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计算机辅助工艺计划出自 MBA智库百科()(重定向自CAPP)计算机辅助工艺计划(CAPP-Computer Aided Process Planning) 目录隐藏 1 什么是计算机辅助工艺计划(CAPP) 2 CAPP系统 o 2.1 基础组成o 2.2 内容o 2.3 步骤o 2.4 分类o 2.5 CAPP基础技术 3 CAPP在CAD/CAM集成系统中作用 4 CAPP发展趋势 5 计算机辅助工艺计划案例分析 o 5.1 案例一:企业CAPP应用分析1 6 参考文件编辑什么是计算机辅助工艺计划(CAPP) 计算机辅助工艺计划也被译为计算机辅助工艺过程设计。国际生产工程研究会（CIRP）提出了计算机辅助计划(CAP)、计算机自动工艺过程设计(CAPP)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。 因为计算机集成制造系统(CIMS)出现，计算机辅助工艺计划上和计算机辅助设计(CAD)相接，下和计算机辅助制造（CAM)相连，是连接设计和制造之间桥梁，设计信息只能经过工艺设计才能生成制造信息，设计只能经过工艺设计才能和制造实现功效和信息集成。 计算机辅助工艺计划(CAPP)是经过向计算机输入被加工零件原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最终输出经过优化工艺规程卡片过程。在集成化CAD/CAPP/CAM系统中，因为设计时在公共数据库中所建立产品模型不仅仅包含了几何数据，也统计了相关工艺需要数据，以供计算机辅助工艺计划利用。计算机辅助工艺计划设计结果也存回公共数据库中供CAM数控编程。集成化作用不仅仅在于节省了人工传输信息和数据，更有利于产品生产整体考虑。从公共数据库中，设计工程师能够取得并考察她所设计产品加工信息，制造工程师能够从中清楚地知道产品设计需求。全方面地考察这些信息，能够使产品生产取得更大效益。 计算机辅助工艺计划（CAPP)利用计算机来进行零件加工工艺过程制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求零件，瞎一过程称为计算机辅助工艺计划。它是经过向计算机输入被加工零件几何信息（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工艺路线和工序内容等工艺文件过程。 CAPP系统 编辑基础组成 视CAPP系统工作原理、产品对象、规模大小不一样而有较大差异。CAPP系统基础组成包含： (1) 控制模块。控制模块关键任务是协调各模块运行，是人机交互窗口，实现人机之间信息交流，控制零件信息获取方法； (2) 零件信息输入模块。当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息输入； (3) 工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺步骤决议，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用； (4) 工序决议模块。工序决议模块关键任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图； (5) 工步决议模块。工步决议模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需刀位文件； (6) NC加工指令生成模块。NC加工指令生成模块依据工步决议模块所提供刀位文件，调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令； (7) 输出模块。输出模块可输出工艺步骤卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改得到所需工艺文件； (8) 加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生加工过程进行模拟，检验工艺正确性。 编辑内容 CAPP内容关键有：毛坯选择及毛坯图生成；定位基准和夹紧方案选择；加工 方法选择；加工次序安排；通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备选择；工艺参数计算；专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方 案提出；工艺文件输出。 编辑步骤 CAPP步骤共分为5步： (1）输入产品图纸信息； (2）确定工艺路线和工序内容； (3）确定加工设备和工艺装备； (4）计算工艺参数； (5）输出工艺文件。 分类 系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式等。 检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺，将设计好零件标准工艺进行编号，存放在计算机中，当制订零件工艺过程时，可依据输入零件信息进行搜索，查找适宜标准工艺。 派生式工艺过程设计就是利用零件有相同性，相同零件有相同工艺过程这一原理，经过检索相同经典零件工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件工艺过程。 创成式工艺过程设计系统和派生式系统不一样，它是依据输入零件信息，依靠系统中工程数据和决议方法自动生成零件工艺过程。 编辑CAPP基础技术 CAPP基础技术包含： (1)成组技术（Group Technology）。 成组工艺是把尺寸、形状、工艺相近似零件组成一个个零件族3，图3所表示，按零件族制订工艺进行生产制造，这么就扩大了批量，降低了品种，便于采取高效率生产方法 从而提升了劳动生产率，为多品种、小批量生产提升经济效益开辟了一条路径。 零件在几何形状、尺寸、功效要素、精度、材料等方面相同性为基础相同性。以基础相同性为基础，在制造、装配生产、经营、管理等方面所导出相同性，称为二次相同性或派生相同性。所以，二次相同性是基础相同性发展，含相关键理论意义和实用价值。 成组工艺基础原理表明，零件相同性是实现成组工艺基础条件。成组技术就是揭示和利用基础相同性和二次相同性，是工业企业得到统一数据和信息，取得经济效益，并为建立集成信息系统打下基础。 (2）零件信息描述和获取； 输入零件信息是进行计算机辅助工艺过程设计第一步，零件信息描述是CAPP关键，其技术难度大、工作量大，是影响整个工艺设计效率关键原因。 零件信息描述正确性、科学性和完整性将直接影响所设计工艺过程质量、可靠性和效率。所以，对零件信息描述应满足以下要求： 1信息描述要正确、完整。所谓完整是指要能够满足在进行计算机辅助工艺设计时需要，而不是要描述全部信息； 2信息描述要易于被计算机接收和处理，界面友好，使用方便，工效高； 3信息描述要易于被工程技术人员了解和掌握，便于被操作人员利用； 4因为是计算机辅助工艺设计，信息描述系统（模块或软件）应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助检测等多方面要求，方便能够信息共享。 (3）工艺设计决议机制； (4）工艺知识获取及表示； (5）工序图及其它文档自动生成； (6）NC加工指令自动生成及加工过程动态仿真； (7）工艺数据库建立。 CAPP在CAD/CAM集成系统中作用 20世纪80年代中后期，CAD、CAM单元技术日趋成熟。伴随机械制造业向CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）和IMS（Intelligent Manufacturing System）方向发展，CAD/CAM集成化要求是亟待处理问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中取得零件几何拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中取得企业生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺步骤卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起纽带作用。为达成此目标，在集成系统中必需处理下列几方面问题： (1）CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件几何信息、材料信息、工艺信息等，以替换零件信息描述输入； (2）CAD模块几何建模系统，除提供几何形状及拓扑信息外，还必需提供零件工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等； (3）须适应多个数控系统NC加工控制指令生成。 编辑CAPP发展趋势 伴随CAD、CAPP、CAM单元技术日益成熟，同时又因为CIMS及IMS提出和发展，促进CAPP向智能化、集成化和实用化方向发展。目前，研究开发CAPP系统热点问题有： (1）产品信息模型生成和获取； (2）CAPP体系结构研究及CAPP工具系统开发； (3）并行工程模式下CAPP系统； (4）基于分布型人工智能技术分布型CAPP专机系统； (5）人工神经网络技术和教授系统在CAPP中综合应用； (6）面向企业实用化CAPP系统； (7）CAPP和自动生产调度系统集成。 计算机辅助工艺计划案例分析 编辑案例一:企业CAPP应用分析1 中国企业CAPP应用尚属起步推广阶段，成功应用CAPP企业还不多见，但伴随CA甩图板工程结束，伴随CAPP软件产品不停成熟，CAPP应用需求日益迫切，越来越多企业开始关注CAPP，酝酿、策划实施CAPP，这表明CAPP应用正在蓬勃兴起。 CAPP在现代制造业中，含相关键理论意义和广泛迫切实际需求。因为CAPP系统应用，不仅能够提升工艺规程设计效率和设计质量，缩短技术准备周期，为广大工艺人员从繁琐、反复劳动中解放出来提供了一条切实可行路径，工艺人员能够更多地投入工艺试验和工艺攻关，而且能够确保工艺设计一致性、规范化，有利于推进工艺标准化。更关键是工艺BOM数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核实等关键依据，CAPP系统应用将为企业数据信息集成打下坚实基础。 二、企业工艺特点及存在问题 1、企业工艺特点 工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程一门艺术，它是连接产品设计和产品制造桥梁。工艺规程是进行零件加工关键依据，工艺设计关键任务是为被加工零件选择合理加工方法和加工次序，方便能按设计要求生产出合格成品零件。 通常工艺编制过程是： 按设计白图、零件清单进行工艺会审（工艺评定、工艺试验），制订工艺方案按设计蜡图、零件清单划分工艺路线按设计蓝图、零件清单编制工艺规程，选择加工方法，排出加工工序过程，选择各工序加工余量、参数、刀具、工艺装备，绘制必需工序简图，编制工艺卡片，计算工时定额，材料定额，编制工装汇总、工艺关键件明细表、外协件明细表、焊接件明细表、锻件明细表、热处理明细表等工艺文件。 工艺设计处于产品设计和加工制造接口处，必需分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上相关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面信息，又要了解加工制造中相关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面信息。工艺原因错综复杂，工艺理论又不成熟，所以说工艺是一个经典复杂问题。 工艺设计受到诸如企业生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺习惯、工艺方法、工艺师经验水平等原因影响，甚至受到生产组织和管理方法制约。上述原因中任何改变，全部将造成工艺设计方案改变，所以说工艺在各个方面全部充满着“个性”。 工艺设计产生大量工艺数据，这些工艺数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核实等关键依据，所以说工艺设计是企业一项关键性工作。 伴随市场竞争不停加剧，产品升级换代周期越来越短，产品品种急剧增加，但系列产品工艺含有很大继承性。不一样产品中相同或相同零部件含有相同工艺，工艺卡片上产品、组件、零件属性等信息源于设计图纸，工艺卡片之间信息联络亲密，相同数据反复率很大。所以说工艺卡片中存在大量反复信息。 2、企业技术部门计算机应用现实状况 近几年，在国家科委CAD“甩图板”工程推进下，大部分企业成功甩掉图板，相当百分比企业应用了三维设计软件，CAD应用取得良好成效。不过在绝大多数企业中，工艺部门计算机应用严重滞后于设计部门，很多企业还在使用手工进行工艺设计，部分企业使用CAD软件或办公软件来“画”工艺卡片，另外部分企业，即使经过和高校、科研单位合作，开发了专用CAPP软件，但在图形处理、数据共享、实用性等方面存在显著缺点，应用效果并不理想。技术部门通常沿用传统管理模式，数据信息不能共享，极少有单位能成功应用PDM。 3、手工编制工艺存在问题 以手工方法进行工艺设计存在以下问题： 工艺数据反复填写、反复计算，存在大量反复劳动，无法直接利用CAD信息，工艺设计 工作量大、效率低、周期长、易犯错。 工艺设计质量完全取决于工艺人员技术水平和工作经验，难以确保工艺数据正确性，工艺质量无法确保。 工艺方法因人而异，难以实现工艺设计继承性、规范性、标准化和最优化，不能有效地降低生产成本。 无法实现工艺文件计算机统一管理和维护，工艺信息不能和其它部门共享。 不能将工艺教授经验和知识集中起来加以充足地利用，不能充足利用企业制造资源、工艺资源。 对工艺设计人员要求高，要求工艺师含有丰富生产经验，熟悉企业内部多种加工方法及对应设备使用情况，熟悉企业内部多种生产加工规范和规章制度。 工艺师培养成本高，缺乏有经验工艺师。 4、工艺工作面临挑战 日趋猛烈、日益多变市场竞争要求企业能不停推出新产品，企业对用户要求必需作出快速响应，和此同时，产品技术要求越来越高，交货期也越来越短，全部这一切对企业技术能力、工艺能力是个严峻挑战，手工编制工艺将无法适应残酷市场竞争，企业迫切需要建立工艺快速反应能力。计算机辅助技术能有效提升企业技术能力，CAPP是提升工艺设计效率有效手段。实施CAPP系统，推进企业技术部门信息化是企业目前发展关键课题。 三、实施CAPP系统，提升工艺设计水平 1、企业对CAPP软件要求 新一代CAPP工具系统经过提供功效通用、强大编辑工具、工艺资源管理工具、计算工具、汇总工具、配置工具、开发工具等给工艺人员最大帮助，辅助工艺人员提升工艺设计效率和设计质量。同时CAPP系统向企业推荐和引进国家标准工艺设计和工艺管理规范，推进工艺规范化、标准化，提升工艺设计水平。 企业需要应用面广、实用性强、集成型好平台型CAPP工具系统，CAPP应是“一个以整个产品为应用对象，以产品工艺数据为中心集工艺过程设计、工艺信息管理为一体交互式计算机应用系统和开发平台，经过融合检索、修订、创成等技术，逐步实现工艺设计和管理自动化、信息化。 对CAPP软件具体要求以下：安装简单、人机界面友好、实用性强、开放性好、稳定安全柔性网络版CAPP系统。 CAPP系统应兼备工艺设计和工艺管理功效： CAPP系统必需能实现和CAD、PDM、MIS、ERP等系统集成 CAPP系统应提供功效强大工艺卡片设计工具，融数据库、图形、图象、表格、文字编辑于一体，图文并茂，提供可视化工艺设计环境，100%所见即所得。能编制工艺路线、工艺过程卡、工序卡、工艺BOM等工艺文件。数据信息一次输入、全程共享、相互关联，杜绝数据反复输入操作。含有自动换行、自动续页、自动增删页、自动编号、自动编排页次功效。直接绘制工艺简图，可借助零件图产生工艺简图，支持特殊工程符号定义和编辑。CAD图纸上相关信息自动填入工艺卡片，自动关联工艺资源数据库快速获取数据。含有工艺卡片集中打印管理功效。 CAPP系统应提供树形结构工艺资源管理功效，工艺资源包含：设备、工装、工艺术语、工艺参数、工艺规则、工艺简图、材料牌号、材料规格、产品、零件、毛坯、车间、工段、经典工艺、计算公式等任何可供共享和反复使用工艺数据、工艺知识。支持资源库结构自由定义和数据自由扩充，实现和工艺卡片自定义关联、自动引用。规范工艺内容，提升标准化程度。 应含有公式计算和公式管理器功效，提供材料定额计算和工时定额计算公式库，用户可自行扩充专用公式。系统按公式定义自动计算，计算结果自动填入工艺文件。 CAPP系统必需提供简单灵活配置定制工具，以适应企业全部专业工艺设计要求，并含有统一应用环境和数据结构。 提供工艺卡片模板定制工具，可由用户绘制、定义、扩充工艺卡片格式。支持工艺文件在不丢失任何信息基础上由一个卡片格式转换到另一个卡片格式，保护历史工艺数据资源。 能读取CAD系统产生产品结构信息，能够由工艺卡片自动生成工艺BOM。 必需提供完善二次开发工具和开发接口，用户能够自行开发专用CAPP模块，如定型工艺自动生成。 应能检索经典工艺、标准工艺，并能快速派生工艺。 2、实施CAPP系统达成目标 应用CAPP系统进行工艺设计，能够： 提升工艺设计工作效率，加紧市场响应速度，缩短技术准备周期。 提升工艺设计质量，降低产品退修费用。 帮助工艺工程师从繁琐、反复低层次劳动中解放出来，有更多精力投入工艺试验、工艺攻关，优化工艺设计，促进技术进步。 继承和共享工艺教授经验和知识，通常工艺人员就能设计出很好工艺过程，能够处理缺乏经验丰富工艺师问题，同时能加紧工艺师培养。 推进工艺标准化建设，提升工艺设计水平。 为企业管理信息系统实时提供正确工艺数据，为企业信息化建设提升源头信息。 3、CAPP实施关键 企业应用CAPP软件是一个系统工程，必需总体计划，分步实施。因为工艺处于设计和生产接口处，CAPP实施既要实现和现有CAD系统集成，又要考虑未来和企业ERP等管理软件全方面集成，所以CAPP 系统实施关系重大，关系到企业信息系统集成和企业信息化建设成败。同时因为工艺个性化、复杂性及CAPP发展不足，给CAPP软件实施带来了不小困难。 CAPP系统实施通常包含需求分析、总体计划、软件实施和培训、定制开发等过程。系统实施之前必需进行具体需求分析、工艺知识搜集和整理，并依据企业本身特点选择适宜CAPP软件产品，制订CAPP系统实施方案。 因为工艺个性化特征，即每家单位工艺全部有自己特点，所以CAPP系统实施中开发工作量极大，商品化CAPP软件必需经过二次开发才能适合企业实际应用。所以，CAPP系统实施前期必需提出明确、全方面开发需求，制订详尽技术协议，这是系统实施和验收依据。技术协议应对软件系统结构、总体要求、功效需求、集成需求提出了具体技术要求，为CAPP系统实施制订框架协议和验收标准。这是CAPP系统实施成功关键所在。CAPP二次开发关键包含：CAPP编辑平台用户化开发、BOM自动生成模块、专业工艺自动化生成模块等。在系统实施中，企业技术人员必需全方面参与开发工作，掌握系统定制和开发技术，能够在以后应用中不停扩充和完善CAPP系统。 四、CAPP集成应用 CAPP集成应用是关系到CAPP应用水平关键原因，面向产品信息CAPP集成目标首先是实现工艺部门内部信息共享及工艺设计和管理一体化，工艺数据必需做到一次输入、相互关联、全程共享，并含有统一数据结构，CAPP软件必需实现这一层次集成应用。 CAPP集成应用第二层次是CAPP和CAD集成。CAPP必需能读取CAD产生产品结构信息和图形信息，避免反复输入。这需要一个前提，就是 CAD系统应能自动生成设计BOM信息（设计BOM由CAD图纸自动生成），为CAPP系统提供完整、一致、正确BOM信息和图纸数据。要实现这一点，除了需要BOM软件工具支持以外，还必需对电子文档进行有效管理，能确保计算机上存放电子文档完整性、一致性和正确性。现在大部分企业在完成 CAD甩图板工程以后，只是利用目录结构对电子文档进行简单管理，没有权限控制、没有版本控制、没有层次结构、没有入库提交机制，无法确保计算机中电子文档完整性、一致性和正确性，在这种情况下，即使有BOM生成工具，也无法向CAPP系统提供完整、一致、正确设计BOM信息和图纸数据。 CAPP集成应用第三层次是逐步实现和MRPII/ERP等管理信息系统集成，为这些系统提供产品结构树、产品零部件工艺路线表、工时定额表、材料定额表、工装汇总表、工艺明细表等工艺信息。 CAPP第二层次和第三层次集成应用以PDM系统为集成平台。由PDM负责电子文档管理，确保电子文档完整性、一致性和正确性，在PDM管理下，BOM工具自动生成设计BOM，并由PDM为CAPP系统提供完整、一致、正确设计BOM信息和图纸信息。CAPP系统产生工艺数据也交给PDM 系统管理，并由PDM系统提供给MRPII/ERP等管理信息系统。 为了提升CAPP应用水平，也为了提升CAD系统、CAPP系统应用效益，我们认为，在普及CAD应用基础上，实施CAPP同时应实施PDM系统或图文档管理系统（如不含有实施PDM条件，能够先实施PDM中一个模块：图文档管理），以实现CAD/CAPP集成，稳步推进企业技术部门信息化建设，并为企业信息化打下坚实基础。 CAPP是CIMS工程中一个关键模块，也是企业信息化建设关键步骤。前几年，因为CAPP软件发展走了部分弯路，造成CAPP应用成为计算机辅助技术领域微弱步骤和企业实施推广CIMS工程瓶颈所在。很多企业在还未深化CAD、CAPP应用情况下实施ERP系统，造成ERP系统所需 BOM信息、工艺路线、工时定额等数据只能反复手工输入，严重影响了ERP系统应用效果，甚至造成ERP系统实施失败。近几年CAPP软件发展取得了长足进步，为全方面推广CAPP应用奠定了基础，国家机械工业局也于今年开始推广CAPP技术，能够说实施CAPP系统有利时机已经来临，相信在未来几年，CAPP应用必将取得丰硕结果。 编辑参考文件 1. 企业CAPP应用分析.无锡赛博盈科科技.-08-01计算机辅助工艺设计(CAPP :Computer-aided process planning) 是指在人和计算机组成系统中，依据约束条件和资源条件，将零件设计信息转换为制造零件所需一系列加工操作，并人机交互或自动地生成零件加工工艺规程。也即是将产品设计信息和制造环境提供全部可能加工能力信息进行匹配和优化过程。迄今为止，CAPP研究已经历了40 余年，取得了很多重大研究结果，取得了一定经济效益。尤其是将教授系统、神经网络和模糊逻辑等人工智能技术应用于CAPP以后，工艺知识获取、表示和利用有效性和灵活性有了很大改观，CAPP系统实用化和工程化水平得到了很大提升。尽管如此，CAPP 仍然有很多还未处理关键问题，其应用实际效果和企业工程需求还相差甚远，已经成为实现CAD/CAPP/CAM集成瓶颈。 正当CAPP 技术(包含人工智能技术) 研究陷入困境而停滞不前时，中国外教授学者提出了人机智能系统构想，这为CAPP 系统研究和发展开辟了一条充满光明前景崭新路径。早在1990 年，著名科学家钱学森就提出了“综合集成工程”(Metasynthetic engineering) 思想，指出“我们要研究是人和机器相结合智能系统，不能把人排除在外，是一个人机智能系统”。1991 年，美国斯坦福大学里南(Lenat) 和费根鲍姆( Feigenbaum) 提出“人机合作估计”(Man-machine synergy prediction) 是知识系统“第二纪元”，并指出“系统将使智能计算机和智能人之间成为一个同事关系，人和计算机各自实施自己最擅长任务，系统智能就是为这种合作产物”；1994 年，法国克洛德贝纳尔里昂第一大学Francois Chevener 认为:问题求解常常不能自动进行，因为对于部分子问题，计算机找不到对应处理策略或知识，只能靠人来处理，所以人必需能够干涉自动问题求解过程。19941995 年，路甬祥等又提出“人机一体化系统”(Humachine system) 技术立论、科学体系和关键技术。1999 年，在第49 届CIRP 年会上，瑞典乔柏( Kjellberg) 所作专题汇报“面向人生产系统设计”得到了各国和会代表认同，并认为21 世纪制造系统应该从面向技术转向面向人。 由此可见，CAPP 系统以后发展方向应采取以人为中心、人机一体技术路线，研究基于知识人机智能化CAPP 系统体系结构和关键技术，建立一个新型面向人CAPP 系统， 从而真正提升CAPP 应用水平。 1 CAPP 系统发展历程 计算机辅助工艺设计研究在国际上始于20世纪60年代后期，其早期意图就是建立包含工艺卡片生成、工艺内容存放及工艺规程检索在内计算机辅助系统。它只是将计算机看成存放、整理、计算和提取信息工具，以帮助降低工艺人员所做事务性工作，从而节省工艺设计时间。这么系统没有工艺决议能力和排序功效，所以不含有通用性。而真正含有通用意义CAPP系统是1969年以挪威开发AUTOPROS系统为开端，其后很多CAPP系统全部受到这个系统影响。将计算机辅助工艺设计正式命名为CAPP 则是在计算机辅助工艺设计发展史上含有里程碑意义美国计算机辅助制造国际组织CAM-I (Computer aided manufacturing-international )于1976 年所推出CAM-IS automated process planning 系统。1985 年1 月CIRP 首次举行了CAPP 专题研讨会，11月美国ASME冬季年会专题定为“计算机辅助/智能工艺过程设计”，1987 年6 月CIRP 又举行了CAPP 专题学术研讨会，从而使CAPP 系统研究进入了一个崭新时代。 中国在20世纪80年代早期开始了CAPP理论研究和系统开发工作。1982年，同济大学TOJ ICAP系统率先研制成功并进入中国市场。西北工业大学、北京航空航天大学、西安交通大学、南京航空航天大学等单位也研制成功了适适用于特定类型零件CAPP系统。1986 年3月，中国制订并开启863 计划，并在后续863/CIMS专题计划中设置了多项和CAPP 相关关键技术攻关项目或子项目、目标产品发展项目和软件重大专题，同时大力推广应用示范工程。1988 年5 月，在南京航空航天大学召开了中国第一次CAPP 专题研讨会，受到广大科研院所和制造企业普遍关注，引发了中国CAPP 研究热潮。1989 年，国家863/ CIMS 工艺设计自动化工程试验室在上海交通大学正式建立，关键从事异地分布式CAPP 系统体系结构及实现技术等方面研究和开发工作，取得了很多研究结果。 2 CAPP 系统智能技术 在CAPP 系统中，因为有相当多问题求解是极其复杂，常常没有算法可遵照，或即使有计算方法，也是NP(Nondeterministic polynomial-bounded) 问题。所以大家就用人工方法和技术来模拟人类求解复杂问题思维方法和过程，实现一些“机器思维”，从而处理需要人类教授才能处理工艺问题，这么就造成了人工智能产生并在CAPP 系统中取得广泛应用。 2.1 人类智能及其特征 我们知道，人类被誉为万物之灵，灵就灵在人类含有一个“智慧”大脑。然而，人类对客观世界认识越来越清楚同时，却对自己大脑产生智能机理仍然迷雾茫茫，知之甚少。如此看来，智能作为科学技术三大起源难题(宇宙起源、生命起源和智能起源) 之一，只能有待于21 世纪处理了。智能一词起源于拉丁语“Legere”，意思是搜集、聚集。到现在为止，对于智能，还没有一个统一见解。通常认为:智能是利用信息和知识采取理智行动能力。通俗地说，智能能够了解为能获取知识并利用知识处理问题能力。 考察和分析人类智能活动全过程，不难发觉，思维是整个智能活动中最关键、最本质和最复杂部分。没有思维就没有些人类智能，也就不可能使人类远远超出其它动物而成为万物之灵。1984 年，钱学森教授提倡开展思维科学研究，并将人类思维划分为“抽象(逻辑) 思维、形象(直觉) 思维和灵感(顿悟) 思维”，同时指出即使划分为三种思维，但实际上人每个思维活动过程全部不会是单纯一个思维在起作用，往往是两种，甚至是三种思维交错混合在一起共同起作用。三种思维基础特点如表1所表示。 人类智能上述特点也恰好说明了尽管冯诺依曼(Von Neumann) 计算机处理速度极快、存放容量极大、符号推理能力极强，但还是远不如人类聪慧根本原因。当然，人类智能毕竟是数十万年大脑进化、数百万年人类进化和数亿万年生物进化结晶，是高度时间复杂性和巨大空间复杂性交织而成，有着无限奥秘和无穷智慧脑神经系统产物，远非采取若干硅片在数十年内就能完全模拟成功。 就工艺设计过程而言，人脑思维活动就显著地表现出了多个思维形式综合特点。它既是逻辑性和跳跃性统一，又是次序性和并发性统一；既可能“循序渐进，逐步推理”，又可能“灵机一动，计上心来”，还可能“突发奇想，另辟蹊径”。人脑在思维时能够依据以往经验分析大量外界信息，对很多复杂问题做出判定，然后再在此基础上进行概括和总结，以达成条理化和逻辑化，最终得四处理问题满意方案。同时，人类思维还能够依据直觉做出决议。譬如在对一个零件进行工艺设计时，一个经验丰富工艺教授可在看到零件图纸短临时间内，就能形成该零件加工方法、装夹方案和初步加工路线，并能注意到可能存在一些关键问题和关键工序，然后再按一定工艺理论逐步分解和细化，以形成符合制造环境工艺规程。在这一过程中，人类思维一直能够前后一致、全方面细致地进行协调。不过，冯诺依曼计算机在处理问题时，则不含有直觉性和并发性，既不能“突如其来，一气呵成”，也不能在同一个时间内形成多个问题处理措施并相互协调(尽管运算速度能够无限快) ，即计算机总是有次序、有条理地按一定程序处理问题。 2.2 人工智能及其特征 人工智能是相对于人类智能(即生物高级智能或自然智能) 而言，它是采取人工方法和技术来模拟、延伸和扩展人类智能行为一门综合学科。1956 年夏天，在美国达特茅斯学院召开了一次影响深远历史性会议，人工智能这个术语就是在此次会议上由该校数学助教约翰麦卡锡等10 名年青学者在为期2 个月“机器模拟人类智能”学术研讨会中正式提出来。以后，达特茅斯学院被看作是人工智能诞生地，她们10 人也被科学界誉为“十大金刚”，并大多成为人工智能泰山北斗，而麦卡锡本人，在美国也常常被认为是“人工智能之父”。人工智能和空间技术、原子能技术一起被誉为20 世纪三大科技成就。经过40 多年研究和发展，人工智能研究已取得不少结果，其应用渗透到各个领域，尤其是教授系统、智能决议、智能机器人、自然语言了解等方面成就更是促进了人工智能深入发展。人工智能关键包含推理、学习和联想三大智能要素。目前，人工智能推理功效已获突破，学习功效正在研究之中，联想功效尚处于探索阶段。 因为人工智能是经过智能机器或智能系统来实现其功效，且其中控制关键是计算机，所以人类大脑和计算机控制过程在一些方面含有相同性。然而，人类大脑毕竟不一样于计算机，二者之间存在着巨大差异，如表2 所表示。 由表2 可知，计算机在处理速度、存贮容量、数值计算、逻辑推理等方面含有很显著优势，而人类大脑却在学习能力、发明能力、环境适应能力和经验总结和知识归纳等方面有着计算机无法比拟能力。当然，伴随计算机科学和技术发展，未来智能计算机是会含有发明功效，但它这种发明功效归根到底也是由人事先给予，是人类发明功效结果和延伸，在本质上改变不了只是人工具属性。 3 人机智能化CAPP 体系构想 因为智能水平是衡量CAPP 系统性能一个关键原因，更因为冯诺依曼(Von Neumann) 计算机在处理工艺设计问题时所表现出来严重缺点，为了填补其不足，更为了扩展其性能，所以大家才考虑将人类智能和人工智能结合起来，将多种人工智能思想、方法和技术引入到CAPP 系统中去。 最近十年，伴随IMS 发展，大家对在制造系统中发挥人创新能力和人智能给了高度关注。所以，在中国学者提出了“人机一体化”思想同时，国外也提出了“Holonic 制造系统”(Holonic manufacturing system:HMS) 概念，且成为国际合作研究计划IMS 项目之一。在HMS 中，人在制造中作用被重新定义和愈加重视。人不再被看作是干预原因，而是被看成组成整个制造环境中一个关键组成部分，并使个人技能得以充足发挥。在CAPP研究和实践中，笔者也认识到两个基础准则:一是人主动参与，不仅不会减弱CAPP 系统整体性能和运行质量，而且会在更大程度上提升CAPP 系统集成度和智能水平；二是人在系统中饰演角色将愈加关键，人将永远是系统中最有发明性知识源和关键问题最终决议者。王先逵教授提出:建立一个“人机一体化”智能系统，充足发挥人智能优势，以合理代价实现较高智能，这在很长一段时间内将是开发CAPP 系统一个指导标准。 依据上述标准，在开发CAPP 系统时，就应该基于人机一体化思想，将人类智能和人工智能技术结合起来，研究工艺计划中人和计算机之间耦合关系和协作方法，将过去“完全智能化”变为“合适智能化”，将以往“以计算机为中心人机交互”方法转变为“以人为中心人机一体”方法，并应用多种人工智能技术，实现各阶段多种有效智能化在线辅助，从而建立一个新型面向人人机智能化CAPP系统。图1 给出了一个人机智能化CAPP 系统框架。 在图1 中，系统关键是人机协同决议模块。其基础思想是使人和计算机处于平等合作地位上，使二者决议现有分工又有协作。首先经过人机决议任务分配，将适合于计算机决议任务交给计算机去做，如加工刀具选择决议和工艺尺寸计算决议等，将适合于人决议任务交给人去做，如加工次序决议和装夹方案决议等。二者在共同决议过程中取长补短，协商决议，以达成共识。其次，因为人和计算机处理问题方法、程序及其知识有所不一样，所以人和计算机对有些问题能够同时做出决议，最终经过综合评价得到比较合理结果。经过这么人机共同决议将人类智能和人工智能融合在一起，能够深入提升决议可靠性，但这种决议方法全方面实现还有待于机器学习和对人类语言了解深入提升。 4 人机智能化CAPP 系统关键技术 在人机智能化CAPP 系统中，依据“以人为中心、人机一体化”思想，采取“人机交互感知、人机综合推理、人机协同决议”技术路线，人和计算机共同组成一个综合系统，经过人机智能接口，在人和计算机之间建立一个新型耦合关系，从而实现人机最好协同合作。在这里，人机耦合是整个系统瓶颈，而计算机技术和信息技术是实现人机耦合关键，超介质处理方法(即可视化技术、虚拟现实技术和智能体技术等) 是实现人机耦合手段。 4.1 人机交互感知技术 (1) 人类子系统经过视觉、听觉、触觉等感觉器官感知制造系统内部和外部多种信息(包含零件工艺信息) ，并将筛选后有用信息输入给系统处理模块，为零件初始工艺设计或工艺规程实时修正提供依据； (2) 计算机子系统经过扫描仪、数码摄像、语音录入、传感器等物理设备感知图纸、零件和声音信息和制造系统在运行过程中其它信息，在对各类信息进行归纳整理后，从中提取为工艺设计所需要信息； (3) 计算机子系统经过CAD/CAPP/CAM集成系统感知和工艺设计相关信息，并将所感知信息进行加工处理后再传输给人类子系统，让人类子系统进行二次感知。 经过人机交互感知，使系统取得更完备、更正确、更可靠工艺设计信息。 4.2 人机综合推理技术 对于面向人工艺设计系统，应采取“层次分解、逐步求精”方法，根据工艺理论和工艺习惯分层次分阶段进行计划。为此，需要将工艺设计任务分解为“毛坯设计、装夹方案设计、加工方法决议、加工次序决议、设备和工装选择、工序设计和工艺规程设计”7 个子任务。每个子任务又可再划分为若干个子子任务。这么，人机综合推理就能够对系统中全部子任务进行求解，全部子任务求解结束后，工艺规程即告完成。 (1) 计算机子系统应该充足发挥逻