，是CIMS系统中一个重要的单元。作为维系CAD、CAM 系统之间的纽带，CAPP是实现工程数据共享的不可缺少的环节，是CIMS系统中的信息中枢，是确定生产中信息流、物料流的重要依据。但是由于工艺设计的经验性和动态性，和它对千差万别的加工环境的依赖以及大部分工艺过程问题都无法建立数学模型等原因，开发CAPP系统的技术难度很大。在国内，CAPP的开发起步也较晚，无成熟的经验技术，CAPP技术的开发远远跟不上CAD和CAM的步伐，其运用的广度和深度与企业的实际需求还相去甚远，可以认为：CAPP在制造业中还缺乏实践基础。因此，国内的CAPP技术的研究和实践具有重要的理论意义和迫切需求，CAPP系统的商品化市场是相当广的。 从80年代起，国内有些科研单位针对具体的企业开发了一些专用CAPP系统，总结起来主要有以下几种：①交互式系统，交互式CAPP强调的是友好的人机界面，主要达到“甩钢笔”的目的，实现编写工艺的计算机化：②派生式系统，一般讲派生式CAPP生成方法是在成组技术的条件下通过检索相似零件组的标准工艺加以筛选并对选出的工艺进行编辑修改而成新的工艺的方法：③创成式系统，创成式CAPP强调的是工艺文件及工序图的全自动生成，它的工作原理与人的思维很相似，是利用系统中自身的决策逻辑以及有关的制造工程数据信息进行工艺规划。 这几种系统，各有其适用的范围：交互式系统相对以前的手工编写工艺有了进步，它提高了工艺编写的效率，同时在一定程度上推进了工艺的标准化，它在一些小型工厂是很有利用价值的，特别是零件成组性不好和产品结构不稳定的工厂：派生式系统运用范围比较广，它让人参与了工艺的规划，充分发挥了人的主观能动性。这种系统在很多工厂都可以实行，其实用性在几种模式中是最好的：创成式系统实现了工艺规程生成自动化，大大减轻了工艺人员的工作量，其缺点是若要生成的工艺和工序图符合本工厂的实际加工条件，必须建立与本工厂生产加工环境相匹配的决策知识库，知识库的建立要本厂的工艺专家进行较长时间的摸索、整理和开发，同时它能处理加工的零件很有限。 三种系统虽然各有长处，但是一种单一的模式又无法满足企业生产加工的实际要求和CAPP向实用化发展的需求，因而无法进行普及。笔者从CAPP的开发研究中总结认为当前CAPP系统研究的关键是要解决好系统的开放性、适应性和集成性问题。解决系统的开放性、适应性问题，就是要使系统适应性广，扩充性好，实用性强，用户使用维护方便，便于系统的普及运用；解决集成性问题就是解决系统与CIMS中各个环节协调的问题，使之能与CAD和CAM等CAX系统有机的结合在一起。要达到这两个目的，必须将三种系统取长补短，形成一种多模式的CAPP系统，并结合当前的网络技术，采用分布式的数据库管理生产信息。这样便形成了本文将要论述的基于网络技术的多模式CAPP系统。

系统框图(SystemFrame)

1 系统的实现系统的实现框图见右图。 系统各模块功能及工作原理简介如下：

创成式工艺生成模块。这一部分主要包含零件信息描述、知识库、推理机、规则管理、工序图自动生成等几个模块。工作原理：特征零件是具有一组零件的所有或大部分要素的信息零件，它的加工工艺包含了这一组零件所有或大部分零件的加工工艺。事先将各组零件的特征零件的加工工艺写成规则放在知识库中。加工这一组的新零件时，将这个新零件的零件信息与这一组的规则逐一匹配推理，形成初步的工艺。在推理过程中，调用工艺资源管理模块，自动的选出加工所选用的设备、刀具、夹具、量具、辅具、切削参数，和每道工艺的加工余量，再根据零件信息与这些余量信息生成绘制工序图所需的数据，最后调用由ARX开发的工序图生成模块，生成工序图。

派生式工艺生成模块。本模块主要是对典型工艺的管理与调用。用户可以通过这个模块，查询已有的典型工艺、调用典型工艺、删除已过时或不用了的典型工艺、修改已有的典型工艺、添加新的典型工艺。工作原理：在系统工作前要作一些初始化的工作，建立典型工艺，并通过交互式的工艺录入模块编写工艺，通过典型工艺入库模块，将典型工艺存入典型工艺库。以后遇到类似零件时，可通过典型工艺查询与调用模块来调用典型工艺，并通过交互式的工艺修改此工艺生成所需的工艺。

交互式工艺生成模块。交互式模块中只含一个模块———工艺编辑模块，它是系统中一个很重要的模块，因为不论是通过创成式还是经过交互式所生成的工艺，都需要用交互式模块中的工艺修改功能进行部分修改：另外，派生式的典型工艺库还需要用交互式的工艺录入模块来建立。本模块还提供工序图的修改、绘制功能，以便于生成正确的工序图。

工艺资源管理模块。根据加工方法以自动的方式为创成式工艺生成方法选出所需的刀、夹、量、辅具、机床设备，并为工序图生成提供余量：在派生式和交互式工艺生成中为用户提供一个友好的界面，让用户轻松的选出所需的刀、夹、量、辅具、机床设备。

工艺入库管理模块。工艺生成、修改完后，都要存入本地机的工艺库中。这个模块主要的作用是对用户要求进库的工艺进行审核(由工艺主管完成)，审核合格则允许进库：同时它还负责派生式用户查询工艺，或导入已有工艺。

规则管理模块。规则系统是创成式工艺生成方法的根本，它实际上是一个巨大的知识库，是人对工艺知识的一种程序语言概括。规则的管理包括查询已有的规则，修改原有的规则，选择已有的规则，另外规则入库也有是否合法的问题，这是由规则入库模块来完成的。

打印输出模块。负责所有格式的工艺过程卡、工序图卡、各种报表的打印。

统计报表模块。负责从零件的工艺流程中统计出用户所需资料，包括刀、夹、量、辅具、工时定额，材料、设备的统计。

数据库的分布： 本系统另一特色是采用了分布式数据库管理，将一部分信息分在了本地机上，但并不是简单的把集中式数据库分散的实现，这种系统是具有自己的性质和特征的系统，这些分布着数据的网上的结点具有独立处理的能力(称为场地自治)，可以执行局部应用，同时，每个结点也能通过网络通信子系统执行全局应用。这种分布式的数据库技术是为了在满足地理上分散的车间对数据共享的需求的同时减小企业内部网的压力，加快系统运行速度而新发展的一种网络数据库技术，其基础是计算机网络通信的迅速发展。 数据库服务器派专业工艺人员维护。首先根据企业工艺资源变化情况定期的更新工艺资源数据库，以确保使用的信息总是最新的。另外客户机提出请求要求更新典型工艺库时，管理员应对此工艺进行严格的审核，确认无误后，方可同意入库。 2 基于网络技术的多模式CAPP系统的特点

实用性好，适应范围广。由于系统结合了多种模式的生成方法，运用范围大大增加。回转件及简单零件可采用系统中创成式方法生成工艺(四川大学CAPP研究室在回转件的专家系统方面取得了突破，实现了工艺、工序图自动生成)：其它成组性比较好、有典型工艺的零件可采用派生式的方法生成工艺：成组性不是很好，工艺库中又找不到相似的工艺，可经交互的编写工艺。

可视化好。系统模拟工艺人员编制工艺的过程，易学、易懂，且程序用功能强大的VC6.0开发，系统强健。

程度与数据分离，便于系统的升级与维护。

分布式的数据库，缩短系统工作所需时间。所谓分布式数据库是指由一组数据组成，这些数据物理上分布在计算机网络的不同结点上，逻辑上是属于同一系统的。本系统将工艺资源等短期变化不大的数据放于服务器上，工艺规则、典型工艺等变化频繁的数据放在本地数据库上，这种结构在实现共享的同时又提高了工作效率，尤其在当前这种加工车间地理上相对分散的情况下尤其适合。