CAPP系列讲座（二）企业工艺设计基础及对CAPP系统提出的要求

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目前强有力的市场竞争推动着技术和社会进步，使得制造业中各种技术得到空前发展。随着计算机在制造企业中的深入应用，计算机辅助工艺设计成为可能。计算机辅助工艺规程设计（CAPP—Computer Aided Process Planning）在现代制造业中，具有重要的理论意义和广泛、迫切的实际需求。因为CAPP系统的使用，不仅可以大大提高工艺规程设计效率和质量，而且保证了工艺设计的一致性、规范化；更重要的是工艺设计数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等重要的依据。然而，在国内CAPP的发展和应用远远跟不上CAD、CAM、MRPII、PDM等系统的步伐。

一、        企业设计基础的基本状况

工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程是进行工装制造和零件加工的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是生产中的关键性工作。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。
工艺设计正处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及时间定额（工时定额），甚至传统习惯等方面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂，工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。

企业工艺文件的形式多种多样，繁简程度也有很大区别，主要决定于生产类型。以机械加工为例：在单件小批生产中一般只编制综合工艺过程卡，供生产管理和调度用。至于每一工序具体应如何加工，则由工人自己决定，对关键或复杂零件才制订较为详细的工艺规程。在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。大批大量生产中则要求完整和详细的文件，除工艺过程卡外，对各工作地点要制订工序卡片或分得更细的操作卡、调整卡以及检验卡等。各企业采用的工艺文件并无统一格式。

工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件，工艺设计的主要内容有：
◆        选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等。
◆        安排合理的加工顺序。
◆ 选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差。
◆ 选用合理的切削用量。
◆ 计算时间定额和加工成本。
◆ 编制包含上述所有资料的工艺文件。
    工艺设计包含的内容和基本流程为：产品由设计部门产生设计图纸后，首先要转到工艺部门进行工艺审查，工艺审查的目的是了解设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理方法等方面的信息对其进行工艺性分析和审查（工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，加工制造和维修的可行性和经济性）。经过工艺审查后，工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的修改，此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。
在设计进行产品图纸设计时，工艺部门同时要做的是工艺总方案的设计及编写，此时的工艺文件是“工艺总方案”。
修改后的设计图纸转到工艺部门后，工艺要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制，基于工艺规程，工艺人员要完成如“设备汇总”，“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工装申请，进行工装的设计。在此之后，制造部门及物资供应部门将以此为依据，进行物资供应及生产的组织，调度。在生产过程中，部分工艺规程的内容会有所调整和修改，相应的工艺汇总文件必须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。
产品经试制，修改到最后定型。定型后的产品其图纸、工艺都要随之定型，定型后的工艺要进行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的，需修改时，除同设计部门一样需填写“工艺更改通知单”外，还要经过非常严格的审批。
通常，产品都要经过如上的工艺设计过程，对于不同的企业，因其规模、企业性质等的不同，工艺设计的具体过程可能有所不同，但内容大同小异。在工艺设计过程中产生的许多重要的工艺文件对指导企业制造系统和物料供应系统的调度有着直接的影响。

长期以来，传统的工艺设计都是采用手工方式，这种方式存在以下几个方面的问题：
 设计效率低下，存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写，光是花费在书写工艺表格上的时间就占30%左右，而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时，原有的工艺规程就不再使用，必须重新设计一套产品的工艺规程，既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同，也必须重新设计。
 不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。
 不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。
 当代制造领域中，多品种小批量生产的企业大量增加，制造系统正逐渐从刚性（高效率的大批量生产模式）向柔性（高效率多品种小批量生产模式）转变，这要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规化、制造与管理的全过程。显然，传统的手工设计方式已不能满足上述要求。

    工艺工作贯穿于企业的整个生产活动中，在各个方面都充满着“个性”。工艺设计所涉及的因素不仅是大量的，而且是极其错综复杂的，如企业的生产类型、产品结构、工艺准备、生产技术发展等的影响，甚至受到管理体制的制约。上述因素中的任何变化，均可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对使用环境的极大依赖性就必然导致工艺设计的动态性。

二、        企业工艺设计对CAPP系统提出的要求

计算机的发展及其在制造业中的广泛应用，为工艺设计提供了理想的工具。工艺设计主要是在分析和处理大量信息的基础上进行选择、计算、绘图（工序图）以及编制工艺文件等，而计算机能有效地管理大量的数据，进行快速、准确的计算，进行各种形式的比较和选择，这些功能恰恰能适应工艺设计的需要，于是出现了计算机辅助工艺设计，简称CAPP。CAPP系统围绕工艺数据来解决企业的工艺设计问题。CAPP系统中产生的大量工艺数据要提供给设备部门、劳资部门、生产部门、财务部门等等。由这些管理部门依据工艺数据来安排和组织生产，因此在CAPP系统中工艺数据是致关重要的。而作为工艺数据表现形式的工艺卡片应该是可以改变，可有、可无的。作为企业信息化建设中的一部分，CAPP应从设计、管理、集成等多方面来解决企业的工艺设计问题。

1．        基本要求
为了适应极其错综复杂的制造环境，企业工艺设计对CAPP系统提出以下要求：
 基于产品结构：在企业中，一切生产活动都是围绕产品而展开的。产品的生产过程也就是产品属性的生成过程。工艺文件作为产品的属性之一，应在工艺设计计划指导下，围绕产品结构（基于装配关系的产品零/部件明细表）展开。基于产品结构进行工艺设计，可以直观、方便、快捷的查找和管理工艺文件。
 工艺管理：在工艺工作中，工艺管理是非常重要的一部分，它包括产品级的工艺路线设计、材料定额汇总等。对于工艺设计和成本核算起着指导性的作用。
 工艺设计：这是工艺工作的核心工作，CAPP应高效率、高质量的保证工艺设计的完成，一般包括：工艺过程卡和工序卡的编制、工序图的绘制等。
 资源的利用和管理：在工艺设计的过程中，需要用到企业资源，所谓资源就是工艺设计需要支配工艺资源数据（设备、工装物料和人力等），需要应用工艺技术支撑数据（工艺规范、国家/企业技术标准），需要参考工艺技术基础数据（工艺样板、工艺档案）。各个企业的资源是不同的，并且使用资源的方式也是不同的。CAPP系统应广泛而灵活的提供资源内容和资源使用方式以及资源的管理与维护。
 工艺汇总：也是工艺工作的一部分。工艺汇总卡片中的数据基于工艺规程，工艺规程中的工艺数据修改后，必须修改汇总卡片中的相关内容。
 工艺设计管理：诸如“工艺设计目录”、“工艺设计文件封面”、“工夹具申请单”等的填写对于规范工艺文件管理有着极为重要的意义。
 流程：工艺设计要经过设计、审核、批准、会签等的工作流程。CAPP系统应能实现这种工艺工作中流程作业。
 工艺设计的后处理：对定型产品的工艺进行分类归档，以及归档后的有效利用。
 标准工艺：CAPP系统中应有标准或称典型工艺的存储、查询和利用。在工艺设计中根据相似零件具有相似工艺的原理，常常有作为以后进行类似工艺设计的参考或模板。手工设计时，称其为“哑工艺”。

企业各个专业工艺设计的基本要求是大同小异的。作为一个实用的CAPP系统必须能够适应这些基本功能的要求，甚至还要包括一些更智能的功能，如：实现工艺设计所需信息的描述和代码化（特征信息标识和工艺知识）；将工艺设计所需信息的数据结构型式的合理制定等等。

2．        专业化要求
    因为工艺设计的“不一致性”，通用型的CAPP系统不能满足企业特殊的需求，为了能使CAPP系统在企业中更好的推广应用，CAPP系统应提供更好的开发模式。传统专用型CAPP系统虽然针对性强，但由于开发周期长、缺乏商品化的标准模块、适应性差、系统很难维护等缺点，已经很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化了。而应用面广、适应性强的平台型CAPP系统，已经成为开发和应用的趋势。
平台型CAPP系统把系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用户可以通过友好的用户界面根据本企业的情况输入数据和知识，针对不同的应用环境，形成面向特定的制造环境和工艺习惯的具体的CAPP系统。可以将二次开发平台提供给用户，使用户可以进行CAPP系统的二次开发，在开发平台上构造符合用户需要的专业CAPP系统。从理论上讲，它可以适应各种应用环境，具有较好通用性和柔性；而且由于还具有二次开发能力，能适应企业内部发生的较大的变化。

3．        集成化的要求
企业实施CAPP技术的目的并不是“放下钢笔，甩掉手册”，而是为企业的信息化建设准备准确的数据。
    计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术：CAPP系统，集成化是必然的。在并行工程思想的指导下实现CAD/CAPP/CAM的全面集成，进一步的发挥CAPP在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用，这包括：与产品设计实现双向的信息交换与传送；与生产计划调度系统实现有效集成；与质量控制系统建立内在联系等。

    目前，国内计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。由于计算机在企业中的应用，尤其是在生产工程中的应用还刚刚起步，很多企业还是空白，因此企业对CAPP应用开发还应注意以下几个问题：
 企业需要安装简便、人机界面友好的CAPP系统。操作复杂，数据准备和系统调试时间长，需要大量培训才能使用的CAPP系统很难让用户接受。
 实用性强的CAPP系统。操作使用应符合工艺设计人员的工艺设计习惯，使之能迅速掌握。这样CAPP系统才在企业中能得以推广。
 开放性好的CAPP。由于制造环境的多样化和复杂性，好的CAPP系统应当满足：提供用户可以构造适合于本企业制造环境的CAPP平台系统；当用户实际的经验与系统的解答不一致时，系统的推理和决策方法能方便的被用户修改。
 柔性。企业欢迎的CAPP系统应具有较好的柔性，能适应企业不同的产品和生产要求，能满足不同的经营目标和生产计划方案。
 能满足集成要求。集成化发展是现代制造业的发展趋势，也是CAPP系统的发展趋势，因此目前应用CAPP应注意CAPP系统的底层数据结构能否满足集成要求。
  CAPP系统要考虑国内企业的管理模式

三、        结束语

计算机技术的发展为CAPP技术的发展提供可能，要真正实施CAPP还得根据企业的实际情况，不能盲目追求全面自动化，而不注重工艺人员素质的提高和基础数据的准备。CAD技术在我国的全面发展是从宋健同志一句“甩掉图版”开始的，那么CAPP技术也应当从“甩钢笔”开始，先实现工艺规程电子化，为工艺设计过程的全面电子化打下良好的技术基础，为企业全面实施信息化建设打下良好的数据基础。

下期内容：CAPP系统的功能、开发模式及解决企业工艺设计哪些问题

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