CAPP作為智能工廠信息系統(tǒng)重要組成部分，為智能制造提供了標準化、結(jié)構(gòu)化和精細化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是智能工廠數(shù)據(jù)的源頭。

一、背景

放眼全球，國家間的競爭越來越激烈，美國力促“制造業(yè)回歸”，我國著力發(fā)展“中國制造2025”，裝備制造業(yè)仍然是國家間競爭中的重要一環(huán)，以智能制造為高鐵這張“中國燙金名片”增光添彩是株洲中車時代電氣當仁不讓的責任。2015年我司智能工廠建設(shè)項目入選“國家工信部94個2015年智能制造專項”，智能制造對產(chǎn)品工藝規(guī)劃工作的精細化和結(jié)構(gòu)化提出了越來越強烈的需求。CAPP（ComputerAidedProcessPlanning，計算機輔助工藝規(guī)劃設(shè)計）作為智能工廠信息系統(tǒng)重要組成部分，為智能制造提供了標準化、結(jié)構(gòu)化和精細化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是智能工廠數(shù)據(jù)的源頭。

二、系統(tǒng)的規(guī)劃

智能工廠建設(shè)項目將信息化、自動化、數(shù)字化等技術(shù)應(yīng)用到軌道交通裝備核心部件生產(chǎn)制造過程；與此同時，將相關(guān)技術(shù)向前拓展到產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、向后延伸到產(chǎn)品的運營與服務(wù)，橫向擴展到產(chǎn)品的整個供應(yīng)鏈；將數(shù)字化、信息化覆蓋至產(chǎn)品生命周期全過程，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理，并促使公司相關(guān)業(yè)務(wù)管理、信息系統(tǒng)應(yīng)用達到國際先進水平，為此我司確定CAPP為為智能工廠提供標準化、結(jié)構(gòu)化和精細化數(shù)據(jù)的核心系統(tǒng)。

CAPP與智能制造工廠信息系統(tǒng)間的規(guī)劃關(guān)系如圖1所示，為形成以工藝路線為核心的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)管理模式，提升工藝設(shè)計質(zhì)量、效率和規(guī)范性，建立“人、機、料、法、環(huán)、測”一體化融合的工藝設(shè)計平臺，CAPP規(guī)劃提供下列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源及接口關(guān)系：

1、提供結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(MBOM/FLOW/工藝文件)，傳遞至ERP、MES、WMS和DPS；

2、提供工藝路線物料掛料數(shù)據(jù)，由ERP承接，傳遞至MES、WMS指導(dǎo)物料揀配申請和配送；

3、提供工序人員資質(zhì)檢查要求，通過FLOW傳遞至MES和智能制造樣板線；

4、提供工程數(shù)據(jù)采集標準（EDC），通過FLOW傳遞到MES和設(shè)備層，控制設(shè)備運行參數(shù)和采集，支持質(zhì)量SPC分析；

5、提供工序工具/工裝配置要求，通過工序傳遞至MES進行現(xiàn)場工具/工裝應(yīng)用指示；

6、提供智能制造工廠產(chǎn)線級的生產(chǎn)方案數(shù)據(jù)配置。

三、系統(tǒng)構(gòu)建

1、CAPP系統(tǒng)功能框架

CAPP系統(tǒng)是整個智能工廠數(shù)據(jù)的源頭，其構(gòu)建的總體思路為：第一、以流程為導(dǎo)向進行需求分析，以解決問題、流程優(yōu)化為目標；第二、數(shù)據(jù)遵循就源輸入的原則，數(shù)據(jù)一次輸入、多次有效。

2、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向設(shè)計

CAPP系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)包括：MBOM、工藝路線、工時、制造資源、軟件數(shù)據(jù)、EDC數(shù)據(jù)、工程變更數(shù)據(jù)，如下圖3系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖闡述了數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)間的關(guān)系及這些字段的來源和去處，實現(xiàn)“一次輸入，多次使用”的高效利用。

3、應(yīng)用舉例

1）MBOM設(shè)計管理

BOM是各信息化系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在CAPP應(yīng)用之前，我司主要靠人工在PLM系統(tǒng)中維護完成EBOM到MBOM數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作，效率低。引進CAPP平臺后，通過MBOM編輯器（MPP）的定制開發(fā)改造，提高了BOM轉(zhuǎn)換的工作效率、確保BOM數(shù)據(jù)的一致性和銜接性，為智能制造生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。CAPP在BOM的管理中主要實現(xiàn)功能有：

在EBOM簽審流程發(fā)布后，制造部門通過一鍵裝換功能，將MBOM完整復(fù)制EBOM結(jié)構(gòu)（含自制件、外協(xié)件），實現(xiàn)EBOM—MBOM清單一鍵轉(zhuǎn)換和輸出工作。

基于MBD的三維可視化、EBOM、MBOM三者聯(lián)動的MBOM設(shè)計環(huán)境。

用戶三維可視化環(huán)境下，MBOM結(jié)構(gòu)編輯調(diào)整功能，基于單一頁面的零部件的借用、復(fù)制、拖放、剪切、粘貼等操作。

實現(xiàn)MBOM的多人并行設(shè)計，不同工藝類型的MBOM維護人員各自維護MBOM結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)自動組合成完整的MBOM結(jié)構(gòu)。

在MBOM結(jié)構(gòu)中進行材料定額、工藝輔料添加。

實現(xiàn)MBOM的變更管理，支持在MBOM編制環(huán)境的變更識別，通過MBOM變更流程實現(xiàn)MBOM的換版發(fā)布，在流程中支持變更對比信息的報表輸出。

支持基于MBOM的工藝任務(wù)管理，實現(xiàn)工藝任務(wù)的電子化分工管理，可對任務(wù)的執(zhí)行情況進行追溯、匯總統(tǒng)計，并可輸出為相應(yīng)的報表。

實現(xiàn)將ERP中的工廠屬性回寫到PLM系統(tǒng)中（采購類型、特殊采購類），PLM系統(tǒng)依據(jù)屬性觸發(fā)相關(guān)的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計流程任務(wù)。

2）結(jié)構(gòu)化工藝路線

在CAPP系統(tǒng)中，工藝路線結(jié)構(gòu)化文件提供了強大的工藝文件編制功能，進行各專業(yè)結(jié)構(gòu)化工藝文件編制。如圖2所示：支持在工藝卡片中插入三維裝配仿真動畫、三維工藝模型(Pro/E)、DWG/DXF二維圖紙、照片、圖片、工藝特殊符號、工藝資源等數(shù)據(jù)，并在卡片編輯同一界面快速方便的對照片和模型等進行批注和編輯，并且在后續(xù)變更時可以基于同一頁面對批注內(nèi)容進行修改。對于結(jié)構(gòu)化編輯的文字，可以實現(xiàn)文字加粗、加顏色、底色、換行等格式編輯操作。

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)能很好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)用、搜索和精確提取，解決了原來通過WORD/EXCEL文檔編制工藝文檔數(shù)據(jù)黑箱的問題，實現(xiàn)了信息透明化。我司在CAPP制造資源庫中，構(gòu)建了工序、工步、產(chǎn)線、設(shè)備、工裝等相關(guān)信息，作為工藝路線結(jié)構(gòu)化應(yīng)用的基礎(chǔ)資源。根據(jù)實際生產(chǎn)情況構(gòu)建不同的工藝路線即生產(chǎn)方案，同一產(chǎn)品可實現(xiàn)多工藝路線（異地工廠、返修、簡配、半成品發(fā)貨、多種生產(chǎn)模式等）。支持工藝路線細化到工序、工步等維度的管理。工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的實現(xiàn)，其核心和載體由MBOM變成了工藝路線，形成了以工藝路線為核心，關(guān)聯(lián)人、機、料、法、環(huán)、測的完整的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)，顛覆了原來基于MBOM關(guān)聯(lián)文檔進行工藝數(shù)據(jù)管理的模式，實現(xiàn)了靈活可配置的制造生產(chǎn)方式。

四、項目成果與經(jīng)驗總結(jié)

CAPP是連接產(chǎn)品設(shè)計與制造的橋梁，對產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本具有極為重要的影響。CAPP系統(tǒng)的使用大大提高工藝過程設(shè)計的速度和質(zhì)量，而且保證了工藝設(shè)計的規(guī)范化和標準化，結(jié)構(gòu)化和精細化，為智能制造添上了濃墨重彩的一筆，主要成果體現(xiàn)在下列幾點；

1）實現(xiàn)MBOM設(shè)計與變更流程的全面管理，進行數(shù)據(jù)容錯判定，確保MBOM數(shù)據(jù)規(guī)范性、正確性、銜接性。

2）實現(xiàn)工藝方案結(jié)構(gòu)化編制，工藝總方案的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（四新、工藝性說明、輸入等）在對應(yīng)工藝分方案中可繼承重用，并自動觸發(fā)四新任務(wù)通知，避免工作遺漏。

3）實現(xiàn)基于不同產(chǎn)品類型、產(chǎn)品領(lǐng)域、項目類型的組合選擇，系統(tǒng)自動匹配出相對應(yīng)的成果物裁剪結(jié)果，減輕了工藝裁剪表編制的工作量，裁剪結(jié)果自動觸發(fā)文檔編制任務(wù)至對應(yīng)責任人，并通過齊套性報表進行任務(wù)跟蹤。

4）實現(xiàn)基于工藝路線的作業(yè)指導(dǎo)書結(jié)構(gòu)化編制，PDF輸出、簽審與變更管理，在制造資源庫實現(xiàn)工序/工步的規(guī)范化創(chuàng)建，及實現(xiàn)工藝路線的快速復(fù)用。

5）基于工步進行定性或定量兩類“檢驗要求”的結(jié)構(gòu)化定義，為制造端的自動化檢測設(shè)備數(shù)據(jù)采集提供了數(shù)據(jù)輸入，并對數(shù)據(jù)采集執(zhí)行情況進行校驗，防呆防錯。

6）實現(xiàn)各類制造資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一維護管理。

7）實現(xiàn)了轉(zhuǎn)產(chǎn)評審單結(jié)構(gòu)化、基于業(yè)務(wù)規(guī)則自動輸出文件齊套性確認，實現(xiàn)開口問題閉環(huán)。

8）建立工藝知識庫，實現(xiàn)各類知識數(shù)據(jù)的統(tǒng)一維護管理。

五、未來展望

在智能工廠建設(shè)發(fā)展上，通過對國內(nèi)外智能制造發(fā)展趨勢及案例（空客未來工廠、安貝格智能工廠、GE智慧工廠等）的分析，未來CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢為：

1）數(shù)字化

向智能制造的工藝數(shù)據(jù)精細化發(fā)展，從產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化模型表達，向工藝、制造、服務(wù)等全生命周期階段全要素的數(shù)字化模型化表達延伸。

2）網(wǎng)絡(luò)化

從設(shè)計工藝打通，向基于計算機通信技術(shù)下的產(chǎn)品全生命周期一體化和跨價值鏈廣域協(xié)同模式進行轉(zhuǎn)變。

3）自動化

輸入工藝參數(shù)/條件，依據(jù)決策邏輯程序，在CAPP系統(tǒng)中實現(xiàn)參數(shù)化工藝設(shè)計的新型工作模式。

4）智能化

從實物世界管理模式向虛擬/實物世界融合下的管理模式進行轉(zhuǎn)變；從經(jīng)驗決策模式向工業(yè)大數(shù)據(jù)支撐下的智能化管理模式進行轉(zhuǎn)變。

淺談CAPP的發(fā)展現(xiàn)狀

CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）即計算機輔助工藝過程設(shè)計，可以減少工藝設(shè)計過程的設(shè)計時間，同時使工藝過程設(shè)計更快速、優(yōu)化和標準。CAPP所需要的設(shè)計信息包括設(shè)計零件種類、設(shè)計要求等是從CAD獲取，CAPP通過計算機輔助設(shè)計最終達到要求，將最終各種設(shè)計結(jié)果和信息從CAM輸出。我國CAPP的研究開發(fā)已經(jīng)很多年了，也日趨成熟，但仍存在著人和機器對話的困難，效率也不算很高，而且有專用性強的缺點。

隨著科學技術(shù)進步和發(fā)展，機械制造業(yè)產(chǎn)品品種越來越繁多,人們對產(chǎn)品的需求量日益增多，因此工藝設(shè)計過程越來越復(fù)雜。而傳統(tǒng)的工藝設(shè)計由人工繪圖并詳細編制，一個產(chǎn)品一個設(shè)計，一個設(shè)計一個較長的設(shè)計周期，一個較長的設(shè)計周期至少一個成熟的工藝人員，勞動強度大，耗時長，耗盡人力物力，顯然與大需求多變化的市場要求不能適應(yīng)，同時設(shè)計質(zhì)量還未必滿足市場的需求。在這種情況下，為了減少工藝設(shè)計過程的設(shè)計時間，同時使工藝過程設(shè)計更快速、優(yōu)化和標準，人們對CAPP的開發(fā)就變得十分必要。同時，CAPP所需要的設(shè)計信息包括設(shè)計零件種類、設(shè)計要求等是從CAD獲取，CAPP通過計算機輔助設(shè)計最終達到要求，將最終各種設(shè)計結(jié)果和信息從CAM輸出。可見，針對CAPP系統(tǒng)的開發(fā)是極其重要的。

1CAPP國內(nèi)外的發(fā)展狀況

挪威人在1965年率先提出了CAPP的概念，并且于1969年完成了世界第一個CAPP系統(tǒng)。但1976年美國的國際計算機輔助制造公司所推出的CAPP系統(tǒng)卻是世界上最著名、應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)，成為CAPP系統(tǒng)發(fā)展的里程碑。隨之世界上有更多CAPP系統(tǒng)相繼推出，進而出現(xiàn)了變異型CAPP和創(chuàng)成型CAPP。隨著CAPP系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，研究人員對CAPP的理論與方法進行了更加廣泛、深入的研究。美國的一些大學認為研究CAD與CAPP的集成是極其重要的,他們采用人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學習、智能推理等,提供一個與CAPP系統(tǒng)集成的CAD環(huán)境,可以用來識別設(shè)計及生產(chǎn)零件的各種特征和各種幾何信息,他們的研究已取得成效。以色列的大學認為零件工藝規(guī)程的生成應(yīng)該使用規(guī)則系統(tǒng)而不是專家系統(tǒng)，這樣效果更好。所不同的是，有些國家的大學則更注重于建模效應(yīng)。

我國CAPP技術(shù)的研究明顯晚于先進西方國家，制造技術(shù)的落后，計算機發(fā)展的落后，智能技術(shù)的落后，先進理念的落后使這種狀態(tài)難以避免。20世紀80年代初期，在國家的支持與推動下，我國的CAPP技術(shù)剛剛開始。雖然同濟大學在1982年開發(fā)出我國第一個CAPP系統(tǒng)，但是也僅僅處于學習和初步研究階段。隨后,我國一些優(yōu)秀的院校如北京工業(yè)大學、南京航空學院、西北工業(yè)大學改變落后觀念，提高科技創(chuàng)新進步的先進意識，積極努力地投入到CAPP系統(tǒng)的開發(fā)中，開發(fā)出了具有一定水準的CAPP系統(tǒng)，至此形成了中國CAPP系統(tǒng)的快速發(fā)展期。90年后隨著計算機輔助生產(chǎn)國際學術(shù)會議的召開和中華人民共和國機械行業(yè)標準計算機輔助工藝設(shè)計導(dǎo)則頒布，我國CAPP的發(fā)展水平開始有了進一步的發(fā)展并與國際接軌。

2目前CAPP存在的問題和發(fā)展方向

2.1存在的問題

(1)CAPP系統(tǒng)通常針對特定零件，不能夠適應(yīng)復(fù)雜多樣的工藝產(chǎn)品，通用性差，不具備普遍性。

(2)CAPP系統(tǒng)運作時應(yīng)實現(xiàn)人和計算機能夠很容易進行交流，獲取信息時間短、準確、簡單、快速，效率應(yīng)明顯高于單純?nèi)斯ぴO(shè)計，可目前并未實現(xiàn)。

(3)CAPP系統(tǒng)需要的工藝知識量巨大，存儲量巨大，需要耗費大量的人力物力準備。

(4)CAD、CAPP、CAM等計算機輔助系統(tǒng)沒形成一系列的系統(tǒng)工程，設(shè)計、工藝和制造都是單一的設(shè)計，單一的系統(tǒng)開發(fā)，單一的生產(chǎn)應(yīng)用，它們之間無任何聯(lián)系，因此就出現(xiàn)了1+1小于2的情況，這不能顯示生產(chǎn)系統(tǒng)的集成的優(yōu)勢。

(5)多數(shù)CAPP系統(tǒng)只有設(shè)計者知道其內(nèi)部的知識的存儲方式，應(yīng)用推理方式，選擇方案的優(yōu)化方式，用戶根本無法知道也無處知道，因此用戶無法根據(jù)實際需要更改系統(tǒng)的一些既定規(guī)則，以適應(yīng)自己的需要，這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)客戶，客戶是不會歡迎的。

2.2CAPP研究方向

CAPP的研究方向主要針對高效性、通用性、并行性等方向發(fā)展。

(1)高效性。

CAPP系統(tǒng)運作時應(yīng)很容易實現(xiàn)人和計算機的交流，獲取信息準確、簡單、快速，效率應(yīng)明顯高于單純?nèi)斯ぴO(shè)計。

(2)智能性。

能夠處理復(fù)雜多樣的產(chǎn)品，更智能。

(3)系統(tǒng)性。

形成一系列的CAD、CAPP、CAM等計算機輔助系統(tǒng)工程，設(shè)計、工藝和制造不再是單一的設(shè)計，單一的系統(tǒng)開發(fā)，單一的生產(chǎn)應(yīng)用，它們之間有密切的聯(lián)系，顯示生產(chǎn)系統(tǒng)的集成的優(yōu)勢。

(4)透明性。

設(shè)計者應(yīng)該讓用戶知道其CAPP系統(tǒng)的內(nèi)部知識的存儲方式，應(yīng)用推理方式，選擇方案的優(yōu)化方式，用戶可根據(jù)實際需要更改系統(tǒng)的一些既定規(guī)則，以適應(yīng)自己的需要，這樣的系統(tǒng)客戶才會歡迎。

(5)網(wǎng)絡(luò)化。

可通過聯(lián)網(wǎng)，多家企業(yè)聯(lián)合開發(fā)，共同利用，節(jié)省人力物力。

3CAPP支撐理論與技術(shù)的發(fā)展狀況

3.1人工智能

人工智能AI（ArtificialIntellegence）是美國的幾位學者在20世紀中期最先提出的。它是多學科的交叉學科，包括是計算機科學、哲學、數(shù)學、心理學、生物學、控制理論等。其基本目標就是使機器表現(xiàn)出人類的頭腦和思想，使機器代替人類思考和工作。人工智能應(yīng)用極其廣泛，在語言語音的識別，機器學習方面、邏輯分析方面、和專家系統(tǒng)方面都取得了許多引人矚目的成就。近年來，人工智能中較突出的成就是專家系統(tǒng)。

3.2專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是可以超過人類專家的水平的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有大量專業(yè)知識，同時也具備人類專家的經(jīng)驗，它根據(jù)人類專家求解問題的思維過程，求解問題，從而達到最佳求解問題的效果。因其具備專家的知識和思維，所以知識全面，求解問題快速、優(yōu)化，應(yīng)用范圍廣泛，有利于提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟效益。

目前，人們更加深入地研究開發(fā)專家系統(tǒng)。知識庫和推理機由單一發(fā)展為多樣，使其更符合專家的特質(zhì)，同時人們還對專家系統(tǒng)的開發(fā)工具進行研究，使其根據(jù)需要應(yīng)用于各個領(lǐng)域，具有廣泛性，便利性，通用性。當然，專家系統(tǒng)還存在不少有待解決的問題：知識的獲取和學習等。這些問題還有待進一步的研究。

4結(jié)語

CAPP的發(fā)展是社會發(fā)展的需要，是科學技術(shù)進步的需要。CAPP發(fā)展到今天，已經(jīng)進入到了成熟期，但是仍然存在諸多問題：知識庫知識的更新和完備，推理機制的優(yōu)化和優(yōu)先，系統(tǒng)的自我學習和完善。這些都是CAPP系統(tǒng)急待解決的問題，隨著科技的發(fā)展和人們對制造業(yè)的重視，更多的科技工作者將投入更多的精力，未來CAPP將會向智能性、開放性、并行化等方向發(fā)展。