0 引言

    CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。

    CAPP(computer aided process planning，计算机辅助工艺过程设计)的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。

    计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会(CIRP)提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计(CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。

    由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计(CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造(CAM-computer aided manufacturing)相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。

1 CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用

    自80年代中后期，CAD、CAM的单元技术日趋成熟，随着机械制造业向CIMS或IMS(Intelligent Manufacturing System)发展，CAD/CAM集成化的要求是亟待解决的问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中获取零件的几何拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获取企业的生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起纽带作用。为达到此目的，在集成系统中必须解决下列几方面问题：

    (1)CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替零件信息描述的输入。

    (2)CAD模块的几何建模系统，除提供几何形状及其拓扑信息外，还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等。因而，以计算机图形学为基础的几何建模系统(如线框建模、表面建模及三维实体建模等)是不能适应集成化的要求的，特征建模也就应运而生。

    (3)须适应多种数控系统NC加工控制指令的生成。NC加工指令的生成以往的工作过程是根据零件图纸及加工要求，利用自动编程语言，编写加工该零件的NC源程序，经过后置处理器，形成NC加工控制指令；在一些商品化的CAD/CAM系统中，以图形为驱动，用人机交互方式补充工艺信息，形成NC加工源程序，经后置处理得到NC加工控制指令。这两种生成NC加工指令的过程都不能适应集成化的要求。在CAD/CAPP/CAM集成系统中，由于CAPP模块能够直接形成刀位文件，因而就可以直接形成NC加工控制指令，这就简便得多了。CAD/CAPP/CAM集成系统中CAPP模块的功能是将产品设计信息转变为制造加工和生产管理信息，它是CAD与CAM的纽带，同时也是CAD/CAM与PDM以及ERP等管理信息系统集成的基础。在早期的CAD/CAM系统，可以利用图形驱动产生NC加工指令，但是它没有提供在制造加工、生产管理过程中所需的一切信息，难以实现制造过程中计算机控制及生产管理。广义CAPP的出现却能解决这方面的问题，因此，一个切实可行的CAPP系统，能使CAD、CAM充分发挥效益。CAD的结果能否有效地用于生产实际，CAM能否充分地发挥其效益，以致整个CIMS能否切实可行，CAPP在其中起着重大的影响，它是难度较大的一个领域，是当前发展集成化CAD/CAM系统甚至计算机集成制造系统（CIMS）亟待解决的问题。

2 CAPP在企业信息集成中的重要作用

    企业在建立了集成的CAPP系统以后，将有效地推动企业设计和生产制造的效率。而下列各方面的问题，也只有在集成化的CAPP环境下，才能够很好地解决：

    (1)有效利用企业制造资源数据

    1、可以利用企业已建立的MIS系统中的资源数据，如：设备管理信息系统中的设备、工装管理信息系统中的工装、企业组织机构中的部门信息、人事管理系统中的人员信息等等；

    2、可以智能化（开放的推理、过滤、查询机制）地使用企业的任意资源数据；

    (2)给管理部门及时提供有效的工艺BOM数据

    1、可以对产品、零部件或工艺文件进行自动统计汇总工作，自动生成各种报表（属于工艺文件的组成部分）；

    2、可以将统计汇总结果直接传递给其它管理系统、或存储为指定格式的中间数据库文件供其它系统或部门使用；

    3、其它系统也可以直接从工艺数据库中提取相关的工艺数据。

    (3)充分利用CAD成果

    1、利用CAD的产品结构信息；

    2、利用CAD的产品属性数据；

    3、利用CAD的图档；

    (4)提供CAM图形、管理CAM结果CAM是与CAPP完全不同的技术，但CAM的原始数据-工艺图和结果-设计方案和NC代码是工艺数据的重要组成部分。

    1、用CAPP的工艺图管理CAM方案；

    2、用CAPP的工艺图管理CAM的NC代码；

    (5)可与流行的PDM系统无缝集成

    1、可以集成到PDM系统中工作；

    2、共享PDM系统的产品数据和权限数据；

    3、支持在PDM系统中浏览、打印、批注工艺文件；

    4、按PDM的要求进行工艺文件的版本控制；

    5、按PDM的要求进行工艺设计的流程作业。

    (6)可传递工艺数据给MRPII、ERP等管理系统或这些系统直接从CAPP的工艺数据库中提取所需数据。

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3 集成环境下CAPP的特点

    随着FMS和CIMS的发展，人们日益认识到CAPP是CIMS的主要技术基础之一，因此CAPP从更高、更新的意义上再次受到广泛的重视。集成化CAPP系统的开发不仅是CIMS信息集成的要求，也成为CAPP的发展趋势之一。在CIMS环境下，CAPP与CIMS中其它系统的信息流向是这样的：CAPP接受来自CAD的产品几何、结构、材料信息以及精度、粗糙度等工艺信息，作为CAPP的原始输入，同时向CAD反馈产品的结构工艺性评价；CAPP向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、装夹参数以及反映零件切削过程的刀具迹文件，并接收CAM反馈的工艺修改意见；CAPP向工装CAD提供工艺规程文件和工装设计任务书；CAPP向MIS(管理信息系统)提供工艺路线、设备、工装、工时、材料定额等信息，并接受MIS发出的技术准备计划、原材料库存、刀夹量具状况、设备变更等信息；CAPP向MAS(制造自动化系统)提供各种工艺规程文件和夹具、刀具等信息，并接受由MAS反馈的刀具使用报告和工艺修改意见；CAPP问CAQ(质量保证系统)提供工序、设备、工装等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程，同时接收CAQ反馈的控制数据，用以修改工艺规程。由此可见，CAPP对于保证CIMS中信息流的畅通，从而实现真正意义上的集成是至关重要的。

    集成化向传统的CAPP提出了挑战，它要求CAPP系统应具有一些新的特点：

    (1)CIMS环境下的CAPP应是一个可供集成的系统。它不仅要具备工艺规划的能力，还应提供良好的接口，以实现与CAD、CAM、MIS、MAS、CAQ等子系统的集成。

    (2)CIMS环境下的CAPP应是一个闭环系统。它应能在工艺设计过程中根据各种反馈信息，如资源变动情况、加工现场出现的质量问题等，实现动态设计，以保证工艺设计的及时调整，实现设计优化。

    (3)CIMS环境下的CAPP应具有创成能力，至少是创成和变异综合的系统。从动态和优化设计考虑，CAPP系统应是创成的，但考虑到企业在较长时间内还存在相当数量的相似零件加工，变异式CAPP系统还有其存在的合理性。

    (4)CIMS环境下的CAPP应是一个具有开放性的系统。不同工厂的制造环境往往是不一样的，工艺习惯也有所差别，即使在同一工厂内，也会由于加工对象的不同和工艺性质的不同而导致工艺设计的内容不一样，这就要求CAPP系统必须具有开放性，具有一个比较通用的框架结构，且便于扩充，以满足CIMS环境下不同产品、不同场合对CAPP系统的不同要求。

4 CAPP的集成与接口技术

    在CAPP的集成化过程中，CAD/CAM的集成是应首先要解决的问题。从CAPP系统来看，零件信息描述与输入是所要解决的第一个也是十分重要的问题。目前的CAPP系统所采用的零件描述方法，虽然可在一定程度上满足CAPP的设计要求，但需要对零件信息重复输入，不仅工作量大，而且可能导致CAD、CAPP系统描述的不一致。因此，CAD/CAPP的集成是解决CAPP信息输入问题的根本途径。此外，从CIMS的信息集成来看，也迫切需要解决CAD与CAPP、CAM的信息共享问题。

    近年来提出的基于特征的造型方法、面向对象的造型、特征充实造型等很多新概念，其实质是在CAD造型过程中引入特征的概念，以消除CAD/CAPP集成时的特征识别与分离，简化CAD与CAPP的接口。建立统一的产品数据模型是CIMS实现信息集成的关键技术之一。由于产品数据模型标准化工作已形成国际性的合作努力，STEP(Standard for Exchange of Product data，产品数据交换标准)也成为公认的产品数据交换标准，因此开发基于STEP的新一代产品设计系统应是最理想的途径。以STEP为代表的第二代产品数据交换技术，其目标是建立一种不依赖于人工解释的、能被产品生命期各阶段的计算机辅助系统自动理解的完整的产品模型。在此基础上实现产品数据自动交换。目前STEP技术的实施被认为是实现CIM的必要和前提条件。

    因此，CAD/CAPP的集成必须以STEP为根据和基础。STEP支持完整的产品模型数据，不仅包括如曲线、曲面、实体、形状特征等在内的几何信息，还包括许多非几何信息，如公差、材料和表面粗糙度信息等，它包括产品整个生命周期(设计、制造、质量控制、检测、维护等)所需要的全部信息。可是STEP本身还在逐渐充实与成熟阶段，所以可以采用对实体造型系统“特征化”的技术路线，这样可以利用现有的CAD资源，在实体造型系统上通过扩充特征定义功能来建立满足集成需要的零件信息模型，这是CAD/CAPP/CAM集成的一条在近期行之有效的途径。