面向产品生命周期的CAPP及其应用研究

    现今科技的飞速发展,需求的多样化,使得市场竞争日趋激烈,为了更快地响应市场变化,企业生产已转变为面向客户的多品种,小批量乃至个性化生产模式. 在整个产品设计制造周期中占有相当大比例的工艺设计对于企业快速响应市场,更好地满足客户需求越来越重要;如今在大多数汽车制造设备企业中,产品的工艺设计已经成为制约企业快速发展的一个瓶颈,企业的手工编制工艺模式已经难以适应日益多变的市场竞争,产品的技术要求越来越高,交货期也越来越短,这一切对企业的技术能力、工艺能力以及制造能力是一个严峻的挑战.

    计算机辅助工艺设计CAPP 的研究与应用已有较长历史,但这一应用技术仍然在不断完善和发展.CAPP 研究从成组技术到工具平台,从基于数据库应用技术到基于Web 的体系构架无所不有. 较早的研究关注的是CAPP 所赖以成立的理论基础,近期的大多数研究围绕在CAPP 寄托的开发和运行平台.但CAPP这一技术的应用最终目的是面向生产制造工艺过程的服务,CAPP 的系统构架如果脱离企业生产的应用环境,脱离企业应用人员的变化条件,系统在应用中必然出现貌合神离的状态. 本文通过对汽车制造行业中从事设备制造和汽车零部件生产配套的企业应用研究,探讨了这类企业应用CAPP 的实际需求,提出了面向产品全生命周期的CAPP 改进方案,应用效果反映良好,而实际开发投入不大,可供读者参考.

    1 　制造企业CAPP 应用方法分析

    研究的对象是从事汽车制造设备和汽车零部件生产的企业,主要以专用机床、齿轮、泵这三大类产品为主,这类企业的产品既有小批量制造特征,又有根据订单单件制造的情况,具有一定的代表性. 企业在对CAPP 的试应用过程中所出现的问题主要可归纳为:

    (1) CAPP 派生工艺方案过程繁琐,系统应用缺乏对使用人员能力适应性的考虑. 由于非标准设计,零件工艺编制繁重. 但CAPP 在应用中需要通过零件的特征识别,进行相似工艺的查询或派生. 对于复杂的零件,确定工艺特征实际上也是一件耗时的过程. 对于企业中具有相当工艺经验的人员来说,这项工作的完成过于教条,造成了工艺人员的工作量增加,劳动重复.

    事实上,CAPP 是以人为主,以计算机为辅的工艺设计过程. 在这一人机组合的工作组中,人的因素或参与条件各种各样,存在较大的差异. 在企业中,具有一定工艺知识和经验的人员分布可达80 % ,而真正的新手较少. 具有一定工艺经验的人员在进行零件的工艺设计时,思维映像中将迅速浮现与这个零件最为相似的零件工艺,并以各人自己的记忆能力和记忆参考对这个相似零件进行直接定位. 比如由某人在某个时间所做过的工艺,或者某个项目下的某个部件等. 这种由感观产生对象的回忆可能是对完整的零件,也可能是零件的某种局部特征,这个特征常常是组合特征,而不是单一特征.

    传统CAPP 仅仅以零件的形状分解进行工艺特征的识别方式完全忽略了CAPP 应用群体的能力特征、生产活动特征和个体知识构架,因而难以在企业进行推广应用. 并且由于这种过于刻板的特征建立过程,使得应用人员的创造能力下降到最低点. 不仅浪费时间,而且操作繁琐.

    (2) CAPP 与企业生产活动缺乏应有的联系. 企业的产品设计大多数是对原有产品的变型设计,即使是专业加工设备的制造,加工到装配的方法也具有较多的相似性和继承性. 工艺设计人员进行零件的工艺设计时,首先是从产品形状、加工特征取得对零件加工的基本看法,再根据自己了解的项目查询相似的零件工艺. 传统CAPP 的相似工艺查询仅仅建立在成组工艺的基础上,缺乏对企业产品派生和生产活动模式的密切联系. 比如以工作令号、产品名称、设备名称、生产日期等关键词进行查询或筛选的方法. 此外,在设计过程中,零件的借用和引用使得同样或相似的零件工艺可以被继承,这种查询的思路往往不是来自于零件的工艺特征或成组工艺理论,而是直接通过设计的属性或管理模式得到.

    在对企业的需求分析中,有近80 %的零件出自于原有产品的变型. 工艺人员在零件工艺设计中参考的第一需求是根据产品的派生来源进行查询,只有极少数的零件需要通过成组工艺的方法进行加工工艺特征的分析. 因此,传统CAPP 在构造上忽略了企业的制造方式和使用方法,导致CAPP 的应用效率下降. 图1 所示是企业人员在进行工艺设计过程中的相似工艺资料继承的排解逻辑思路.

    (3) 传统CAPP 在设计上缺乏对产品全生命周期服务的思想. 从产品生命周期的全过程分析,传统CAPP 在系统集成方面缺乏整体设计的考虑,仅仅从工艺技术角度去分析工艺设计的方法,抛开对企业生产活动规律的研究.

    在系统集成方面,一些CAPP 仅仅是将零部件的基本属性如名称、编码、材料等产品设计信息自动继承到CAPP ,而缺乏基于产品自身发展特性的内在引擎. 由于在企业中,产品设计完全原创的项目很少,产品之间存在多种相关的联系,包括继承、派生、组合等等. CAPP 的应用是对产品中零部件进行工艺设计服务,这与产品以及产品来源本身的工艺数据存在必然的联系. 这种联系在日常的生产活动中往往体现在企业的生产制造管理、产品编码以及产品版本的设计发展所进行的产品生命延续过程中,是一种符合产品全生命周期规律的内在联系因素.

    面向产品全生命周期考虑工艺设计,可以较好的贴合制造企业本身的工艺条件、制造环境,而不是仅仅从工艺特征出发确定零件的工艺. 在某种意义上,这种集成充分考虑企业的现状和应用人员的能力,具有对应用最小的贴合距离,在工艺的可行性等方面更加方便操作与实现.