CAPP的发展历程及现状分析

CAPP系统的研究和发展经历了较为漫长曲折的过程。自从1965年Niebel首次提出CAPP思想，迄今已有50多年，CAPP领域的研究得到了极大的发展，经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、开发工具（平台）等不同的发展阶段，并涌现了一大批CAPP原型系统和商品化的CAPP系统。世界上最早研究和开发CAPP的国家是挪威，即从20世纪60年代后期就开始研究开发CAPP。1969年，挪威发表了第一个CAPP系统——AutoPROS（自动工艺规程设计系统），它根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺过程，从而形成相应零件的工艺规程。AutoPROS系统的出现，引起了世界各国的普遍重视。1976年，美国的CAM-I公司也研制出了自己的CAPP系统，它是一种可在微机上运行的结构简单的小型程序系统，其工作原理也基于成组技术原理。到目前为止，已研制出很多CAPP系统，而且有不少系统已投入生产实践。在已应用的CAPP系统中，针对回转类零件的CAPP应用比较成熟，而且多应用于单件小批量生产类型。

早期的CAPP系统为检索式CAPP（Retrieval CAPP）系统。它事先将设计好的零件加工工艺规程存储在计算机中，在编制零件工艺规程时，根据零件图号或名称等检索出存有的工艺规程，从而获得工艺设计内容。这类CAPP系统的自动决策能力差，但最易建立，简单实用，对于现行工艺规程比较稳定的企业比较实用。检索式CAPP系统主要用于已经标准化的工艺设计。

随着成组技术（GT）的推广应用，变异式或派生式CAPP（Variant CAPP）系统得到了开发和应用。派生式CAPP系统以成组技术为基础，按零件结构和工艺的相似性，将零件划分为零件族，并给每一族的零件制定优化的加工方案和典型工艺过程。挪威早期推出的AutoPROS系统、美国麦克唐纳·道格拉斯公司（McDonnell-Douglas Corporation）开发的CAPP—CAM—I系统、英国曼彻斯特大学开发的AutoCAP系统等都是典型的派生式CAPP系统，其实质上是根据零件编码检索出标准工艺，并在此基础上进行编辑修改，系统构建容易，有利于实现工艺设计的标准化和规格化，而且有较为成熟的理论基础（如成组技术等），故开发、维护方便。变异设计的思想与实际手工工艺设计的思路比较接近，故此类系统比较实用，发展较快，取得了一定的经济效益。

20世纪70年代中后期，美国普渡大学的Wysk博士，在其博士论文中首次提出了基于工艺决策逻辑与算法的创成式CAPP（Generative CAPP）系统的概念，并开发出了第一个创成式CAPP系统原型APPAS（Automated Process Planning And Selection）系统，CAPP的研究进入了一个新的阶段。创成式CAPP系统能根据输入的零件信息，通过逻辑推理、公式和算法等，做出工艺决策，从而自动地生成零件的工艺规程。创成式CAPP系统是较为理想的系统模型，但由于制造过程的离散性、产品的多样性和复杂性、制造环境的差异性、系统状态的模糊性、工艺设计本身的经验性等因素，使得工艺过程的设计成为相当复杂的决策过程，实现有一定适应面的、工艺完全自动生成的创成式CAPP系统具有一当的难度。已有的系统多是针对特定的零件类型（以回转体为主）、特定的制造环境的专用系统。

鉴于创成式CAPP系统设计开发中的困难，研究人员提出了混合式CAPP（Hybrid CAPP）系统，它融合了派生式和创成式两类CAPP系统的特点。混合式CAPP系统常采用派生的方法，首先生成零件的典型加工顺序，然后再根据零件信息并采用逻辑推理决策的方式生成零件的工序内容，最后再采用人机交互式编辑修改工艺规程。目前，混合式的CAPP系统应用较为广泛。进入20世纪80年代，研究人员探讨将人工智能（AI）技术、专家系统技术应用于CAPP系统中，促进了以知识基（Knowledge-based）和智能化为特征的CAPP专家系统的研制。CAPP专家系统与创成式CAPP系统的主要区别在于工艺设计过程的决策方式不同。创成式CAPP是基于“逻辑算法+决策表”进行决策，CAPP专家系统则以“逻辑推理+知识”为核心，更强调工艺设计系统中工艺知识的表达、处理机制以及决策过程的自动化。1981年，法国的Descotte等人开发的GARI系统是第一个利用人工智能技术开发的CAPP系统原型，该系统采用产生式规则来存储加工知识，并可完成加工方法选择和工序排序等工作。目前，已有数百套CAPP专家系统问世，其中较为著名的是日本东京大学开发的TOM系统，英国UMIST大学开发的XCUT系统及扩充后的XPLAN系统等。

20世纪80年代中后期，随着CIM概念的提出和CIMS在制造领域的推广应用，面向新的制造环境的集成化、智能化及功能更完备的CAPP系统成为新的研究热点，进而涌现出集成化的CAPP系统，如德国阿亨工业大学Eversheim教授等开发的AutoTAP系统；美国普渡大学的H.P.Wang与Wysk在CAD/CAM和APPAS系统的基础上，经扩充推出的TIPPS（Totally Integrated Process Planning System）系统以及清华大学开发的THCAPP系统等都是早期集成化的CAPP系统的典范。

进入20世纪90年代，随着产品设计方式的改进、企业生产环境的变化及计算机技术的进步与发展，CAPP系统的体系结构、功能、领域适应性、扩充维护性和实用性等成为新的研究热点。例如，基于并行环境的CAPP系统、可重构式CAPP系统、CAPP系统开发工具、面向对象的CAPP系统、CAPP与PPS集成为CAPP体系结构研究的热点。人工神经网络（ANN）技术、模糊综合评判方法、基因算法等理论和方法也已应用于CAPP的知识表达和工艺决策中。与此同时，CAPP系统的研究对象也从传统的回转体、箱体类零件扩大到焊接、铸造、冲压等领域中，极大地丰富了CAPP的研究内涵。

在国外，经过十多年的努力，特别是以美国、法国为代表的西方制造厂商，如Boeing、Airbus等著名公司在工艺与过程管理集成及优化方面，开发和集成了大量的CAPP工程应用软件和制造数据管理软件，建立了各类工程数据库、材料库、设计和制造特征数据库、典型工艺库、典型零件库等，初步解决了产品技术准备阶段的信息集成与共享问题（如CAD/CAPP/CAM集成），制定了相应的企业标准规范，并成功地应用于新型飞机的研制和型号技术改造中，大大提高了设计质量、缩短了研制周期、降低了开发成本。

我国对CAPP的研究始于20世纪80年代初，虽然起步较晚，但发展很快，特别是在国家863/CIMS计划的支持和指导下，近年来CAPP技术已取得了很大的成绩，出现了大量的学术性和实用性的各类CAPP系统。在国内得到一定程度应用的CAPP系统有华中理工大学的开目CAPP，浙江大学的GS-CAPP，清华大学的THCAPP，以及在企业和高校得到广泛应用的北京数码大方科技有限公司开发的CAXA CAPP软件等。

同国外CAPP软件比较，国内的软件符合国际CAPP技术发展的潮流，且在知识处理与智能化方面具有自己的特色。其主要经历了以下四个阶段的发展历程：(www.xing528.com)

（1）第一代产品

1982-1995年期间——基于智能化和专家系统思想开发的CAPP系统。此类CAPP系统片面强调工艺设计的自动化，但因工艺设计的特点决定了自动化的CAPP系统存在很大的局限性，无法满足企业对通用CAPP系统平台的需求。

（2）第二代产品

1995年至今——基于低端数据库（FoxPro等）开发的CAPP系统。这类CAPP软件已经注意到CAPP需要以工艺数据为对象解决企业的工艺设计问题，不再以卡片（一般的解决途径是采用CAD技术，是一个文件系统）为基础。但因开发技术所限，很难做到“所见即所得”，系统的实用性很差。因此，工艺卡片的生成是由程序来完成的或是在CAD中生成的。这类CAPP软件具备了数据库系统的特点，符合工艺数据管理的要求。但因为不是交互式设计方式，所以，不能作为平台类软件。这类CAPP软件实用性不强，推广和使用受到了很大的限制。

（3）第三代产品

1996年至今——基于AutoCAD或自主图形平台开发的CAPP系统。为了解决基于FoxPro等低端数据库的CAPP系统实用性差的缺点，一些CAD软件公司采用CAD技术开发了一些CAPP系统，它解决了实用性问题，却忽视了最根本的问题，即工艺是以相关的数据为对象的，而不是以卡片（图形数据）为对象的。此类CAPP系统是基于文件系统的CAD技术开发的，特别是自主CAD平台软件，文件格式采用了非标准的自定义格式，信息的交换存在严重的问题。

（4）第四代产品

1998年至今——综合式平台类CAPP系统。此类系统完全基于数据库，采用交互式设计方式满足实用化要求，同时注重数据的管理与集成，它集中了第二、第三两代系统的优点，是国内外CAPP学者公认的最佳开发模式，开放的体系结构同时满足了特定企业、特定专业的智能化专家系统二次开发的需要。