Computer Aided Process Planning The State-of-the-Art Survey-1989-IJPR-0408

Computer Aided Process Planning: The State-of-the-Art Survey-1989-IJPR

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摘要

  1. CAPP是CIM的关键。从1965年N...提出CAPP起，在过去的二十多年的时间里人们在开发CAPP系统中做了大量的工作，但是在实际工业应用中还有待于观察；
  2. 全面综述现状，对未来发展进行预测，希望对后面CAPP的决策和指导有所帮助；
  3. 概述了CAPP的发展背景，定义，功能；分析了三种CAPP类型：派生/变体式、创成/生成式以及半生成式；讨论了CAPP所用到的5种技术：成组技术、‘自下而上’技术、‘自上而下’技术、AI、编程语言；
  4. 介绍了14个著名的CAPP系统，三种类型都有；列出来所有的156个CAPP系统及其信息；

背景

1. 1965~1976期间由于受到计算机软硬件的限制，CAPP发展缓慢；
2. CAPP系统（1976）+MIPLAN系统（1976）+APPAS系统（1977）的开发使得CAPP开始受到广泛的关注；
3. Skilled process planner的缺乏促进CAPP的发展；
4. 瓶颈：CAPP作为设计和生产的集成没能跟上CAD和CAM的发展
5. 1978~1980,Delphi对CAPP系统做出预测：

CAPP的角色功能

1. 对生产设计数据的解释说明；
2. 选择加工工艺；
3. 选择加工刀具；
4. 确定夹具和基准面；
5. 对加工操作进行排序；
6. 选择检测装置；
7. 确定生产耐受性；
8. 确定切削参数：切削深度、进给量以及速度；
9. 整体加工次数：计算总体加工和无余量次数，包括批次设置时间、装卸、换刀和检查次数，有时还包括工序成本。
10. 产生包含NC数据的工艺表格

CAPP类型

  • 派生类：与传统的手动方法相当，通过recalling、识别和检索相似零件（有时称为主零件）的现有计划并对新零件进行必要的修改来创建新零件的工艺规划。

  1. 主要利用成组技术，在于制造方法的相似性；

  2. 系统中存储了每个零件簇的标准工艺规划方案，包含所有可能的操作；其用来对新零件进行检索和编辑；

  3. 通过回答一些预定义的问题来构建代码和分类；
    缺点

    1. 一致性差，无法充分适用复杂零件多种工艺的组合；
    2. 依然依赖于工艺规划人员的知识背景，只是辅助的工具；

    优点

    1. 成本低，开发时间短，有利于中小企业；
  • 生成式：在生成式方法中，工艺方案是通过决策逻辑、公式、工艺算法和基于几何的数据生成的，以唯一地执行将零件从原材料转换到成品状态的许多加工决策。

  1. 制造规则和设备能力存储在计算机系统中；

  2. 可生成特定零件的特定工艺方案；

  3. 可以以文本或者图形作为输入；

  4. 与CAD等系统的接口是必要的；
    缺点

    1. 成本高，难度大；

    优点

    1. 完全自动化，无需工艺规划人员参与；

  • 已有典型生成式：Appas ( Wysk 1977 )、Cmpp (Waldman1983 )、Excap ( Davies和Darbyshire 1984)、Xplan ( Lenau和Alting 1986)等。

  • Allen ( 1987 )详细讨论了生成工艺规划的5种备选方法：决策表；决策树/决策表；公理化；基于规则的决策树和基于约束。

  • 半生成式：一种临时方法，目前还在起步阶段。Emerson和Ham ( 1982 )在提出半创成系统时的标题为ACAPS提出。可以说是生成式方法和变式方法的结合，即在实际生产环境中使用预处理计划之前，开发和修改预处理计划。

  1. 通过标准操作序列、决策表和数学公式等特征来减少用户交互。

  2. 将物理特征(如特征尺寸和公差、位置和表面粗糙度等。)转换的决策逻辑、公式和技术算法以及基于几何的编码方案构建到系统中。

    缺点
    1.

    优点

     1. 节约成本，节约时间；
 2. 加快自动化生产；
 3. 减少工艺规划人员的参与；
 4. 保证工艺规划的质量。
  • 还有构建主意和人工智能方法。

创成式CAPP系统

CAPP系统名称 开发语言 开发作者/单位 开发时间 特点/功能
APPAS（Automated Process Planning and Selection） FORTRAN Wysk 普渡大学 1977 采用隐式决策树对系统中的工艺能力进行直接编码。APPAS包括进给速度、切削速度、刀具直径、铣刀齿数、刀具长度、每道次切削长度或深度的选择。
CADCAM FORTRAN Chang 和 Wysk 普渡大学 1985
TIPPS PKI（process knowledge information） Chang 和 Wysk 普渡大学 1983 第一台集成CAD的G-CAPP；第一台采用人工智能技术
AUTAP(Automatisch Arbeits Planerstellung) 德国亚琛工业大学 1980 目前使用的最完整的生成式工艺规划系统之一;用于生成工艺方案
AUTAP-NC 生成零件程序
CAPP ANSI standard FORTRAN 1976 第一个也是应用最广泛的工艺规划系统
CMPP FORTRAN 77 Sack-United Technologies Research Center 1982 迄今最先进的系统之一，在Univac和IBM系统上运行；目标是加工具有昂贵的材料、严格的公差和复杂的制造工艺
EXCAP BASIC Davies和Darbyshire/英国曼彻斯特大学 1984 用于生成回转体零件加工工艺方案的专家系统；是一个基于规则的系统，适用逆向规划机制。形成一个可能操作序列的树
GARI MACLISP Descotte和Latcombe/法国格勒诺布尔大学 1981 第一个基于人工智能的CAPP系统；制造规则为" IF-THEN "型
GENPLAN Tulkoff 1981 它是较为成熟的生成系统之一。它使用一种基于成组技术的编码方案，该编码方案同时覆盖零件几何和工艺变量来生成综合操作。
KAPPS COMMON€LISP Iwata和Fukuda 1987 是第一个强调特殊生产知识和经验的CAPP系统。
TURBO - CAPP 在IBM PC上用PROLOG语言实现的 Wang和Wysk/宾夕法尼亚州 1987 迄今为止最复杂的智能生成工艺规划系统之一
XPLAN 基于DCLASS树处理器 Lenau和Alting /丹麦技术大学 1986 基于DCLASS决策树逻辑处理系统;使用DCLASS树结构进行知识的存储和处理;知识采用基于规则的方法表示
XPS - 1 FORTRAN77编写 sack 国际计算机辅助制造公司下属的联合技术研究中心 UTRC 1983 高级生成式工艺规划系统原型;独立制造，生成性，交互性，可定制化

未来趋势

  • CIM的接口角色
    例如，在最简单的二维形式中，IGES（初始图形交换规范）可以表示工程图。但是尺寸等项目可以用多种方式表示，不同的绘图系统使用不同的技术将线分组到配置文件中。因此，使用 IGES 在不同系统之间传输数据似乎存在重大问题。

在 3D 中，由于许多不兼容的曲面和空间曲线排序方式，问题变得更糟。其他一些尝试，例如边界表示的方法和构造实体几何 (CSG) 树的方法，其中从原始体积之间的空间关系识别空腔，不提供任何可能与加工相关联的语义信息卷并基于当地信息。
已经提供了许多方法来将 CAPP 与 CAD 接口，例如，表征整体零件形状的句法模式识别 (SPR) 方法 (Jakubowski 1982)、用于识别特征的特征语法 (Kyprianoa 1983) 以及属性邻接图 (AAG) 的方法) 用于从实体模型的 3D 边界表示中识别机加工特征 (Joshi 和 Chang 1988)。专家系统规则和技术也被用于通过内部边界表示从 3D 实体模型中提取特征（Henderson 1984，Kung 1984）。

CAPP 与 CAD 的接口领域在不久的将来仍需要进一步探索。 CAPP与CAM以及其他一些计算机化生产系统如NC路径、MRP系统、生产模拟系统等的接口还很少见报道，但有必要进行更多的探索。

  • AI技术的应用

现有的专家系统缺乏足够的数学计算功能。当必须执行计算任务时，专家系统通常比普通计算机程序花费更多的时间。这个缺点不仅需要更多的计算时间，而且增加了成本。还存在一些其他问题，如目前专家系统的知识表示推理引擎大多是面向系统设计者的，而不是面向过程规划者的。从某种意义上说，这就是为什么在实际生产环境中只使用了少数专家流程规划系统的原因。

然而，很少有人会怀疑人工智能技术将被开发用于改进流程规划系统。重点将放在开发更加用户友好的软件产品上。此外，新一代的智能系统——学习系统也将出现。此类系统将通过监控实际生产经验并将信息反馈给计划系统的能力来响应持续再教学的需要。该系统可用于自学和新手培训。

进一步的系统也被 Zdeblick (1987) 预测为分布式规划系统。这种分布式规划系统将倾向于用智能软件和计算机系统来取代原来手工规划系统的特性，取代人类的技能、知识和经验。

公共知识库将趋于细分，并且将在涵盖制造层次结构中每个区域（工厂、单元或工作站）的每个级别开发单独的知识库。

  • 集成和单数据库技术

接口和集成之间的一个区别是接口必须在任务级别解决。换句话说，当任务的子结果（例如设计和制造规范或流程和操作计划的决策）已经单独确定时，整合任务为时已晚（Ham 和 Lu 1988）。

目前一些研究人员确实在集成 CAD/CAM 方面提供了一些有前途的方法，例如集成设计/制造/检查 fbr 棱镜零件的 QTC（快速周转单元）系统（Chang 等人。1988），集成设计/的 XMAPP 系统/棱柱形零件的工艺规划 (Inui et a/. 1987)，以及与旋转零件的 CAD/CAPP 接口的 AIMSI 系统 (Wang and Wysk 1988 a) 等。然而，执行的结果与真正的集成生产还相去甚远。

目前的方法主要是试图在设计、制造和规划阶段连接各种独立的活动。每个阶段都有自己的独立关系数据库和相应的数据库管理系统 (DBMS)。
由于软件和硬件的技术问题，很难将所有这些分离的活动连接起来。为了实现最终的集成生产，将产品生产过程中涉及的所有信息集成到一个单一数据库（SDB）中，而不是将所有独立的数据库接口起来，可能是一种理想的方法。
集成的SDB可能包括来自设计、分析、制图、工艺规划和NC刀具路径的所有数据以及规划项目、物料清单和生产调度信息、后工序规划信息等。
尽管一些致力于改进SDB应用的努力，目前还不存在这样的SDB系统。甚至实施技术仍处于早期阶段。因此，基于所提议的原则，此类 SDB 系统可能被视为未来的目标。

  • PC，工作站以及软件迁移技术

个人计算机 (PC) 在过去十年中得到了极大的发展。个人电脑的容量、兼容性和操作系统都有了很大的提高。目前，工业公司和研究机构已经安装了大量的 PC。
许多程序，如CAD系统、物料需求计划（MRP）、制造资源计划（MRP-II）、生产模拟系统、后处理系统，以及一些专家系统外壳已经在PC上实现。作为一个独立的系统，如果它可以移植到PC上，CAPP系统很容易被已经配备PC的公司使用。
对于生产集成，可移植到 PC 上的 CAPP 系统非常方便，并且在不久的将来受到公司和研究机构的欢迎。另一方面，工程工作站因其集成功能和方便的建模转换而对企业越来越重要。 CAPP 的开发还将包括工作站。另一方面，也应注意 PC 的局限性。尽管允许交换文件的PC 局域网(LAN) 已经面世一段时间，但分布式数据库管理系统和缺乏记录功能的操作系统仍处于PC 开发的早期阶段。在这方面，用于允许多用户功能的大型机、小型机和工程工作站的专有操作系统优于 PC 操作系统。这种情况对于需要多个用户终端和更高系统利用率的大公司来说更为重要。
同时，随着计算机的飞速发展，迷你/微型和迷你/大型机之间的界限正在缩小。将来要维护一个具有广泛迁移能力的软件，记住这一点很重要。

  • CATD技术

尽管全世界已经开发了许多 CAPP 系统，但很少有系统能够处理过程公差和尺寸标注。
这可能是 CAPP 在实践中没有显示出预期结果的原因之一。在许多情况下，制造中使用的尺寸与设计者出于功能目的定义的图纸上的尺寸并不相同。因此，制造中的尺寸必须通过适当的计算得出。换句话说，制造尺寸必须形成与图纸尺寸和公差兼容的尺寸和公差链，即制造尺寸必须落在相应设计尺寸的公差范围内。
已经开发了一些公差计算包（Farmer 和 Gladman 1986，Fainguelernt 等人 1986）。然而，发展仍远远落后于必要的要求。

posted @ 2023-04-11 00:19  X_will  阅读(87)  评论(0)    收藏  举报