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突破工艺设计效率的瓶颈

三、工艺数字化的发展趋势
  经过10余年的探索和发展,工艺数字化在多个方面有了发展和突破,大家对工艺数字化的思考也越来越理性,发展方向也越来越清晰,总结起来,工艺数字化的发展趋势有如下几点:


  1.通用化、柔性化和实用化
  CAPP经历了派生、创成、专家系统等不同阶段的发展,尽管这些系统有各自的特点,但都面临同一个问题──难以推广应用。


  我国CAPP的研究与开发在20世纪90年代经过了一次大胆的转变,将CAPP的目标由追求工艺的自动化生成转向为工艺人员的辅助工具。在以开目为首CAPP软件厂商率先提出工具化思想,使得基于工具化的CAPP系统得到蓬勃发展,快速发展为商品化的CAPP系统,在商业上获得巨大成功。


  工具化系统的特征有:
  第一点,注重辅助编辑。CAPP首先要解决传统手工编制工艺卡片的问题。


  第二点,工艺的个性化通过可视化的工具来定制。而在工具化CAPP系统中,提供了工艺规程类型、工艺卡片的格式、工艺资源、工艺计算的公式、工艺的审批流程等定义工具,通过这些可视化定义工具,就可以将企业的个性化植入CAPP系统中。


  第三点,注重对数据和过程的全面管理。在工具化CAPP系统中,由于充分发挥了人的作用,为提高工艺的标准化水平,在提高效率的同时保证质量,就必须强化对数据以及数据产生的过程的管理。
应该注意的是,工具化系统在商业上获得了成功,但没有实现CAPP最初的目标。但实用化、通用化和柔性化的确是工艺数字化发展的一个趋势。


  2.注重工艺知识的重用
  工艺设计数字化产品工具化的思想,使工艺设计的效率大大提高,但依靠工具化系统比不能使工艺人员的设计水平有明显提高,工艺设计水平的提高还依赖于工艺人员工艺知识的积累,依赖于老工艺师工艺知识的传承。


  遗憾的是,工艺知识的积累和传承并不容易,这是因为我们的工艺知识是相当零碎的,其条理化不是那么清晰。究其原因是因为工艺知识的表达手段比较匮乏,因此我们需要在表达方法上作一些工作。


  可喜的是,工艺知识的表达现在已经有了一定程度的突破,现在已经有厂商(如开目)提供的工艺系统能够用框图来表达工艺知识,其他工艺人员或者计算机通过框图可以学习工艺设计的方法和过程,当然还可以有其它的多种手段,比如公式、工艺资源管理器等。这些手段的应用必将推进工艺设计数字化过程中工艺知识的重用。


  3.集成而非孤立的工艺设计
  一定程度上可以所,工艺设计可以看成产品设计、采购管理、生产计划、车间制造、质量管理、成本管理等多种信息的交换的中心。因此可以说,孤立的工艺设计数字化系统是不能适应未来的发展的。因此我们需要从集成的角度看到工艺设计数字化,需要从产品全生命周期的角度来看待工艺设计数字化。


  与工艺设计联系最紧密的是设计系统体系(CAD系统、PDM系统)以及ERP系统体系。近年来,基于MES(制造执行系统)的迅速发展的现状以及MES与生产执行关系的紧密性,有学者提出工艺设计与MES的集中是未来集成的另一个重点。

图 2 CAPP是信息化集成的桥梁

4.基于三维CAD的工艺设计
  由于信息技术的发展和计算设备性能的提高,三维CAD的应用越来越普遍。与二维CAD的表达相比,三维能够承载的信息更多,而且是工艺信息,比如孔、倒角,这些信息在三维CAD中很明确。


  由于三维可视化的优点,基于三维CAD的工艺设计特别适合于机加工和装配工艺。基于三维CAD的机加工工艺一般可以自动提取工艺特征,在工艺知识库的支持下,可以自动选择(或推荐)加工方法,甚至还能实行加工模拟(如装夹模拟、切削模拟等)。而基于三维CAD的装配工艺可以动态直观的模拟装配过程,可以事先发行可能发生的装配干涉。这是基于二维CAD的工艺设计系统所很难达到的。


  目前,我国基于三维CAD的工艺设计研究处于起步阶段,国外系统处于领先地位,代表产品有如UGS公司的Tecnomatix和达索系统公司的DELMIA。

5.能管理制造过程的工艺设计
  国内传统的工艺设计,一般只是关心用什么样的制造方法、通过什么步骤能够把一个产品加工出了,主要还是停留在技术层面。相对而言,国外的工艺设计系统包含可更多的管理因素,如工厂布局、生产线设计、生产计划(产品计划、进度计划、资源计划)、质量控制、仿真(含加工仿真和生产线仿真等)等等,造成这种现象的原因与国内外车间生产的条件有关。


  从集成上来讲,技术层面的工艺设计给其它相关系统(ERP系统、MES系统)提供的信息有限,很难承担企业制造信息中枢的重任。因此,能管理制造过程的工艺设计系统,必然是未来发展的一个方向。


  目前,这个方向的主力仍然是UGS公司的Tecnomatix和达索系统公司的DELMIA,可喜,国内厂商(如CAXA)也已经明确提出了这一个方向.(E-works)

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