CAPP——計算機輔助工藝設計(Computer Aided Process Planning)利用計算機技術輔助工藝人員設計零件從毛坯到成品的制造方法，是將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的一種技術，它從60年代末誕生以來，其研究開發工作一直在國內外蓬勃發展，而且逐漸引起越來越多的人們的重視。

　　CAPP的基本概念

　　工藝規程設計是機械制造生產過程中一項重要的技術準備工作，是產品從設計到制造的中心環節。在傳統生產中，工藝規程的設計是由工藝人員編制工藝文件，這些工藝文件有工藝規程卡和工序卡等。零件工程圖中規定的形狀，尺寸及公差，表面粗糙度，材料類型及加工數量等，都是影響工藝規程設計的重要因素。在工藝文件中，不僅要根據采用的加工方法確定零件的加工順序和工序內容，還須包含機床，刀具，夾具的選擇，切削用量的選擇和工時定額的計算等。

　　工藝設計是產品設計與車間生產的紐帶，是經驗性很強且影響因素很多的決策過程。當前機械產品市場是多品種小批量生產起主導作用，傳統工藝設計方法已遠不能適合當前機械制造行業發展的需要。

　　隨著計算機在產品設計和制造工程中的普及應用，應用計算機進行工藝的輔助設計已成為可能。計算機輔助工藝規程設計CAPP(Computer Aided Process Planning)受到愈來愈廣泛的重視。所謂CAPP是指通過計算機輸入被加工零件的原始數據，加工條件和加工要求，由計算機自動地進行編碼，編程，繪圖直至最后輸出經過優化的工藝規程卡片。使用CAPP不僅克服了傳統工藝設計中的各項缺點，適應當前日趨自動化的現代制造環節的需要，而且為實現計算機集成制造提供了必要的技術基礎。

　　國內外研究概況及發展趨勢

　　2.1 國內外研究概況

　　CAPP 技術作為制造業信息化的重要組成部分，是產品制造信息的集成地，也是先進制造系統的重要支撐技術之一。CAPP系統作為產品設計/制造一體化的橋梁，是 CAD/CAM 系統與PDM、MRP、ERP 等其他企業管理軟件實現集成的關鍵，是企業管理信息化的基礎。近年來，隨著計算機集成制造系統(CIMS)、并行工程(CE)、智能制造系統(IMS)、虛擬制造系統(VMS)、敏捷制造(AM)等先進制造系統的發展，對 CAPP 技術從應用的廣度與深度上，都提出了更高、更新的要求。

　　在國外，經過十多年的努力，特別是以美國、法國為代表的西方制造廠商，如Boeing、Airbus等著名公司在工藝與過程管理集成及優化方面，開發和集成了大量的CAPP 工程應用軟件和制造數據管理軟件，建立了各類工程數據庫、材料庫、設計和制造特征數據庫、典型工藝庫、典型零件庫等，初步解決了產品技術準備階段的信息集成與共享問題(如CAD/CAPP/CAM 集成)，制定了相應的企業標準規范，并成功地應用于新型飛機的研制和型號技術改造中，大大提高了設計質量、縮短了研制周期、降低了開發成本。

　　國內對CAPP的研究始于80年代初，但發展很快，特別是在國家863/CIMS計劃的支持和指導下，近年來CAPP技術已取得了很大的成績，在國內得到一定程度應用的CAPP系統有華中理工大學的開目CAPP，浙江大學的GS-CAPP，清華大學的TH-CAPP等。經過30多年的發展，CAPP經歷了檢索式、派生式、創成式的發展階段，在生產原理、系統結構、決策方法等方面日趨合理、完善。但由于CAPP系統所涉及問題的復雜性和對企業應用環境的依賴性，更由于近幾年國內外對CAPP系統的研究過分追求決策自動化，使得所開發的CAPP系統的通用性和實用性很差。大多數系統仍停留在原型系統階段，主要存在一下幾個問題： (1)CAPP系統研究與開發的目標有很大的片面性。

　　長期以來，CAPP的目標一直是開發一種能代替工藝人員的自動化系統，而不是輔助系統，過分依賴人工智能技術，缺乏自己獨立的研究思想和發展主線，降低工藝人員主觀能動性的發揮，使人在工藝設計中只能被動地為系統服務，工藝人員的知識、經驗和技能很難融入到設計過程中去，人的形象思維和創造性得不到充分發揮。

　　(2)CAPP系統的通用性差，柔性不足。

　　由于CAPP系統涉及問題的復雜性和對企業應用環境的依賴性，CAPP系統的開發基本以零件為主體對象，且主要在機械加王工藝設計領域，缺乏從整個產品的角度研究和規劃CAPP的應用與集成，使CAPP與CAD和CAM的集成變得非常困難，也使得所開發的系統通用性差、柔性不足，難以適應現代化的生產模式。

　　(3)CAPP系統開發方法與軟件生成模式研究不夠。

　　在CAPP系統的發展過程中，盡管各種新概念、新方法、新技術在CAPP系統中不斷獲得應用，一定程度上推動了CAPP的發展進程，但概括起來都是主要針對各種工藝決策功能，而對CAPP系統開發方法和軟件生成模式研究不夠。

　　2.2 CAPP的發展趨勢

　　1) 集成化

　　由于CAPP是CIMS各子系統信息匯集處，是實現CAD/CAM真正集成的關鍵環節，所以集成CAPP系統是發展的必然趨勢。CAPP集成化的基礎是CAPP的信息集成，開放式結構、分布式網絡和數據庫系統是CAPP集成化應用的支撐環境。集成化CAPP的研究主要包括兩個方面：

　　CAD/CAPP的集成。這種集成主要是系統信息的集成。它是克服CAPP系統信息輸入困難的根本途徑，也是CAD/CAPP/CAM集成成敗的關鍵。

　　CAPP/PPS的集成。這種集成主要是系統功能的集成。其實現方法主要有非線性工藝規劃、動態工藝規劃和準時工藝規劃等，其實質就是根據制造系統底層的狀態以及提供的信息生成適應性淖鈑毆ひ展娉獺?BR> 2) 智能化

　　智能化也是CAPP發展的一個趨勢。CAPP的智能化，指的是人工智能技術(AI)和專家系統技術(ES)在CAPP中的應用。工藝設計是一個典型的復雜工程問題，在很大程度上依賴于具體制造資源和設計者的經驗和技巧。專家系統技術可以靈活和有效地處理工藝決策和領域專家知識。專家系統采用獨立的知識庫，知識的擴充和修改與程序無關，使得CAPP系統可以靈活地適應各種具體場合，擴充功能。模糊理論和人工神經網絡技術在CAPP中的應用正受到越來越多的重視，它們與專家系統的有機結合，使得 CAPP系統更具柔性，能處理更為復雜的工藝過程設計問題。

　　3) 并行化

　　并行CAPP是以并行設計理論為指導、在集成化和智能化的基礎之上進一步發展起來。并行設計是并行工程(CE)的核心內容。在傳統的串行模式中，工藝設計按照一個固定的串行次序來進行。他完全根據設計之后的零件信息生成工藝規程，一旦在制造中發現產品設計或工藝設計上的缺陷，就必須重新返回來修改設計和工藝，這是一個設計上的“大循環”。而在并行設計模式中，工藝設計的各個子過程是并行工作的，它強調在產品設計的同時，考慮與制造相關的各種因素，盡早發現設計中存在的與制造相關的問題，一旦發現問題及時反饋，以保證產品的可制造性。這樣就可通過一個個串行的多次“小循環”來避免產生“大循環”，在不斷的小循環中達到并行的效果，這正是并行設計的實質。

　　4) 網絡化

　　迅速發展的Internet技術給CAPP應用領域帶來了新的活力，網絡化CAPP正是在這種環境下提出來的。它著重強調的是數據交換和資源共享。隨著計算機集成制造系統、敏捷制造和虛擬制造等新模式的出現，現代企業已越來越趨向于群體化、協作化和國際化。因此，建立在開放式、分布式的CAPP系統體系結構、支持動態工藝設計的數據模型、支持開發工具的功能抽象方法和信息抽象方法、統一數據結構以及協同決策機制和評價體系、規范、方法等方面的研究 已成為CAPP技術發展的主要趨勢。

　　5) 人機一體化

　　所謂人機一體化就是在人與計算機組成的系統中，采取以人為中心、人機一體的技術路線，人與計算機平等合作，各自完成自己最擅長的工作。人類智能與人工智能相互補充，以合理的代價實現較高的智能，進而達到甚至超過人的能力乃至智能的水平。人機一體化CAPP系統就是基于“以人為中心的人機一體化”的思想，將人工智能和人類智能結合起來，由此開發CAPP系統。

　　縱觀CAPP發展的歷程，可以看到CAPP的研究和應用始終圍繞著兩方面的需要而展開：一是不斷完善自身在應用中出現的不足;二是不斷滿足新的技術、制造模式對其提出的新的要求。因此，未來CAPP的發展，將在應用的范圍、應用的深度和水平等方面進行拓展，表現為以下的發展趨勢：

　　面向產品全生命周期的CAPP系統。CAPP的數據是產品數據的重要組成部分，CAPP與PDM/PLM的集成是關鍵。基于此點，支持產品生命周期的CAPP系統將是重要的發展方向。

　　基于知識的CAPP系統。CAPP目前已經很好的解決了工藝設計效率和標準化的問題，下一步如何有效地總結、沉淀企業的工藝設計知識，提高CAPP的知識水平，將會是CAPP應用和發展的重要方向。

　　基于三維CAD的CAPP系統。隨著企業三維CAD的普及應用，工藝如何支持基于三維CAD的應用，特別是基于三維CAD的裝配工藝設計正成為企業需求的熱點。科技部在“十五”863現代集成制造系統技術主題，將“基于三維CAD的CAPP”專門立項研究和推廣。可以預見，基于三維CAD的CAPP系統將成為研究的熱點。

　　基于平臺技術、可重構式的CAPP系統。開放性是衡量CAPP的一個重要的因素。工藝的個性很強，同時企業的工藝需求可能會有變化，CAPP必須能夠持續滿足客戶的個性化和變化的需求。基于平臺技術、具有二次開發功能、可重構的CAPP系統將是重要的發展方向。

　　CAPP在模具生產中的應用

　　模具作為高效率、大批量成形零件的重要工藝裝備，在工業生產中被廣泛應用。但是，模具產品本身結構的復雜性以及模具行業典型的單件小批量訂單式生產，決定了模具產品的制造過程不同于一般的機械產品。模具產品制造過程復雜，涉及產品成形分析、毛坯制造、各種機加工過程、裝配調整、試模調整以及模具修理等多個環節。以上各環節基本都要進行工藝規程設計并產生大量的工藝資源，主要包括工藝路線信息、材料信息、工藝流程卡、試模工藝單、修模報告、工藝調整計劃、模具明細表和模具成本統計單等各種數據和文件。

　　模具制造各環節所產生的大量工藝數據，是產品生命周期中的寶貴資源，因此，對工藝數據進行有效管理并與企業其它應用系統有效集成，可以提高工藝設計質量，為企業生產提供快速、準確的數據源，確保模具制造過程的不同階段所需信息的準確一致和實時有效，使工藝不僅成為產品設計與生產制造的橋梁，更會成為企業制造技術和經營管理實現集成的關鍵。

　　模具CAPP 特點有：①模具種類繁多;②必須與相關行業的生產機制相吻合;③必須符合企業(和行業) 的標準化要求;④能夠實現信息的集成管理。模具CAPP 系統設計的目的是：以通用模具的工藝設計為研究對象，與模具的生產管理機制相吻合，符合企業(和行業) 的標準化要求，能夠實現工藝信息的集成管理。

　　在模具設計的過程中，利用CAPP系統完成零件的工藝設計工作，可以大大的提高模具設計的效率，縮短模具生產的周期，降低模具的成本。同時利用CAPP系統的有效的信息和資源來完成模具其他的制造工藝信息，例如材料定額、工時定額、模具成本核算、各種明細表等等。為企業生產提供快速、準確的數據源，確保模具制造過程的不同階段所需信息的準確一致和實時有效。如圖1所示，為CAPP系統中零件工藝設計、材料定額、成本核算、工時定額的一種集成。

　　模具制造工藝信息中的材料定額、工時定額、成本設計以及各種BOM表都和零件的工藝設計密切相關的。傳統的CAPP系統可完成工藝過程的設計工作，但是很少涉及工藝的所有工作，尤其是大量、煩瑣的工藝管理工作。為了有效利用設計工程的信息，縮短模具設計生產周期、降低模具成本，擴充CAPP的功能。創建基于CAPP系統的子系統來生成大量的報表，材料清單、模具成本核算系統等。例如，對于模具成本核算系統，其工作過程如下：

　　(1) 根據模具類型進行初步CAPP設計，如果是常用類型(已入模具類型庫) ，調用其對應的標準工序庫或對其稍做修改;如果是新類型(模具類型庫中沒有記載)，以人機交互的方式在一定的范圍內選擇加工工序。

　　(2) 按照初步定出的工序，針對不同零件特征，以人機交互方式提供加工數據，通過工時定額子系統計算出零件的工時定額。

　　(3) 調用標準工時費用庫，利用上一步算出的時間計算出制造費用。實際上應將非制造成本攤派到工時費用中才能使最后估算值更貼近實際，因此這里稱的“制造費用”是為了簡單起見。

　　(4) 根據特殊工序要求(淬火、調質處理等)，按加工型面大小計算特殊處理費用。

　　(5) 按照尺寸大小與所選材料，調用材料價格庫，計算出材料費用。如果模架和模塊采用標準件(外購) ，調用外購件價格庫，得到外購標準件費用。

　　(6) 計算總和，即為預測成本。

　　總結

　　隨著科學技術的不斷發展，企業信息化建設的不斷深入，實用化、集成化和智能化是現代CAPP技術發展的必然趨勢。在模具制造業中開發研究模具CAPP系統，將從根本上改變企業工藝設計方式，提高模具設計及制造工藝水平，從而提高模具制造企業的生產力