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CAPP基础

2002/8/20    来源:上海交大CIM所        
关键字:CAPP  技术文章  
    工艺设计任务

    1、基本概念
    工艺设计是产品制造过程中技术准备工作的一项重要内容,是产品设计与实际生产的纽带,是一个经验性很强而且随制造环境变化而多变的决策过程。
    2、主要任务
    工艺设计的任务在于:规定产品工艺过程、工艺操作内容、工艺装备(设备、工夹量辅具)和工艺参数等。通常的产品工艺包括:零件的机械加工工艺、钣金件的冲压工艺、零件的铸造工艺、锻造工艺和热处理工艺等;产品及其部件(包括组件和合件)等子装配件的装配工艺等。
    3、优良设计的意义
    优良的工艺设计意义在于:
    1.通过有效的工艺方法和工艺装备保证产品质量;
    2.通过合理的工艺参数和标准的工艺过程提高生产效率或缩短生产周期;
    3.通过相应的自动化装置降低劳动强度;
    4.通过最大限度地利用有限资源,减少生产准备时间和减低生产成本

    工艺过程组成

    1、工艺过程
    生产过程中,按一定顺序逐步改变生产对象的形状(铸造、锻造和快速成型等)、尺寸(机械加工)、位置(装配)和性质(热处理)使其成为产品的这部分过程称为工艺过程。通常,机械加工工艺过程和装配工艺过程是机械制造企业的主要工艺过程。
    2、组成单元
    工序一个工人(或几个工人)在一个工作地点对一个工件(或同时对几个工件)连续完成的那部分工作。工序是组成工艺过程的基本单元,一般以工序作为单位,进行工时定额估算和生产成本核算等。
    安装使工件在加工之前,在机床(或在夹具中)占据并保持一个正确的位置。在一个工序中工件可能只安装一次,也可能安装几次。
    工位工件安装后,连同工装(夹具)一起在设备上占据并保持一个正确的位置。
    工步加工表面(安装表面)、切削刀具(安装工具)、切削速度和进给量(安装速度)都不变的情况下,所完成的工位内容。
    走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工作内容。
    3、单元的联系与约束
    以上的组成单元之间存在复杂的联系和约束

    工艺规程制订

    1、基本概念
    ⑴工艺规是规定程工艺过程、内容及其操作等要求,用以指导实际生产的文件。
    ⑵工艺规程类型按照工艺过程性质,可以将工艺规程类型分为机械加工工艺规程、热处理工艺规程和装配工艺规程等。
    ⑶工艺卡形式及其应用按照工艺规程的详细程度,可以将工艺规程卡分为综合工艺过程卡、特定制造性质的工艺过程卡和工序卡。综合工艺过程卡规定零件制造或部件装配的全部工艺过程,适合单件小批生产,生产技术(操作)水平较高场合;特定制造性质的工艺过程卡规定零件或部件的特定制造性质工艺过程,适合小批和批量生产,生产技术能力(操作水平)较高的场合(应用面较广);工序卡规定零件或部件的某道工序内容,适合大批大量生产(操作水平不高的熟练工),或者是单件小批和批量生产中的关键工序。
    2、工艺规程设计要点
    ⑴设计原则遵循优质、高产、低消耗的设计宗旨充分合理地利用现有生产资源不擅自降低产品(或零件)的设计要求创造文明生产条件
    ⑵基本步骤和主要内容设计要求分析,可制造性/可装配性评价,工艺方案规划,详细工艺设计
    3、制订工艺规程的原始资料
    ⑴产品(部件)装配图和零件工作图;
    ⑵产品(包括零部件)的生产纲领、投产批量和交货期等;
    ⑶可提供的生产条件(包括外协或异地生产厂的生产条件)
    ⑷毛坯的供应条件与制造情况等。 CAPP研究背景
    当前,科学技术飞速发展,产品更新换代频繁,多品种、小批量的生产模式已占主导地位,传统的工艺设计方法已不能适应机械制造业的发展需要。其主要表现在于:采用人工设计方式,设计任务繁琐、重复动作量大、工作效率低。设计周期长,难以满足产品开发周期越来越短的需求。受工艺人员的经验和技术水平限制,工艺设计质量难以保证。设计手段落后,难以实现工艺设计的继承性、规范性、标准化和最优化。CAPP可以显著缩短工艺设计周期,保证工艺设计质量,提高产品的市场竞争能力。
    随着计算机技术的发展,计算机辅助工艺设计(CAPP)受到了工艺设计领域的高度重视。其主要优点在于:CAPP使工艺设计人员摆脱大量、繁琐的重复劳动,将主要精力转向新产品、新工艺、新装备和新技术的研究与开发。CAPP可以提高产品工艺的继承性,最大限度地利用现有资源,降低生产成本。CAPP可以使没有丰富经验的工艺师设计出高质量的工艺规程,以缓解当前机械制造业工艺设计任务繁重,但缺少有经验工艺设计人员的矛盾。CAPP有助于推动企业开展的工艺设计标准化和最优化工作。CAPP是企业逐步推行CIMS应用工程的重要基础之一。

    CAPP工作原理

    通常,可以将制造企业分为五个层次,即:工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层。企业的不同层次对CAPP有不同的应用需求,不同应用层次对CAPP的需求是不同的,因此了解CAPP系统的基本原理、主要特点和应用场合,选择恰当工作原理和方法开发CAPP系统是至关重要的。CAPP系统按其工作原理可以分为以下五大类:交互式CAPP系统、派生式CAPP系统、创成式CAPP系统、综合式CAPP系统和CAPP专家系统
    1、交互式CAPP系统交互式CAPP系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行工艺设计,工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。
    2、变异型CAPP系统变异型CAPP系统亦称派生式CAPP系统。它是利用成组技术将工艺设计对象按其相似性(例如,零件按其几何形状及工艺过程相似性;部件按其结构功能和装配工艺相似性等)分类成组(簇),为每一组(簇)对象设计典型工艺,并建立典型工艺库。当为具体对象设计工艺时,CAPP系统按零件(部件或产品)信息和分类编码检索相应的典型工艺,并根据具体对象的结构和工艺要求,修改典型工艺,直至满足实际生产的需要。
    3、创成型CAPP系统创成式CAPP系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的,它是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。创成式CAPP系统工艺决策时不需人工干预,因此易于保证工艺规程的一致性。但是,由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等因素,对于结构复杂、多样的零件,实现创成式CAPP系统非常困难。
    4、综合式CAPP系统综合式CAPP是将派生式、创成式和交互式CAPP的优点集为一体的系统。目前,国内很多CAPP系统采用这类模式。
    5、CAPP专家系统CAPP专家系统是一种基于人工智能技术的CAPP系统,也称智能型CAPP系统。专家系统和创成式CAPP系统都以自动方式生成工艺规程,其中创成式CAPP系统是以逻辑算法加决策表为特征的,而专家系统则以知识库加推理机为特征的。
    CAPP类型和设计方法很多,但从国内的普遍情况来看,以派生式为基础的CAPP设计方法较为适用,其主要原因是正在开展或准备推行CAPP的工厂大都为几十年以上的老厂,产品种类比较固定,发展方向明确,并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺,在此基础上,通过整理和完善,可制定出派生式CAPP系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。而一味追求创成或专家系统的方法,对企业积累的大量的行之有效的工艺方案弃之不用,在系统的开发技术、开发费用及系统开发的耗费时间等诸方面将会出现极大的困难,使CAPP系统难以见效、普及和推行,更难以实现CAPP系统软件的商品化。
    目前,一些开发部门为了追求商品化软件或软件产品,在创成式CAPP和CAPP专家系统还不能满足实用化要求的情况下,重点转向开发完全人机交互填写方式的CAPP系统。这类系统的特点是提供各种窗口和Windows的增删、修改功能,用户直接采用填写(或修改已生成的工艺文件)方式进行工艺设计。这种类型的CAPP系统不强调产品设计标准化和工艺技术基础工作,在一定程度上可以满足一些基础工作较薄弱的企业对CAPP技术的初期需要。但是由于CAPP系统很大程度上依赖人的作用,忽略了系统在工艺设计过程中对人的引导、启发和提示作用,不仅设计步骤繁琐,工作效率低,要求用户具备较高的工艺设计水平,而且难以通过实施工艺标准化工作,最大限度地利用有限制造资源,缩短生产准备周期和降低产品成本。CAPP系统需要频繁处理各种类型的工艺信息,数据量大且结构复杂。合理的数据库结构设计是保证系统准确性和提高工作效率的重要条件。以填写方式为主的人机交互型的CAPP系统系统的数据库设计大多过于简单而欠合理,没有充分利用关系数据库的优点,造成数据重复、冗余,增加数据库的开销和日后数据维护的负担,降低工作速度。而且,过分依赖使用者的工艺设计水平,产生的工艺数据参差不齐、维护困难,难以保证工艺信息正确、可靠,使工艺数据库陷入混乱甚至崩溃状态。

    系统的基本构成

    尽管世界各国推出了许多面向不同对象、面向不同应用,采用不同方式,基于不同制造环境的CAPP系统,但是综合比较和分析结果表明,这些类型繁多的CAPP系统,其基本构成是基本不变的,即包括零件信息的描述(输入)、工艺设计数据库知识库、工艺自动决策模块等部分。
    应用基础
    ⑴明确企业应用CAPP系统的目的和需求;
    ⑵了解已有CAPP系统的特点,能够对相关CAPP系统进行操作、测试和建议;
    ⑶分析已有CAPP系统和企业应用需求的适合程度和不足之处。
     开发维护
    CAPP系统和其它软件一样遵循开发、应用、维护和版本更新的周期循环过程。推广应用CAPP系统的重要方面和步骤是:
    ⑴系统开发者:开发通用的CAPP开发系统,使CAPP系统向商品化和产品化方向发展。
    ⑵系统用户:基于较通用的CAPP系统或基于CAPP开发工具(平台)进行二次开发。

    1、CAPP系统开发应用
    应该指出的是在版本更新阶段,按用户的需求,系统的部分功能将作重大修改或增加一些新的功能,使软件水平提高一步。此后,软件以将在新的水平上开始新的一轮循环。为了使CAPP系统具有强大的生命力,开发实用的CAPP系统时,应遵循总体规划、目标明确、实施和效益突出的准则。只有实用性强,符合用户当前的需求才能取得明显的效益,从而引起工业界的重视,使进一步推广应用CAPP系统局面能打开。但另一方面,为了适应企业制造技术进步给机械加工带来影响,CAPP系统的适应性也极为重要,即应能让用户按系统指南去修改数据文件和部分工艺过程决策规则来完善CAPP系统,使之适应变化。此外,CAPP系统还应有一定的通用性和可扩展性,以方便版本的更新,逐步提高系统的先进水平。CAPP软件与其它任何软件一样,无论在开发过程中还是在应用完善更新过程中,开发单位需要用户协作和用户使用情况的反馈,用户也需要开发人员的指导,互通有无,共同来发展CAPP软件,并不断的提高水平。
    由于制造环境的复杂性,用户对工艺标准化要求的差异以及对工艺优化观点上的不同,都导致了CAPP产品的专用性。因此,对于CAPP系统的用户而言,不仅需要在开发阶段有较多的介入(如工艺设计标准化和积极反馈初期使用意见等),而且系统投入正常使用后,还要承担较多的系统维护工作。

    2、CAPP系统的维护
    ⑴CAPP系统维护的概念
    CAPP系统同其它软件一样,在系统开发完毕后,为了保证系统正常运用,需要通过不断的完善和版本更新,才能满足用户对功能要求的增长和制造环境等的变化。由于CAPP系统在实际应用中专用性很强,因此CAPP系统维护职责中,用户的比例相对一般软件要大,同其它软件包一样,CAPP系统刚开发成功时不可能很完善,必须在使用过程中,不断发现问题加以改进,因此用户的反馈信息极为重要,即只有用户与开发人员的密切配合才能使系统完善。正如前述,机械加工工艺受制造环境的影响很大。随企业的技术进步(包括设备改造更新,采用新的刀具,改进工艺等等),企业的制造条件也将变化,这样不仅许多加工数据要更新,甚至零件的加工过程也要改变。因此,在CAPP系统正常运行阶段,更新CAPP系统的各种数据和部分工艺生成决策规则是CAPP系统维护的重要工作。CAPP系统同其它任何系统一样,要不断更新版本。版本更新,系统的维护工作将在更高水平面上进行新的一轮循环。
    ⑵CAPP系统维护工作内容
    维护的具体工作内容以及用户和开发人员的职责分工等随不同系统而有所差别。CAPP系统主要维护工作内容包括:
    1.CAPP系统数据库内容的更新设计得比较好的CAPP系统,所有数据文件应向用户开放并能方便地被修改增删。一般经过培训的用户可以完成此项工作。
    2.工艺决策规则的修改设计比较完善、适应性较好的系统,在一定范围内,允许用户自行修改工艺生成决策规则,但涉及大的修改一般应由软件开发人员来完成。
    3.系统功能增加和版本更新此工作应由系统开发人员来完成,因为它属于软件版本更新的工作范畴。
    4.系统运行情况信息的收集和反馈此项工作应由用户和开发人员密切合作来完成。操作培训不同的应用需求、应用环境和集成要求,需要选用不同的CAPP系统,或CAPP开发平台,或CAPP软件产品。用户可以要求系统开发商提供相应的培训资料、培训环境和对于特殊应用要求的培训指导。
责任编辑:张宋
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