1、第11章 制造系統(tǒng)的工藝自動化 本章主要內容包括：11.1 工藝自動化系統(tǒng)概述11.2 計算機輔助工藝設計11.3 CAPP技術開展趨勢.11.1 工藝自動化系統(tǒng)概述 本節(jié)內容包括：11.1.1 工藝設計自動化的意義11.1.2 CAPP的根本概念11.1.3 CAPP的構造組成11.1.4 CAPP的根本技術11.1.5 CAPP系統(tǒng)運用的社會經濟效益看 書解釋.11.1.1 工藝設計自動化的意義 隨著科學技術的飛速開展，產品更新?lián)Q代日益頻繁，多種類、小批量的消費方式已占主導位置，傳統(tǒng)的工藝設計方法已不能適應機械制造業(yè)的開展需求，因此，計算機輔助工藝過程設計Computer Aided Pr

2、ocess Planning，CAPP遭到了工藝設計領域的高度注重，用CAPP系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的工藝設計具有重要意義，主要表如今以下四個方面：.11.1.1 工藝設計自動化的意義 1CAPP可以使工藝設計人員擺脫大量、煩瑣的反復勞動，將主要精神轉向新產品、新工藝、新配備和新技術的研討與開發(fā)。 2CAPP有助于工藝設計的最優(yōu)化、規(guī)范化及自動化任務，提高工藝的承繼性，最大限制地利用現(xiàn)有資源，縮短工藝設計周期，降低消費本錢，提高產品的市場競爭才干。 3CAPP有助于對工藝設計人員的珍貴閱歷進展總結和承繼。 4CAPP是企業(yè)推行信息集成和制造業(yè)信息化工程的重要根底之一。 .11.1.2 CAPP的根本概念

3、 CAPP是指在人和計算機組成的系統(tǒng)中，根據產品設計信息、設備約束和資源條件，利用計算機進展數(shù)值計算、邏輯判別和推理等功能來制定零件加工的工藝道路、工序內容和管理信息等工藝文件，將企業(yè)產品設計數(shù)據轉換為產品制造數(shù)據的一種技術，也是一種將產品設計信息與制造環(huán)境提供的所有能夠的加工才干信息進展匹配與優(yōu)化的過程。.11.1.2 CAPP的根本概念 20世紀80年代以來，隨著機械制造業(yè)向CIMSComputer Integrated Manufacturing System或IMSIntelligence Manufacturing System的開展，CAD/CAMCompuer Aided Man

4、ufacturing集成化的要求越來越強烈，CAPP在CAD、CAM中起到橋梁和紐帶作用。 .11.1.2 CAPP的根本概念 在CAD/CAM集成系統(tǒng)中，CAPP必需能直接從CAD模塊中獲取零件的幾何信息、資料信息、工藝信息等，以替代人機交互的零件信息輸入，CAPP的輸出是CAM所需的各種信息。 隨著CIMS的深化研討與推行運用，人們已認識到CAPP是CIMS的主要技術根底之一，因此，CAPP從更高、更新的意義上再次遭到廣泛的注重。在CIMS環(huán)境下，CAPP與CIMS中其他系統(tǒng)的信息流如圖11.1所示。.11.1.2 CAPP的根本概念 .11.1.2 CAPP的根本概念 如圖11.1所示解

5、釋如下： 1CAPP接納來自CAD的產品幾何拓撲、資料信息以及精度、粗糙度等工藝信息；為滿足產品設計的要求，需向CAD反響產品的結構工藝性評價信息。 2CAPP向CAM提供零件加工所需的設備、工裝、切削參數(shù)、裝夾參數(shù)以及反映零件切削過程的刀具軌跡文件、NC指令；同時接納CAM反響的工藝修正意見。.11.1.2 CAPP的根本概念 如圖11.1所示解釋如下： 3CAPP向工裝CAD提供工藝過程文件和工裝設計義務書。 4CAPP向企業(yè)資源方案Enterprise Resources Planning，ERP提供工藝過程文件、設備工裝、工時、資料定額等信息；同時接收由ERP發(fā)出的技術預備方案、原資料

6、庫存、刀量具情況及設備更改等信息。.11.1.2 CAPP的根本概念 如圖11.1所示解釋如下： 5CAPP向制造自動化系統(tǒng)Manufacturing Automation System，MAS提供各種過程文件和夾具、刀具等信息；同時接納由MAS反響的任務報告和工藝修正意見。 6CAPP向計算機輔助質量管理Computer Aided Quality，CAQ提供工序、設備、工裝、檢測等工藝數(shù)據，以生成質量控制方案和質量檢測規(guī)程；同時接納CAQ反響的控制數(shù)據，用以修改工藝過程。.11.1.3 CAPP的構造組成 如圖11.2所示的系統(tǒng)構成是一個比較完好的CAPP系統(tǒng)，其根本模塊如下所示。.11.

7、1.3 CAPP的構造組成 如圖11.2所示解釋如下： 1控制模塊。對整個系統(tǒng)進展控制和管理，協(xié)調各模塊的運轉，是實現(xiàn)人機信息交互的窗口。 2零件信息輸入模塊。零件信息輸入可以有2種方式：一是人工交互輸入；二是從CAD系統(tǒng)直接獲取或來自集成環(huán)境下一致的產品數(shù)據模型。 3工藝過程設計模塊。進展加工工藝流程的決策，生成工藝過程卡。.11.1.3 CAPP的構造組成 如圖11.2所示解釋如下： 4工序決策模塊。生成工序卡。 5工步決策模塊。對工步內容進展設計，構成NC指令所需的刀位文件。 6NC加工指令生成模塊。根據刀位文件，生成控制數(shù)控機床的NC加工指令。 7輸出模塊。輸出工藝過程卡、工序卡、工序

8、圖等各類文檔，并可利用編輯工具對現(xiàn)有文件進展修正后得到所需的工藝文件。.11.1.3 CAPP的構造組成 如圖11.2所示解釋如下： 8加工過程動態(tài)仿真。可檢查工藝過程及NC指令的正確性。 上述的CAPP系統(tǒng)構造是一個比較完好、廣義的CAPP系統(tǒng)，實踐上，并不一定一切的CAPP系統(tǒng)都必需包括上述全部內容。 例如，傳統(tǒng)概念的CAPP不包括NC指令生成及加工過程動態(tài)仿真，實踐CAPP系統(tǒng)組成可以根據消費實踐的需求而調整。但它們的共同點應使CAPP的構造滿足層次化、模塊化的要求，具有開放性，便于不斷擴展和維護。.11.1.4 CAPP的根本技術 1成組技術Group Technology，GT 。我

9、國CAPP系統(tǒng)的開發(fā)可以說是與GT親密相關，早期開發(fā)的CAPP系統(tǒng)大多為以GT為根底派生式CAPP系統(tǒng)。 2產品零件信息的描畫與獲取。CAPP與CAD、CAM一樣，其單元技術都是按照本人的特點而各自開展的。零件信息幾何拓撲及工藝信息的輸入是首要的，即使在集成化、智能化、網絡化、可視化的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)，零件信息的描畫與獲取也是一項關鍵問題。.11.1.4 CAPP的根本技術 3工藝設計決策方法。其中心為特征型面加工方法的選擇、零件加工工序及工步的安排及組合。 其主要決策內容包括工藝流程決策、工序決策、工步決策、工藝參數(shù)決策、制造資源決策。 為保證工藝設計到達全局最優(yōu)化，系統(tǒng)把這些內

10、容集成在一同，進展綜合分析，動態(tài)優(yōu)化，交叉設計。 .11.1.4 CAPP的根本技術 4工藝知識的獲取及表示。工藝設計是隨著設計人員、資源條件、技術程度、工藝習慣的變化而變化。要使工藝設計在企業(yè)內得到有效的運用，必需總結出順應本企業(yè)零件加工的典型工藝及工藝決策方法，按所開發(fā)CAPP系統(tǒng)的要求，用相應的方式表示這些工藝閱歷及決策邏輯。 5工序圖及其他文檔的自動生成。 6NC加工指令的自動生成及加工過程動態(tài)仿真技術。 7工藝數(shù)據庫的建立。 .11.2 計算機輔助工藝設計 CAPP系統(tǒng)按照系統(tǒng)任務原理、零件類型、工藝類型和開發(fā)技術方法可以對CAPP系統(tǒng)進展不同分類，下面將對以下CAPP系統(tǒng)作概要引見

11、。 11.2.1 派生式CAPP系統(tǒng)11.2.2 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)11.2.3 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)11.2.4 CAPP專家系統(tǒng)簡介.11.2.1 派生式CAPP系統(tǒng) 本節(jié)主要內容包括： 1. 派生式CAPP系統(tǒng)的任務原理 2. 派生式CAPP系統(tǒng)的運用過程 3. 派生式CAPP系統(tǒng)的特點.1. 派生式CAPP系統(tǒng)的任務原理 根據成組技術類似性原理，假設零件的構造外形類似，那么它們的工藝過程也有類似性。 對于每一個類似零件族，可以采用一個公共的制造方法來加工，這種公共的制造方法以規(guī)范工藝的方式出現(xiàn)。經過專家、工藝人員的集體智慧和閱歷及消費實際的總結制定出規(guī)范工藝文件，然后儲存在計算機中。

12、.1. 派生式CAPP系統(tǒng)的任務原理 當為一個新零件設計工藝規(guī)程時，從計算機中檢索規(guī)范工藝文件，然后經過一定的編輯和修正，就可以得到該零件的工藝規(guī)程，派生一詞由此得名。 派生式CAPP系統(tǒng)又稱檢索式或變異式、閱歷法或樣件法CAPP系統(tǒng)。.1. 派生式CAPP系統(tǒng)的任務原理 根據零件信息的描畫與輸入方法不同，派生式CAPP系統(tǒng)又分為基于成組技術GT的派生式CAPP系統(tǒng)與基于特征的派生式CAPP系統(tǒng)。 前者用GT碼描畫零件信息，后者用特征來描畫零件信息，后者是在前者的根底上開展起來的。 基于成組技術的派生式CAPP系統(tǒng)的任務流程如圖11.3所示。 .1. 派生式CAPP系統(tǒng)的任務原理 .2. 派生

13、式CAPP系統(tǒng)的運用過程 派生式CAPP系統(tǒng)運用過程主要包括以下六個步驟。 1按照已選定的零件分類編碼系統(tǒng)，給新零件編碼。 2根據零件編碼判別新零件能否包括在系統(tǒng)已有的零件族內。 3假設新零件包括在已有零件族內，那么調出該零件族的規(guī)范工藝過程；假設不在，那么計算機將告知用戶，必要時需創(chuàng)建新的零件族。.2. 派生式CAPP系統(tǒng)的運用過程 4計算機根據輸入代碼和已確定的邏輯，對規(guī)范工藝過程進展挑選。 5用戶對已選出的工藝過程進展編輯、增刪或修正。 6將編好的工藝過程存儲起來，并按指定格式打印輸出。 .3. 派生式CAPP系統(tǒng)的特點 派生式CAPP系統(tǒng)有如下四個的特點： 1派生式CAPP系統(tǒng)以成組技

14、術為實際根底，利用類似性原理和零件分類編碼系統(tǒng)，因此有系統(tǒng)實際指點，比較成熟。 2有較好的適用價值，問世較早，應用范圍比較廣泛。.3. 派生式CAPP系統(tǒng)的特點 3適用于構造比較簡單的零件，在回轉體類零件中運用更為廣泛。 由于派生式工藝過程設計的零件多采用編碼描畫，對于復雜的或不規(guī)那么的零件那么不易勝任。 4對于類似性差的零件，難以構成零件族，不適于用派生式方法，因此派生式CAPP系統(tǒng)多用于類似性較強的零件。 .11.2.2 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) 本節(jié)主要內容包括： 1. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 2. 逆向設計原理 3. 工序設計看書自學 4. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的特點.1. 創(chuàng)成式CAP

15、P系統(tǒng)的任務原理 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)與派生式CAPP系統(tǒng)不同，它的生成并不是經過修正或編輯類似零件的復合工藝實現(xiàn)的，而是利用系統(tǒng)中的決策邏輯和相關工藝數(shù)據信息，經過一定的算法對加工工藝進展一系列的決，從無到有，自動地生成零件的工藝過程。 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理如圖11.4所示。 .1. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 .1. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)按工藝生成步驟劃分為假設干功能模塊，每個模塊按其功能要求對應的決策表或決策樹編制；系統(tǒng)各模塊任務時所需求的各種數(shù)據均以數(shù)據庫方式存儲；系統(tǒng)任務時，根據零件信息，自動提取制造知識，按有關決策邏輯生成零件上各待加工外表的加工

16、順序和各外表的加工鏈，產生零件加工的各工序和工步內容；自動完成機床、夾具、刀具、工具的選擇和切削參數(shù)的優(yōu)化；最后，系統(tǒng)自動進展編排并輸出工藝規(guī)程。 .1. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 要實現(xiàn)完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)，必需處理三個關鍵問題： 零件的信息必需求用計算機能識別的形式完全準確地描畫。 搜集大量的工藝決策邏輯和工藝過程設計邏輯，并以計算機能識別的方式存儲。 工藝過程的設計邏輯和零件信息的描畫必需搜集在一致的加工數(shù)據庫中。 .1. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 由于工藝過程設計的復雜性，要使一個創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)包含一切的工藝決策，并能完全自動地生成理想的工藝過程是比較困難的。 再那么，利

17、用現(xiàn)有的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)生成的工藝，有時還需求用戶進展一些編輯修正。 由于目前對創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的研討還不夠完善，加上工藝過程設計本身的復雜性，所以，創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的設計還沒有一致、規(guī)范化的方法。 .2. 逆向設計原理 在創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中，工藝規(guī)程設計有兩種方法： 一種是從零件毛坯開場進展分析，選擇一定的加工方法和順序，直到能加工出符合最終目的要求的零件外形，這種方法稱為正向設計。 另一種方法是從零件最終的幾何外形和技術條件開場分析，反向選擇適宜的加工順序，直到零件恢復成無須加工的毛坯，這種方法稱為逆向設計。 .2. 逆向設計原理 傳統(tǒng)上，工藝人員都采用正向設計方法，即從毛坯開場進

18、展工藝設計。 由于正向設計的起始點是毛坯粗外表，其前提條件不是很明確，導致零件在加工過程中的形狀也不明確。 假設根據不明確的前提進展工藝規(guī)程的自動設計，那么其包含的設計自在度較多，會導致工藝規(guī)程的自動設計走彎路。.2. 逆向設計原理 在逆向設計原理中，以零件的最終形狀作為前提，這樣出發(fā)點就很明確。 一個零件的工藝規(guī)程設計是從圖樣上規(guī)定的幾何外形和技術條件開場思索，然后填補金屬資料，逐漸降低公差和粗糙度要求。 很明顯，金屬填補過程要優(yōu)于金屬切除過程。 .2. 逆向設計原理 采用金屬填補這種方法，很容易滿足最終目的的要求，而且其加工過程的中間形狀也容易確定，即從知要求出發(fā)選擇預加工方法的要求比較容

19、易滿足，從而易于保證零件的加工質量。 另外，逆向設計還便于確定零件在加工過程中的工序尺寸、公差以及工序圖的自動繪制等。 所以，在已開發(fā)的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中，逆向設計原理得到了較多的運用。 .4. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的特點 1該系統(tǒng)不依賴于操作人員的知識、閱歷，不需人工干涉，能保證類似零件工藝過程的高度類似性和一樣零件工藝過程的高度一致性。 2該系統(tǒng)能實現(xiàn)工藝過程合理化和優(yōu)化，容易順應消費技術和消費方式的開展。 3便于CAD/CAM的集成。 4系一致切從零開場，對一些顯而易見的工藝決策問題顯得浪費計算機的時空資源，系統(tǒng)規(guī)模龐大，開發(fā)技術難度大。.11.2.3 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) 半創(chuàng)成式CA

20、PP系統(tǒng)，又稱為混合式、綜合式CAPP系統(tǒng)。 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是將派生式CAPP系統(tǒng)與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)相結合，利用這兩種方法的優(yōu)點，抑制各自的缺陷。 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)沿用派生式CAPP系統(tǒng)的檢索編輯原理，在生成和編輯工序時卻引入了創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的決策邏輯。.11.2.3 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) 由于CAPP系統(tǒng)是面向企業(yè)的適用軟件，所以，要建立完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是很困難的，因此，半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是目前適用型CAPP系統(tǒng)的主要方式。 1. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 2. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝生成方法.1. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)綜合了

21、派生式CAPP系統(tǒng)與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的方法和原理，采取派生與自動決策相結合的方法生成工藝規(guī)程，如需對一個新零件進展工藝設計時，先通過計算機檢索零件所屬零件族的規(guī)范工藝，然后根據零件的詳細情況，對規(guī)范工藝進展自動修正，工序設計那么采用自動決策，進展機床、刀具、工裝夾具以及切削用量的選擇，輸出所需的工藝文件。 .1. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原理如圖11.5所示。 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)兼顧了派生式CAPP系統(tǒng)與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)兩者的優(yōu)點，抑制了各自的缺乏，既具有系統(tǒng)的簡約性，又具有系統(tǒng)的快捷和靈敏性，具有很強的實踐運用性。 .1. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的任務原

22、理.2. 半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝生成方法 在CAPP的設計中，最為關鍵的是工藝文件的生成，由于該部分涉及面廣，包括工藝道路決策、工步確實定、機床的選擇和工藝配備的選擇等義務，因此，需求分別建立其相應的功能模塊。 其中關鍵部分是采用不同外表生成不同加工鏈方法，然后經過相關模塊的邏輯判別，很好地處理工藝的生成。.工藝道路決策 生成合理的工藝道路是CAPP系統(tǒng)的關鍵。半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)工藝道路的生成是利用派生式原理，也就是按成組技術原理，對零件進展分類編碼、劃分零件族并編制規(guī)范工藝的。 在生成詳細零件工藝時，對檢索的零件族規(guī)范工藝進展編輯修正，生成零件的工藝路線，而工藝道路的編輯是根據零件GT

23、碼，并由工藝決策模型自動進展挑選的。.工藝道路決策 工藝道路決策模型是根據生成的零件特征外表加工鏈文件，對規(guī)范工藝文件的各主要工序進展匹配比較來編輯工藝，也就是根據輸入的幾何信息和工藝信息，生成零件各特征外表的加工鏈，再根據加工鏈對規(guī)范工藝進展編輯。 .工藝道路決策 編輯過程的原理如下：首先對規(guī)范工藝路線的主要加工工序進展搜索，把搜索到的主要工序與零件的加工鏈文件中的特征外表加工鏈的工序序列進展比較，如兩者能對應，就保管該工序，否那么就刪除。 .工步確實定 經過以上的加工鏈可以看出，各個工序對應外表的加工內容就是工步。 例如：在完成精車外圓的工步后，所獲得的尺寸就是零件的標注尺寸，精車之前的尺

24、寸即半精車后的尺寸，依此類推，可以計算出該外表要素的各個工序尺寸。.機床的選擇 系統(tǒng)中將各類機床的加工精度、規(guī)格等經過數(shù)據庫的方式存放在計算機中，根據零件外表要素的加工方法、加工精度、加工尺寸等，經過決策邏輯自動確定所用的機床。 如車床確實定取決于零件的最大外圓尺寸、零件的總長以及是粗加工還是精加工等要素確定。 .工藝配備的選擇 系統(tǒng)中的刀具、量具及夾具是經過決策邏輯搜索對應刀具、量具、夾具庫，找出相匹配的元素來確定的。.11.2.4 CAPP專家系統(tǒng)簡介 本節(jié)主要內容包括： 1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 2. CAPP專家系統(tǒng)的知識表達及知識庫的建 立看書解釋 3. 推理機的控制戰(zhàn)略看書

25、解釋.1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 CAPP系統(tǒng)是以計算機為工具，可以模擬工藝人員完成工藝規(guī)程的設計，使工藝設計的效率大大提高。但工藝設計知識和工藝決策方法沒有固定的方式，不能用一致的數(shù)學模型來進展描畫。 設計程度的高低很大程度取決于工藝人員的實際閱歷，因此很難用傳統(tǒng)的計算機程序來描畫清楚。人工智能技術Artificial Intelligence，AI的開展，為CAPP的進一步開展開辟了新的道路。 .1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 進入20世紀80年代后，以AI技術為根底的CAPP專家系統(tǒng)已成為制造業(yè)研討的主要課題之一，由于CAPP專家系統(tǒng)具有較大的靈敏性以及處置不確定性和多義性的特點

26、，因此CAPP專家系統(tǒng)抑制了傳統(tǒng)CAPP系統(tǒng)的缺陷。 同時，CAPP專家系統(tǒng)還具有對話才干和學習才干，使計算機能真正模擬工藝人員進展工藝設計。.1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 CAPP專家系統(tǒng)與普通的CAPP系統(tǒng)的任務原理不同，兩者在結構上也有很大差別，如圖11.6所示。 .1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 普通CAPP系統(tǒng)構造主要由兩部分組成，即零件信息輸入模塊和工藝規(guī)程生成模塊。 其中工藝規(guī)程生成模塊是CAPP系統(tǒng)的中心，它包括工藝設計知識和決策方法，而且這些知識都運用計算機能識別的程序文語編制在系統(tǒng)程序中。.1. CAPP專家系統(tǒng)的任務原理 當輸入零件的描畫信息后，系統(tǒng)經過一系列的判別，調用相應的子程序或程