機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著制造業(yè)現(xiàn)代化的需要，正向高質(zhì)量、高效率、低成本、柔性化和自動化方向發(fā)展。CAPP在計算機輔助設(shè)計與制造以及企業(yè)信息化建設(shè)中，起著重要作用。CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用，更是實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)以零件為主要對象，強調(diào)對零部件幾何與工藝信息的獲取，和對零部件制造信息的輸出，但難以覆蓋產(chǎn)品的全部零件。交互式CAPP系統(tǒng)，根據(jù)工藝過程沒計的特點和工藝人員編制工藝時的思維模式，采取“以人為中心，人機結(jié)合”的原則，建立起人機結(jié)合的交互式CAPP系統(tǒng)。

　　1 交互式CAPP系統(tǒng)分析

　　1.1 系統(tǒng)特點分析

　　交互型系統(tǒng)是按照不同類型零件的加工工藝需求，以人機對話的方式，完成工藝規(guī)程設(shè)計的系統(tǒng)。工藝設(shè)計人員根據(jù)屏幕上的提示，進(jìn)行人機交互操作，形成所需的工藝規(guī)程。它比綜合式CAPP系統(tǒng)更靈活方便，將一些經(jīng)驗性強、模糊的、難確定的問題留給用戶，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)難度，有可能開發(fā)出較通用的系統(tǒng)。

　　交互式CAPP系統(tǒng)與其他傳統(tǒng)CAPP系統(tǒng)相比，具有如下特點：

　　(1)開放性。軟件的結(jié)構(gòu)開放，工藝人員可以根據(jù)不同的需要定義不同的工藝信息，建立工藝知識庫、工藝規(guī)則庫等。

　　(2)智能性。交互式工藝設(shè)計不應(yīng)是單純的工藝表格填寫，而應(yīng)是在數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持下，以工藝知識庫，工藝規(guī)程庫為基礎(chǔ)，實現(xiàn)工藝設(shè)計的智能化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

　　(3)交互性。采用交互式技術(shù)，充分利用各種典型工藝知識和工藝數(shù)據(jù)庫，既可方便工藝設(shè)計，又能便于知識獲取。實現(xiàn)經(jīng)驗的繼承應(yīng)用，采用人機交互，把工藝人員綜合到整個系統(tǒng)中去，充分利用、發(fā)揮工藝人員的智能優(yōu)勢。

　　1.2系統(tǒng)模型分析

　　交互式CAPP系統(tǒng)(又稱檢索式CAPP系統(tǒng))。采用以人機交互為主的工作方式，操作人員在系統(tǒng)的提示引導(dǎo)下，回答工藝設(shè)計中的問題，對工藝過程進(jìn)行決策。因此這種CAPP系統(tǒng)工藝過程設(shè)計的質(zhì)量對人的依賴性很大。

　　(1)零件信息模型的建立。零件信息模型是計算機內(nèi)部對零件信息的描述與表達(dá)方式，是計算機進(jìn)行零件設(shè)計、工藝決策、工序尺寸鏈計算、工序圖生成、道具路徑規(guī)劃、NC程序生成以及加工過程仿真等的依據(jù)和核心。在這個模型中，要求能對零件信息進(jìn)行輸入以及維護(hù)。

　　(2)工藝數(shù)據(jù)庫的建立。CAPP系統(tǒng)需要調(diào)用大量相關(guān)聯(lián)的工藝數(shù)據(jù)，工藝數(shù)據(jù)庫是CAPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺。交互式CAPP系統(tǒng)，又可以將傳統(tǒng)的零件工藝設(shè)計經(jīng)驗保留下來，再根據(jù)具體的應(yīng)用場所，對工藝進(jìn)行編輯，從而形成零件實用的工藝。這就要求工藝數(shù)據(jù)庫的合理建立，工藝數(shù)據(jù)庫作為CAPP系統(tǒng)的支撐工具，它包含了工藝設(shè)計所需求的所有工藝數(shù)據(jù)和規(guī)則，從某種意義上說，生成工藝過程，可以看作是對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行操作與管理的過程。

　　(3)工藝決策信息模型。工藝決策信息模型是工藝決策知識的一種表達(dá)結(jié)構(gòu)。通過大量零件工藝規(guī)程的知識經(jīng)驗建立一個工藝知識庫，通過成組技術(shù)把零件編碼分類，建立一個典型零件工藝規(guī)則庫，給出相應(yīng)的工藝規(guī)則數(shù)據(jù)，建立一個計算機輔助工藝規(guī)則的決策系統(tǒng)。

　　(4)零件工藝信息模型。工藝信息模型是對CAPP系統(tǒng)各個設(shè)計階段的中間結(jié)果和最后的結(jié)果的描述與表達(dá)，是工藝文件的計算機內(nèi)部表達(dá)形式，也是上述各個設(shè)計階段之間信息交換的依據(jù)。

　　在工藝信息模型中，可對不同的零件信息進(jìn)行檢索，根據(jù)檢索出的標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行交互工藝的編輯，如添加、刪除、插入和移動某些工序等，從而形成的最終的實用工藝。

　　形成工藝文件后，能夠?qū)に囄募M(jìn)行審核、批準(zhǔn)等流程方面的規(guī)范化，以及最終輸出由工藝過程卡和工序卡相結(jié)合的工藝文件。

　　(5)工具集管理。對交互式CAPP系統(tǒng)中所需的工具進(jìn)行統(tǒng)一的管理，如刀具、工夾具、量具等。

　　圖1 各種模型在工藝決策中的作用

　　1.3工作流程分析

　　(1)通過系統(tǒng)權(quán)限的建立，進(jìn)行用戶和角色的設(shè)計。

　　(2)通過工藝知識庫的建立，綜合工藝標(biāo)準(zhǔn)庫和實例庫，最終形成工藝數(shù)據(jù)庫體系。

　　(3)通過零件信息多種匹配規(guī)則，檢索出符合的工藝信息。

　　(4)對零件工藝信息進(jìn)行編輯，方式有刪除、添加、插人和移動工序或工步信息等，并保存編輯的零件工藝結(jié)果。

　　(5)對零件的最終工藝信息進(jìn)行審核、標(biāo)準(zhǔn)化、會簽、批準(zhǔn)，并最終輸出工藝文件用于指導(dǎo)生產(chǎn)加工。

　　圖2 交互式CAPP系統(tǒng)工作流程圖

　　2交互式CAPP系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　根據(jù)交互式CAPP系統(tǒng)的功能需求，可將系統(tǒng)分為6大模塊，分別為：系統(tǒng)用戶管理模塊;零件編碼管理模塊;工藝數(shù)據(jù)庫模塊;零件信息管理模塊;零件工藝管理模塊以及工具集管理模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 交互式CAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

　　2.2.1系統(tǒng)用戶管理模塊

　　主要管理交互式CAPP系統(tǒng)的操作用戶極其權(quán)限，這是系統(tǒng)能夠有效、穩(wěn)定運行的保證。

　　2.2.2零件編碼管理模塊

　　根據(jù)成組技術(shù)，對零件進(jìn)行分類編碼，形成零件的分類編碼管理系統(tǒng)。零件的分類編碼系統(tǒng)就是用數(shù)字、字母或符號對零件各有關(guān)特征進(jìn)行描述和標(biāo)識的—套特定的法則和規(guī)定。

　　2.2.3工藝數(shù)據(jù)庫模塊

　　工藝數(shù)據(jù)庫要能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，即作為按不同性質(zhì)建立起來的各個數(shù)據(jù)庫文件，必須能被任一決策規(guī)則訪問。

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)工藝庫。存放典型零件的工藝。在零件編碼管理模塊中，對相似零件進(jìn)行了分類編碼，則根據(jù)分類編碼，對某類典型零件進(jìn)行工藝設(shè)計，并將其存放在標(biāo)準(zhǔn)工藝庫中。典型零件的工藝管理是整個CAPP系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。而該環(huán)節(jié)中最主要的工作是文件的更新和補充。

　　(2)實例工藝庫。在輸出某個零件的工藝過程卡后，可對該零件的工藝保存入到實例工藝庫。當(dāng)形成了實例工藝庫后，對于將來形成某個具體零件的工藝時，則可先到標(biāo)準(zhǔn)工藝庫中查找，若沒有，則可以到實例子工藝庫中查找，從而形成更精確的工藝。

　　2.2.4零件信息管理模塊

　　對零件信息進(jìn)行管理，包括如下子模塊：

　　(1)零件信息輸入。零件信息屬性包括零件圖號、零件名稱、工藝路線號、產(chǎn)品和部件編號、毛皮類型、零件編碼等。

　　(2)零件信息維護(hù)。主要是實現(xiàn)對零件信息的刪除以及修改功能，以達(dá)到零件信息及時更新。

　　2.2.5零件工藝管理模塊

　　零件工藝管理模塊，主要是形成零件的具體工藝以及最終輸出工藝文件，主要包括如下子模塊：

　　(1)零件信息檢索。根據(jù)輸入的零件編碼信息，在工藝數(shù)據(jù)庫中檢索出該類零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝。同時可實現(xiàn)對零件信息查詢等功能，其中包括模糊匹配、精確匹配以及復(fù)合式匹配。

　　(2)交互工藝編輯。在上個子模塊中，通過零件信息檢索出零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝，則在該子模塊中，根據(jù)具體的零件應(yīng)用，對標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行編輯，包括添加、刪除、插入和移動工序，從而形成該零件的加工工藝。

　　(3)工藝流程管理。對加工工藝過程卡進(jìn)行審核、標(biāo)準(zhǔn)化、會簽以及批準(zhǔn)等。

　　(4)工藝文件輸出。輸出工藝過程卡、工序卡以及工步卡等。

　　2.2.6工具集模塊

　　工藝數(shù)據(jù)及管理系統(tǒng)，工藝尺寸鏈的計算。包含了加工中要用到的各種工藝裝備(簡稱工裝)，主要設(shè)計包括如下子模塊：

　　(1)設(shè)備管理。主要實現(xiàn)對設(shè)備信息的管理，包括設(shè)備信息的增刪改等功能。

　　(2)刀具管理。主要實現(xiàn)對刀具信息的管理，包括刀具信息的增刪改等功能。

　　(3)工夾具管理。主要實現(xiàn)對工夾具信息的管理。包括工夾具信息的增刪改等功能。

　　(4)量具管理。主要實現(xiàn)對量具信息的管理，包括量具信息的增刪改等功能。

　　2.3概念模型設(shè)計

　　概念模型是現(xiàn)實世界的抽象反映。不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，是現(xiàn)實世界的機器到機器世界的一個中間層次。最常用的概念模型是實體一聯(lián)系方法(Entity—Relationship Approach)。該方法用E—R圖來描述。因此，也稱實體一聯(lián)系模型，簡稱為E—R模型。

　　交互式CAPP系統(tǒng)中工藝設(shè)計的E—R圖如圖4所示。

　　圖4 交互式CAPP工藝設(shè)計E—R圖

　　2.4開發(fā)工具的選擇

　　本系統(tǒng)設(shè)計為客戶端/服務(wù)器端的結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序。客戶端采用Microsoft Visual Studio.NET 2008作為前端開發(fā)工具，采用ADO數(shù)據(jù)庫訪問接口，后臺采用Microsoft SQL Server2005數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)運行環(huán)境為Windows XP。

　　(1)采用VS2008的優(yōu)勢，在于擁有強大的集成開發(fā)環(huán)境，如可視化、交互式的開發(fā)環(huán)境，方便的程序跟蹤和調(diào)試環(huán)境。

　　(2)SQL Server2005數(shù)據(jù)庫具有完善的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理機制，支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，完全能夠滿足的數(shù)據(jù)處理要求。

　　(3)ADO(Active Data Object)對象模型是微軟公司提供的數(shù)據(jù)庫訪問接口，易于學(xué)習(xí)和編程，ADO具有大多數(shù)通用應(yīng)用程序的功能集，使程序員能夠快速生成功能強健的應(yīng)用程序。

　　3關(guān)鍵模塊的設(shè)計

　　3.1 編輯模塊的設(shè)計

　　交互式CAPP系統(tǒng)編輯模塊數(shù)據(jù)流程圖如圖5所示。

　　圖5 編輯模塊數(shù)據(jù)流程圖

　　根據(jù)零件信息，在工藝數(shù)據(jù)庫中檢索出工藝信息，其界面截圖如圖6。

　　圖6 工藝信息檢索界面

　　由圖6可知，對予交互式CAPP系統(tǒng)，其交互式工藝編輯模塊設(shè)計如下。

　　3.1.1添加工序

　　針對零件的具體加工極其應(yīng)用，增加某些工序，以及相應(yīng)的工步信息，同時確定相應(yīng)的加工設(shè)備、加工車間以及工裝信息，比如刀具信息(切削參數(shù)、切削速度等)、盒具信息以及工夾具信息等。在此注意的是，若對于某道工序，不需要添加工步，只有工序信息即可滿足加工要求，則其工裝信息等匹配在相應(yīng)的工序條件下。

　　(1)僅對工序添加工步信息。對于標(biāo)準(zhǔn)工藝，各個工序均基本滿足要求，而此時只要對某道或多道工序添加工步信息，即可滿足要求。此時改動也較小，同時可提高制作加工工藝的效率，其界面截圖如圖7。

　　圖7 僅添加工步信息界面

　　(2)添加完整工序。完全添加工序信息，同時添加對應(yīng)的工步信息。界面如圖8。

　　圖8 同時添加工序和工步信息界面

　　3.1.2刪除工序信息

　　對于某些不必要的工序信息進(jìn)行刪除，與此同時刪除對應(yīng)的工步信息。

　　(1)僅刪除工序中的工步。對于有些工序信息，僅需要刪除對應(yīng)的某幾道或多道工步即可滿足加工要求。

　　(2)完全刪除工序信息。完全刪除工藝路線信息中的某道或多道工序信息，同時車間、設(shè)備以及工裝信息(刀具、工夾具以及量具信息)等都會被刪除。

　　刪除工序信息界面截圖如圖9。

　　圖9 刪除工序信息界面

　　3.1.3插入工序信息

　　在某兩個工序之間插入認(rèn)為必要的工序。在插人工序信息尤其要注意加工順序，適當(dāng)?shù)奈恢貌迦斯ば颍苁辜庸ろ樞蚋晟啤Ｍ瑫r可提高加工的效率，比如兩次相近的加工工序，則可建加工換刀或量尺寸的次數(shù)。

　　3.1.4移動工序

　　通過界面上的上移和下移，按鈕圖標(biāo)可以移動工序。移動工序時，更應(yīng)注重設(shè)備以及工裝等的安排，合理的安排移動加工順序，也可提高工藝加工的效率。

　　交互式工藝的編輯模塊的設(shè)計中，采用人機交互的方法，在標(biāo)準(zhǔn)工藝的基礎(chǔ)上，有人為的來決定如何更改當(dāng)前的工序，從添加工序、刪除工序、插入工序以及移動工序等多種編輯方式中選擇，從而形成加工工藝。其工作的程序流程圖如圖10。

　　圖10 編輯模塊程序流程圖

　　3.2工藝文件設(shè)計

　　由以上交互式工藝設(shè)計零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝，再通過添加、刪除工序或工步，以及插入及移動工序等方法，由工藝編輯模塊設(shè)計出零件的加工工藝。對于生成的加工工藝，進(jìn)行工藝文件的流程管理，即通過審核、標(biāo)準(zhǔn)化、會簽以及批準(zhǔn)等項的設(shè)置后，即可輸出工藝文件，其界面截圖如圖11。

　　圖11 工藝文件設(shè)計界面

　　4結(jié)束語

　　交互式CAPP系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大中小型企業(yè)中。在實際應(yīng)用中體現(xiàn)出了操作簡單、交互性強以及穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，同時提高了工藝的設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)加工效率。利用基于ASP.NET的C﹟語言進(jìn)行程序模塊開發(fā)，有較友好的工藝設(shè)計和交互界面，可方便地對零件的工藝信息進(jìn)行編輯或保存。