渦輪葉片作為航空發(fā)動機的關鍵部件之一.其設計結構和制造質量是影響發(fā)動機整體性能的重要因素。為使渦輪葉片能承受更高的溫度。現(xiàn)代航空發(fā)動機采用全新的結構設計和超高溫合金。使用先進的冷卻技術，通過渦輪葉片內許多精細而復雜的冷卻通孔對葉片進行對流、沖擊和局部氣膜冷卻。這種設計必然導致渦輪葉片具有復雜的內型和外型。將大大增加其制造難度，延長其制造周期。如何提高航空發(fā)動機渦輪葉片的制造工藝水平，縮短制造周期，不僅是影響我國新機研制水平的核心問題;同時對于批量生產而言，也是影響我國航空工業(yè)的發(fā)展和國防安全建設的一個關鍵問題。目前，航空發(fā)動機渦輪葉片主要采用無余量熔模精密鑄造輔以機械加工的工藝來完成。常規(guī)流程首先必須通過模具成型的方式獲取精密鑄造所使用的精確蠟型和陶瓷型芯.然后通過蠟模匹配壓型、制殼等直至完成這些航空產品的精密鑄造。在這一系列工藝過程中蠟型和陶瓷型芯精鑄模具的設計和生產是其"瓶頸"，是整個工藝過程中最復雜、周期最長的工藝。本文對CAPP(Computer Aided Process Planning)技術在渦輪葉片精鑄模具的設計和制造技術中的發(fā)展和應用作一介紹。

　　1 CAPP技術在模具制造中的作用

　　渦輪葉片等航空產品精鑄模具，是一種高科技產品。又是一種技術密集型產品，加之各國為了國防安全進行嚴密的技術封鎖，因此現(xiàn)有渦輪葉片精鑄模具的設計和生產水平已成為影響我國航空發(fā)動機乃至現(xiàn)代航空工業(yè)發(fā)展的因素之一。

　　隨著工業(yè)的迅速發(fā)展。對模具工業(yè)的要求是：面對工業(yè)產品的快速更新?lián)Q代。模具業(yè)應做出敏捷的反應。并能快速、高質、低價提供所需的各類模具，來完成產品的制造。顯然，傳統(tǒng)的模具設計與制造模式是難以達到這種要求的。業(yè)已證明，要達到這樣的要求，唯一的出路是進行模具工業(yè)的技術改造。用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的設計與制造技術水平，是推動模具工業(yè)技術進步的關鍵環(huán)節(jié)。

　　CAPP是運用計算機技術協(xié)助工藝設計人員進行工藝設計的一種技術。是以計算機技術為支撐的信息時代環(huán)境下的產物。與傳統(tǒng)的工藝設計相比，它在設計方法、設計過程、設計質量和效率等各方面都發(fā)生.了質的變化。其主要優(yōu)點在于，CAPP可以使工藝設計人員擺脫大量、繁瑣的重復勞動;縮短工藝設計周期，保證工藝設計質量，提高產品的市場競爭能力：提高產品工藝的重用性，最大限度地利用現(xiàn)有資源，降低生產成本;使沒有豐富經驗的工藝師設計出高質量的工藝規(guī)程，以緩解當前制造業(yè)工藝設計任務繁重但缺少有經驗工藝設計人員的矛盾;有助于推動企業(yè)工藝設計的標準化和工藝管理的科學化。目前.我國在采用CAPP技術設計和制造模具方面。無論是從應用的廣泛性還是技術水平上來看。都與發(fā)達工業(yè)國家存在較大的差距。尤其是在應用CAPP技術進行工藝過程設計方面，效果很不理想，需要進行大量的標準化基礎工作。

　　目前。某些數(shù)控技術實驗室對結構復雜盼渦輪葉片在UG二次開發(fā)的基礎上完成了精鑄模具3D設計及裝配干涉仿真.制造過程主要采用數(shù)控加工及特種加工的方式，但工藝過程設計現(xiàn)仍采用傳統(tǒng)的手工編制的方式。致使設計與制造完全脫離。手工編制工藝的主要瓶頸表現(xiàn)在：要求設計人員具有豐富的生產經驗、設計過程任務過于繁瑣、工藝數(shù)據(jù)的準確性難以保證以及信息集成度低等方面。渦輪葉片精鑄模具的結構和活塊零件的形狀較復雜.工藝設計易受到諸如企業(yè)生產環(huán)境、制造資源、生產批量、工藝習慣、工藝方法、工藝設計人員工藝水平等因素的影響：隨著信息技術、計算機水平的不斷發(fā)展.現(xiàn)行通用CAPP系統(tǒng)在對渦輪葉片精鑄模具的工藝設計過程中無法針對具體產品、具體制造環(huán)境做到高質高效的應用。因此，針對數(shù)控技術實驗室的資源環(huán)境和工藝人員的使用需求，開發(fā)實用型渦輪葉片精鑄模具CAPP系統(tǒng)具有重要意義。

　　2 實用型渦輪葉片精鑄模具CAPP系統(tǒng)的主要內容

　　工藝設計就是為被加工零件規(guī)定合理的工藝過程、工藝操作規(guī)程、工藝裝備和工藝參數(shù)等，它是一項經驗性很強且隨著制造環(huán)境的變化而多變的決策過程，是連接產品設計與產品制造的橋梁，它的質量和效率直接影響企業(yè)制造資源的配置與優(yōu)化、產品質量、生產組織效率、產品成本與制造周期等方方面面。當前，科學技術飛速發(fā)展。產品更新?lián)Q代頻繁，多品種、小批量的生產模式已占主導地位，傳統(tǒng)的工藝設計方法已不能適應制造業(yè)的發(fā)展需要。其主要表現(xiàn)在于采用人工設計方式。設計任務繁瑣、重復工作量大、工作效率低：設計周期長，難以滿足產品開發(fā)周期越來越短的需求：受工藝人員的經驗和技術水平限制，工藝設計質量難以保證;設計手段落后，難以實現(xiàn)工藝設計的重用性、規(guī)范性、標準化和科學化。顯然。傳統(tǒng)工藝，設計方式已不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的要求。

　　針對在PDM、網絡和并行工程環(huán)境下中小型航空發(fā)動機關鍵零件設計制造中遇到的難題.深入研究航空產品精密模具先進設計和制造方法.以及現(xiàn)有設計體系中的專業(yè)軟件、工程數(shù)據(jù)等資源的信息集成的相關技術是實現(xiàn)"渦輪葉片精鑄模具CAPP系統(tǒng)"的重要內容。

　　工藝規(guī)程設計是CAPP最基本和最核心的功能。針對數(shù)控技術實驗室的制造環(huán)境，深入研究工藝規(guī)程設計理論并開發(fā)實用型渦輪葉片精鑄模具工藝規(guī)程設計原型系統(tǒng)，整合重復性工作，尋找工藝規(guī)劃規(guī)律，規(guī)范工藝規(guī)劃過程，提高信息集成度，對于降低設計人員的工作強度，縮短工藝規(guī)劃周期，增強產品的經濟時效性具有重要意義。同時。可以為深入開發(fā)渦輪葉片精鑄模具CAPP系統(tǒng)及數(shù)控技術實驗室全面實施信息化制造打下良好的基礎。

　　3 CAPP發(fā)展歷史回顧

　　CAPP在制造領域內，工藝設計自動化是發(fā)展最遲的一部分。早在1952年美國麻省理工學院就已研制成功NC機床.在1963年又發(fā)表了CAD的研究成果。而且NC技術、CAD技術很快就在生產實踐中得到了應用，自動化、柔性化的程度越來越高。而由于工藝過程設計涉及的因素非常的廣泛.隨機性大，很難用簡單的數(shù)學模型進行理論分析，所以工藝設計長期處于手工操作和憑借經驗的狀態(tài)。以至于效率低下。世界上最早進行工藝設計自動化研究的國家是挪威。他們從1966年開始研制。到1969年正式發(fā)表了世界上第一個CAPP系統(tǒng)--AUTOPROS系統(tǒng)。它是根據(jù)成組技術原理.利用零件的相似性去檢索和修改標準工藝來制定相應零件的工藝規(guī)程。AUTOPROS系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起了世界各國的普遍關注。接著，美國的CAM-I公司也研制出了在CAPP史上具有里程碑意義的CAPP系統(tǒng)。它的工作原理也是基于將零件按成組技術分類系統(tǒng)進行編碼，形成零件族，再建立零件族的標準工藝，并通過對標準工藝文件的檢索和編輯產生零件的工藝規(guī)程。在隨后的30多年時間里，CAPP一直處于研究的高潮。并研制出了許多的CAPP系統(tǒng)。比較著名的有美國1976年開發(fā)的APPAS系統(tǒng)(適用于所有零件);美國工藝研究中 (UTRC)1971年開發(fā)的CPPP系統(tǒng)(適用于回轉零件);阿亨工業(yè)大學1980年研制的回轉體或板狀零件的CAAP系統(tǒng)-AUTAP;還有美國切削研究協(xié)會(Met cut)研制的AUTOPLAN系統(tǒng)等等。各國CAPP系統(tǒng)主要集中用于回轉體零件，其次為棱柱形零件和板塊類零件，其它非回轉類零件應用較少。我國由于計算機技術發(fā)展起步較晚等原因。對CAPP的研究始于上世紀80年代初期，但與世界先進水平相距不遠。特別是在國家863/CIMS計劃的支助和推動下。近年來CAPP技術已取得很大的成績。國內最早開發(fā)的CAPP系統(tǒng)是同濟大學的修訂式TOJICAP系統(tǒng)和西北工業(yè)大學的創(chuàng)成式CAOS系統(tǒng).完成時間都在上世紀80年代初;最早開展CAD/CAPP/CAM智能集成化研究與原型系統(tǒng)開發(fā)的是清華大學(用于國家CIMS實驗工程的箱體類零件，1987～1993年)和西北工業(yè)大學(用于國家CIMS實驗工程的回轉體零件，1987～1993年);第一個有重要實用價值、并取得突出社會和經濟效益的智能集成化FA-CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)是由西北工業(yè)大學、航空部625所在成都飛機工業(yè)公司開發(fā)的(1991～1994年)，其中由西北工業(yè)大學開發(fā)的FA.CAPP分系統(tǒng)在工藝過程設計上是完全自動決策的創(chuàng)成式專家系統(tǒng)(1999-2000年)。

　　從上世紀80年代開始，人們探索將人工智能、專家系統(tǒng)等技術應用于工藝過程設計的研究中，研制成功了所謂基于知識的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)或CAPP專家系統(tǒng)。近10年來.開始將人工神經網絡、模糊推理以及基于實例的推理等技術用于工藝設計之中，并進行了卓有成效的實踐。同時將傳統(tǒng)派生法、傳統(tǒng)創(chuàng)成法與人工智能結合在一起，綜合它們的優(yōu)點，構造了所謂的混合式CAPP系統(tǒng)。但是，由于工藝過程設計是一門經驗性很強的科學，這使CAPP開發(fā)存在許多難題。所開發(fā)的系統(tǒng)，多數(shù)都是原型系統(tǒng)，知識數(shù)量少，功能有限，難以滿足實用化要求。其應用的廣度和深度與企業(yè)的實際需要相差甚遠，得到實際應用的系統(tǒng)僅為極少數(shù)。

　　4 CAPP的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　(1)發(fā)展緩慢。迄今為止，盡管在研究和開發(fā)工作中進行了各種努力，并開發(fā)了許多CAPP系統(tǒng)，但遠遠跟不上CAD、CAM發(fā)展的步伐。

　　(2)應用情況不盡人意。到目前為止，應用于工廠的CAPP系統(tǒng)大多只能完成用計算機代替手工操作的作用.大多數(shù)功能還得依靠人機交互或手工來完成，其完成的功能有限.難以在生產過程中發(fā)揮其應有的作用。

　　(3)CAPP的開發(fā)和應用處于孤島狀態(tài)。目前，仍有85%以上的工藝規(guī)程還是手工編制的。即使采用了CAPP系統(tǒng)的企業(yè).其CAPP系統(tǒng)與產品設計、生產計劃、工時定額、材料定額等活動是隔絕的，這種孤立的CAPP沒有充分考慮到制造資源的實際情況。難以適應環(huán)境的變化，這大大的限制了其柔性和應用的推廣。

　　總之，CAPP的發(fā)展仍處于探索階段.尚存在許多問題需要解決。目前，CAPP技術的研究和發(fā)展有兩種趨勢：一是技術化趨勢，即在原有CAPP的開發(fā)模式、體系結構框架內。結合現(xiàn)代計算機、信息等相關技術的進展，采用新的決策算法、發(fā)展新的功能，并已在并行、智能、分布、面向對象等方面進行著有益的嘗試。二是實用化趨勢。即跳出幾十年來延續(xù)下來的CAPP傳統(tǒng)模式，面向具體生產環(huán)境，面向實際應用，面向最基本的需求.利用成熟的技術，建立各種計算機輔助功能模塊。幫助工藝人員高質高效地完成工藝任務，通過廣泛、實際的應用促進其發(fā)展。