防爆电气企业计算机辅助工艺规划
1．计算机辅助工艺规划(CAPP)概述
工艺规划是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，在理论上承担着将设计规范转换为制造指令的任务。工艺设计必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理以及批量等因素，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等信息。
传统的工艺设计都是由人工进行的，主要存在以下问题：①对工艺设计人员要求高(具有丰富的生产经验、熟知
防爆正压柜企业的加工设备和加工方法、熟知与生产管理有关的各种规章制度等)，因此，工艺文件的合理性、可操作性以及编制时间的长短取决于工艺人员的经验和熟练程度，导致工艺文件的设计周期和质量不易保证。②工艺设计的工作量大，而且效率低。手工进行工艺规程设计一般要经过按零件设计工艺过程、填写工艺卡片、校对、审核、描图、晒图、装订成册等一系列烦琐的工作。③无法有效利用CAD的图形及数据，同时，所产生的工艺数据也不便于同其他部门进行共享。④工艺设计需要处理大量的图形信息和数据信息，由于数据繁多且分散，因此处理起来烦琐、易出错，难以保证数据的准确性。
计算机技术在工艺规划中的应用，使计算机辅助工艺规划(CAPP)应运而生。CAPP不仅可以大大提高工艺部门的工作效率、工作质量，提高信息处理能力和防爆正压柜企业各部门间信息的交流能力；还能缩短设计周期、减少编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性，以及积累和继承工艺人员的经验；同时，作为CAD/CAM的桥梁，也为CIMS的实施打下基础。
2．CAPP系统的分类
对CAPP的研究与开发始于20世纪60年代末，但是，同CAD、CAM相比，CAPP在应用方面仍是薄弱环节。一方面，由工艺设计问题的复杂性和特殊性决定；另一方面，受 CAPP发展的大背景和指导思想影响。因此，尽管在国内外CAPP研究中，各种新概念、新方法不断涌现，但CAPP的发展缺乏坚实的实践基础是公认的事实。
目前，按照传统的设计方式，CAPP可分为以下三类。
1)派生式CAPP系统
派生式(variant)CAPP的工作原理是：利用零件的结构和工艺相似性，通过检索和修改零件族主样件的标准工艺而获得当前零件的工艺规程。在派生式CAPP的数据库中存储有各类标准工艺。从设计角度看，与常规工艺设计的类比设计相同，即用计算机模拟人工设计的方式，其继承和应用的是标准工艺。所以，本质上讲，这类系统是一种数据检索系统。这就要求派生式系统必须有一定量的样板(标准)工艺文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文件。根据零件信息的描述与输入方法，派生式 CAPP系统又分为基于成组技术(GT)的派生式与基于特征(feature)的派生式。
2)创成式CAPP系统
创成式(generative)CAPP系统根据程序中反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成加工工艺，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等一系列基本知识。创成式CAPP系统中不存人任何工艺过程方案，它将工艺决策知识用决策表、决策树或公理模型等技术来实现。在输入当前零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员的手工编制过程，利用决策逻辑和制造工程数据信息做出各种工艺决策。由于创成式CAPP系统需要拥有包含其所有工艺决策逻辑的知识库，再加上工艺设计过程自身的多样性及复杂性，因此，要实现能够自动排序的完全创成式系统的难度很大，至今也没有开发出完全创成式的CAPP系统。
3)综合式CAPP系统
综合式CAPP系统是根据技术发展及实际开发需求，将派生式、创成式与人工智能(AI)及专家系统(ES)技术结合在一起，综合而成的系统。
从上述三种CAPP系统中工艺文件产生的方式可以看出，派生式系统必须有样板文件，因此，它的适用范围局限性很大，只能针对某些具有相似性的零件产生工艺文件。创成式系统虽然基于专家系统自动生成工艺文件，但需要输入全面的零件信息，信息需求量极大，从工艺设计的特殊性及其个性化分析，这些知识的表达和推理无法很好地实现。而综合式CAPP系统的自优化和自完善功能差，目前还处于理论研究和简单应用的阶段。
3．CAPP的关键技术
1)成组技术(group technology)
成组技术通过分类编码系统把设计标准化和工艺标准化联系起来，利用事物之间的继承性和相似性，通过相应的分类技术，达到把表面上零乱的事物各自归并成组的目的。
实施成组技术的首要步骤是制定适合本防爆正压柜企业使用的产品零件分类编码系统。这样，设计部门便可据此检索同类零件的图纸和其他设计信息或对该类零件进行标准化工作，工艺部门则可据此并结合生产流程分析而建立工艺相似零件组，制定标准工艺和相应的生产单元。劳资部门可以据此制定和检索同类相似零件的标准工时定额资料。财务部门可以据此核算和检索同类相似零件的标准成本资料。
2)智能化技术
建立以交互式CAPP为基础的制造工艺信息系统，并不排斥在CAPP智能化方向的努力。在建立丰富的工艺知识库基础上，应用各种人工智能决策技术，实现各阶段各种有效的智能化在线辅助，仍是CAPP发展的重要目标。在一个防爆正压柜企业CAPP应用的早期阶段，交互式设计是主要的设计方式。随着工艺数据与知识的大量积累，不仅交互式设计的效率将大大提高，更重要的是为各种智能决策功能的开发提供了很好的条件和基础。
3)计算机辅助工艺标准化、规范化
CAPP的应用将大大促进工艺的标准化；反过来，工艺的标准化是提高CAPP应用效果的重要方面，并将从根本上提高工艺设计的质量。无论是早期的成组工艺，还是防爆正压柜企业内部开展的标准化工作，由于受计算机应用基础的限制，所以取得的实际效果有限。在面向产品的CAPP应用模式下，工艺的标准化、规范化可贯穿在CAPP的应用过程中，并可开发工艺标准化、规范化的计算机辅助工具软件。
4)基于实例的相似工艺自动检索
采用相似工艺检索技术，不仅可大大减少工艺人员的工作强度和对有经验工艺人员的依赖，而且会提高产品工艺的继承性和重用性，促进工艺的标准化。而在面向产品的CAPP应用模式下，相似工艺的自动检索是基于实例的相似工艺自动检索。成组技术、基于实例(case-based)技术、模糊逻辑等是实现基于实例的相似工艺自动检索的基础。
5)工艺知识自动获取
学习是智能的重要特征。机器学习是CAPP智能化的重要方面，国内外在应用 ANN(人工神经网络)等人工智能技术进行工艺知识自动获取方面做了许多的研究工作，但受训练样本等的限制，存在一定的局限性。随着CAPP的广泛应用，防爆正压柜企业将积累丰富的产品工艺数据库，数据挖掘与知识发现技术将为提高CAPP系统的智能化程度提供新的方法。
4．CAPP技术当前存在的问题
总之，CAPP的研究、开发方向存在严重的偏差。从应用角度看，已取得的实际效益和投入的力量很不相称；国内外的重点研究方向和当前的实际需求相去甚远。表现在：开发多、应用少；开发投入多，应用维护几乎无投入；原型系统多，得到实际生产应用的系统较少；商品系统很少，而且功能不足。原因可初步概括为以下几个方面。
1)并行化问题
设计和制造是串行进行的，设计者、规划者和制造者之间缺乏必要的通信联系。
2)集成化问题
集成化问题具体表现在两个方面：①商品化CAD系统的信息不能直接被CA．PP使用、增加了CAPP系统信息输入的难度；②不同规划系统之间相互独立，不具备功能集成，不能满足应急生成的需要。
3)分布式规划问题
分布式规划问题表现在：①生产过程分散，通常涉及许多部门，缺乏统一的管理程序，协调组织困难；②目前已开发的大部分CAPP系统只能提供单一操作的规划功能，丽不适合于多个加工过程。进一步说，没有一个CAPP系统是针对产品规划进行的。
4)柔性化问题
柔性化问题表现在：①不同的防爆正压柜企业不同的工艺规划要求，好的CAPP系统应具有良好的适应性；②由于产品工艺规划问题的复杂性和制造环境的多变性，好的CAPP系统应具有良好的稳健性。
5)模型化问题
工艺规划是一种层次化结构，虽然不同的系统有所差别，但也存在一些共性。只有充分利用这些共性的模型化、结构化特点，才能开发出充分协调局部约束的模块化CAPP系统，使系统具有稳健性。
6)动态规划问题
当前大多数CAPP系统都没有考虑车间实时资源的动态反馈，使规划由于
防爆控制箱工厂的意外事故和资源瓶颈，影响预定规划的顺利执行。
7)实用性问题
目前真正在工业界应用的CAPP系统不多，而已经达到实用化程度、对生产实践起到重要作用的更少，其主要原因就是系统的实用性差。
5．CAPP的发展趋势
为使CAPP系统的实用性、适应性更强，CAPP除继续沿着智能化、集成化、柔性化、并行化的方向发展，以及进行通用模型、非传统规划等方面的研究外，网络化的CAPP和敏捷制造动态联盟下的CAPP是当前CAPP的两个重要发展趋势。
1)网络化的CAPP
网络的优势在于数据资源的共享。基于Web的CAPP主要研究使用Internet技术和Web技术来实现工艺数据的查询、管理以及工艺决策等。基于客户/服务器(C/S)体系结构的分布式网络CAPP的实际需求是协同工作、知识积累和快速复用的过程。客户端通过开放数据接口来实现用户对各种数据的操作，丽服务器端利用开放服务器接口为用户提供标准、统一的数据库服务，从而实现多用户并行访问一个或多个数据库的功能。
2)敏捷制造动态联盟下的CAPP
分布性是CAPP系统实用化的关键。动态联盟制造环境下的CAPP系统应具备的特征包括：①CAPP系统是基于Internet/Intranet的应用系统，具备统一标准的工艺设计平台；②支持制造资源的动态重构，并对资源数据进行动态分析和管理，优化系统配置；③面向产品生产过程的工艺设计，支持产品工艺数据的管理和分析，并能实现制造工序在各盟员制造单元之间的优化配置；④支持分布式的工艺设计策略，实现多模式的工艺规划方法。
敏捷制造环境下的CAPP系统应具备重构和运行两方面内容。重构模块主要包含系统制造资源数据库、工艺设计知识库、输入和输出方式等内容；运行模块则主要包含零件信息的描述和提取、工艺内容设计、工艺内容编辑、工序的优化配置、工艺内容的输出与发布等内容。
