摘要：分析了敏捷制造环境下的企业生产组织形式对CAPP系统的要求，提出了CAPP系统的体系结构，并对研制CAPP系统的关键技术以及CAPP系统的重构性和实用性进行分析和阐明，并简要地论述了在敏捷制造环境下CAPP系统的研制方案。

随着敏捷制造策略的实施和发展，敏捷制造策略对传统的制造业生产模式产生巨大的影响。在敏捷制造策略下最常见的生产组织形式是动态联盟企业(或称虚拟公司)，面对新机遇的敏捷企业，应尽量利用社会上已有的制造资源组织动态联盟，尽快地更经济地制造出新产品，赢得市场竞争的先机。CAPP是联系产品设计和制造的桥梁，动态联盟制造环境下的CAPP系统是实现产品联盟制造的必要环节，它必须适应动态联盟企业组织管理的灵活性，生产组织的多样性和制造资源的可重构性，CAPP系统将不再是面向单一制造资源环境的工艺设计系统，它面向的是多个变化的制造资源环境的工艺设计和工艺数据管理，CAPP系统的可重构性、可移植性和分布性是CAPP系统实用化的关键。动态联盟制造环境下的CAPP系统应具备的特征：①CAPP系统应该是基于Int>rnet/Intranet的应用系统，具备统一标准的工艺设计平台：②支持制造资源的动态重构，并对资源数据进行动态分析和管理，优化系统配置：③面向产品生产过程的工艺设计，支持产品工艺数据的管理和分析，并能实现制造工序在各盟员制造单元之间的优化配置：④支持分布式的工艺设计策略，实现多模式的工艺规划方法。

1 敏捷制造环境下的CAPP系统的体系结构

在敏捷制造环境下的CAPP系统应具备重构和运行两方面。重构模块主要包含系统制造资源数据库、工艺设计知识库、输入和输出方式等内容：运行模块主要包含零件信息的描述和提取、工艺内容设计、工艺内容编辑、工序的优化配置、工艺内容的输出与发布等内容。

动态联盟制造环境下的CAPP系统应有别于基于Web的CAPP通用系统。后者是在统一的工艺设计平台上建立各自独立的制造资源数据库，工艺设计文件只面向本单位使用：前者一般是建立一个统一的制造资源数据库，该库包含若干个盟员的制造资源子数据库，具备统一的零件信息输入和工艺内容输出方式，工艺设计文件面向众多单位使用，系统的重点是对资源数据的重构、工序的优化配置以及作业计划的规划。

图1 敏捷制造环境下CAPP系统的体系结构
图2 CAPP系统信息关系图

在动态联盟制造环境下，CAPP系统中的各个用户都是基于Internet/Intranet浏览器进行工作，该系统是一个面向多用户开放式结构的应用系统，各盟员在授权后都可以进入系统，建立各企业的制造资源子数据库，输入加工零件的信息，查询零件加工工艺规程和作业计划表。该系统的体系结构如图1。

2 敏捷制造环境下的CAPP系统的关键技术

在敏捷制造环境下的CAPP系统应重点考虑其实用化。CAPP技术的研究除强调工艺设计的智能性及集成化外，更应注重工艺设计的稳定性、易用性以及面向产品生产过程的集成化，为产品零件的生产作业计划制度提供充足的工艺数据。CAPP系统主要是面向产品生产制造和资源的优化配置而实施，系统应充分体现灵活性、开放性、重构性及集成性。敏捷制造环境下的CAPP系统的信息关系图如图2，系统开发的关键技术有如下几方面。

零件信息描述与提取
CAPP中零件特征指能够抽象地描述零件的相关几何形状及其工艺信息的对象。CAPP系统中将零件的特征分成整体特征和形面特征。整体特征表达零件的基本类型及其主要结构形状，同时反映零件的整体工艺信息，其描述方法采用传统的分类编码法：形面特征则是对零件体上与加工工艺相关的形面的表达，其描述方法采用特征形面描述法，通过对各个特征要素(如：圆柱面、圆柱孔、圆锥面、螺纹面等)的描述，充分表达零件上与加工工艺相关的信息。
特征形面描述法的优点是可以比较完整而准确地描述零件的形面特征信息和正确地表达各形面的相互位置关系。为了对零件的各形面进行有序地表达和有效地分析该特征参数，输入的零件各形面信息要按一些准则表达：①零件上的各特征形面要有序地输入：②形面特征分为基本要素和辅助要素及工艺要素输入：③输入的特征形面参数要按确定的数据结构存储，以便于数据的调用和分析。作为CAPP系统的零件特征信息描述体系，一方面要对零件特征有足够的表达能力，但又不能过于繁琐：另一方面描述规则要有较好的柔性，能在使用过程中，不断适应用户产品特征，调整其描述规则。
制造资源数据库的结构与重构
在动态联盟制造环境下，制造资源数据库的重构与扩充是实施工艺设计的关键，由于联盟体中各盟员的资源数据相互独立又互为补充，CAPP中就不可以用一个资源数据库包容各盟员的制造资源数据。CAPP系统中制造资源数据库的结构是以关系型数据库为基础，以若干个制造资源子数据库为核心，每个子数据库记录下一个盟员的制造资源数据。在进行工艺设计时，各个子资源数据库可设置为“选用”或“不选用”，设计过程将使用被选用的资源子数据库，从而保证工艺设计的动态性与灵活性，另一方面资源子数据库可随时新建或移植，子数据库中的数据可添加或删除，这样就保证了制造资源数据库的重构性与移植性。
工艺内容规划方法
CAPP是将工艺设计人员从工艺设计和工艺数据分析工作中解脱出来的一种工具，但目前能完成代替熟练工艺人员的CAPP系统仍难以实现，过多地强调CAPP系统工艺决策的自动化并不现实。鉴于派生式CAPP的工艺生成方法有很好的理论支持及良好的应用实例，特别是对于复杂类零件，要实现工艺设计的自动化是很困难的事件，而采用派生式的基于实例的工艺规则方法是保证工艺设计完整性的良好手段。在另一方面考虑到特定企业产品零件类型的继承性及零件加工方法的习惯性，对于设计已有的或相似的零件加工工艺，最好是借鉴已使用过的相似的加工工艺内容，经编辑修改而成。这样既提高了工作效率，也使一些成熟的加工方法得以继承，因此在CAPP系统中采用基于实例的工艺生成方法是一种很有效的手段。当然对于大量的旋转类零件采用创成式的工艺生成方式乃是理想的工艺设计方法，该方法不但可以实现工艺设计过程的自动化，而且使CAD/CAPP/CAM的集成成为可能，特别是基于专家系统知识库的零件工艺决策模式具有很好的实用性。
工艺知识库的建立与重构
知识库由一系列的事实和规则组成，知识不但要在知识库中简洁地表达，而且要便于使用和重构。由于CAPP系统中数据的复杂性，以及结论与结果之间的错综复杂关系，知识的表达方式仍是目前研究重点。
CAPP系统的核心是工艺知识(工艺决策规则)，知识是决定系统性能是否实用的主要因素。系统采用基于关系型数据库的知识表达方式，知识以表的形式存放，规则以表中记录的形式表达。由于关系型数据库具备很好的数据管理功能及标准的数据存储结构，从而可以保证CAPP系统有较好的可移植性和可重构性。系统中工艺知识主要由两个知识库组成：形面加工链规则库和零件整体加工工艺规则库。
形面加工链规则库的表达方法是以形体要素为基础，收集整理加工工艺知识，形成若干工艺决策规则。规则以数据库的表中记录表达，记录前面的几个字段表示条件项，后面的几个字段表示加工方法及其工艺参数。
零件整体加工工艺规则是以成组技术为指导，从零件的整体结构出发，按零件组建立工艺集，也就是在零件整体特征编码的基础上将每组零件的主要加紧工阶段进行有序地排列，集合在一起，形成若干条加工链。每个链就是一类零件的加工过程规则，该规则在数据库中同样以表中记录的形式存放，记录的前几个字段存放分组代码，后面字段存储本族零件整体加工各阶段的主要工序内容，各个形面的加工工序内容不需存放，是在工艺设计时通过形面加工知识库创成生成。
由于在关系型数据库中可方便的实现对记录的修改及记录的添加或插入，因此系统在使用过程中可以对知识库进行动态的修改和维护，调整相关内容或扩充新的规则，从而为系统的自学习功能的实现提供了条件，保证系统有广泛的适应性。
零件制造工序的排序与资源优化配置
CAPP系统要面向产品的生产过程而设计，特别在联盟制造环境下，一个较为复杂的零件常常需要在多个盟员间协作加工，由于各盟员的制造资源相互独立又互为补充，工艺设计时不但要考虑工艺内容的合理性和科学性，也要注重工艺过程的阶段性和针对性，尽量使相连的工序安排在同一盟员(制造单元)中加工，减少零件的搬运时间和费用：另外对零件加工主要工序的加工设备设置备用设备，这样有利于产品生产作业计划的安排和实施。CAPP系统中工序的排序是采用“分段加权排序法”实施，即根据零件加工工序的先后特征，在知识库中给每个工序设定一个排序号，先将零件的整个加工工序预排，然后判断相近加工工序的工种及其排序值，优化工序的排序次序，再分配相应的资源，实现零件制造工序的优化配置。