三维CAPP系统
三维装配CAPP产品和技术研究
三维装配CAPP产品和技术研究本文介绍了随着产品设计手段二维CAD向三维CAD转变，工艺设计由二维CAPP向三维CAPP转换也成为CAPP进展不可逆转的历史趋势。
本文结合企业装配应用实际，对三维装配CAPP技术与产品进行深入探讨。
1.前言制造业信息化技术进展近二十年来，在工业实践需求的带动下发生了翻天覆地的变化。
CAD是我国制造行业应用最普遍的计算机辅助设计技术，它改造了传统手工设计的落后现状，为后续的企业信息化建设打下了坚实基础。
然而，传统的二维CAD只能起到电子图版的作用，不能直观地表达产品的造型与结构。
近年来，随着制造业信息化步伐的加快，为了进一步提高设计能力与产品创新能力，一些企业开始逐步引入三维CAD系统，以缩短设计与分析时间、缩短制造周期，并已取得了巨大经济效益。
实践证明，从二维CAD向三维CAD转换，已成为企业深化CAD应用的方向，也是CAD进展不可逆转的历史趋势。
与此同时，作为企业信息化集成系统中重要一环的CAPP，还大多还停留在解决工艺设计中的事务性、管理工作的阶段，在应用方面仍然薄弱，特别在与三维CAD的集成上，基于三维CAD的装配关系检查与仿真、装配工艺爆炸图的编辑、产品工艺性评价与审核等功能都无从实现。
假如说零件的加工能够CAD/CAM一体化来解决工艺问题，但装配却无法实现，特别是复杂产品的装配工艺设计，因此基于三维CAD的装配CAPP技术成为近阶段需求热点。
三维装配CAPP技术最早出现于上世纪九十年代后期，代表了一种全新的制造体系与模式，因能够与三维CAD技术相结合，解决设计与装配对象在与研制过程中难以实现的动态性能而引起了人们的普遍重视，并得到迅速进展。
目前，国内航空航天、船舶、汽车、兵器等行业也已逐步展开有关技术的应用。
2.装配CAPP的研究现状及进展趋势CAPP(Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺设计)自20世纪60年代提出以来，在广度与深度上都取得了长足的进展，但其研究几乎都集中在零件的加工上，关于装配型CAPP的研究，目前尚处于起步阶段。
CAPP课件1_CAPP概述
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1.3 CAPP的体系结构
几 何 信 息 工 艺 信 息 毛 毛 定 加 加 检 切 工 时 坯 坯 位 工 工 验 削 序 间 类 图 夹 方 顺 用 尺 定 型 紧 法 序 量 寸 额 余 量 毛坯 选择 工艺过程拟 定 工艺参 数计算 结 构 工 艺 性 分 析 加 工 可 行 性 分 析 技 术 经 济 分 析 工 艺 卡 片 工 序 卡 片 检 机 刀 夹 量 验 床 具 具 具 卡 片 设 计 层 工艺文 件生成 设 工艺装 备 备
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1.4 CAPP的类型
基于知识的快速工艺设计：利用企业工艺资源信息，根据 产品的零组件结构、工艺特点，快速检索应用工艺资源， 生成零组件装配、机加、钣金、冶金等工艺信息（材料定 额、工艺路线、工艺指令、工时定额、工装订货、所需制 造资源、参装零组件、检验要求等），并能实现参数化设 计、基于知识的决策等模式； 工艺管理、信息集成：工艺业务流程管理，满足工艺的审 批会签，发布和存档等应用的需要；提供基于结构化工艺 信息管理，为产品制造过程中的技术管理、生产准备、生 产制造等方面提供所需工艺信息，实现唯一数据源和信息 共享的目标。
分类法
特征矩阵描述法 型面编码描述法
零件信息 描述方法 型面法 型面语言描述法 型面数学描述法
形体法
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1.5 CAPP的基础技术
3、工艺设计决策机制
工艺设计决策过程是一项复杂的多层次、多任务的决策 过程，涉及面广，影响工艺决策的因素多，难度比较大。
系统性数学模型 数学模型决策
随机性数学模型 模糊数学模型 决策树 工艺决策方式 逻辑推理决策 决策表
CAPP课件9CAPPWorks系统介绍
主讲：肖新华
9.1CAPPWorks概述
9.1.1系统优势
1）直接和上游CAD软件关联，工艺师是面向产品三维模型进行零件工艺设计还 是装配工艺设计； 2） 运用产品三维设计模型建立工序模型，并自动生成每道工序的工艺附图； 3） 加工尺寸及公差是直接面向产品三维设计模型进行选择，同时还可以根据工 艺的要求进行必要的修改，这些加工尺寸及公差会驱动工艺模型，并自动带入 道工序卡片上。 4）对于数控加工则可以直接从工艺模型上获取需要加工编程的毛坯及成品。
5）工艺数据存盘；生成工艺卡片 将工艺编写中所产生的工艺数据存入数据库中；并将生成的 工艺卡片和工艺文件捡入到工艺结构树的相应节点中。
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6）打印输出各种工艺文件
9.3CAPPWorks工艺设计案示例
1）涡轮减速箱轴机加工工艺设计 2）涡轮减速箱装配工艺设计
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Thank You 谢谢
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9.3CAPPWorks工艺设计流程
1）产品文件入库：根据产品结构树指定目录，从本地文件目录中将 选定的零部件三维模型捡入电子仓库中。 2） 建立工艺结构树 建立产品级的工艺路线分工；按照零部件结构特征制定产品工艺流 程。确定设计、审核、批准、会签的签署流程。
3）确定工艺流程设计目标 根据待加工的零部组件要求，设计他们的工艺流程进入工艺卡片编 辑器。 4）启动卡片编辑器 根据工艺流程确定的工艺类型，通过点击工艺卡片节点，启动已 定制好的相应模板或者重新设计新模板根据工艺模板格式，编写 各种工艺卡片（包括工艺过程卡、工序卡、工艺附图、封面等） 根据需要生成工艺卡片并插入工序简图。
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9.2CAPPWorks系统的组成
4）企业资源库管理：工艺资源和知识库管理、典型工艺管理模块存储 和管理了大量的工艺，为用户提供方便快捷的检索、查询和修改工艺的 手段。用户可以针对企业的实际情况，用层次化方式建立自己的机床设 备库、刀具库、夹具库、量具库、切削参数库、材料库、典型工艺（工 序、工步、实例）等。
三维 CAPP系统研究
的序幕。此后 ， 特征的概念以及 特征识别技术受到 了学术界及工业界的普遍重视。如 Ｋ ｅ ｙ ｖ ａ ｎ Ｒ ａ ｈ ｍ ａ ｎ ｉ 等通 过分析零件边界 、 底部和侧面标记特征 的方法 ， 来识别制造特征 ］ ， 黎荣、 吴卓等人研究描述 了基于实体模 型分层的方法来实现对特征信息的遍历提取 Ｊ 。 近年来 ， 制造资源利用和其模型研究同样在国内国外取得 了一些成绩 ， 如面向对象建立一个将生产信息 作 为 动态 信息 融人其 中 的制造 资 源模 型 ； 基 于特 征 进 行 设 备 环境 建 模 ； 设 备 环 境 模 型 下 的 多 工 艺 方 案 的决策 研究 等 。
工艺设计与规划。系统的输出上 ， 应该是既可 以 出传统 的卡片式的工艺文档 ， 也可通过和第三方 集成系统 ， 直接输出数 控代码 。在体系结构上 ， 统应该能够保持足够 的开放性和灵活性 ， 这种开
系统 旨在加强工艺设计 的智 能化 ， 提高产 品制造效率 ， 并 且在为企业的产 品完成工 艺设计 的同时 ， 能够 自动 积累工艺 经验 ， 已
经 在制造企业 中有 了一定 范围的应用 ， 其 优点众多 。本文仅对三维 Ｃ Ａ Ｐ Ｐ系统 的关 键技术和工作流程进行浅析 。
关键 词 ： 三维 Ｃ Ａ Ｐ Ｐ ； ７ ＂ － 艺规划； 制造特征； 模型； 制造资源
１ Ｃ Ａ Ｐ Ｐ系统研究现状及成 果
基于三维软件的钣金CAPP系统
基于三维软件的钣金CAPP系统【摘要】钣金件广泛应用于各领域中，三维软件在钣金工艺中的应用缩短了生产时间、提高了生产质量。
对现有三维软件在钣金方面的应用进行了分析和研究，提出基于三维软件的钣金CAPP系统。
【关键词】钣金；二次开发；工艺设计1.引言现有的三维软件，例如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA都具有钣金模块，但只能实现一些简单钣金件的展开，现阶段相关的研究也只完成了钣金的部分工艺，例如华中科技大学郝明等人利用自主研制的FASTAMP求解器，以Pro/E为平台实现了复杂钣金件的展开；南京航空航天大学洪晴等人以CATIA为平台通过Automation及CAA二次开发技术，实现了飞机复杂钣金件的展开；华中科技大学秦宇等人在Solidworks平台上，开发了一套面向冲压工艺的坯料展开模拟系统SW-BEX。
因此开发出一套基于三维软件的钣金CAPP系统用来满足企业的需求是有必要的。
2.钣金CAPP系统框架设计将现有三维软件（Pro/E、CATIA、Solid-works）和二维CAPP系统相结合，系统允许用户基于三维软件的三维钣金模型输入和编辑工艺信息，并将完成的钣金工艺设计以表格的形式输出到CAPPFramework。
工艺表格与三维模型的设计参数相关联，并能自动地动态刷新。
应用三维软件自带的API函数对三维软件二次开发，实现复杂钣金件的展开和展开件的排样，并且在三维软件中建立钣金件特征信息交互窗口，完成三维软件和二维CAPP数据库的集成，便于信息的调用和存储。
3.钣金CAPP系统总体设计如图1所示，将系统分为前置处理子系统、后置处理子系统、文件管理子系统三个部分。
前置处理完成了钣金件的三维建模、展开、优化排样和钣金件的工艺设计；后置处理完成了工艺文件的输出、数控代码的生成，通过数据集成接口完成三维软件调用或导入PDM部分和二维CAPP部分的信息；文件管理完成了企业制造资源和钣金工艺资源的管理，以便设计和生产部门调用。
基于MBD的三维CAPP系统分析与实施
Ｓ ｕ ｎ Ｊ ｉ ａ ｋ ｕ ｎ ， Ｙ ａ ｎ ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ， Ｑ ｉ ｕ Ｈｕ ｉ ｈ ｕ ｉ ， ｅ ｔ ａ １ ．
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ １ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｈ ｏ ｔ ｅ ａ ｍ
ｍａ ｎ ｙ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐｒ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ，ａ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉ ｒ ｅ ｓ ．ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｎ ｅ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＢ Ｄ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｅＡ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ，ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｐ ｉ ｌ ｏ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ｈｅ ｔ
Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｊ ｉ ｎ ｎ ａ ２ ５ ０ １ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
2.CAPP技术
机床数据 文件库夹具数Fra bibliotek 文件库刀、工具 文件库
切削 数据库
零件信息 输入
零件加工 顺序生成
机床选择
夹具选择
刀、工具 选择
切削数据 选择
工艺生成 输出
决策逻辑程序（知识库，推理机）
创成式CAPP开发过程
1）确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；
专家系统组成
知识库 数据库 推理机 解释模块 专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。
启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。
用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程的动态数据。 是一种具有推理能力的计算机软件程序，用来控制和协调整个系
统运行的软件模块。
对专家系统推理结果作出必要解释，使用户了解专家系统推理过 程，接受所推理的结果。
3）语言描述法 用计算机能够识别的语言对零件形状和工艺 特征进行描述，需要用户学习掌握所选用语言的词法和语法， 描述过程比较繁琐。 4）知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零 件信息，包括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑 表示法等。 5）直接将CAD作业结果作为CAPP的输入 将CAPP系统与CAD系 统直接相连，使CAPP操作所需的各种工艺信息直接来源于CAD 系统，避免繁杂和枯燥的手工信息输入。
在众多零件信息描述中，适合轴类零件的方法较多，箱体 类等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。
四、CAPP系统的基本原理和方法
CAPP系统是根据企业的类别、产品类型、生产组织 状况、工艺基础及资源条件等各种因素而开发应用的， 不同的系统有不同的工作原理，目前常用的CAPP系 统可分为派生式、创成式和综合式三大类。
面向MBD环境的三维CAPP技术研究
面向MBD环境的三维CAPP技术研究辛宇鹏;田锡天;黄利江;马光辉【摘要】传统的二维工艺设计应用模式无法直接利用上游设计发放的三维模型，在工艺设计阶段需要经历二维/三维的转换过程，这无疑加大了工艺人员工作量，并且无法为后期的数控加工以及工艺检验提供三维数模的支持。
本文提出的MBD 环境下的三维CAPP技术，可以直接利用零件MBD模型进行工艺规划，在工艺规划过程中建立的MBD工序模型，可以在CAM、CMM阶段直接利用，实现CAD/CAPP/CMM/CAM的集成，为更进一步的CIMS集成技术研究奠定了基础。
【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P60-63)【作者】辛宇鹏;田锡天;黄利江;马光辉【作者单位】西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;西北工业大学CAPP与制造工程软件研究所;中航工业西安航空发动机集团有限公司【正文语种】中文随着三维数字化设计、制造技术的发展，基于模型定义（Model Based Definition, MBD）技术逐渐在各行各业得到推广，尤以汽车、航空行业应用最为广泛[1]。
MBD技术是将制造信息和设计信息（三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息）共同定义到产品的三维数字化模型中，用三维MBD模型取代二维工程图，指导产品的设计制造全过程。
MBD模式下零件设计、制造和检验过程明显加快，然而它的实现在整个产品生命周期中尚未被完全采纳[1]，阻碍其发展的关键原因是三维计算机辅助工艺规划（Computer Aided Process Planning, CAPP）技术的缺失。
工艺是连接设计与制造的“桥梁”，而目前的CAPP系统还停留在二维应用的阶段，不能满足MBD全三维环境的需求，因此三维CAPP技术逐渐成为近几年学者们研究的热点。
Sivakumar等[2]研究了三维数模在CAD/CAM/CAI集成中的应用，提出对零件特征分解，利用STEP文件实现信息传递，并通过实例进行了验证，在技术上保证了工艺过程设计阶段用MBD模型作为工艺信息载体的可行性。
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三维CAPP系统
产品概述：
随着研发部门设计工具从二维CAD向三维CAD的转变，进一步提高了产品设计能力和创新能力，大大缩短了型号研制周期。
但是作为连接工程设计与生产制造的桥梁与纽带的工艺设计仍停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的手工统计汇总和工艺文件的纸质流程签审等解决工艺设计中的事务性工作的初级应用阶段。
随着对三维CAD应用的不断深入，现有的工艺设计手段局限性也越来越明显，作为工艺设计系统也必须由传统的支持二维的工艺设计转变为支持三维实体模型进行工艺设计，同时工艺设计系统的应用也必须从基于二维CAD的集成向基于三维CAD 的集成发展，即基于三维CAD的三维工艺设计系统。
三维工艺设计系统采用基于三维CAD模型的设计技术，增加了产品的可读性和一致性，减少了理解图纸的时间，进一步提高了工艺设计方式、工艺资源及制造数据管理模式等的合理性与科学性，实现设计、工艺、制造数据源的唯一性。
系统架构：
图1
三维CAPP系统的功能架构分为5层，如图1所示。
操作系统层与数据库层作为三维CAPP系统的底层架构，为系统提供运行支撑与数据存储。
功能层为三维CAPP系统提供通用功能，供其他模块进行调用。
包括工艺设计基础模块、文件管理模块、知识管理模块、文件输出模块和工艺数据访问接口模块。
应用层作为与用户直接交互的层次，包含CAPP系统业务范围内某一特定业务功能的实现。
通过对功能层各个通用功能模块的调用来实现。
包含装配工艺编制模块、机加工艺文件编制模块、检验计划编制模块、知识/资源调用模块，同时为其开发各种系统集成接口，使三维CAPP 系统适用于用户的信息化体系。
系统管理层则作为三维CAPP系统的维护与管理模块，同时处于功能层与应用层。
主要功能介绍：
1）工艺文件编制与管理功能
该模块主要用于编制车间日常工艺文件，主要有：装配工艺文件、机加工艺文件、检验计划及其它工艺表单，并
对产生的工艺文件进行管理。
2）装配流程图设计功能
该模块支持通过Pert图绘制装配流程图，使工艺先后次序更加清晰明了；支持在Pert 图中查看各个工艺文件节
点的相关零部件及使用资源信息。
3）MBOM可视化重构功能
该功能支持基于轻量化三维数模进行MBOM的可视化划分。
将工艺文件所需的零组件通过在三维可视化环境中，分
配到相应工艺文件中，并进行校验，避免遗漏。
4）统计汇总功能
该模块面向车间的产品级清单汇总统计。
以各工艺文件的最新版本为查询对象，对文件或文件中的工装、零件，
标准件，铆钉以及工序内容进行清单统计或者品种统计。
同时也支持对工艺员自己编制的文件进行上述各类统计。
统
计输出分为表单和EXCEL文件两种类型。
5）工艺文件输出及预览功能
此功能实现将用户输入的工艺数据按特定的格式生成工艺文件的功能。
分为两个子功能：1）工艺文件生成（预
览）功能；2）工艺文件打印功能。
工艺文件生成（预览）功能包含工艺文件按模板生成（预览）电子文档（三维、二维）、打印文档（三维、二
维）的功能，装配工艺过程倒放功能。
工艺文件打印功能包含打印功能、批量打印功能、查看电子签名功能、从三维数模中提取打印截图功能。
6）工艺知识库与制造资源库功能
本模块用于实现基于知识的工艺设计，促进工艺知识和经验的转化，共享和再利用，提高工艺设计的质量和效
率。
包含工艺知识数据集与工艺资源库，主要有“工程图符”、“常用术语”、“材料代码库”、“设备库”、“工
装库”等。
7）工时、材料定额管理功能
此功能实现对三维CAPP系统中各工序或工步的工时输入和编辑，并根据需求汇总本工艺文件或整个产品的所需工
时；另外也可以对系统中每本工艺文件里面制造该零件所需的材料牌号、规格、毛料尺寸等按零件图号进行整个产品
汇总。
8）现场墨更功能
该模块与PDM系统、MES系统集成后，运用电子墨更技术，将过去纸质的墨水更改业务在CAPP系统中实现，贯彻
无纸化的推行。
9）系统管理功能
该模块主要用于系统管理员的系统维护，主要包括：用户权限管理、安全保密审计、数据库备份、定制功能。
产品优势：
1) 研究了三维工艺设计方法与模式，并形成了软件系统，为工艺端接收设计端全三维化MBD 数据进行三维工艺设计奠定了
基础；
2) 配合PDM系统、ERP系统，打通设计、工艺、制造环节数据流；另外开发了现场墨更模块，为实现车间实现无纸化装配
做好了准备；
3) 通过对工艺信息建模功能的研究和开发，实现CAPP系统中工艺数据的有效组织和管理，既便于ERP/MES和CAQ对工艺数
据的有效利用，也便于CAPP系统管理员对工艺数据组织的后续维护；
4) 实现了MBD技术下三维检验计划的创建，将MBD技术延伸到检验检测领域。
典型用户：
西北某飞机工业（集团）有限责任公司
华东某飞机工业（集团）有限责任公司。