計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)是連接計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)之間的橋梁。一個(gè)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(jī)床、刀具、夾具和量具等)。在過(guò)去的幾十年里，人們從CAD/CAM集成的角度考慮，對(duì)CAPP進(jìn)行了深入的研究，在回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的CAPP和箱體類(lèi)零件的CAPP方面都取得了很大的進(jìn)展，但大量的研究都集中在通過(guò)CAD模型的特征識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝方案的自動(dòng)生成，而對(duì)工藝設(shè)計(jì)的個(gè)性化特征卻考慮得甚少，從而導(dǎo)致長(zhǎng)期以來(lái)這些研究成果很難走出實(shí)驗(yàn)室服務(wù)于社會(huì)。從目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的CAPP軟件來(lái)看，一般是從二維CAD中提取工藝信息，以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)卡片形式進(jìn)行工藝信息的錄入，基本

    上可以滿(mǎn)足用戶(hù)方便、快捷查詢(xún)的需求，而對(duì)三維CAPP的研究主要集中在裝配工藝設(shè)計(jì)方面，在數(shù)控工藝設(shè)計(jì)方面研究得甚少。為此，本文提出了一種新的工藝設(shè)計(jì)模式，其中工藝設(shè)計(jì)過(guò)程被分解成一系列順序執(zhí)行的子任務(wù)，并通過(guò)工作流監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)。在對(duì)各子任務(wù)的方案設(shè)計(jì)中，按照其對(duì)系統(tǒng)資源的依賴(lài)程度和安全性要求，分別采用“在線”和“離線”方式進(jìn)行，提高了設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，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(duì)許多企業(yè)來(lái)說(shuō)，只有零件上的部分復(fù)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(shè)計(jì)中集成數(shù)控工序的設(shè)計(jì)思路，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是在瀏覽器/服務(wù)器和客戶(hù)端/tll曼務(wù)器相結(jié)合的模式下實(shí)現(xiàn)的，分別由Webl服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和客戶(hù)端等部分組成。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)摩的建立，以滿(mǎn)足瀏覽器(B/S客戶(hù)端)和c/s客戶(hù)端的數(shù)據(jù)存取和檢索要求。另外，基于不同工藝任務(wù)的個(gè)性化特征，分別提供了Internet遠(yuǎn)程服務(wù)和Intranet局域網(wǎng)服務(wù)的多種工作模式?；贐/S的遠(yuǎn)程服務(wù)采用XML/HT—ML+JSP的模式在公共網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行協(xié)同工作，其中包括工藝校核、審核、批準(zhǔn)和數(shù)控程序的傳輸?shù)?，?duì)安全性要求較高，涉及大量數(shù)據(jù)信息和復(fù)雜計(jì)算的工作任務(wù)，采用局域網(wǎng)的c/s模式實(shí)現(xiàn)。在軟件選擇方面，以PowerBuilder作為開(kāi)發(fā)工具，利用所提供的專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)交換。

2 集成數(shù)控工序的工藝設(shè)計(jì)框架

    在工藝方案的設(shè)計(jì)中，根據(jù)計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)的設(shè)計(jì)理念，從汽車(chē)產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)的任務(wù)模型，并由此確定工藝設(shè)計(jì)流程中各子任務(wù)的功能和實(shí)現(xiàn)策略。

    2.1任務(wù)驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)模式及工作流程

    以工藝任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)控制各工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的有序執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)從任務(wù)管理、工藝設(shè)計(jì)、校對(duì)、審核等過(guò)程有條不紊地運(yùn)行。

    對(duì)于采用普通設(shè)備加工的零件特征，采用交互式或派生式工藝設(shè)計(jì)原理進(jìn)行工藝方案決策。在制定工藝方案時(shí)，利用制造資源管理子系統(tǒng)來(lái)輔助工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)備、工具的選擇，以及工藝參數(shù)計(jì)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(quán)重匹配法計(jì)算零件相似性系數(shù)，通過(guò)對(duì)相似件工藝的派生修正生成新零件工藝，從而實(shí)現(xiàn)零件工藝的派生式設(shè)計(jì)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)典型工藝庫(kù)的管理和動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)工藝、工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累和繼承。

    2.2 數(shù)控工序設(shè)計(jì)的基本流程及工藝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

    對(duì)在數(shù)控設(shè)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(shè)計(jì)方法，通過(guò)合理的刀具選擇進(jìn)行特征分類(lèi)，并借助商品化CAM軟件來(lái)實(shí)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(diǎn)，對(duì)工藝數(shù)據(jù)采用三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和管理，除了以數(shù)據(jù)庫(kù)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)外，還提供了基于文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。同時(shí)，定義了一種專(zhuān)用文件格式且采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以滿(mǎn)足工藝文檔在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的安全性要求，從而可以實(shí)現(xiàn)在離線或遠(yuǎn)程狀態(tài)下對(duì)工藝文檔的操作要求。例如，為了使工藝設(shè)計(jì)流程中的工藝校核和審核等任務(wù)，能在廣域網(wǎng)上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電子郵件等多種途徑進(jìn)行操作，并保證工藝文檔在網(wǎng)絡(luò)中的安全性，就需要借助這個(gè)專(zhuān)用瀏覽器實(shí)現(xiàn)該類(lèi)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(guò)定制工藝卡片模板來(lái)實(shí)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(lèi)，硬件資源指機(jī)床、刀具、夾具和量具等，軟件資源包括材料參數(shù)、加工技術(shù)參數(shù)以及在生產(chǎn)過(guò)程中逐漸積累起來(lái)的工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。對(duì)集團(tuán)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(shè)計(jì)的重要因素。隨著企業(yè)集團(tuán)化的發(fā)展，制造資源比較分散，難以進(jìn)行統(tǒng)一管理，針對(duì)這種情況，采用網(wǎng)絡(luò)化方式對(duì)制造資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，使分散在不同地域的各種制造資源通過(guò)B/S模式進(jìn)行統(tǒng)一管理和使用。同時(shí)，從工藝設(shè)計(jì)人員的使用靈活性方面考慮，在工藝設(shè)計(jì)軟件中也開(kāi)發(fā)了基于C/S方式的制造資源查詢(xún)模塊，圖3為開(kāi)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(shè)計(jì)軟件中集成制造資源檢索系統(tǒng)的運(yùn)行界面(C/S模式)。

4 數(shù)控工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控程序的遠(yuǎn)程傳輸

    面向特征的數(shù)控工藝的設(shè)計(jì)是采用特征分解策略實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于一個(gè)具體的企業(yè)，由于產(chǎn)品種類(lèi)和所擁有的加工設(shè)備基本固定，生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)通常非常相近，其零件也具有一定的相似性，因此對(duì)應(yīng)的數(shù)控加工程序也在很大程度上存在著相似性。針對(duì)這一特點(diǎn)，本文在分析一個(gè)具體企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先在對(duì)數(shù)控加工特征分類(lèi)的基礎(chǔ)上建立特征庫(kù)，接著對(duì)每個(gè)特征采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，以刀具的選擇和切削參數(shù)來(lái)優(yōu)化編制相應(yīng)的數(shù)控(簡(jiǎn)稱(chēng)NC)程序。當(dāng)涉及一個(gè)具體零件或數(shù)控工序的NC編程時(shí)，采用特征分解方式并結(jié)合一定的加工規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)控工藝的自動(dòng)生成。
    4.1特征的提取和工藝處理

    對(duì)每一類(lèi)典型零件，采用下列方式進(jìn)行特征提取和數(shù)控工藝的制定：對(duì)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(shí)別方法從三維零件模型上確定出需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件特征；分析各類(lèi)特征的加工技術(shù)要求，通過(guò)選擇不同的刀具及工藝類(lèi)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(guān)系，確定和定義特征參數(shù)，對(duì)于典型特征(或稱(chēng)公共特征)族，收集和整理相應(yīng)的工藝知識(shí)，建立工藝知識(shí)規(guī)則庫(kù)，對(duì)每個(gè)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(jī)制及實(shí)例

    基于特征的數(shù)控程序生成過(guò)程(見(jiàn)圖5)如下。

    (1)根據(jù)確定的數(shù)控加工特征及其相關(guān)特征參數(shù)信息，包括特征類(lèi)型、特征位置、尺寸、方位和其他幾何參數(shù)，從工藝知識(shí)庫(kù)檢索相關(guān)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(duì)其進(jìn)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(shè)計(jì)文檔中所指定的位置，并將對(duì)應(yīng)的三維CAD模型作為工序簡(jiǎn)圖添加到工序卡中相應(yīng)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(biāo)明的NC程序位置，下載數(shù)控程序，輸入到數(shù)控機(jī)床控制器進(jìn)行零件加工。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了系統(tǒng)的基本思想，圖6、圖7分別為數(shù)控工序設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)工序設(shè)計(jì)的操作界面。

5 結(jié)論

    從目前我國(guó)的實(shí)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(shè)計(jì)方案，與已有的工藝設(shè)計(jì)方法的區(qū)別在于該設(shè)計(jì)方案同時(shí)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(shè)計(jì)的靈活性、適應(yīng)現(xiàn)代制造模式發(fā)展的需要出發(fā)，提出了基于任務(wù)工作流的工藝設(shè)計(jì)模式。根據(jù)不同的環(huán)境要求，分別采用瀏覽器/服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)了工藝規(guī)劃過(guò)程，從而提高了工藝設(shè)計(jì)的靈活性和效率。