隨著現(xiàn)代集成制造技術(shù)、制造業(yè)信息化技術(shù)的蓬勃發(fā)展及其在國內(nèi)外制造業(yè)的廣泛推廣和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(ComputerAidedProcessPlanning,CAPP)作為連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)(CAD)與制造(CAM)的橋梁，以及連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理的重要紐帶，是敏捷制造的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，三維CAD技術(shù)正在成為企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)平臺，從而為CAPP的應(yīng)用提出了新的課題—基于三維CAD的CAPP。因此，進(jìn)行基于3D-CAPP技術(shù)及其發(fā)展研究具有非常重要的理論和實(shí)際意義。

　　一、CAPP的發(fā)展概況

　　CAPP的發(fā)展經(jīng)歷了較為漫長、曲折的過程，基本上沿著“定性→定量→定性→定量……”的螺旋式上升模式發(fā)展。經(jīng)過三十多年的歷程，國內(nèi)外對CAPP技術(shù)進(jìn)行了大量的研究與探討，無論在深度上還是廣度上都不斷地取得進(jìn)展。

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，CAPP正在從派生式、創(chuàng)成式、半創(chuàng)成式系統(tǒng)過渡到采用人工智能技術(shù)，且具有檢索、修訂、生成等各種功能綜合的、智能化的系統(tǒng)模式;在提高CAPP的實(shí)用性方面，從注重工藝過程的自動(dòng)生成轉(zhuǎn)變到為工藝人員提供軟件工具：各種商品化的CAPP(如開目CAPP系統(tǒng)、CAXA的CAPP工藝設(shè)計(jì)軟件、清華天河CAPP系統(tǒng)等)逐漸走向市場，并在產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用;在信息集成化、網(wǎng)絡(luò)化方面，從單一的CAPP系統(tǒng)向信息集成化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，向CAD/CAPP/CAM的集成化以及基于企業(yè)信息集成化(如：基于ERP的CAPP、基于PDM的CAPP)的方向發(fā)展。

　　隨著計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)、并行工程(CE)、智能制造(IM)、虛擬制造(VM)、敏捷制造(AM)等新技術(shù)、新概念的不斷出現(xiàn)和發(fā)展，以及制造業(yè)信息化的迅速發(fā)展，無論從廣度上還是深度上又都對CAPP技術(shù)的發(fā)展提出了更新更高的要求，顯然CAPP已步入一個(gè)新的發(fā)展階段，將面臨新的挑戰(zhàn)。

　　二、3D-CAPP系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

　　1、基于3D-CAPP系統(tǒng)開發(fā)的必要性目前，人們研究和開發(fā)了許多CAPP系統(tǒng)，但絕大多數(shù)都停留在二維CAD的基礎(chǔ)上，僅具有平面功能。隨著三維CAD軟件的迅速發(fā)展與普及，在不遠(yuǎn)的將來，三維CAD設(shè)計(jì)將會成為設(shè)計(jì)信息化系統(tǒng)的主流技術(shù)和國內(nèi)外產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流設(shè)計(jì)工具。而基于二維CAD開發(fā)的CAPP系統(tǒng)難以完全滿足當(dāng)今和未來CAD/CAPP/CAM集成的需要，因此CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用也必須從基于二維CAD的集成向基于三維CAD的集成發(fā)展，即基于三維CAD的CAPP系統(tǒng)及應(yīng)用。此外，基于三維CAD的裝配過程能夠大大提高裝配工藝的質(zhì)量和實(shí)用性，從而產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)如何支持基于三維CAD的應(yīng)用也就顯得尤為重要。

　　科技部曾在“十五”863現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)主題中，將“基于三維CAD的CAPP”，專門立項(xiàng)研究和推廣。可以預(yù)見，基于3D-CAPP系統(tǒng)將成為今后研究的熱點(diǎn)。

　　2、基于3D-CAPP技術(shù)研究概況從目前資料來看，基于三維CAD的CAPP研究才剛剛起步，國內(nèi)外在這方面取得明顯成果的尚不多見。但國內(nèi)目前已有不少單位在這方面開展研究，如：

　　(1)基于三維CAD的加工工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供基于三維CAD的加工工藝設(shè)計(jì)工具，可以基于3D模型定義加工工藝特征，自動(dòng)獲取加工特征信息，可以基于特征加工知識進(jìn)行輔助工藝決策，可以建立3D工藝裝配庫，可以生成3D工序簡圖，實(shí)現(xiàn)可視化的裝夾規(guī)劃等。此項(xiàng)研究得到了“十五”國家863課題專項(xiàng)支持。

　　(2)基于三維CAD的可視化裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供可視化的裝配工藝設(shè)計(jì)工具，可以自動(dòng)獲取三維裝配結(jié)構(gòu)信息，能可視化地指定零部件的裝配路徑和先后順序，可以生成三維裝配工序爆炸圖，裝配工序設(shè)計(jì)時(shí)，可以指定裝配工裝和工具信息，可以進(jìn)行裝配過程的實(shí)體仿真，仿真過程可以指定為整個(gè)裝配過程或某一道工序的裝配過程。該項(xiàng)研究得到了“十五”國家863課題專項(xiàng)支持。

　　(3)基于PDM平臺的三維CAD的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于PDM的3D-CAPP系統(tǒng)整體架構(gòu)是一個(gè)將產(chǎn)品、工廠、工藝和資源通過相互指定關(guān)系而構(gòu)成的一個(gè)關(guān)系模型，四者之間相互關(guān)聯(lián)，共同在PDM信息平臺上進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)與管理，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，產(chǎn)品數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)定義到最終投放生產(chǎn)順暢運(yùn)行。國外廠商已研制和開發(fā)了在PDM平臺上構(gòu)建聯(lián)通三維CAD和三維CAM的制造工藝師系統(tǒng)，并且已成功地應(yīng)用在“船用噴水推進(jìn)葉輪”的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。

　　但總體來說，基于3D-CAPP技術(shù)研究還處于起步階段，還有很多問題尚待探討。

　　3、基于3D-CAPP技術(shù)實(shí)施中存在的問題

　　CAPP技術(shù)的發(fā)展必須符合企業(yè)及企業(yè)信息化工程的需要，雖然當(dāng)前基于3D-CAPP系統(tǒng)已進(jìn)行了初步的嘗試和應(yīng)用，但很大程度上還不能滿足企業(yè)當(dāng)前和未來發(fā)展的要求。

　　(1)3D-CAPP系統(tǒng)的特征參數(shù)識別技術(shù)問題當(dāng)今在產(chǎn)品建模中，人們非常重視基于三維和約束的特征參數(shù)化產(chǎn)品模型的建立，但由于CAPP問題的特殊性與復(fù)雜性，基于3D的參數(shù)化工藝模型和參數(shù)化工藝變形設(shè)計(jì)的難題一直困擾著人們：即，如何對幾何特征(尺寸、位置)與工藝特征(精度、表面粗糙度、公差)依據(jù)一定的識別方法進(jìn)行智能或半智能地生成產(chǎn)品工藝文件(工藝數(shù)據(jù)等 (2)基于3D-CAPP工藝設(shè)計(jì)與管理問題隨著設(shè)計(jì)手段從二維CAD向三維CAD的發(fā)展，工藝設(shè)計(jì)也必須進(jìn)行相應(yīng)的改變：工藝設(shè)計(jì)如何與三維CAD進(jìn)行集成，如何建立基于三維CAD的工序圖模型，如何基于三維CAD進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)和裝配工藝設(shè)計(jì)，如何在基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的信息化管理基礎(chǔ)上真正地實(shí)現(xiàn)3D-CAPP工藝設(shè)計(jì)。

　　(3)3D-CAPP系統(tǒng)的工藝決策方法問題工藝決策是CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是制約CAPP系統(tǒng)實(shí)用化、通用化、智能化的核心問題。但是當(dāng)今研究開發(fā)的基于3D的定量化工藝決策方法與基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維裝配工藝決策方法還不能很好地解決3D-CAPP系統(tǒng)的工藝決策方法問題。

　　(4)3D-CAPP系統(tǒng)與企業(yè)PDM/ERP系統(tǒng)的集成問題CAPP的數(shù)據(jù)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的重要組成部分，使CAPP與PDM/ERP的集成尤為重要，但如何以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM為平臺，有效地將生產(chǎn)、管理與制造進(jìn)行集成化，有效地實(shí)現(xiàn)企業(yè)工藝設(shè)計(jì)與信息管理一體化，真正地實(shí)現(xiàn)3D-CAPP系統(tǒng)中產(chǎn)品全生命周期的信息化管理，這一直是當(dāng)今機(jī)械行業(yè)集成制造技術(shù)的熱點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。

　　諸如上述問題，在進(jìn)行3D-CAPP系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)必須加以認(rèn)真考慮。

　　三、基于3D-CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　目前在商品化CAD系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP集成主要有兩條途徑：一是在商品化三維CAD軟件上開發(fā)具有制造特征功能的軟件，使設(shè)計(jì)信息可為CAPP直接使用;二是在三維CAD實(shí)體造型基礎(chǔ)上，開發(fā)制造特征識別與提取系統(tǒng)，為CAPP設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的工藝信息。根據(jù)以上分析，目前基于3D模型的CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　1、基于平臺技術(shù)、可重構(gòu)的3D-CAPP系統(tǒng)現(xiàn)階段由于工藝設(shè)計(jì)的不一致性，通用型的CAPP系統(tǒng)不能滿足企業(yè)的特殊需求。為了能使CAPP系統(tǒng)在企業(yè)中更好地推廣和應(yīng)用，CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有良好的柔性和開放性，支持各行業(yè)的二次開發(fā)，從而持續(xù)滿足客戶的個(gè)性化變化的需求。

　　基于集成開發(fā)平臺IDE和集成數(shù)據(jù)庫平臺IDP，可以實(shí)現(xiàn)CAPP各種層次的二次開發(fā)功能，充分滿足工藝個(gè)性化需求，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展變化。借助于平臺技術(shù)，可以自定義界面，可加人任何標(biāo)準(zhǔn)的Window，軟件，用戶可編寫C++或VB格式的腳本文件等，可以在3D-CAPP平臺上開發(fā)專用的CAPP系統(tǒng)。因此，基于3D-CAPP平臺技術(shù)、具有二次開發(fā)功能、可重構(gòu)的CAPP系統(tǒng)也就提上了日程，并會成為未來發(fā)展的主要趨勢。

　　2、基于知識的新型智能化的3D-CAPP系統(tǒng)目前CAPP已經(jīng)很好地解決了工藝設(shè)計(jì)效率和標(biāo)準(zhǔn)化的問題，下一步如何有效地總結(jié)企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)知識，充分利用工藝專家的經(jīng)驗(yàn)與知識積累，建立豐富的工藝知識庫，提高CAPP的知識水平，并應(yīng)用各種人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程中各階段、各種有效的智能化在線幫助，將會是3D-CAPP系統(tǒng)應(yīng)用和發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　顯然，未來的制造是基于集成化、智能化的敏捷制造，未來的產(chǎn)品是基于信息化、知識化的產(chǎn)品，那么未來的CAPP技術(shù)也就必然朝著知識化、智能化的方向發(fā)展。

　　3、基于PDM平臺的網(wǎng)絡(luò)化3D-CAPP系統(tǒng)在產(chǎn)品加工過程中，以信息技術(shù)為支撐，以工藝技術(shù)為核心，以三維CAD、三維CAM和PDM作為實(shí)施平臺，基于同一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)BOM向制造BOM平滑過渡，實(shí)現(xiàn)加工過程中的資源、項(xiàng)目和時(shí)間的合理配置，將工藝設(shè)計(jì)延伸到生產(chǎn)管理的全過程，從而發(fā)揮CAPP在產(chǎn)品全生命周期中的信息中樞和功能調(diào)節(jié)作用。

　　網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代系統(tǒng)集成應(yīng)用的必然要求，CAPP對內(nèi)進(jìn)行各種角色、工種的并行工藝設(shè)計(jì)，對外與CAD的雙向數(shù)據(jù)交換，與CAD,CAM,PDM等的集成應(yīng)用都需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)級乃至更大范圍的信息化。因此基于PDM平臺的支持產(chǎn)品全生命周期的網(wǎng)絡(luò)化3D-CAPP系統(tǒng)將是重要的發(fā)展方向。

　　4、基于定量化、參數(shù)化的3D-CAPP系統(tǒng)當(dāng)今基于3D的產(chǎn)品建模與分析計(jì)算越來越引起現(xiàn)代企業(yè)的重視，定量型CAPP系統(tǒng)不但能完成工藝過程設(shè)計(jì)、工藝文件管理、信息集成等定性化的工藝設(shè)計(jì)，更重要的是能針對系列產(chǎn)品或新產(chǎn)品建立一種面向產(chǎn)品和制造過程、基于3D的定量化工藝設(shè)計(jì)模型，并以此模型為基礎(chǔ)，對零部件或產(chǎn)品進(jìn)行快速準(zhǔn)確的工藝設(shè)計(jì)，如定位裝夾規(guī)劃、工序圖生成、NC程序生成、工裝設(shè)計(jì)等內(nèi)容。因此，基于3D的定量化與參數(shù)化CAPP系統(tǒng)無疑是CAPP追求的目標(biāo)與發(fā)展趨勢。

　　5、基于綠色設(shè)計(jì)的3D-CAPP系統(tǒng)隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，認(rèn)識到機(jī)械產(chǎn)品的綠色化已成為人類可持續(xù)發(fā)展的核心。因此，國內(nèi)外許多專家開始探索研究綠色設(shè)計(jì)、綠色工藝和綠色制造，計(jì)算機(jī)輔助的綠色工藝設(shè)計(jì)(GreenCAPP,GCAPP)就應(yīng)運(yùn)而生了。再者，從制造系統(tǒng)的資源流動(dòng)過程看，工藝規(guī)劃對資源消耗狀況和廢棄物的產(chǎn)生量有著直接的影響。所以，3D-CAPP系統(tǒng)的綠色化是一種趨勢。

　　綜上所述，基于3D-CAPP系統(tǒng)將朝知識化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、定量化、參數(shù)化、綠色化方向發(fā)展。

　　四、結(jié)論

　　通過上述對基于3D-CAPP技術(shù)的分析與展望可知，CAPP采用基于三維CAD設(shè)計(jì)技術(shù)，增加了產(chǎn)品的可讀性和一致性，減少了理解圖紙的時(shí)間，進(jìn)一步提高了工藝設(shè)計(jì)方式、工藝資源及制造數(shù)據(jù)管理模式等的合理性與科學(xué)性。因此，研究與開發(fā)基于三維CAD的各種CAPP系統(tǒng)及其應(yīng)用，使CAD,CAPP及CAM共享統(tǒng)一的三維產(chǎn)品模型，充分利用CAD/CAM的設(shè)計(jì)與分析功能，將是CAPP研究與發(fā)展的一個(gè)重要方向。