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編制機械制造工藝規(guī)程中幾種先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用【摘要】介紹了編制機制工藝規(guī)程中應(yīng)用成組工藝GT和CAPP的基本方法，提出以PDM系統(tǒng)作為集成框架，將傳統(tǒng)應(yīng)用軟件Auto CAD與CAPP進(jìn)行有機集成，使CAPP軟件的開發(fā)平臺趨向統(tǒng)一的發(fā)展方向。【關(guān)鍵詞】成組工藝 GT； CAPP 軟件； PDM 技術(shù)近年來，隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用軟件的開發(fā)推廣，越來越多的企業(yè)已經(jīng)使用各種應(yīng)用軟件系統(tǒng)提高產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)水平和工作效率。但是怎樣進(jìn)一步完善( 或有機地集成) 所使用的應(yīng)用軟件，如何解決使用單個應(yīng)用軟件時出現(xiàn)的系統(tǒng)功能的不兼容問題，便成為許多使用方關(guān)注的焦點。本文以編制機制工藝規(guī)程為例，簡要介紹和分析目前應(yīng)用的幾種先進(jìn)技術(shù)的基本方法及其綜合應(yīng)用，并討論使計算機輔助工藝設(shè)計與CAPP軟件的開發(fā)平臺趨向統(tǒng)一的發(fā)展方向。一、成組工藝GT成組工藝GT(Group Technology)是把品種繁多的各種單件小批量生產(chǎn)的零件，根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、加工方法的相似性，把零件分成若干組，在每一組零件中選出一個代表性零件(可以是實際存在的，也可是假想的，但須包括組內(nèi)所有零件的加工要素)，根據(jù)這個代表零件制定出典型的工藝規(guī)程，選定和設(shè)計一組機床及工藝設(shè)備，并把它們組成一個專門的工段或車間。當(dāng)加工對象由一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)橥M內(nèi)另一種零件時，由于技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)、工藝的相似，可以不改變加工方法和加工設(shè)備，甚至連控制用的凸輪、擋鐵及工夾具都不用更換，或者只需略做調(diào)整，便可加工生產(chǎn) [1，2] 。按成組方式組織零件生產(chǎn)時，按零件的結(jié)構(gòu)特征、工藝特征與加工設(shè)備特征，將各零件進(jìn)行分組、歸類與編碼，然后建立每類零件的典型圖庫和成組加工工藝庫。制定零件成組加工工藝的方法有兩種: 1) 虛擬零件法。在一個零件組中，先設(shè)計一個能夠包含這組零件全部幾何特征的虛擬零件，要求其擁有這個加工族中全部零件需要加工的表面，然后按這個虛擬零件進(jìn)行工藝設(shè)計，即為該組零件的成組工藝。2) 復(fù)合工藝路線法。在零件族內(nèi)先找出一個結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、工藝路線最長的零件作為代表，然后將族內(nèi)其他零件中有代表性而沒有工序的也加入進(jìn)去，從而獲得一條滿足全族零件加工要求的復(fù)合工藝路線。二、計算機輔助工藝設(shè)計CAPP [3]1 CAPP技術(shù)的發(fā)展概況與在先進(jìn)制造模式中的作用機械制造中的工藝設(shè)計是企業(yè)生產(chǎn)活動中最活躍的因素，它與企業(yè)的生產(chǎn)類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)及企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)管理水平等因素有著密不可分的聯(lián)系。工藝設(shè)計是一門經(jīng)驗性強、技術(shù)要求高、涉及面廣的綜合性學(xué)科。它是從設(shè)計到產(chǎn)品的橋梁，在機械制造工作中占有重要地位。它因時間、場合、條件等多方面因素的改變而改變。長期以來，工作手法都采用傳統(tǒng)的手工編制方式。隨著市場競爭的加劇和社會需求的多樣化、個性化，使得機電行業(yè)越來越向多品種，少批量的方向發(fā)展，電機制造也是如此。工藝設(shè)計的手工作業(yè)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)品種多變的要求，也不能與先進(jìn)的生產(chǎn)手段、管理體制相匹配。隨著計算機應(yīng)用的普及和提高以及成組技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助工藝設(shè)計技術(shù)應(yīng)運而生，成為現(xiàn)代工藝設(shè)計和工藝管理的強有力工具。CAPP的開發(fā)、研制是從上個世紀(jì)六十年代末開始的，在制造自動化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展相對CAD和CAM而言是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTO PROS系統(tǒng)。在CA PP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-I于1976 年推出的CAMI’S Automated process planning系統(tǒng)。取其字首的第一個字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對CAPP這個縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計算機輔助工藝設(shè)計已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。隨著機械制造生產(chǎn)技術(shù)水平的發(fā)展及市場需求，計算機輔助工藝設(shè)計(CAPP)作為連接產(chǎn)品設(shè)計(CAD)與制造(CAM)的橋梁，以及連接產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)管理 (MRPII/ERP)的重要紐帶，對組織生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期等產(chǎn)生了越來越直接的影響。用CAPP代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工藝設(shè)計已成為必然，它對機械制造業(yè)的重要意義表現(xiàn)在下列幾點:(l)解放出原有設(shè)計人員，進(jìn)行新產(chǎn)品、新工藝和新技術(shù)的開發(fā)。(2)縮短設(shè)計周期，保證設(shè)計質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭能力。(3)繼承性強，工藝設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化得到提高。( 4 )是實現(xiàn)CAD與CAM的集成制造系統(tǒng)和建立CIMS的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2 計算機輔助工藝設(shè)計的目標(biāo)與范圍2.1 CAPP在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀計算機輔助工藝設(shè)計作為連接CAD與CAM的橋梁，也是許多先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)之一。CAPP技術(shù)從它誕生以來，其研究開發(fā)工作一直在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展，而且逐漸引起越來越多的人們的重視。 [1]迄今為止，國內(nèi)外在CAPP技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)已投入大量的資金與人力，已開發(fā)出為數(shù)眾多的CAPP系統(tǒng)。在所開發(fā)的CAPP系統(tǒng)中，有些系統(tǒng)已得到實際應(yīng)用，少數(shù)已商品化。但總的來看，CAPP的研究、開發(fā)方向存在嚴(yán)重的偏差。從應(yīng)用角度看，已取得的實際效益和投入的力量很不相稱:國內(nèi)外的重點研究方向和當(dāng)前的實際需求相去甚遠(yuǎn)。表現(xiàn)在:開發(fā)多，應(yīng)用少；開發(fā)投入多，應(yīng)用維護幾乎無投入；原型系統(tǒng)多，得到實際生產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)較少；商品系統(tǒng)很少，而且功能不足；同CAD、CAN、MIS(Management Information System，管理信息系統(tǒng))、PDM等相關(guān)計算機輔助技術(shù)相比，差距相當(dāng)大。其原因主要表現(xiàn)在： [2]首先，CAPP研究與開發(fā)的目標(biāo)具有很大的片面性，即過于追求工藝過程的自動化生成。實際上，工藝設(shè)計是一個非常復(fù)雜的過程，涉及到大量錯綜復(fù)雜的西素，而且工藝方面的很多問題是不確定的，這決定了自動化的CAPP還做不到通用化。其次，CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用范圍過于狹窄，CAPP的研究與開發(fā)缺乏從整個產(chǎn)品的角度研究CAPP的應(yīng)用和集成問題，而且忽視工藝管理功能。在企業(yè)中，所有生產(chǎn)活動都是圍繞著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而展開的，一個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程實際上就是這個產(chǎn)品所有屬性的生成過程。因此，只有基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAPP系統(tǒng)才能適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境。第三，對CAPP的實用性、易用性重視不夠，很多CAPP系統(tǒng)采用純粹的字處理方式填寫卡片，或是簡單的數(shù)據(jù)庫界面，做不到“所見及所得”，不符合工藝人員的工作習(xí)慣，達(dá)不到提高效率的目的。第四，工藝數(shù)據(jù)管理能力不足，僅僅是一個填寫工藝卡片的工具，而不是工藝數(shù)據(jù)平臺。從企業(yè)管理角度來看，工裝設(shè)備、材料及輔料、外協(xié)件、工時定額等各類統(tǒng)計匯總功能，各種產(chǎn)品各個階段不同版本的工藝文件和工裝、工具文件的歸檔與更改等產(chǎn)品工藝管理工作，占有十分重要的地位；企業(yè)工藝人員的很大部分時間用于工藝數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計、重復(fù)填寫等工作上，不僅效率低，而且很難保證工藝信息及文件的準(zhǔn)確性、一致性?？ㄆ顚懯降墓に囓浖⒉荒軡M足這些非常重要的工藝數(shù)據(jù)管理工作 [3]。2.2 CAPP計算機輔助工藝設(shè)計的目標(biāo)與范圍根據(jù)以上分析CAPP的開發(fā)應(yīng)用既要適合我國目前的國情，也要考慮發(fā)展的需要，絕不能顧此失彼，更重要的是要為系統(tǒng)的集成起好橋梁作用，防止不必要的返工，為此應(yīng)該做到以下幾點：(1)工藝設(shè)計是指導(dǎo)企業(yè)經(jīng)營的基礎(chǔ)信息，要使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化，必須首先優(yōu)化工藝信息，所以CAPP必須提供企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的優(yōu)化、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的工藝信息，為企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營優(yōu)化運行打下基礎(chǔ)。(2)目前我國95%的企業(yè)使用的還是普通機床，CAPP的開發(fā)必須輸出目前企業(yè)人工閱讀的工藝規(guī)程、工序卡片或操作卡片，以及有關(guān)的工藝文件。(3)CAPP必須提供技術(shù)信息系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)(MRP)所必須的機內(nèi)信息，這些信息能符合全廠計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)集成的要求。三、CAPP的發(fā)展趨勢由于國內(nèi)企業(yè)工藝編程規(guī)范的多樣性，造成現(xiàn)有CAPP軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，從而導(dǎo)致了CAPP軟件與CAD/CAM軟件的兼容困難。因而，CAPP軟件開發(fā)平臺的趨向統(tǒng)一是未來的發(fā)展趨勢。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM(Product Data Management)技術(shù)作為一門新興的技術(shù)，它的出現(xiàn)為人們打開了新的思路。以PDM系統(tǒng)作為集成框架，將已有的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件Auto CAD和CAPP等進(jìn)行有機的集成，這時CAD、CAPP系統(tǒng)就會成為產(chǎn)品開發(fā)總環(huán)境下的有機組成部分。PDM系統(tǒng)不僅管理了產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)設(shè)計到工藝設(shè)計所需要的和所產(chǎn)生的全部信息，并為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計到工藝設(shè)計提供了統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)； 因而使信息流動更加通暢，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和共享。四、結(jié)束語PDM系統(tǒng)是連接CAPP及CAD/CAM系統(tǒng)的橋梁，是發(fā)展計算機集成制造的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用PDM系統(tǒng)，不僅可以較好地解決CAPP軟件與CAD/CAM軟件的兼容困難，而且可以提高CAPP及CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用水平及效率，為PDM及ERP的后續(xù)實施打下堅實基礎(chǔ)，并逐步實現(xiàn)工藝技術(shù)部門的規(guī)范化、系統(tǒng)化、信息化，為企業(yè)提高產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益提供強有力的保證。參考文獻(xiàn)[1] 張世昌. 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M] . 天津: 天津大學(xué)出版社，2002.[2] 魏鑒梅. 結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)[M] . 北京: 科學(xué)出版社，2002.[3] 甘仞初. 信息資源的組織與管理[M] .北京: 機械工業(yè)出版社，2005