从自动化到智能化:计算机辅助工艺技术(CAPP)的发展历程和未来的趋势

作为连接产品设计和生产制造的桥梁，计算机辅助工艺过程设计（CAPP），在制造业信息化进程里面，扮演着重要的角色。

自20世纪60年代出现以来，CAPP不仅改变了传统工艺设计的方式，更在不断的演进，逐步成为企业实现，全面信息集成和数字化转型的核心枢纽。

回顾它的发展历程，我们可以看到一条，从追求自动化到注重实用化，最终迈向智能化和集成化的清晰脉络。

一、 演进之路：CAPP的三个发展阶段

1、基于自动化思想的修订/创成式系统

CAPP的起源可以追溯到1965年，Niebel首次探讨了，将计算机应用在工艺规划。

1969年挪威发布的AUTOPROS系统标志着CAPP的正式诞生，其核心是基于成组的技术，通过检索和修改标准工艺规程，生成新的工艺。

美国CAM-I公司1976年开发的系统为代表，派生式（修订式）和创成式系统成为主流。

这一阶段的研究以实现工艺设计自动化为目标，试图用计算机完全取代人工决策。

然而由于系统开发周期长，成本高昂，并且很难适应复杂多变的制造环境，这类系统的推广应用，受到了较大限制。

2、基于计算机辅助的实用化系统

进入20世纪90年代，研究开始从自动化转向了计算机辅助。

这一阶段的CAPP系统不再追求完全替代工艺人员，而是开始强调所见即所得的文档化设计，利用文字或者表格处理软件辅助人工操作。

这种转变降低了应用的门槛，但是也带来了新的问题。

系统一般是以文档为核心，忽视了产品工艺数据的准确一致和可集成性，导致工艺信息成为企业信息化中的信息孤岛。

3、面向企业信息化的制造工艺信息系统

随着企业信息化的深入，现代CAPP系统已演变成面向企业信息化的制造工艺信息系统。

系统以产品工艺数据为中心，集工艺设计和信息管理一体。

系统融合了检索、修订、创成等多种混合决策技术，并且引入了人工智能，实现了人机混合智能。

目标不仅是提高工艺设计效率，更在于满足企业全球化制造，网络化协同的需求，通过不断积累工艺经验，提升系统的智能水平和适应性。

二、 技术变革：数字化工艺的四大发展方向

当前，制造业正面临着从传统制造向敏捷制造，全球化制造转型的挑战。

在这个的背景下，CAPP技术出现了，集成化、智能化、网络化和三维化的发展趋势。

1、集成化：打通信息孤岛

集成化一直是CAP研究的核心。

现代CAPP需要实现跟CAD和CAM的紧密集成，还必须和PDM、ERP、MES、CAQ等管理系统无缝的对接。

作为企业工艺信息化的基础平台，CAPP系统正在向,面向企业资源管理和车间管理的方向发展，基于PDM平台的CAPP系统研究已成了热点，目的是在满足企业对工艺信息在各个层次上的集成和共享的需求。

2、智能化：沉淀知识经验

智能化体现在工艺知识的有效应用上。

如何总结沉淀企业工艺设计中的经验和诀窍，建立丰富的工艺知识库，并且利用人工智能决策技术，提供智能化的在线辅助，是实现基于知识快速工艺设计的关键。

未来，尽管自动工艺决策的实现充满挑战，但是它仍然是CAPP系统发展的重要战略目标。

3、网络化：支持协同制造

传统的CAPP系统基于企业局部资源，而在网络制造环境下，企业动态联盟的组建要求，CAPP系统必须支持远程工艺设计和数据共享。

结合Internet/Web和数据库等技术，构建支持异地协同工作的CAPP系统，是打破制造过程数据管理瓶颈，实现企业网络化集成建设的重点。

4、三维化：实现数字量贯通

三维CAD技术的普及正在深刻的改变工艺设计模式。

基于三维模型（MBD）的工艺设计，取代了传统的二维图纸和文字描述。

三维模型具有表达直观，方便仿真的优势，能够实现产品设计，工艺准备，制造检验的全数字的传递。

特别是在装配工艺规划里，三维仿真可以有效的暴露设计的错误，大幅度的缩短研制周期。在复杂零件加工里，三维可视化避免了二维简图带来的误解和遗漏。

三、 应用深化：数字化工艺的工程化实践

为了适应复杂的产品研制的需要，数字化工艺技术的工程化应用正在从四个具体方向深入的展开。

1、基于三维模型的可视化创新工艺设计

通过打通设计、工艺、制造的数据链路，建立数字化的工艺模型。

利用模拟仿真生成工艺图解和操作动画，将传统的静态文字工艺，转变成了结构化的三维数字化工艺，实现无纸化的生产现场。

例如在装配工艺里面，集成轻量化模型制作工具，在零件加工中，利用数控仿真系统优化工艺过程。

2、知识基系统应用和专业化的工艺设计

针对不同工艺专业，例如航空航天领域的复材构件加工，复杂结构件数控加工的特性，建立结构化的工程知识库。

通过知识搜索和决策的支持，改变过去依赖通用交互工具的现状，开发基于特征的，智能化的工艺决策，自动化的编程功能，提升特定领域的工艺效率和质量。

3、基于PBOM的工艺组织和管理

在三维工艺的模式下，工艺数据的形式更加的多样，包括三维模型、动画、NC程序等。

围绕工艺物料清单（PBOM），进行数据组织和关联，并且和PDM系统结合，实现工艺版本，技术状态，业务流程，例如如电子审签的有效管理。

4、可视化工艺在线执行系统

为了解决工艺设计和现场执行脱节的问题，可视化工艺执行系统，将三维工艺模型和动画，直接传递到生产现场。

结合条码技术，系统能够严格的指导操作流程，控制工装校验，程序下载等关键工步，从源头上减少人为的失误，强化过程的控制，实现高质量生产。

回顾CAPP的发展历程，从早期的自动化探索，到实用化的曲折前进，再到如今面向信息化的深度融合，核心始终是围绕着如何更高效更准确地，将设计意图转化成制造的指令。

尽管国外在CAPP的工程化应用，标准规范方面起步较早，但是在工艺规划智能化，推理逻辑等基础理论方面，仍然有待突破。

对于中国制造业而言，在继续深化三维化，集成化应用的同时，加强工艺知识的沉淀，智能化决策技术的研发，将是推动CAPP技术迈向新高度的关键所在。