摘要：计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning，简称CAPP）是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程。是连接CAD系统和CAM系统的桥梁，在产品设计和制造整个过程的重要角。本文介绍了国内外的CAPP的发展历程，CAPP的基本组成部分和关键技术以及目前存在的问题。 关键词：计算机辅助工艺规程设计（CAPP），工艺决策，成组技术
1.CAPP的基本概念
计算机辅助工艺规程设计（Computer Aided Process Planning，简称CAPP）是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程。通常是指机械产品制造工艺过程的计算机辅助设计与文档编制。CAPP系统
的主要任务是通过计算机辅助工艺过程设计完成产品设计信息向制造信息的传递、是连接CAD与CAM的桥梁。
CAPP就是计算机的信息处理和信息管理优势，采用先进的信息处理技术和智能技术，帮助工艺设计人员完成工艺设计中的各项任务，如选择定位基准、拟订零件加工工艺路线、确定各工序的加工余量、计算工艺尺寸和公差、选择加工设备和工艺装置、确定切削用量、确定重要工序的质量检测项目和检测方法、计算工时定额、编写各类工艺文件等，最后生成产品生产所需的各种工艺文件和数控加工编程、生产计划制定和作业计划制定所需的相关数据信息，作为数控加工程序的编制、生产管理与运行控制系统执行的基础信息。 CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。在企业生产中，工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息。既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，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、甚至传统习惯等方面的信息，因此，工艺设计是一个典型的复杂问题。此外，工业设计受到诸如企业的生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺习惯、工艺方法、工艺师工艺水平等因素的影响，甚至受到组织与管理方式的制约。因此，工艺在各个方面都有其“
个性”。
工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当前，机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方法远不能适应当前机械制造行业发展的要求，其主要表现为：
（1）传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐的重复性工作；
（2）设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求；
（3）工艺设计是经验性很强的工作，它是随产品技术要求、生产环境、资源条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变，甚至完全相同的零件，在不同的企业，其工艺也可能不一样，即使在同一企业，也因工艺设计人员的不同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平；
（4）工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性也较困难。
内家拳法随着机械制造生产技术的发展及多品种、小批量生产的要求，特别是计算机辅助设计及制造（CAD&CAM）系统向集成化、智能化方向的发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求。计算机辅助工艺规程设计也应运而生。计算机辅助工艺设计的重要意义在于：
（1）可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；
六合芳草地（2）可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；
（3）可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；
（4）能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。
2. CAPP 发展历程
CAPP是在20世纪60年代后期出现的一个新的技术领域。第一个CAPP 系统是挪威在1969 年推出的AUTOPROS 系统，它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标
准工艺来制定相应的零件规程， 1973 年正式推出商品化AUTOPROS 系统。美国是20 世纪60 年代末70 年代初开始研究CAPP 的，并于1976 年由CAM-I 公司推出颇具有影响力的CAM-I’S Automated ProcessPlanning 系统，成为CAPP 发展史的里程碑。以上早期的CAPP 软件采用的都是所谓的“标准工艺法”，即派生式（Variant）CAPP 系统，图1为派生式统工作原理图。70 年代中期开始了创成式(Generative)系统的研究和开发，而且很快被认为是最有前途的方法,图2 为创成式系统工作原理图。理想的创成式CAPP 系统是通过决策逻辑效仿人的思维，在无需人工干预的情况下自动生成工艺。1977年Wysk首次提出了一个创成式CAPP 系统——APPAS.可是经过多年的努力，这种理想的CAPP 建筑工程消防验收系统也未能达到真正意义上的创成式。因此有人提出了半创成式系统，即综合派生法和创成法，在多数情况下使用派生法，在没有典型工艺的情况下使用创成法生成工艺。这种半创成式系统目前被认为是最有前途的发展方向之一。
我国对CAPP 的研究始于20 世纪80 年代初，1982 年上海同济大学正式推出了我国第一个CAPP系统—TOJICAP. 在此之后，国内掀起了研究CAPP的热潮。特别在“九五”期间随着机械设计“甩图板”工程和计算机辅助技术的应用，企业对苏丹问题CAPP的需求更加迫切。近几年来，我国市场上出现了几种有代表性的CAPP 软件，包括武汉开发CAPP 软件，上海思普
SIPM/CAPP 软件系统和清华天河CAPP 软件系统等，这在一定程度上满足了国内企业的需求。
图1 全国党校工作会议派生式系统工作原理
图2 创成式系统工作原理
3、CAPP的基本组成
由于工艺设计是一个极为复杂的过程，涉及的因素也非常多，企业中具体应用的CAPP系统对制造环境依赖性很大，所以各个CAPP系统组成千差万别。尽管不同的设计思想及不
同的制造环境，但CAPP系统的基本构成都是相似的，一般都包括以下五部分。
(1)零件信息的获取 零件信息是CAPP系统进行工艺设计的对象和依据，零件信息的获取是CAPP系统的重要组成部分。目前计算机还不能像人一样识别零件上的所有信息，因此在计算机内部必须有一个专门的数据结构来对零件信息进行描述，如何输入并描述零件信息是CAPP最关键问题之一。
(2)工艺决策 工艺决策是CAPP系统的核心，其作用是以获取的零件信息为依据，按照预先规定的顺序和逻辑，调用相关的工艺数据和规则，进行必要的计算、比较和决策，生成零件的加工工艺规程。
(3)工艺数据库/知识库 工艺数据库/知识库是CAPP系统的支撑工具，其集合了工艺设计所需要的所有信息资源，主要包括工艺数据(如加工方法、切削用量、加工余量、机床、刀具、夹具、量具以及材料、工时、成本核算等多方面的信息)和规则(包括工艺决策逻辑、决策习惯、经验等内容，如加工方法选择规则、工序或工步排序规则等)。如何组织和管理这些信息，使之便于使用、扩充和维护，并适应于各种不同的企业和产品，是当今 CAPP系统迫切需要解决的问题。
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(4)人机交互界面 人机交互界面是用户的工作平台，包括系统菜单、零件信息获取界面、工艺设计界面、工艺数据/知识输入和管理界面以及工艺文件的显示、编辑与管理界面等等。这些界面元素必须符合现代标准的用户接口规范。
(5)工艺文件的管理/输出 工艺文件是 CAPP系统提交给用户的最终产品。一个系统可能有成千上百个工艺文件，如何管理和维护这些文件，按什么格式输出这些文件，是 CAPP 系统的主要内容，也是整个CAD/CAPP/CAM集成系统的重要组成部分。输出部分包括文件的格式化显示、存盘和打印等。系统一般要能输出各种格式的工艺文件，有些系统还能直接输出零件的 NC 程序。
图3 CAPP系统的工作过程与步骤
CAPP的组成与基本结构：
（1）控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行，使人机交互的窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式；
（2）零件信息输入模块。当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息的输入；
（3）工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用；
（4）工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图；
（5）工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件；
（6）NC加工指令生成模块。NC加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令；
（7）输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改的到所需的工艺文件；
（8）加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。
图4 CAPP的结构组成
4.CAPP的基础技术
CAPP的基础技术包括：
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