面向产品的CAPP工程化研究与质量保证

作者：西北工业大学 孔宪光 张振明 贾晓亮

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 前言 目前，国内公司已开发了很多商品化的CAPP软件，这些软件普遍以交互式设计为基础，且功能也基本可以满足用户的要求。但是这些软件的应用情况和产生的效果却不尽相同，其中除了软件系统的适应性、企业领导重视等因素以外，更重要是要将CAPP作为一项系统工程来研究对待。因为CAPP软件与CAD/CAM软件有很大的差别，不同的企业都有不同的应用模式，CAPP更强调的是产品的工程化和应用服务。大多数企业的CAPP应用开发基本仍处于以零件为主体的手工作坊式的专用CAPP系统应用开发模式，针对企业面向产品的CAPP应用建立一套完整的CAPP工程化体系，是改变这一现状并促使CAPP广泛应用的根本途径。 CAPP软件开发及应用实施的过程是一个知识高度密集型复杂的过程，它不仅仅涉及到有关软件工程、程序设计方法、程序设计语言、数据库、网络、系统工作平台等方面的知识，更重要的是与制造工艺领域本身紧密相关，CAPP的应用背景复杂多变。这主要体现在以下方面： 1．不同企业、不同制造环境、不同产品类型、不同生产管理模式，产品工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识不尽相同； 2．同一企业，同一制造环境，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识可能发生变化； 3．随着CAPP集成化的要求及应用水平的提高，对CAPP的功能会提出更高的要求； 4．随着CAPP工作平台的改变，CAPP的应用需求也会发生变化。 因此，非常有必要针对CAPPS(CAPPSYSTEM)应用实施提出一套方法论和质量保证体系，保证CAPPS在企业的成功应用。下面作者将结合国家863/CIMS主题目标产品CAPPFramework的应用和实施经验，提出了CAPPS工程化的思想包括CAPPS实施方法论和CAPPS质量保证体系。 1 CAPPS实施方法论 1.1 CAPPS实施特点 面向产品的CAPP应用目的是全面实现企业产品工艺设计和管理的计算机化和信息化，从技术发展及应用实施角度来看，面向产品CAPP表现出如下特点： 1．企业实施CAPP不同于实现CAD/CAM。企业可以在购买CAD/CAM系统后对工程技术人员进行培训后就可以使用；CAPP商品化系统仅能为企业提供产品工艺数据定义、组织、管理的基本框架以及CAPP知识库管理等应用支持工具与开发工具。只有将企业实际的工艺信息模型等建立在该框架之上，并结合企业实际情况，开发出具有丰富内容的企业专用知识库等，才能有效发挥CAPP的作用。 2．面向产品的CAPP应用涉及到企业的不同工艺部门(如综合、机加、装配、钣金冲压、焊接等所有工艺部门)及多层次（如管理层、车间层、单元层）、不同生产阶段（如试制阶段、批生产阶段）对计算机辅助工艺设计的需要，建立可快速形成CAPP应用并可在广泛应用基础上不断进行扩充完善的快速、渐进CAPP应用实施服务体系，是满足企业对CAPP的广泛应用和对产品工艺信息共享需求的重要保证。 3．面向产品的CAPP应用不仅仅是实现企业产品工艺设计和管理的计算机化和信息化，它的成功实施必将促进企业工艺的标准化与工艺管理的科学化、规范化，从而提高产品的质量，缩短新产品开发周期，降低产品成本。因此，需要企业从总工程师、总工艺师到各级工艺部门主管，充分重视CAPP的应用管理。 1.2 CAPPS实施评价 AliK.Kamrani等从CAPP功能和性能方面，对选择和评价一个CAPP系统提出了一些准则，功能方面包括产品支持（回转体、非回转体、钣金）、分类与编码能力（GT技术）、图形处理能力、工作指令的创建与维护、工艺设计方法、时间分析能力、加工参数、材料与工装库等，性能方面包括系统需求（硬软件、接口、将来的扩充与用户自定义功能）、价格合理、已商品化且用户界面友好、卖方资格认证与支持等。 从功能上看，不同的企业有不同的需求，很难给出详细的定义；但从性能上看，可有共同的评价准则。针对企业的CAPP应用需求与发展，可从以下几个方面对CAPP实施进行评价。 (1) 商品化程度 系统运行稳定可靠、用户界面友好、操作方便、长期的专业化技术支持与服务等是软件系统商品化程度的重要度量指标。 (2) 实施效益评价 效益驱动而非技术驱动是CAPP成功实施的重要保证。面向产品CAPP的实施效益可从以下几个方面考察。 a. CAPP的应用应从方便更改、智能化等方面，减少单个零件工艺设计中工艺人员繁琐的重复性工作，提高工艺人员工作效率。计算机辅助系统应用的很大部分效益应体现在设计的更改上，提高对设计好的工艺方便、快捷更改效率，应是体现CAPP应用效益的重要方面。 b. CAPP的应用应实现企业面向产品的工艺信息集成与共享，从整个产品开发的全过程来减少减少工艺人员及其它相关技术人员繁琐的重复性工作。一方面提高工艺人员及其它相关技术人员的工作效率；另一方面，避免人为造成的各种错误，保证工艺数据的一致性。 c. CAPP的应用应促进工艺设计的标准化与规范化，提高工艺设计质量。 (3) 系统的可扩充性 随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识等都可能发生变化。CAPP系统应能很好的适应应用环境的变化，具体来讲，就是在最大限度保护用户已有的应用资源的基础上，方便、快速满足新的应用需求，这是CAPP能够不断应用的基本条件。例如，当企业的工艺卡片格式规范改变后，能否将工艺人员原先设计好的产品工艺方便地转换过来。此外，能否允许用户进行功能的自定义、提供方便的数据集成交换接口等，也是CAPP能够不断应用的重要条件。 (4) 实施的经济性 从运行环境的硬、软件要求、实施的程度等方面，要结合企业的实际情况，从经济性方面认真考虑。 1.3 CAPPS实施主要内容与步骤 CAPPS确立了CAPP应用系统的基本框架、基本工作流程和基本功能，并提供相应应用开发工具，并已实现了商品化。CAPPS实施可分为企业需求分析与签定合同、CAPPS用户化与CAPPS二次开发三大阶段： (1) 企业需求分析与签定合同 对企业的工艺设计现状及CAPP的应用需求进行分析，确定CAPP实施目标，收集相关工艺资料，并签定CAPP应用开发合同。 (2) CAPPS用户化 CAPPS用户化就是针对企业实际情况，进行基本的客户化定制，建立最基本的企业专用交互式CAPP系统。CAPPS用户化的内容与步骤如下： 1）企业工艺分析与信息建模 CAPP用户化首先要对企业的产品工艺进行较为全面的分析，在此基础上，建立面向产品的CAPP信息模型 2）CAPPS应用系统初步建立 CAPPS应用系统初步建立的主要内容包括CAPP知识库的创建、CAPP对象信息模型的入库、CAPP数据库的创建、工艺卡片格式的定制、系统初步调试等。 3）CAPPS应用系统初步应用 CAPPS应用系统初步应用的主要内容包括系统安装、应用培训、试运行、完善等。 通过CAPPS的用户化，企业可以初步实现CAPP计算机化和信息化。在此基础上，可以进行二次开发，深化CAPP的应用。 3．CAPPS二次开发 1）企业专用知识库的建立 针对特定企业的生产环境、生产对象和工艺设计经验和习惯，建立企业专用知识库，从而提高工艺人员的工作效率，提高工艺设计的一致性和质量。 2）专用功能模块的开发 针对用户应用中提出的需求，开发专用的功能模块，进一步提高CAPP的应用效率。 3）集成接口程序的开发 开发与CAD、MRPII、PDM等系统的集成接口程序，实现CIMS及产品设计、工艺设计、生产计划调度的全过程集成。形成企业计算机应用的整体效益 2 CAPPS实施质量保证体系 2.1 CAPPS实施管理体系 针对CAPPS的实施，建立了相应的实施管理体系，如图1所示。 从技术角度，在CAPPS实施的不同阶段对技术人员的要求不同，工艺分析与建模要求技术人员具有较强的工艺领域知识、熟悉CAPPS基本原理与信息建模方法；应用系统建立与应用主要要求技术人员有一定的工艺领域知识、掌握CAPPS的用户化与系统的应用；二次开发主要要求技术人员具有较强的工艺领域知识、熟悉CAPPS基本原理、掌握CAPPS的应用开发工具。 2.2 CAPPS实施规范体系 CAPPS的实施对CAPPS应用系统的质量具有重要影响。随着CAPPS的广泛推广应用，CAPPS的实施将成为CAPP应用的瓶颈。因此，在CAPPS的推广应用过程中，初步建立了CAPPS实施规范体系，这将成为CAPPS广泛应用的基础。 CAPPS的实施规范分为技术规范、管理规范两大部分。 1．CAPPS实施技术规范 CAPPS实施技术规范主要包括CAPPS面向对象信息建模规范、CAPPS知识库对象定义规范、CAPPS工艺卡片格式定义规范、CAPPS应用系统建立规范等。 2．CAPPS实施管理规范 CAPPS实施管理规范主要包括CAPPS应用项目管理规范、CAPPS实施过程管理规范、CAPPS技术服务规范等。 2.3 CAPPS阶段性审查 软件工程的一个基本方法是在软件开发的各个阶段从技术角度进行审查，这是保证软件质量的重要措施。为了提高保证CAPPS实施的质量，在CAPP实施的主要阶段结束时都进行技术审查。技术审查的主要内容包括合理性审查、规范化审查等。 2.4 企业CAPPS应用管理 CAPP成功应用的关键在于企业。企业应加强CAPP的应用管理，使之能够很好的服务于企业。 2.4.1 工艺的标准化管理 所谓工艺标准化，就是根据标准化的原理与方法、对有关工艺方面的共同性问题进行优化、精简和统一。工艺标准化是企业标准化的一项主要内容，有利于提高企业工艺工作的科学化、规范化水平，有利于推广先进的工艺技术和实现多品种单件小批量生产的专业化、自动化，从而缩短产品开发周期，提高产品质量，降低产品成本。 从标准化角度，工艺标准化大致可分为以下以下几项主要标准：工艺文件标准、工艺分类与工艺术语标准、工艺符号或代号标准、工艺余量标准、工艺操作方法标准、工艺试验和检测标准、工艺材料标准、技术条件标准、工艺装备标准及工艺管理标准。 长期以来，由于片面追求工艺决策的自动化，而忽视了CAPP与工艺标准化的关系。随着CAPP的应用，人们将认识到CAPP的应用不仅仅是用计算机打印的工艺卡片代替手填的工艺卡片，而应该通过应用CAPP更好促进工艺的标准化；反过来，工艺的标准化是提高CAPP应用效果的重要方面，并将从根本上提高工艺设计的质量。随着面向产品的CAPP应用，实现工艺设计与管理的一体化，工艺标准化与CAPP应用的关系将更为密切。 CAPP应用中的工艺标准化基本内容： 1）各类工艺术语的标准化、规范化与工艺术语库的建立； 2）各类工艺数据的标准化、规范化与工艺数据库的建立； 3）从典型工步、典型工序、典型工艺等不同层次进行各类工艺的典型化的研究，建立各类工艺的典型工艺库等。 因此，在CAPPS应用中需要企业真正认识到工艺标准化这一工作的重要性，成立由有经验的工艺人员组成的工艺知识库维护小组进行工艺知识库的维护，以实现工艺设计的标准化，从根本上提高工艺设计质量。 2.4.2 CAPPS的适应性维护 随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其外部表现形式、工艺设计知识等都可能发生变化。一方面，这需要系统具有良好的体系结构和可扩充性，能够最大限度保护企业CAPP应用资源，且提供长期的技术支持与服务；另一方面，需要企业从组织、人力等各方面加强CAPP应用管理，作好CAPP系统的应用维护工作，使CAPP的应用不断在生产中发挥作用，取得明显的经济效益。 3 CAPPFramework系统简介 在国家863CIMS目标产品项目的资助下，作者开发了CAPP应用框架与开发平台CAPPFramework系统。该系统以工艺知识库/产品工艺数据库为核心，以交互式设计为基础，实现综合智能化工艺设计，能广泛应用于各种不同层次和类型的企业、企业的不同工艺部门，并在不同应用层次上实现集成化。它确立了CAPP应用系统的基本框架、基本工作流程和基本功能，并提供应用开发工具，全面支持企业制造工艺信息系统的构建。同时，CAPPFramework也被确立为国家重点技术创新项目、“十五”国家科技成果重点推广项目、国家级火炬计划项目、国家重点新产品计划。 CAPP的工程化思想和一系列实施规范和质量保证体系保证了CAPPFramework在企业的成功实施和应用，有效地提高系统的实施规范化，并和企业建立了长期的合作关系。目前，CAPPFramework已在航空、航天、汽车、船舶、电子机械、水利机械、纺织机械及通用机械等百余家企业得到广泛应用，实现了基于交互式的综合智能化工艺设计，覆盖了装配、机加、钣金、热表处理、工艺路线、材料定额等工艺类型，并在不同企业实现了与PDM、CAD/CAM、ERP、工程数据库、车间管理系统等信息集成。随着研究开发的不断深入，面向CAPP工程化和质量保证将进一步丰富和完善。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/6/2005)