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CAPP概念框架及实用化系统的开发策略
  2008年05月11日

一、CAPP概念框架

根据多年来CAPP的研究开发成果可用下图所示的五维概念框架来刻画CAPP系统。五个尺度坐标反映了CAPP技术的不同侧面和研究发展方向,体现CAPP的发展踪迹。

CAPP的五维概念框架图

按规划方法可将CAPP系统分成检索式、派生式、创成式、综合智能式。其中检索式是最早出现的规划方法,其规划能力取决于系统储存工艺的多少。派生式是按规划对象的相似性进行规划的,它的理论基础是成组技术。其规划能力取决于相似族的合理划分和相似族的覆盖能力。早期的创成式系统是按决策树和决策表方法进行工艺决策的,随着专家系统技术的发展和完善,专家系统决策方法成为大多数创成式系统所采用的决策方法,其规划能力取决于系统的知识获取能力、知识库的丰富程度和推理机的推理能力。综合智能式系统除了综合采用检索、派生方法和各种智能技术进行工艺决策外,强调人在决策中的作用,它是一种人机协同决策系统,所以可以充分发挥人的作用,弥补各种智能技术的不足,因此它的决策和规划能力是无限的。

按规划水平可分成宏观、详细和微观规划。不同的工艺规划水平是与企业生产规划的水平相协调一致的。企业生产规划可分为战略规划、战术规划(生产计划)和作业规划,战略规划是企业级的,战术规划是生产部门级,作业规划是车间级的。工艺规划的宏观规划、详细规划和微观规划分别与战略规划、战术规划和作业规划相对应。由于战略规划包括产品发展方向、生产规模、技术发展水平、新生产设施的兴建等,所以与之对应的工艺宏观规划的重点在工艺能力规划,工艺宏观规划不需产生详细的加工工艺,只需根据待发展的产品和制造能力要求制订粗略的工艺路线和制造资源需求计划,给出工艺评价结果。因此工艺宏观规划是工艺路线级的规划。工艺详细规划与战术规划相对应,企业战术规划形成的是企业生产计划,此时规划的对象和目标是具体的。战术规划建立在现有的资源(人、物、才)基础上。因此与之对应的工艺规划针对明确的产品对象,有明确的规划目标,受确定的规划约束条件约束。此时工艺规划应产生能够指导车间生产的工艺计划,因此工艺详细规划是工序级的。工艺微观规划与车间作业计划相对应,其规划程度取决于作业计划详细程度,此时往往需要制订详细的加工参数和技术要求,因此工艺微观规划是工步级的规划。

按规划深度工艺规划分为静态、柔性和动态规划。静态规划基于静态资源,不考虑制造资源的负荷和变化,产生后一般不进行修改。柔性规划则先不考虑制造资源的负荷、状态,离线进行粗规划,然后在生产中根据制造资源的变化情况再调整粗规划,形成适应当前生产状态和生产要求的工艺计划。动态规划则是在零件制造过程中,完全根据制造系统动态状态进行规划。动态CAPP规划系统要求实时地获取制造系统的状态和生产要求,以便其快速地生成工艺计划。因此动态规划要求制造系统有较高的自动化程度,系统的信息流必须顺畅、合理。

按规划期工艺规划分为短期规划、中期规划和长期规划。由于企业不同层次的生产规划有明显的规划期要求,因此工艺规划期与工艺规划水平有着必然的联系。长期规划与工艺宏观规划相对应,中期规划与工艺详细规划相对应,而短期规划必然是作业层次的规划,与工艺微观规划相对应。

按规划关联程度工艺规划分为独立、集成和并行规划。规划关联程度从信息流通与交互角度反映了工艺规划与制造系统中相关生产活动之间的关系。独立规划就是不采用信息集成技术与其它生产活动系统(如CAD、PPS、MIS系统等)进行信息集成而进行的规划。集成规划则是采用信息集成技术,使CAPP系统与CADCAM、MIS等系统进行信息集成,它强调了整个生产系统中各个信息枢纽、站点之间的信息联系与流通,使信息流在不同的区段具有基本相同的流动速度,使各个信息枢纽和站点具有相匹配的处理速度与处理能力,同时建立了枢纽与站点之间相互访问的机制。并行规划强调工艺规划与企业中相关规划与生产活动的协同。它建立在并行工程概念与技术基础上。并行工艺规划要求在正确的时间向正确的地点发送规划结果信息,在正确的时间从正确的地点提取所需要的信息,同时建立在整个企业(系统)生产协同规划的机制上。

二、CAPP开发策略探讨

1.何时需要进行工艺规划

工艺规划作为企业生产规划中的一个环节,应服从于企业的整体生产规划活动。在企业生产中下列情况需要进行工艺规划或对原有工艺计划进行修改、调整与维护:

1)企业进行战略规划。
2)企业进行战术规划或调整战术规划。
3)制订和调整作业计划。
4)采用先进制造工艺。
5)生产处于稳定时期。

2.当前CAPP开发中存在的问题

1)研究开发目标存在着较大偏差

(1)过分追求CAPP系统的自动化程度,忽视人在工艺决策中的作用。
(2)CAPP系统应用对象过于狭窄。
(3)重视工艺管理不够。

2)对CAPP的系统化、实用化、工程化研究重视不足

到目前为止,尽管各种新概念、新方法、新技术在CAPP系统的研究与开发中不断获得应用,但主要针对各种决策功能,始终缺乏对CAPP系统化、实用化、工程化的研究,缺乏各种技术之间、技术与组织管理之间、人与技术之间的集成与协调,使得这些新技术、新概念所起的作用甚小。由于对企业CAPP系统需求和功能要求了解不足,从纯科研角度去认
识和开发CAPP系统,导致CAPP的整体发展缺乏坚实的实践基础和动力。、

3)缺乏对CAPP的基础性技术研究

开发CAPP系统的基础是工艺设计的原理和方法。若忽视工艺设计基本原理和方法的研究,使得CAPP系统缺乏良好的理论和坚实的科学基础,难于开发出高水平的CAPP系统。

3.当前CAPP系统的开发策略

1)鉴于企业战略规划的规划期较长,与之相应的工艺宏观规划的规划活动频度较低,所以CAPP系统的开发定位应主要服务于企业战术计划和作业计划的制订及日常生产中的工艺维护和工艺服务。对企业战略规划的支持可通过在CAPP系统中设立相应的功能模块或子系统或将这部分功能移交给决策支持系统来实现。为使所开发的CAPP系统在企业生产中具有高的应用频度,提高使用效率和投资效益,所开发的CAPP系统应主要面向中、短期工艺规划。

2)鉴于当前的CAPP技术中动态的、并行的规划技术尚处于研究阶段,不具备实用化和工程化的条件,所以面向工程应用的实用CAPP系统不应追求这些技术的应用。

3)在实用化CAPP系统的开发中应注意人是工艺决策活动的主体,系统的决策方式应以交互式人机协同决策为基础,强调系统具有良好的人机界面,系统应易学、易用、易维护。实用的CAPP系统要注重采用成熟的智能决策技术,综合利用各种决策方法的优点,合理地分配计算机与人的工作,建立适宜的人机协同决策机制,以从整体上提高工艺人员的工作效率为最终目标。

4)实用化的CAPP系统应面向产品而不应局限于个别零件。CAPP系统的使用对象应面向整个工艺部门,而不应局限于个别车间或有限的工艺人员。在开发较为通用的CAPP系统框架的基础上,CAPP系统开发者应能够针对不同企业的工艺设计任务组织与人员组织方式提供解决方案。

5)实用化的CAPP系统应具有工艺信息管理功能并具有信息集成能力。工艺管理是工艺部门重要而又繁杂的日常工作。工艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统计、重复填写等工作上,效率低,很难保证工艺数据(文件)的准确性、一致性。同时随着现代制造业市场竞争的加剧,工艺文档日趋复杂,工艺文档的维护与管理也成为工艺管理的重要内容。

集成化是CAPP的重要发展方向,CAPPCADCAM、DSS、MIS等系统的集成成为企业所需求的功能,这种集成应建立在共享数据库的基础上,以便与企业中的各个计算机系统以及与不同的部门进行信息共享并进行信息服务。

6)当前CAPP系统的开发应重视实用化与 工程化。以往的CAPP系统的研究与开发多局限于大专院校和科研院所,对实用化和工程化重视不够。要开发出实用的系统,不仅从研究目标上要进行调整,而且从开发项目的运作和组织上也应遵循工程化项目的规律。唯有如此,才能开发出适应市场需求的商品化CAPP软件。

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