防爆電氣企業(yè)計算機輔助工藝規(guī)劃
1．計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)概述
工藝規(guī)劃是進行工裝設計制造和決定零件加工方法與加工路線的主要依據，在理論上承擔著將設計規(guī)范轉換為制造指令的任務。工藝設計必須分析和處理大量信息，既要考慮產品設計圖上有關結構形狀、尺寸公差、材料及熱處理以及批量等因素，又要了解加工制造中有關加工方法、加工設備、生產條件、加工成本及工時定額，甚至傳統(tǒng)習慣等信息。
傳統(tǒng)的工藝設計都是由人工進行的，主要存在以下問題：①對工藝設計人員要求高(具有豐富的生產經驗、熟知
防爆正壓柜企業(yè)的加工設備和加工方法、熟知與生產管理有關的各種規(guī)章制度等)，因此，工藝文件的合理性、可操作性以及編制時間的長短取決于工藝人員的經驗和熟練程度，導致工藝文件的設計周期和質量不易保證。②工藝設計的工作量大，而且效率低。手工進行工藝規(guī)程設計一般要經過按零件設計工藝過程、填寫工藝卡片、校對、審核、描圖、曬圖、裝訂成冊等一系列煩瑣的工作。③無法有效利用CAD的圖形及數據，同時，所產生的工藝數據也不便于同其他部門進行共享。④工藝設計需要處理大量的圖形信息和數據信息，由于數據繁多且分散，因此處理起來煩瑣、易出錯，難以保證數據的準確性。
計算機技術在工藝規(guī)劃中的應用，使計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)應運而生。CAPP不僅可以大大提高工藝部門的工作效率、工作質量，提高信息處理能力和防爆正壓柜企業(yè)各部門間信息的交流能力；還能縮短設計周期、減少編制工藝文件的工作量和產生錯誤的可能性，以及積累和繼承工藝人員的經驗；同時，作為CAD/CAM的橋梁，也為CIMS的實施打下基礎。
2．CAPP系統(tǒng)的分類
對CAPP的研究與開發(fā)始于20世紀60年代末，但是，同CAD、CAM相比，CAPP在應用方面仍是薄弱環(huán)節(jié)。一方面，由工藝設計問題的復雜性和特殊性決定；另一方面，受 CAPP發(fā)展的大背景和指導思想影響。因此，盡管在國內外CAPP研究中，各種新概念、新方法不斷涌現(xiàn)，但CAPP的發(fā)展缺乏堅實的實踐基礎是公認的事實。
目前，按照傳統(tǒng)的設計方式，CAPP可分為以下三類。
1)派生式CAPP系統(tǒng)
派生式(variant)CAPP的工作原理是：利用零件的結構和工藝相似性，通過檢索和修改零件族主樣件的標準工藝而獲得當前零件的工藝規(guī)程。在派生式CAPP的數據庫中存儲有各類標準工藝。從設計角度看，與常規(guī)工藝設計的類比設計相同，即用計算機模擬人工設計的方式，其繼承和應用的是標準工藝。所以，本質上講，這類系統(tǒng)是一種數據檢索系統(tǒng)。這就要求派生式系統(tǒng)必須有一定量的樣板(標準)工藝文件，在已有工藝文件的基礎上修改編制生成新的工藝文件。根據零件信息的描述與輸入方法，派生式 CAPP系統(tǒng)又分為基于成組技術(GT)的派生式與基于特征(feature)的派生式。
2)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)
創(chuàng)成式(generative)CAPP系統(tǒng)根據程序中反映的決策邏輯和制造工程數據信息生成加工工藝，這些信息主要是有關各種加工方法的加工能力和對象、各種設備及刀具的適用范圍等一系列基本知識。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中不存人任何工藝過程方案，它將工藝決策知識用決策表、決策樹或公理模型等技術來實現(xiàn)。在輸入當前零件的有關信息后，系統(tǒng)可以模仿工藝人員的手工編制過程，利用決策邏輯和制造工程數據信息做出各種工藝決策。由于創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)需要擁有包含其所有工藝決策邏輯的知識庫，再加上工藝設計過程自身的多樣性及復雜性，因此，要實現(xiàn)能夠自動排序的完全創(chuàng)成式系統(tǒng)的難度很大，至今也沒有開發(fā)出完全創(chuàng)成式的CAPP系統(tǒng)。
3)綜合式CAPP系統(tǒng)
綜合式CAPP系統(tǒng)是根據技術發(fā)展及實際開發(fā)需求，將派生式、創(chuàng)成式與人工智能(AI)及專家系統(tǒng)(ES)技術結合在一起，綜合而成的系統(tǒng)。
從上述三種CAPP系統(tǒng)中工藝文件產生的方式可以看出，派生式系統(tǒng)必須有樣板文件，因此，它的適用范圍局限性很大，只能針對某些具有相似性的零件產生工藝文件。創(chuàng)成式系統(tǒng)雖然基于專家系統(tǒng)自動生成工藝文件，但需要輸入全面的零件信息，信息需求量極大，從工藝設計的特殊性及其個性化分析，這些知識的表達和推理無法很好地實現(xiàn)。而綜合式CAPP系統(tǒng)的自優(yōu)化和自完善功能差，目前還處于理論研究和簡單應用的階段。
3．CAPP的關鍵技術
1)成組技術(group technology)
成組技術通過分類編碼系統(tǒng)把設計標準化和工藝標準化聯(lián)系起來，利用事物之間的繼承性和相似性，通過相應的分類技術，達到把表面上零亂的事物各自歸并成組的目的。
實施成組技術的首要步驟是制定適合本防爆正壓柜企業(yè)使用的產品零件分類編碼系統(tǒng)。這樣，設計部門便可據此檢索同類零件的圖紙和其他設計信息或對該類零件進行標準化工作，工藝部門則可據此并結合生產流程分析而建立工藝相似零件組，制定標準工藝和相應的生產單元。勞資部門可以據此制定和檢索同類相似零件的標準工時定額資料。財務部門可以據此核算和檢索同類相似零件的標準成本資料。
2)智能化技術
建立以交互式CAPP為基礎的制造工藝信息系統(tǒng)，并不排斥在CAPP智能化方向的努力。在建立豐富的工藝知識庫基礎上，應用各種人工智能決策技術，實現(xiàn)各階段各種有效的智能化在線輔助，仍是CAPP發(fā)展的重要目標。在一個防爆正壓柜企業(yè)CAPP應用的早期階段，交互式設計是主要的設計方式。隨著工藝數據與知識的大量積累，不僅交互式設計的效率將大大提高，更重要的是為各種智能決策功能的開發(fā)提供了很好的條件和基礎。
3)計算機輔助工藝標準化、規(guī)范化
CAPP的應用將大大促進工藝的標準化；反過來，工藝的標準化是提高CAPP應用效果的重要方面，并將從根本上提高工藝設計的質量。無論是早期的成組工藝，還是防爆正壓柜企業(yè)內部開展的標準化工作，由于受計算機應用基礎的限制，所以取得的實際效果有限。在面向產品的CAPP應用模式下，工藝的標準化、規(guī)范化可貫穿在CAPP的應用過程中，并可開發(fā)工藝標準化、規(guī)范化的計算機輔助工具軟件。
4)基于實例的相似工藝自動檢索
采用相似工藝檢索技術，不僅可大大減少工藝人員的工作強度和對有經驗工藝人員的依賴，而且會提高產品工藝的繼承性和重用性，促進工藝的標準化。而在面向產品的CAPP應用模式下，相似工藝的自動檢索是基于實例的相似工藝自動檢索。成組技術、基于實例(case-based)技術、模糊邏輯等是實現(xiàn)基于實例的相似工藝自動檢索的基礎。
5)工藝知識自動獲取
學習是智能的重要特征。機器學習是CAPP智能化的重要方面，國內外在應用 ANN(人工神經網絡)等人工智能技術進行工藝知識自動獲取方面做了許多的研究工作，但受訓練樣本等的限制，存在一定的局限性。隨著CAPP的廣泛應用，防爆正壓柜企業(yè)將積累豐富的產品工藝數據庫，數據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)技術將為提高CAPP系統(tǒng)的智能化程度提供新的方法。
4．CAPP技術當前存在的問題
總之，CAPP的研究、開發(fā)方向存在嚴重的偏差。從應用角度看，已取得的實際效益和投入的力量很不相稱；國內外的重點研究方向和當前的實際需求相去甚遠。表現(xiàn)在：開發(fā)多、應用少；開發(fā)投入多，應用維護幾乎無投入；原型系統(tǒng)多，得到實際生產應用的系統(tǒng)較少；商品系統(tǒng)很少，而且功能不足。原因可初步概括為以下幾個方面。
1)并行化問題
設計和制造是串行進行的，設計者、規(guī)劃者和制造者之間缺乏必要的通信聯(lián)系。
2)集成化問題
集成化問題具體表現(xiàn)在兩個方面：①商品化CAD系統(tǒng)的信息不能直接被CA．PP使用、增加了CAPP系統(tǒng)信息輸入的難度；②不同規(guī)劃系統(tǒng)之間相互獨立，不具備功能集成，不能滿足應急生成的需要。
3)分布式規(guī)劃問題
分布式規(guī)劃問題表現(xiàn)在：①生產過程分散，通常涉及許多部門，缺乏統(tǒng)一的管理程序，協(xié)調組織困難；②目前已開發(fā)的大部分CAPP系統(tǒng)只能提供單一操作的規(guī)劃功能，麗不適合于多個加工過程。進一步說，沒有一個CAPP系統(tǒng)是針對產品規(guī)劃進行的。
4)柔性化問題
柔性化問題表現(xiàn)在：①不同的防爆正壓柜企業(yè)不同的工藝規(guī)劃要求，好的CAPP系統(tǒng)應具有良好的適應性；②由于產品工藝規(guī)劃問題的復雜性和制造環(huán)境的多變性，好的CAPP系統(tǒng)應具有良好的穩(wěn)健性。
5)模型化問題
工藝規(guī)劃是一種層次化結構，雖然不同的系統(tǒng)有所差別，但也存在一些共性。只有充分利用這些共性的模型化、結構化特點，才能開發(fā)出充分協(xié)調局部約束的模塊化CAPP系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有穩(wěn)健性。
6)動態(tài)規(guī)劃問題
當前大多數CAPP系統(tǒng)都沒有考慮車間實時資源的動態(tài)反饋，使規(guī)劃由于
防爆控制箱工廠的意外事故和資源瓶頸，影響預定規(guī)劃的順利執(zhí)行。
7)實用性問題
目前真正在工業(yè)界應用的CAPP系統(tǒng)不多，而已經達到實用化程度、對生產實踐起到重要作用的更少，其主要原因就是系統(tǒng)的實用性差。
5．CAPP的發(fā)展趨勢
為使CAPP系統(tǒng)的實用性、適應性更強，CAPP除繼續(xù)沿著智能化、集成化、柔性化、并行化的方向發(fā)展，以及進行通用模型、非傳統(tǒng)規(guī)劃等方面的研究外，網絡化的CAPP和敏捷制造動態(tài)聯(lián)盟下的CAPP是當前CAPP的兩個重要發(fā)展趨勢。
1)網絡化的CAPP
網絡的優(yōu)勢在于數據資源的共享。基于Web的CAPP主要研究使用Internet技術和Web技術來實現(xiàn)工藝數據的查詢、管理以及工藝決策等?；诳蛻?服務器(C/S)體系結構的分布式網絡CAPP的實際需求是協(xié)同工作、知識積累和快速復用的過程?？蛻舳送ㄟ^開放數據接口來實現(xiàn)用戶對各種數據的操作，麗服務器端利用開放服務器接口為用戶提供標準、統(tǒng)一的數據庫服務，從而實現(xiàn)多用戶并行訪問一個或多個數據庫的功能。
2)敏捷制造動態(tài)聯(lián)盟下的CAPP
分布性是CAPP系統(tǒng)實用化的關鍵。動態(tài)聯(lián)盟制造環(huán)境下的CAPP系統(tǒng)應具備的特征包括：①CAPP系統(tǒng)是基于Internet/Intranet的應用系統(tǒng)，具備統(tǒng)一標準的工藝設計平臺；②支持制造資源的動態(tài)重構，并對資源數據進行動態(tài)分析和管理，優(yōu)化系統(tǒng)配置；③面向產品生產過程的工藝設計，支持產品工藝數據的管理和分析，并能實現(xiàn)制造工序在各盟員制造單元之間的優(yōu)化配置；④支持分布式的工藝設計策略，實現(xiàn)多模式的工藝規(guī)劃方法。
敏捷制造環(huán)境下的CAPP系統(tǒng)應具備重構和運行兩方面內容。重構模塊主要包含系統(tǒng)制造資源數據庫、工藝設計知識庫、輸入和輸出方式等內容；運行模塊則主要包含零件信息的描述和提取、工藝內容設計、工藝內容編輯、工序的優(yōu)化配置、工藝內容的輸出與發(fā)布等內容。
