計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)是連接計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)之間的橋梁。一個好的工藝方案除了方案可行之外，還要求優(yōu)化配置其所涉及的各種制造資源(包括機床、刀具、夾具和量具等)。在過去的幾十年里，人們從CAD/CAM集成的角度考慮，對CAPP進行了深入的研究，在回轉(zhuǎn)類零件的CAPP和箱體類零件的CAPP方面都取得了很大的進展，但大量的研究都集中在通過CAD模型的特征識別來實現(xiàn)工藝方案的自動生成，而對工藝設計的個性化特征卻考慮得甚少，從而導致長期以來這些研究成果很難走出實驗室服務于社會。從目前國內(nèi)開發(fā)的CAPP軟件來看，一般是從二維CAD中提取工藝信息，以數(shù)據(jù)庫為基礎，通過卡片形式進行工藝信息的錄入，基本

    上可以滿足用戶方便、快捷查詢的需求，而對三維CAPP的研究主要集中在裝配工藝設計方面，在數(shù)控工藝設計方面研究得甚少。為此，本文提出了一種新的工藝設計模式，其中工藝設計過程被分解成一系列順序執(zhí)行的子任務，并通過工作流監(jiān)控它們的運行狀態(tài)。在對各子任務的方案設計中，按照其對系統(tǒng)資源的依賴程度和安全性要求，分別采用“在線”和“離線”方式進行，提高了設計的靈活性。同時，考慮到目前多數(shù)企業(yè)仍以工藝文檔作為主要的生產(chǎn)傳媒，對許多企業(yè)來說，只有零件上的部分復雜工序才使用數(shù)控加工的這一特征，提出了在傳統(tǒng)工藝設計中集成數(shù)控工序的設計思路，并通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)控程序的傳輸，使三維CAPP與二維CAPP合而為一，有利于三維CAPP在企業(yè)的推廣和使用。

1 系統(tǒng)的體系結構

    系統(tǒng)的體系結構如圖1所示，它是在瀏覽器/服務器和客戶端/tll曼務器相結合的模式下實現(xiàn)的，分別由Webl服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和客戶端等部分組成。其中，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫管理軟件進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)摩的建立，以滿足瀏覽器(B/S客戶端)和c/s客戶端的數(shù)據(jù)存取和檢索要求。另外，基于不同工藝任務的個性化特征，分別提供了Internet遠程服務和Intranet局域網(wǎng)服務的多種工作模式?；贐/S的遠程服務采用XML/HT—ML+JSP的模式在公共網(wǎng)絡上進行協(xié)同工作，其中包括工藝校核、審核、批準和數(shù)控程序的傳輸?shù)龋瑢Π踩砸筝^高，涉及大量數(shù)據(jù)信息和復雜計算的工作任務，采用局域網(wǎng)的c/s模式實現(xiàn)。在軟件選擇方面，以PowerBuilder作為開發(fā)工具，利用所提供的專用數(shù)據(jù)庫接口來實現(xiàn)客戶端與服務器間的數(shù)據(jù)交換。

2 集成數(shù)控工序的工藝設計框架

    在工藝方案的設計中，根據(jù)計算機集成制造(CIM)的設計理念，從汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)特點出發(fā)，以產(chǎn)品配置信息為龍頭建立“產(chǎn)品→部(組)件→零件→工藝”4層結構的任務模型，并由此確定工藝設計流程中各子任務的功能和實現(xiàn)策略。

    2.1任務驅(qū)動的工藝設計模式及工作流程

    以工藝任務的執(zhí)行狀態(tài)驅(qū)動控制各工藝設計環(huán)節(jié)的有序執(zhí)行，實現(xiàn)從任務管理、工藝設計、校對、審核等過程有條不紊地運行。

    對于采用普通設備加工的零件特征，采用交互式或派生式工藝設計原理進行工藝方案決策。在制定工藝方案時，利用制造資源管理子系統(tǒng)來輔助工藝設計人員進行設備、工具的選擇，以及工藝參數(shù)計算和工藝決策與優(yōu)化。在工藝模板的選擇上，根據(jù)“相似零件具有相似工藝”的原理，采用零件特征權重匹配法計算零件相似性系數(shù)，通過對相似件工藝的派生修正生成新零件工藝，從而實現(xiàn)零件工藝的派生式設計。同時，通過對系統(tǒng)典型工藝庫的管理和動態(tài)更新，實現(xiàn)標準工藝、工藝知識和經(jīng)驗的積累和繼承。

    2.2 數(shù)控工序設計的基本流程及工藝數(shù)據(jù)存儲方式

    對在數(shù)控設備上加工的各種零件特征，采用特征面向數(shù)控加工的工藝設計方法，通過合理的刀具選擇進行特征分類，并借助商品化CAM軟件來實現(xiàn)數(shù)控程序的生成。

    依據(jù)工藝卡片數(shù)據(jù)(包括表頭信息、正文數(shù)據(jù)和腳注信息)的形式和特點，對工藝數(shù)據(jù)采用三層結構進行數(shù)據(jù)組織和管理，除了以數(shù)據(jù)庫方式進行數(shù)據(jù)存儲外，還提供了基于文件的數(shù)據(jù)存儲方式。同時，定義了一種專用文件格式且采用二進制方式進行數(shù)據(jù)存儲，以滿足工藝文檔在網(wǎng)絡傳輸中的安全性要求，從而可以實現(xiàn)在離線或遠程狀態(tài)下對工藝文檔的操作要求。例如，為了使工藝設計流程中的工藝校核和審核等任務，能在廣域網(wǎng)上通過網(wǎng)絡和電子郵件等多種途徑進行操作，并保證工藝文檔在網(wǎng)絡中的安全性，就需要借助這個專用瀏覽器實現(xiàn)該類型文件的瀏覽，其讀取工藝卡片數(shù)據(jù)文件的工作流程如圖2所示。其中，工藝卡片的輸出形式是根據(jù)具體企業(yè)的工藝卡片形式，通過定制工藝卡片模板來實現(xiàn)。

3 B/S和C/S模式下的制造資源管理

    制造資源分為硬件資源和軟件資源兩大類，硬件資源指機床、刀具、夾具和量具等，軟件資源包括材料參數(shù)、加工技術參數(shù)以及在生產(chǎn)過程中逐漸積累起來的工藝設計經(jīng)驗和知識。對集團企業(yè)內(nèi)部，一切可用制造資源的合理使用是目前工藝設計的重要因素。隨著企業(yè)集團化的發(fā)展，制造資源比較分散，難以進行統(tǒng)一管理，針對這種情況，采用網(wǎng)絡化方式對制造資源進行統(tǒng)一管理，使分散在不同地域的各種制造資源通過B/S模式進行統(tǒng)一管理和使用。同時，從工藝設計人員的使用靈活性方面考慮，在工藝設計軟件中也開發(fā)了基于C/S方式的制造資源查詢模塊，圖3為開發(fā)的基于B/S模式的制造資源管理系統(tǒng)，圖4給出了在工藝設計軟件中集成制造資源檢索系統(tǒng)的運行界面(C/S模式)。

4 數(shù)控工藝設計和數(shù)控程序的遠程傳輸

    面向特征的數(shù)控工藝的設計是采用特征分解策略實現(xiàn)的，對于一個具體的企業(yè)，由于產(chǎn)品種類和所擁有的加工設備基本固定，生產(chǎn)的產(chǎn)品種類通常非常相近，其零件也具有一定的相似性，因此對應的數(shù)控加工程序也在很大程度上存在著相似性。針對這一特點，本文在分析一個具體企業(yè)的產(chǎn)品特點的基礎上，首先在對數(shù)控加工特征分類的基礎上建立特征庫，接著對每個特征采用參數(shù)化設計方法，以刀具的選擇和切削參數(shù)來優(yōu)化編制相應的數(shù)控(簡稱NC)程序。當涉及一個具體零件或數(shù)控工序的NC編程時，采用特征分解方式并結合一定的加工規(guī)則實現(xiàn)數(shù)控工藝的自動生成。
    4.1特征的提取和工藝處理

    對每一類典型零件，采用下列方式進行特征提取和數(shù)控工藝的制定：對典型零件族，基于特征分解策略，采用交互式的方式或特征識別方法從三維零件模型上確定出需要進行數(shù)控加工的零件特征；分析各類特征的加工技術要求，通過選擇不同的刀具及工藝類比等方法尋找出所有可行的工藝方案，基于特征與其所屬零件的幾何關系，確定和定義特征參數(shù)，對于典型特征(或稱公共特征)族，收集和整理相應的工藝知識，建立工藝知識規(guī)則庫，對每個加工特征，確定最優(yōu)NC加工方案和工藝優(yōu)化規(guī)則。

    4.2數(shù)控工藝的生成機制及實例

    基于特征的數(shù)控程序生成過程(見圖5)如下。

    (1)根據(jù)確定的數(shù)控加工特征及其相關特征參數(shù)信息，包括特征類型、特征位置、尺寸、方位和其他幾何參數(shù)，從工藝知識庫檢索相關的工藝規(guī)則。
    (2)根據(jù)獲得的加工工藝規(guī)則，制定特征分解策略和確定數(shù)控程序塊的執(zhí)行順序，生成該特征完整的數(shù)控加工程序。
    (3)調(diào)用NC處理程序和后置處理程序(包括仿真和干涉檢查等)，對其進行處理生成最終的數(shù)控程序文件。
    (4)將最終的NC程序文件上載到工藝設計文檔中所指定的位置，并將對應的三維CAD模型作為工序簡圖添加到工序卡中相應的位置。
    (5)數(shù)控加工人員根據(jù)工藝卡片給出的三維模型圖和標明的NC程序位置，下載數(shù)控程序，輸入到數(shù)控機床控制器進行零件加工。通過實例驗證了系統(tǒng)的基本思想，圖6、圖7分別為數(shù)控工序設計和傳統(tǒng)工序設計的操作界面。

5 結論

    從目前我國的實際情況出發(fā)，本文提出了一種新的集成數(shù)控工序的工藝設計方案，與已有的工藝設計方法的區(qū)別在于該設計方案同時兼顧了工藝卡片和數(shù)控加工的制造模式，并從提高工藝設計的靈活性、適應現(xiàn)代制造模式發(fā)展的需要出發(fā)，提出了基于任務工作流的工藝設計模式。根據(jù)不同的環(huán)境要求，分別采用瀏覽器/服務器和客戶機/服務器方式實現(xiàn)了工藝規(guī)劃過程，從而提高了工藝設計的靈活性和效率。