面向并行工程的货车冲压件CAPP的开发与应用

   【摘  要】传统的手工工艺设计方式已严重滞碍了企业的生存和发展，为了改变这种落后的工艺设计方法，公司在“九五”期间国家“863”项目“齐车并行工程”中，冲压件CAPP作为一个分系统进行了开发、应用、实施，并实现了PDM下冲压件CAD/CAPP的集成，达到了提高工艺设计效率30%的目标。

    【关键词】并行工程/CE   计算机辅助工艺过程设计/CAPP   成组技术/GT   二维绘图软件/AutoCAD 面向对象式程序语言/VB  数据流程图/DFD 

    一、CAPP在国内外的研究与应用情况
    CAPP软件在泛CAD领域中是研究和发展较早的软件技术之一，但与同类的 CAD/CAM的软件技术相比，CAPP软件的发展却大大落后于CAD、CAM软件。于是在许多企业里，加工部门早已用上了CAM软件，产品的设计部门早已甩掉了图板，甚至用上了三维的设计和分析软件，而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔，仍然重复着几十年来的工作习惯和方法。个别企业为了追求计算机应用的普及，使用一些通用的办公软件，或者二维CAD软件来代替CAPP工作。90年代中后期，制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题，在一些企业实施了企业级的PDM或MRPII甚至ERP软件后，才发现CAPP成为阻碍企业信息化建设的瓶颈。同时一些比较敏感的专家在90年代中后期重新衡量了CAPP软件在企业内应发挥的作用，逐步抛弃了传统的CAPP的研究方法，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向为工艺设计人员的提供软件工具，同时为企业的信息化建设提供服务。CAPP产品的研发在中国开始活跃起来，CAPP软件技术得到了迅速的发展。
    90年代末，各种实用化的CAPP开始走向市场，其开发方法和重点也各不相同，有的CAPP系统在CAD图形平台的基础上开发，然后将生成的工艺数据传送到其他的数据库系统中，有的CAPP系统在某种特定的数据库系统上生成工艺数据，然后在CAD平台上生成工艺卡片，甚至也有CAPP系统是纯粹的工艺卡片的填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些CAPP软件能为工艺人员提供一定的服务。
    以上CAPP系统都不能满足企业工艺设计的全过程要求，也不能满足现代企业对信息化建设的需求。现代CAPP，即面向并行工程、集成化的工艺设计平台将成为目前和今后CAPP研究开发的重点。

    二、冲压件CAPP在并行工程中的地位及其应用需求
 
    2.1 并行工程简介
    并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进设计、制造模式；是采用多学科团队和并行过程的集成化产品开发模式。它把传统的制造技术与计算机技术、系统工程技术和自动化技术相结合，在产品开发的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素，力争使产品开发能够一次获得成功。从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本。并行开发流程如图1所示：

    2.2 冲压件CAPP在并行工程中的地位
    由图1可知，计算机辅助工艺过程设计(CAPP)是并行工程不可缺少的关键技术，是连接CAD与CAM的桥梁。而冲压工艺设计又是我公司工艺过程设计的核心，在实现钣金CAD/CAPP/CAM的集成框架中，起着承上启下的作用。
   
    2.3 并行工程对冲压件CAPP的应用需求
    传统的CAPP不具备与产品设计并行交互的能力，不能对产品或零件进行可制造性评价并反馈结果，为实现计算机辅助并行工程，面向并行工程的CAPP是关键。为了达到这一目的，设计者可以在设计中的任何阶段将设计结果移交工艺评价模块，并根据评价结果修改模型或继续设计。并行工程对本项目的具体要求应达到以下两点：
   
    2.3.1 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、封面、目录、 说明的编制，以及工序图的绘制。
   
    2.3.2 应实现钣金件CAD/CAPP/CAM的初步集成。
   
    三、冲压件CAPP研究开发工作的基础
    我公司自九Ｏ年开始了CAPP和工艺CAD的应用研究工作， 现已初步形成了微机CAPP和工艺CAD的应用环境。几年来，我公司以微型计算机为硬件工作环境，围绕工艺中的重点和瓶颈环节，先后完成“工艺路线辅助设计(CAPP)系统”、“工艺定额辅助编制系统”的开发研制工作，基本实现了利用计算机完成工艺路线编制、工艺定额制定、等项工作。工艺CAD与CAPP系统，在新产品开发，对外招标及重大技术改造等项目的工艺准备和工艺、工装设计中，发挥了较大作用，为新产品开发作出了应有的贡献。
    但是，作为工艺过程设计的核心，货车冲压件工艺过程卡的编制一直沿用传统的手工编制。其主要原因是这样一种CAPP系统是集表格处理、文字处理、图形处理，数据库访问综合技术应用的复杂系统，受当时软、硬件的限制，国内外的应用水平都很低，无法保证高效率、高质量地完成工艺设计。
    在市场经济的大环境和企业产品多变的局部环境的影响下，“铁路货车冲压件计算机辅助工艺设计系统”被列为齐车（集团）公司并行工程必须解决的关键技术。

    四、冲压件CAPP研究开发工作内容：

    4.1、冲压件CAPP研究开发方法和技术路线
    4.1.1 基本方案
    结合货车冲压件主要是型材和板件，而我们开发货车冲压件计算机辅助工艺设计的目标旨在大幅度提高工艺卡片编制速度，避免人的重复劳动，能在一定的程度上保持工艺设计的一致性，鉴于以上情况，我们选择了变异型ＣＡＰＰ系统。
   
    4.1.2 变异型ＣＡＰＰ系统的基本原理
    本系统利用零件的相似性归类成族，建立零件族主样件的典型工艺规程即标准工艺规范，它按零件族的编码作为关键字存入系统数据库，标准工艺规范的内容包括完成该零件族零件加工所需的工序、设备、工装及其加工顺序。对一个新零件的工艺设计，按照其成组编码，确定其所属零件族，对其标准工艺规程进行检索、筛选、编辑，最后得到其加工过程。

    4.2 用户编码系统
    4.2.1 成组技术的概述
    成组技术（ＧＴ）是一门生产技术科学，利用事物相似性，把相似性问题归类成族，寻求解决这一类问题的最优方案，从而节约时间和精力取得所期望的经济效益。
  
    4.2.2 参照ＪＬＢＭ－１系统制定出本系统的编码系统
    零件编码系统是由代表零件的设计和制造的特征符号所组成，这些符号代码可以是数字，也可以是字母，或者两者都有。在成组技术实际应用中，有三种编码结构。
    ①、层次结构  在层次结构中，每一个后级符号的意义取决于前级符号的值。这种结构亦称为单码结构或树状结构。由层次代码组成的层次结构具有相对的密实性，能以有限个位数传递大量有关零件信息。
    ②、链式结构  在链式结构中，那些有序符号的意义是固定的，与前级符号无关，这种结构亦称为多码结构。它要复杂些，因而可以方便处理具有特殊属性的零件，有助于识别具有工艺相似要求的零件。
    ③、混合结构  工业上大多数商业零件编码系统都是由上述两种编码系统组合而成，形成混合结构。混合结构具有单码结构和多码结构共同的优点。典型的混合结构都是由一系列较小的多码结构组成，这些结构链中的数据都是相互独立的，但整个混合代码中，需要有一个或几个数字用来表示零件的类别，这和层次结构一样。混合结构能最好地满足设计和制造的需要。
    ＪＬＢＭ－１系统是我国机械工业部门为在机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统，这个系统经过先后４次修订，已于１９８４年作为我国机械工业部的技术指导资料。它是一个十进制的１５位代码的混合结构，针对我厂工艺设计的要求，参照ＪＬＢＭ－１编码系统，制定出一套十一进制的11位代码的编码系统，其混合结构示意图如下所示：

   4.3 系统的总体结构

   4.3.1 功能模块结构

   4.3.2 程序主流程图

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    4.3.3 数据流程图（ＤＦＤ）

<DIV>    数据流程图（ＤＦＤ）  ＤＦＤ是一种描述数据流及处理的图形表示，数据流入系统后，经过一系列的变换（或称处理），最后输出新的数据。本系统的ＤＦＤ图如下所示：</DIV>

   4.4 软件与硬件系统确定
    4.4.1 冲压CAPP系统需要下列软件环境：
    ●中文Visual Basic 6.0 for Windows
    ●中文AutoCAD R14.0 for Windows

    4.4.2 冲压CAPP系统需要下列硬件环境：
    ●微机三台。
    ●最小幅面A0的绘图仪一台。

    五、经过研究开发形成的论点和导出的结果等
    5.1 CAPP系统是一个表格处理、文字处理、图形处理，数据库访问综合技术应用的复杂系统
    CAPP系统不能满足工艺设计人员的工作习惯一直阻碍着CAPP系统的推广，所以CAPP软件必须是人性化的，完全所见即所得，符合软件通用操作规则的交互界面。
    首先CAPP系统必须能根据企业的不同要求来定制实施，必须让企业自己来完成这种定制，因为企业的工艺技术条件，和企业工艺资源数据是在不断变化的，企业的工艺标准也可能变化。CAPP系统中有大量的表格，CAPP中表格的处理技术是关系到CAPP易用性的关键技术，CAPP表格的定制和修改要求能所见所得的操作，自动编号，表格中既能填写文字又能填写工艺符号，并能支持复制，粘贴等标准的文字处理软件的工作习惯。
    另外CAPP生成的图形格式要求最好是能被大多数的软件系统识别，这样便于在其它集成信息系统中，如PDM系统中来浏览和打印。也有CAPP系统通过OLE（ObjectlinkingandEmbedding）的方式来完成在其它系统中来浏览和打印CAPP的表格，这样要求CAPP软件必须与其它系统安装在同一台计算机上，计算机的资源比较浪费。也有制作专用浏览和打印控件，然后集成到其他系统中来完成该功能的，但是一旦图形格式发生变化（非通用的图形格式容易发生改变），必须升级所有系统中的该控件。用WMF（Windows-formatedmetaFiles）或EMF(Enhanced-formated MateFiles)的图形格式来存储CAPP的表格图形是比较好的办法，因为WMF和EMF几乎是所有系统支持的图形格式，它与具体的图形设备没有关系，能直接向各种打印设备输出。另外OLE所生成的图像就是WMF格式，使用WMF格式能保证CAPP表格中使用的OLE对象能自然的得到支持。

    5．2 工艺数据的格式化是CAPP的关键技术
    一个工艺设计中涉及的工艺数据多种多样，有反映产品属性的数据，有反映工艺技术条件和装备的数据，有反映加工的工序、过程和步骤的数据，也有反映工艺简图的图形数据。同时各种工艺数据有一定的联系。对所有这些数据进行归纳和总结，并进一步抽象，得到一个能对所有的工艺数据进行格式化处理的软件模型是CAPP首先要考虑的问题。工艺格式的概念从而产生。
    工艺格式是一个完整的工艺中所包含的工艺数据及其类型以及工艺数据之间的结构关系的总和，即工艺数据的组织。工艺格式在工艺卡片和工艺数据之间架起了抽象的桥梁，使企业关心的所有工艺数据都能通过固定的数据库结构去描述，也能通过不同的工艺卡片去反映。工艺卡片只是工艺数据的一种“视图”，对工艺卡片中数据的修改，实际上是对数据库中工艺数据的修改，两者是双向关联的。
    数据、格式、卡片符合三层结构，如下图所示：

   六、应用情况
    货车冲压件CAPP的开发于应用，为齐车（集团）公司提高工艺设计效率30%；减少了工艺设计环节，减少了差错；提高了工艺设计质量和工艺设计标准化；使工艺设计人员从繁重的、重复的传统工艺设计中解脱出来，使其有更多的时间从事新技术、新工艺的研究。
    该系统在“十车”会战，以及2000年“澳车”会战中作出了卓越的贡献。缩短工艺设计周期1/2，为公司如期交车赢得了宝贵的时间。

    七、结束语

    通过CAPP的开发与应用 ,使齐车(集团)公司进一步认识到企业现代化的技术支撑是高新技术 ,用计算机信息技术完成传统设计、管理的改造是生存和发展的需要。