作為一個“無紙化工廠”，“無紙化”不僅僅意味著產(chǎn)品設計師、生產(chǎn)工程師和CNC編程員必須要使用計算機，而不使用圖紙來共享生產(chǎn)信息，還意味著數(shù)據(jù)格式再也不需要通過人工進行編譯。這就是說從此可以遠離電子版的工程圖紙了。

    幾個世紀以來，生產(chǎn)人員一直是通過工程圖紙來傳遞編譯信息的。因此盡量減少信息（不管是通過紙張傳遞還是通過計算機發(fā)送）對人工編譯的依賴性，這樣才是無紙化工廠的真正發(fā)展前景。人們的目標除了要取消用木材纖維壓制而成的紙張，還必須要取消在計算機上進一步處理前的多個步驟，其中包括人們必須對信息進行智能分析和分派定義的各個步驟。

    在一個無紙化的工廠里，“無紙化”的含義得到了最充分的體現(xiàn)，無紙化工廠中的零件生產(chǎn)將是無縫連接的和高度自動化的。有的人想象其零件的生產(chǎn)，猶如采用流水線作業(yè)，就像在筆記本電腦或PC機上看到的那樣，可立即復印一份資料。在計算機上生產(chǎn)3D的“硬拷貝”像打印文件或數(shù)碼相片那樣簡單。當然，將材料從備料倉庫中搬移出來創(chuàng)建一個零件，遠遠要比在紙上打印成行的字母或排列彩色的點陣復雜得多。

    幸好對于完成打印任務而言，與使用的計算機品牌、文字處理軟件或網(wǎng)絡瀏覽器以及與電纜線另一端連接的打印機品牌都沒有太大關聯(lián)。只需要適當?shù)亟鉀Q其必要的連接性、協(xié)調(diào)性和兼容性等問題就可以了。但實際生產(chǎn)中的情況肯定會有所不同，至少對大部分公司來說都不是這樣的。設計人員與車間之間的幾乎每一個步驟都存在一些問題，其中包括數(shù)據(jù)交換、格式不兼容、缺乏協(xié)調(diào)性等方面，這時不可避免的需要進行人工干預，而且涉及到某些不確定的因素。多年來，人們一直在努力使生產(chǎn)計算機系統(tǒng)進行無縫連接，并使自動化達到更高的水平。

    事實上，我們已經(jīng)在逐漸地接近和實現(xiàn)無紙化工廠的夢想了。但是進展一直非常緩慢，常常遇到很多挫折。但最近一段時間向前邁出的幾步可能有助于為實現(xiàn)這一宏大的設想帶來一些動力。

    在一項令人鼓舞的進展中，一家CAD/CAM軟件供應商完成了一種新接口的開發(fā)任務，它允許其所提供的CAM以一個標準化的文件格式閱讀產(chǎn)品數(shù)據(jù)，在這個文件格式中包括可加工的特性以及加工所必需的嚴格規(guī)范。Gibbs公司（位于加州的Moorpark地區(qū)）是一家CAD/CAM供應商，它一直在與南卡羅萊研究權威機構（South Carolina Research Authority，縮寫SCRA）合作，共同開發(fā)了這一接口。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的格式采用STEP標準應用協(xié)議書224（即AP224）進行定義。STEP標準（產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準）是國際標準化努力的結果，通過這一標準可減少不同和不相匹配硬件和軟件之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換障礙。STEP標準是20世紀80年代創(chuàng)建IGES標準（圖像交換規(guī)范）過程中而大幅度擴展的副產(chǎn)品。

    STEP標準包括一套標準化“生產(chǎn)用”數(shù)據(jù)代碼的開發(fā)以及滿足數(shù)據(jù)要求的文件格式（協(xié)議書）開發(fā)，這些要求是由主要的產(chǎn)品設計和生產(chǎn)的應用領域提出的。其中一項應用領域協(xié)議書就是AP224。

    圖1 AP224協(xié)議書

    GibbsCAM的AP224接口可作為AP224文件特性與軟件本身特性管理器之間的連接裝置。

    AP224專門用于支持設計工程團隊與生產(chǎn)工程團隊之間的產(chǎn)品制造信息傳遞。它主要集中在機械零件的生產(chǎn)，其中包括加工這些零件所必要的信息。AP224能夠捕捉到零件的特點、幾何尺寸和公差尺寸、材料、表面光潔度和加工中所需的其他零件數(shù)據(jù)。

    與所有的STEP標準應用協(xié)議書一樣，AP224能夠將信息編譯成代碼，這樣計算機系統(tǒng)就可以直接將這些代碼編譯轉換。編碼過程是不依賴于任何計算機系統(tǒng)的。

    GibbsCAM的AP224接口可以閱讀這些經(jīng)過格式化的信息，然后創(chuàng)建可加工的零件特性，當然這些特性是與AP224文件中的特性互相對應的。NC編程人員和編程軟件都不需要對零件的幾何形狀進行“特殊處理”，因為部分工藝將會使其創(chuàng)建機床加工指令和刀具路徑數(shù)據(jù)。這是向無紙化工廠邁進的重要一步，盡管在前進的道路上還會出現(xiàn)更多的挑戰(zhàn)。

AP224的其他情況

    AP224是一系列應用協(xié)議書的其中一項，是根據(jù)STEP標準為生產(chǎn)企業(yè)所創(chuàng)建的。這套“生產(chǎn)用”接口，代表了很多相關的標準，可滿足生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的特殊需要。由于離散的加工件對許多產(chǎn)品而言是非常關鍵的，其中包括軍用飛機和戰(zhàn)車，因此對含有加工數(shù)據(jù)的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)需要更多的關注。AP224的正式名稱是：采用加工特性的機械產(chǎn)品工藝計劃定義。

    AP224被認為是生產(chǎn)過程中很重要的一環(huán)，因為其所編碼的信息，對完成下游生產(chǎn)任務來說是非常關鍵的，這些任務包括工藝計劃、機床調(diào)試、CNC操作和檢測等。這些應用程序的協(xié)議書要進一步執(zhí)行，用于執(zhí)行軟件也需要跟隨其執(zhí)行。包含在STEP中的標準化方法應注意保證這些AP能互相“協(xié)調(diào)”，也就是說，這些格式應互相兼容，這樣，AP準備的數(shù)據(jù)就可以被他人使用。由于產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的工藝和階段是同時進行的，因此在AP所包括的范圍內(nèi)也會出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。

    在開發(fā)AP224的過程中，SCRA機構起著非常關鍵的作用。SCRA機構是一家從事應用研究和商業(yè)化工作的機構。它在Anderson、Charleston和Columbia、南加利福尼亞以及其他地區(qū)都設有辦事處。SCRA的Readiness and Sustainment Business Unit（業(yè)務準備支持機構）設立在Institute for Solution Generation（解決方案研究院），主要負責開發(fā)AP224 的工作組提供指導服務。該機構最初創(chuàng)立于1991年。

    AP224以及其他的STEP標準正在全美國的各個軍事維修和檢測區(qū)使用。這些設施向提供維修零件和零配件的行業(yè)提出了挑戰(zhàn)，因為其中許多零件是軍事設備需要的，它們的有效使用壽命需要延續(xù)到幾十年。對這些產(chǎn)品的信息，以計算機系統(tǒng)可以讀懂的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)方式進行編碼，就能幫助這些設施滿足它們的生產(chǎn)挑戰(zhàn)要求，并具有更高的效率和經(jīng)濟特性。

    GibbsCAM的AP224接口是在“軍事坦克汽車研究、開發(fā)和工程中心”的資助下研制成功的。與一家私有企業(yè)的CAD/CAM供應商合作，立即達到了兩個目標：首先將AP224接口引進到了消費者和通用業(yè)務產(chǎn)品生產(chǎn)領域，它在那里體現(xiàn)出來的效率和經(jīng)濟性得到了高度評價。同樣，它也為軍事供應鏈中的那些公司提供了商用CAD/CAM系統(tǒng)，以滿足它們的需要，幫助平衡它們在STEP數(shù)據(jù)中的投資。

    當然，在開發(fā)接口技術方面，SCRA機構也比較急切地希望看到其他的CAD/CAM供應商也能緊隨Gibbs公司的領先步伐。CAD/CAM供應商并不是與SCRA機構在有關STEP項目方面合作的惟一合作伙伴。

    作為“基礎格式”，AP224接口有兩個非常重要的方面需要讓所有CNC機床用戶理解，它適合于處理加工的特性，而數(shù)據(jù)代碼不只是用于在計算機上的顯示，而是適用于計算機編譯。正如之前提到的，與NC編程相關的大部分活動都會涉及到對加工特性的確認和評價。沒有附加的說明或指示，零件的幾何形狀只是利用其表面或體積作為實體輸入數(shù)據(jù)來描述一個形狀。有必要對這一形狀進行解釋，以識別這一幾何形狀的各個部分，作為特定零件特性的代表，如像隱窩、凸臺、孔徑、圓角等。同樣，這些特性必須根據(jù)它們的公差進行分析，因為這其中最關鍵或最困難的問題，一般還是在于確定究竟采用什么樣的加工工藝最為合適，采用什么樣的加工工序最好。最后，在毛坯工件上加工生產(chǎn)這些特性的加工步驟和刀具路徑需要由NC編程員進行組織，并由CAM軟件進行處理。

    AP224可與其他的制造數(shù)據(jù)一起，捕捉有關零件幾何模型中所包含的加工特性信息。該標準包括16個不同種類的特性，其中許多特性還可以分成很多子類。這意味著，設計人員可以使用AP224，將零件特性的名稱和規(guī)格“包裝”成一個整體，變成一個計算機可以讀懂的數(shù)據(jù)模型，然后發(fā)送出去，用于生產(chǎn)制造。再也用不著保留需要傳送的補充工程圖紙。采用AP224以后，所有的公差信息，材料規(guī)格，加工特性信息和其他特殊的要求都全部定義為STEP數(shù)據(jù)。這些專門設計的定義是非常全面的，而且非常明確，可再次使用。

    AP224文件中的數(shù)據(jù)采用了一種計算機可以解讀的格式。這一點是非常重要的，Gibbs公司的營銷副總裁在討論AP224問題的時候曾這樣強調(diào)說：“這些文件中的信息不是簡單地用于顯示，它還具有實際的消費價值?！卑凑誈ibbs公司的營銷副總裁的說法，這是其最關鍵的一個區(qū)別。

    正如他所解釋的那樣，顯示信息只是其中的一個方面，例如，當其與CAM軟件互動和需要做出決策時，這樣做有利于NC編程人員隨時掌握它的動態(tài)。然而Gibbs公司的營銷副總裁還表示說，消費這一信息就意味著他能夠調(diào)用所輸入的軟件程序，并對這一數(shù)據(jù)產(chǎn)生直接的作用——即一種不同的建議。這一功能為NC編程功能的自動化打開了大門，并在減少編程時間和提高編程效率方面獲得了很好的收益。

達到的目標

    按照Gibbs公司的營銷副總裁的說法，較高的CAM自動化水平和流水化作業(yè)正是GibbsCAM AP224接口所要達到的目標。作為起步，可以說這一接口是AP224文件特點與CAM軟件特點之間的聯(lián)系橋梁，它知道如何處理。例如，從AP224文件中吸取的特點可控制、組織成GibbsCAM中使用的特性實體。

    GibbsCAM的特性管理器將可以自動地隔離這一特性中的幾何表面，這樣它們就能夠作為一個相關的組合通過，達到在軟件中加工使用的各種操作要求。例如，可作為一個組合，選擇孔徑的特性，然后通過軟件中的孔徑管理器對其進行加工處理。

    同樣，在銑削加工隱窩時，可根據(jù)各種獨特的GibbsCAM 優(yōu)化戰(zhàn)略，選擇特別的隱窩特性，對其進行組合加工處理。采用AP224接口連接，為NC編程員提供了一種新的方法，增加了軟件的自動和交互式特性辨識功能。采用AP224口時候，使零件的特性達到了能夠“預先辨識”的程度。

    顯然，AP224文件所確定的特性是屬于幾何學方面的特性。換句話說，這些定義獨立于機床上用于生產(chǎn)的可能加工操作。因此，這些定義不會限制NC編程這樣的下游應用領域對它們的使用方法。作為通用的多功能機床，這一點是值得注意的。這一等級的機床可允許非常新穎的技術應用于違背傳統(tǒng)觀念的特性加工。

    AP224文件中包含的其他產(chǎn)品信息也可依賴于該接口讀入到GibbsCAM軟件之中。這可以使該信息提供給用戶參考，同時創(chuàng)建一個 CNC程序。Gibbs公司的營銷副總裁說：“對于生產(chǎn)工程技術人員而言，AP224接口相當于一站式的采購服務。NC編程人員和工藝計劃師可以從一個文件中獲得其所需的全部信息。”總之，AP224接口使產(chǎn)品生產(chǎn)的信息流通猶如流水作業(yè)，避免了因產(chǎn)品信息的失誤、不清晰或不明確所造成的延誤。

    GibbsCAM AP224接口將進一步得到加強和擴大，因為該公司和SCRA機構還在繼續(xù)從事這一技術的開發(fā)。這些努力獲得了一個振奮人心的成果——使各種接口的執(zhí)行與其他的STEP應用協(xié)議書結合在一起，特別是那些屬于上游和下游生產(chǎn)的操作。例如AP219接口和AP240接口，分別解決了尺寸檢驗和工藝計劃問題。在這些接口中，最具有發(fā)展前景的是AP238接口及其STEP NC應用協(xié)議書。

    STEP NC為CNC系統(tǒng)確定了獨立于機床的數(shù)據(jù)輸入標準。這一AP系統(tǒng)考慮到了使用這一文件格式的概念作為CNC單元的直接輸入，從而回避了創(chuàng)建傳統(tǒng)M代碼和G代碼以及使用這些傳統(tǒng)格式所必需的后處理器問題。這一加工設想已開始接近之前所提到的從筆記本電腦到打印機的無縫工作。

    最近，AP238 STEP NC的執(zhí)行機構已大量安裝。其中一個原因是建造的商業(yè)設計系統(tǒng)不能提供AP238所需的高水平產(chǎn)品生產(chǎn)信息。而且機床控制單元的制造商并不急于采用這一技術。

    Gibbs公司的營銷副總裁確信，支持STEP生產(chǎn)技術中的基礎格式，將會使最終用戶對全面執(zhí)行STEP創(chuàng)新技術的興趣提高，為他們創(chuàng)建一個有力的基礎。執(zhí)行STEP標準的強大趨勢將越來越明朗。他說：“加工車間將會看到STEP標準所顯示出來的底線優(yōu)勢?！?/span>

    STEP應用協(xié)議書為產(chǎn)品生產(chǎn)信息的編碼創(chuàng)建了一個規(guī)則和方法，這樣它就能夠通過先進的CAM軟件功能對其進行計算機化的閱讀和進行解釋。由這些數(shù)據(jù)通信標準建立起來的基礎工作，如CAM功能，將能夠充分利用在目前生產(chǎn)制造集團中活躍的分析技術和加工專業(yè)知識。這樣，他們的智慧和知識將能保留下來，以進一步開發(fā)新的產(chǎn)品模型，并在不久以后，使它們成為下一代的飛機、科學儀器和醫(yī)療器械。

    即使最終實現(xiàn)了“無紙化工廠”的構想，但如果加工中所涉及的問題特別復雜，那么零件的加工生產(chǎn)永遠不可能像鼠標點擊那么容易。但對于今天的許多生產(chǎn)企業(yè)來說，沒有一件事情是不需要付出艱辛就可以獲得成功的。