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面向并行工程的集成化智能化CAPP方法及關(guān)鍵技術(shù)
2022年06月29日 09:58點(diǎn)擊：249來源：沈陽天乙新數(shù)控機(jī)械有限公司>>進(jìn)入該公司展臺
一、引言
隨著21世紀(jì)的到來，經(jīng)濟(jì)競爭已成為世界各國競爭的一個焦點(diǎn)和世界發(fā)展的重要推動力，而各類制造業(yè)競爭的核心主要集中在以知識為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品上。并行工程(CE)和虛擬制造(Virtual Manufacturing，簡稱VM)正是新一代*制造技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，它對于企業(yè)加速新產(chǎn)品的開發(fā)具有十分重要的意義。
并行工程以CIMS的信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過組成多學(xué)科產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍、改進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)流程、利用各種DFX(面向某一領(lǐng)域的設(shè)計(jì))工具等手段。使產(chǎn)品在開發(fā)的早期階段就能考慮到下游的各種因素，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短開發(fā)周期的目的。并行工程的一個焦點(diǎn)是在信息和功能的層次上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)和制造過程設(shè)計(jì)的集成。制造過程設(shè)計(jì)包括面向制造的設(shè)計(jì)(DFM、CAPP、CAM)及其后置處理(產(chǎn)生數(shù)控代碼)、計(jì)算機(jī)輔助工裝夾具設(shè)計(jì)(CAFD)和制造過程仿真(Manufacturing Process Simulation，簡稱MPS)等，其中CAPP是制造過程設(shè)計(jì)的核心。
本文針對CECAPP應(yīng)具備的新特點(diǎn)：如工作進(jìn)程應(yīng)在CE產(chǎn)品開發(fā)過程動態(tài)模型的控制下與上下游功能模塊協(xié)同作業(yè)；在設(shè)計(jì)領(lǐng)域與CAD、CAFD、CAM等進(jìn)行信息和功能集成；與制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)(PPS)進(jìn)行信息和功能的集成等，就CAPP系統(tǒng)走向工程化、集成化和智能化的幾個關(guān)鍵方法和技術(shù)進(jìn)行討論。
二、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1．CECAPP系統(tǒng)應(yīng)具備的特點(diǎn)
并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)不能依靠現(xiàn)存CAD和CAPP系統(tǒng)的簡單疊加而形成，因?yàn)楹笳呤且环N基于串行模式，且其設(shè)計(jì)工作在各自領(lǐng)域內(nèi)相對獨(dú)立的開發(fā)活動。由于沒有考慮彼此之間的交互建模，結(jié)果使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率變低，產(chǎn)品開發(fā)成本提高。
CECAPP系統(tǒng)與CAD之間的信息交互應(yīng)是動態(tài)的、雙向的：一方面，CAPP應(yīng)在設(shè)計(jì)的早期階段對設(shè)計(jì)方案作出可制造性評價，并向CAD提供參考意見；另一方面，借助制造工藝和制造資源功能的柔性，CAPP應(yīng)能對同一設(shè)計(jì)對象生成多種工藝方案，以適應(yīng)動態(tài)變化的制造環(huán)境并接受反饋意見重選工藝方案；此外，CECAPP應(yīng)是一種人機(jī)交互、協(xié)同決策的系統(tǒng)，即CAPP應(yīng)在各子過程間為人工決策提供機(jī)會，并向用戶報告可能的決策結(jié)果，使用戶可視化地參與設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，從而保證工藝決策的決速性、準(zhǔn)確性、實(shí)用性。總之，CECAPP應(yīng)是動態(tài)的、分步漸進(jìn)式的工藝設(shè)計(jì)，是柔性的、人機(jī)協(xié)同開放式的工藝設(shè)計(jì)。
最后，為實(shí)現(xiàn)工程化、實(shí)用化，CECAPP系統(tǒng)還應(yīng)具備通用的系統(tǒng)框架和靈活的組織方式，以便用戶根據(jù)自己的需要組織系統(tǒng)的功能模塊以形成應(yīng)用軟件；應(yīng)具有較高的適應(yīng)性和靈活性以使用戶在工藝設(shè)計(jì)過程中自行定義設(shè)計(jì)所需的決策邏輯模型、工藝知識、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工藝表格、工藝文檔排版格式、接口文件格式等；工藝決策方法應(yīng)包括檢索式、派生式、創(chuàng)成式以及實(shí)例基和知識基推理決策等多種形式，用戶可根據(jù)自己的需要選用不同的決策方式。
2．CECAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其外部關(guān)系
圖1描述的是CECAPP功能體系及其在并行工程環(huán)境下與其它功能模塊的關(guān)系。可以看出，無論從信息還是功能的角度來出發(fā)。工藝設(shè)計(jì)都是并行工程的核心環(huán)節(jié)之一。
三、CECAPP集成化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
CECAPP集成化是全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)和管理的計(jì)算機(jī)化與信息化，并逐步實(shí)現(xiàn)與PDM、MIS等系統(tǒng)對產(chǎn)品工藝信息的全面集成和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的全過程的集成。鑒于CAPP集成化應(yīng)用分層次、分階段的漸進(jìn)發(fā)展特性，這一過程可分為面向產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)共享的CAPP信息集成、面向數(shù)控加工類零件的CAD/CAPP/CAM集成以及面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)/工藝設(shè)計(jì)/生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度全過程集成等三個層次。
1．面向產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)共享的信息集成機(jī)制
作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要組成部分，產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)是企業(yè)生產(chǎn)信息的交匯點(diǎn)。并行工程強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)活動的信息集成與功能集成，即強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)過程上、下游活動的協(xié)調(diào)與并行。而產(chǎn)品在生命周期的不同過程所涉及的數(shù)據(jù)及其要求不盡相同，因此需要一個抽象的、中性的、能夠滿足各于系統(tǒng)要求的統(tǒng)一信息表達(dá)與交換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)不同過程間的信息傳輸與交換。采用集成產(chǎn)品建模技術(shù)所形成的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可以解決這一問題。
集成產(chǎn)品建模方法如圖2所示。以Pro/E軟件的特征造型功能為支撐建立產(chǎn)品特征庫，借助Pro/Develop工具進(jìn)行特征信息的提取與匹配，根據(jù)CAD特征造型系統(tǒng)提供的產(chǎn)品特征信息及STEP應(yīng)用協(xié)議CE—AP，在STEP—DT工具的支持下，通過實(shí)例化的操作將其映射成STEP中性文件，為DFM和CAPP等下游系統(tǒng)提供中性數(shù)據(jù)交換文件。由此模型形成的零件信息具有動態(tài)性、一致性、完整性，能夠滿足CECAPP的新要求。
隨著21世紀(jì)的到來，經(jīng)濟(jì)競爭已成為世界各國競爭的一個焦點(diǎn)和世界發(fā)展的重要推動力，而各類制造業(yè)競爭的核心主要集中在以知識為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品上。并行工程(CE)和虛擬制造(Virtual Manufacturing，簡稱VM)正是新一代*制造技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，它對于企業(yè)加速新產(chǎn)品的開發(fā)具有十分重要的意義。
并行工程以CIMS的信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過組成多學(xué)科產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍、改進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)流程、利用各種DFX(面向某一領(lǐng)域的設(shè)計(jì))工具等手段。使產(chǎn)品在開發(fā)的早期階段就能考慮到下游的各種因素，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短開發(fā)周期的目的。并行工程的一個焦點(diǎn)是在信息和功能的層次上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)和制造過程設(shè)計(jì)的集成。制造過程設(shè)計(jì)包括面向制造的設(shè)計(jì)(DFM、CAPP、CAM)及其后置處理(產(chǎn)生數(shù)控代碼)、計(jì)算機(jī)輔助工裝夾具設(shè)計(jì)(CAFD)和制造過程仿真(Manufacturing Process Simulation，簡稱MPS)等，其中CAPP是制造過程設(shè)計(jì)的核心。
本文針對CECAPP應(yīng)具備的新特點(diǎn)：如工作進(jìn)程應(yīng)在CE產(chǎn)品開發(fā)過程動態(tài)模型的控制下與上下游功能模塊協(xié)同作業(yè)；在設(shè)計(jì)領(lǐng)域與CAD、CAFD、CAM等進(jìn)行信息和功能集成；與制造系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)(PPS)進(jìn)行信息和功能的集成等，就CAPP系統(tǒng)走向工程化、集成化和智能化的幾個關(guān)鍵方法和技術(shù)進(jìn)行討論。
二、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1．CECAPP系統(tǒng)應(yīng)具備的特點(diǎn)
并行設(shè)計(jì)系統(tǒng)不能依靠現(xiàn)存CAD和CAPP系統(tǒng)的簡單疊加而形成，因?yàn)楹笳呤且环N基于串行模式，且其設(shè)計(jì)工作在各自領(lǐng)域內(nèi)相對獨(dú)立的開發(fā)活動。由于沒有考慮彼此之間的交互建模，結(jié)果使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率變低，產(chǎn)品開發(fā)成本提高。
CECAPP系統(tǒng)與CAD之間的信息交互應(yīng)是動態(tài)的、雙向的：一方面，CAPP應(yīng)在設(shè)計(jì)的早期階段對設(shè)計(jì)方案作出可制造性評價，并向CAD提供參考意見；另一方面，借助制造工藝和制造資源功能的柔性，CAPP應(yīng)能對同一設(shè)計(jì)對象生成多種工藝方案，以適應(yīng)動態(tài)變化的制造環(huán)境并接受反饋意見重選工藝方案；此外，CECAPP應(yīng)是一種人機(jī)交互、協(xié)同決策的系統(tǒng)，即CAPP應(yīng)在各子過程間為人工決策提供機(jī)會，并向用戶報告可能的決策結(jié)果，使用戶可視化地參與設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化，從而保證工藝決策的決速性、準(zhǔn)確性、實(shí)用性。總之，CECAPP應(yīng)是動態(tài)的、分步漸進(jìn)式的工藝設(shè)計(jì)，是柔性的、人機(jī)協(xié)同開放式的工藝設(shè)計(jì)。
最后，為實(shí)現(xiàn)工程化、實(shí)用化，CECAPP系統(tǒng)還應(yīng)具備通用的系統(tǒng)框架和靈活的組織方式，以便用戶根據(jù)自己的需要組織系統(tǒng)的功能模塊以形成應(yīng)用軟件；應(yīng)具有較高的適應(yīng)性和靈活性以使用戶在工藝設(shè)計(jì)過程中自行定義設(shè)計(jì)所需的決策邏輯模型、工藝知識、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工藝表格、工藝文檔排版格式、接口文件格式等；工藝決策方法應(yīng)包括檢索式、派生式、創(chuàng)成式以及實(shí)例基和知識基推理決策等多種形式，用戶可根據(jù)自己的需要選用不同的決策方式。
2．CECAPP系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其外部關(guān)系
圖1描述的是CECAPP功能體系及其在并行工程環(huán)境下與其它功能模塊的關(guān)系。可以看出，無論從信息還是功能的角度來出發(fā)。工藝設(shè)計(jì)都是并行工程的核心環(huán)節(jié)之一。
三、CECAPP集成化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
CECAPP集成化是全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)和管理的計(jì)算機(jī)化與信息化，并逐步實(shí)現(xiàn)與PDM、MIS等系統(tǒng)對產(chǎn)品工藝信息的全面集成和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的全過程的集成。鑒于CAPP集成化應(yīng)用分層次、分階段的漸進(jìn)發(fā)展特性，這一過程可分為面向產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)共享的CAPP信息集成、面向數(shù)控加工類零件的CAD/CAPP/CAM集成以及面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)/工藝設(shè)計(jì)/生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度全過程集成等三個層次。
1．面向產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)共享的信息集成機(jī)制
作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要組成部分，產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)是企業(yè)生產(chǎn)信息的交匯點(diǎn)。并行工程強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)活動的信息集成與功能集成，即強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)過程上、下游活動的協(xié)調(diào)與并行。而產(chǎn)品在生命周期的不同過程所涉及的數(shù)據(jù)及其要求不盡相同，因此需要一個抽象的、中性的、能夠滿足各于系統(tǒng)要求的統(tǒng)一信息表達(dá)與交換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)不同過程間的信息傳輸與交換。采用集成產(chǎn)品建模技術(shù)所形成的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可以解決這一問題。
集成產(chǎn)品建模方法如圖2所示。以Pro/E軟件的特征造型功能為支撐建立產(chǎn)品特征庫，借助Pro/Develop工具進(jìn)行特征信息的提取與匹配，根據(jù)CAD特征造型系統(tǒng)提供的產(chǎn)品特征信息及STEP應(yīng)用協(xié)議CE—AP，在STEP—DT工具的支持下，通過實(shí)例化的操作將其映射成STEP中性文件，為DFM和CAPP等下游系統(tǒng)提供中性數(shù)據(jù)交換文件。由此模型形成的零件信息具有動態(tài)性、一致性、完整性，能夠滿足CECAPP的新要求。
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