CAPP未来之路初探（二）：发展趋势与挑战

企业应用CAPP系统主要是利用计算机技术完成零件从毛胚到成品的设计过程，同时帮助工艺师解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易优化等问题。如果没有专业的CAPP系统，设计过程就会不可避免地存在一些缺陷：比如对工艺设计人员要求过高、工作量大、效率低下、难以保证数据准确性以及出现信息不能共享等问题，在当下制造业不断探索如何利用软件重新定义企业的时代，计算机辅助工艺设计也在朝着更广更深的方向发展。

随着我国智能制造进程的不断推进，基本上所有的业务系统都需要考虑如何满足智能制造的需求，CAPP也不例外。CAPP的一头向能够为生产计划最优化及作业排程最优化提供支持发展，另一头向生成NC指令扩展，使其起到连接CAD和PLM、MES等应用系统的桥梁作用，现已成为当今智能制造的技术基础之一。

CAPP是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具，自动化不是CAPP唯一的目标，实现CAPP系统的以人为本的宜人化操作、具有高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、支持与CAD/PLM/ERP/MES/系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性才是工具化的CAPP系统开发及应用的主要目标。借助于工具化的CAPP系统，很多企业达成了工艺设计效率的提升，促进了工艺标准化建设，实现了与企业其它应用系统CAD/PLM/ERP/MES等的集成，有力促进了企业数字化建设。

然而，目前市场上的很多CAPP在应用中仍存在很多不足和问题。绝大多数企业的CAPP应用集中在机械加工工艺设计方面，但实际上，在制造企业中，产品在整个生命周期内的工艺设计通常涉及到产品装配工艺、机械加工工艺、锻造工艺、钣金冲压工艺、焊接工艺、热表处理工艺、毛坯制造工艺等各类工艺设计。CAPP应用应从以零组件为主体对象的局部应用走向以整个产品为对象的全生命周期应用，以实现产品工艺设计与管理的一体化，从而建立企业级的工艺信息系统。

现在很多企业的CAPP应用仍停留在工艺卡片编辑、工艺信息统计汇总、工艺流程和权限管理与控制方面，虽确实在一定程度上提高了工艺设计效率与标准化水平，但应用深度还远远不够，还不能有效地总结行业工艺设计经验和设计知识，也无法从根本上解决企业高资历工艺师匮乏的问题，并且，通用的CAPP系统也无法实现对工艺知识的总结、积累和应用。因此，在解决了工艺设计效率、标准化及集成问题之后，如何提高CAPP系统的知识水平，实现CAPP的有限智能，才是企业以及CAPP软件厂商接下来该重点关注的问题。

随着三维CAD在制造业的广泛推广应用，三维CAD无疑将会成为我国企业产品设计的主流工具。而随着设计手段的变革，工艺设计也需要变革。实现工艺与三维CAD的集成，以及基于三维CAD进行加工工艺设计和装配工艺设计等，已成为很多企业的迫切需求。

伴随着“中国制造2025”的不断推进，利用工业互联网来驱动制造业产业升级这一模式已被更多的企业认可，如何利用工业互联网，驱动企业与企业之间的工艺协同设计也在被越来越多的企业关注。并且，随着CAPP应用的不断扩展，一些CAPP系统也逐渐增加了工艺管理的内容，包括权限管理、流程管理、更改管理等。作为连接设计与制造的桥梁，CAPP上游要与PLM集成，下游要与ERP、APS、MES系统集成。而企业PLM的推广实施也引出了另一个不可忽视的问题：CAPP自身的管理功能与PLM的管理功能如何进行定位以及相互集成。

01 解决方案

为应对企业CAPP技术升级需求，西安星天外软件于2019年10月推出星云CAPP 1.0版。星云CAPP将高端装备制造业的工艺管理模式和业务规范进行了有机的融合创新，并结合我国离散型制造业务特点，利用云计算、工业互联网和大数据等技术，以BOM为主线，以流程为引导，以知识为基础，构建了工艺设计、工艺管理、工艺应用三位一体的SaaS应用服务平台。

Ⅰ 互联网应用

SaaS模式—构建工艺协同平台

➢云工艺理念

基于云计算和微服务架构，采用年费服务模式，支持私有云和公有云两种部署方式；
产品自动更新、免费升级，企业无需二次实施；
持续提供在线的工艺公共知识、工艺标准和工艺动态等知识推送服务；
网页操作，无需安装，支持PC/pad/手机等智能终端。

➢全方位线上工艺协作

支持企业与企业间的工艺协同设计、工艺协同审签和电子发布，实现企业对其供应商或外协商的工艺质量控制；
支持企业内部的工艺协同设计，满足主制工艺设计过程中跨部门的工艺/工序协同设计；
建立了个人对企业工艺设计任务的协作机制，支持跨企业的工艺设计业务。

➢无纸化现场工艺应用

支持工艺信息的现场推送；
支持对生产现场工艺的在线划改；
支持对生产现场工艺问题的在线反馈与处理。

Ⅱ 全新体验

网页式设计—支持多样化展示

➢在线工艺编辑方式

纯网页式工艺设计界面，支持基于工艺信息模型驱动的动态布局；
以工艺结构树为导航，支持对工艺对象进行快速定位与编辑；
支持Table与Form形式的单独或混合编辑模式，并支持快速切换；
提供对设备、工装、材料等工艺资源对象的一键式全库检索及快速录入；
支持工序号、工步号的自动编号及重新顺号；
支持对工艺对象属性的输入方式进行个性化设定。

➢丰富灵活的工艺内容编辑

支持字体加粗、变色，支持特殊字符、常用术语；
提供“所见即所得”的粗糙度、公差等工程符号的插入与编辑；
支持以超链接方式插入规范、标准、操作手册等文档。

➢多格式工序图支持

支持图片、CAD、动画等多种格式的工序图；
提供AutoCAD、CAXA、中望、NX、CATIA、ProE/Creo、Solidworks等主流二维三维CAD插件；
支持CAD工序图在线编辑。

➢多样化的工艺展示

提供包括工序树、工艺结构化信息、电子审签信息、工艺更改信息、工程符号、工序图、三维模型、仿真动画等工艺内容的网页展示形式，为实现生产现场可视化创造了便利条件；
支持输出符合企业工艺标准要求的工艺规程和统计报表，并支持转化为PDF文件格式。

Ⅲ 专业聚焦

网页式设计—支持多样化展示

➢全业务过程覆盖

PBOM、工艺分工、材料定额、工时定额、工艺设计、工艺审签、工艺更改、工艺版本、数据校核、MBOM、工艺现场应用、工艺资源、工艺知识等工艺业务。

➢多工艺类型支持

支持机加、装配、钣金、锻造、铸造、热表处理、检验等各种工艺类型。

Ⅳ 高效智能

网页式设计—支持多样化展示

➢结构化工艺组织模式

以产品、零件、工艺、工序、工步、设备、工装（刀夹量具）、毛坯等对象为工艺基本单元的工艺设计与管理模式，支持工艺信息的高效集成共享。

➢快速工艺设计

基于知识的修订式（典型工艺/参数工艺）、创成式（专家系统）、交互式的综合智能化快速工艺设计方式。

Ⅴ 数据重用

多维度查询—支持个性化报表

➢多维度工艺统计汇总与反查

支持工艺规程目录、关键工序目录、工装明细、材料消耗明细等多种统计汇总；
提供材料、设备、工装、物料等信息反查；
支持自定义扩展。

➢灵活的报表输出

用户可自定义工艺卡片模板、工艺规程模板以及各种报表输出格式，满足企业不同输出需求。

Ⅵ 知识融合

多元可扩展—全方位设计支持

➢模型驱动的工艺资源

提供材料、设备、工装（刀夹量具）等工艺资源的动态管理，支持资源属性的自定义扩展。

➢参数化的典型工艺

提供典型工艺的图示化及树形结构分类；
支持典型工艺的参数化定义，可快速驱动工艺设计。

➢数字化工艺手册

提供数字化的工艺术语、工艺参数、工艺规范、工艺标准、典型工序等工艺知识；
支持用户对知识库的自定义扩充。

Ⅶ 过程可控

可定制流程—工艺审签快捷方便

➢可定制工艺流程控制

支持工艺的校对、审核、会签、批准等电子审签，可自定义审签流程。

➢审签任务即时提醒

支持系统在线通知与提醒，并支持一键式快速任务处理；
支持微信、短信的即时通知。

Ⅷ 安全可靠

多重保护—构建数据安全护盾

➢多重安全保障

基于阿里云的数据存储管理；
支持短信/微信的安全认证方式；
基于角色的功能权限控制；
支持符合国家保密要求的三员、密级和审计管理。

02 技术成果

CAPP对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。CAPP系统的使用大大提高了工艺设计的速度和质量，同时保证了工艺设计的规范化和标准化、结构化和精细化，是智能制造的基础支撑。星云CAPP目前已取得了如下技术成果：

支持M-BOM设计与变更流程的全面管理，可进行数据容错判定，确保M-BOM数据规范性、正确性、衔接性。
支持工艺方案的结构化编制，工艺总方案的关键数据在对应工艺分方案中可继承重用，避免工作遗漏。
支持基于不同产品类型、产品领域、项目类型的组合选择，系统自动匹配出相对应的成果物裁剪结果，减轻了工艺裁剪表编制的工作量，裁剪结果自动触发文档编制任务至对应责任人，可通过齐套性报表进行任务跟踪。
支持基于工艺路线的作业指导书结构化编制，PDF输出、签审与变更管理，可在制造资源库实现工序/工步的规范化创建，及实现工艺路线的快速复用。
基于工步进行定性或定量两类“检验要求”的结构化定义，为制造端的自动化检测设备数据采集提供了数据输入，并对数据采集执行情况进行校验，防呆防错。
实现了各类制造资源基础数据的统一维护管理。
支持转产评审单结构化、基于业务规则自动输出文件齐套性确认，实现开口问题闭环。
建立工艺知识库，实现各类知识数据的统一维护管理。

在智能工厂建设发展方面，通过对国内外智能制造发展趋势及案例的分析，星云CAPP系统也在朝着智能制造的工艺数据精准化发展，从产品设计的数字化模型表达，向工艺、制造、服务等全生命周期阶段全要素的数字化、模型化表达延伸；从设计工艺的单域打通，向基于计算机通信技术下的产品全生命周期一体化和跨价值链广域协同模式转变；输入工艺参数条件，依据决策逻辑程序，即可实现参数化工艺设计的新型工作模式，实现从实物世界管理模式向虚拟实物世界融合下的数字孪生管理模式的转变；以及从经验决策模式向工业大数据支撑下的智能化管理模式的转变。极大提高了工艺设计效率，有效确保了工艺设计质量与水平。

基于三维CAD的加工工艺设计系统——提供基于三维CAD的加工工艺设计工具，可以基于3D模型定义加工工艺特征（孔、外圆、键槽、中心孔等），自动获取加工特征信息；基于特征加工知识进行辅助工艺决策，可建立3D工艺装备库（机床、卡盘、顶尖、定位销、支撑钉等）；可生成3D工序简图，实现可视化的工艺装夹规划等。
基于三维CAD的可视化装配工艺设计——提供可视化的装配工艺设计工具，可以自动获取三维装配结构信息；支持可视化的指定零部件的装配路径和先后顺序，生成三维装配工序爆炸图，装配工序设计时，可以指定装配工装、工具信息，进行装配过程的实体仿真；仿真过程可以指定为整个装配过程或某一道工序的装配过程。

工艺执行系统是星云CAPP深化应用的重要内容，其对CAPP数据的利用与处理，极大地拓展了星云CAPP应用的广度和深度。工艺执行系统主要包括三个方面的内容：工艺执行规划和管理、工艺执行质量管理和工艺执行过程管理。

基于微服务技术、可重构的星云CAPP系统，可实现星云CAPP各种层次的二次开发，能够充分满足工艺个性化及适应企业多品种小批量变化的需求，除此之外，还可支撑跨平台部署及服务扩展部署。

03 发展与未来

纵观CAPP发展的历程，可以看到CAPP的研究和应用始终围绕着两方面的需求展开：一是不断完善在应用中出现的不足；二是不断满足新的技术和制造模式对其提出的新要求。正因如此，未来CAPP的发展，必将会在应用范围、应用深度和应用水平等方面进行拓展，主要表现为以下几个方面的趋势：

面向产品全生命周期的CAPP系统——支持产品全生命周期将是CAPP系统的重要发展方向，能否实现与PLM的集成是关键。
基于知识的CAPP系统——在已解决了工艺设计效率和标准化问题的前提下，下一个应用发展的重点将会是如何才能有效地总结、沉淀企业的工艺设计知识，提高CAPP的知识水平。
基于三维CAD的CAPP系统——随着企业三维CAD的普及应用，工艺如何支持基于三维CAD的应用，特别是基于三维CAD的装配工艺设计正成为企业需求的热点。可以预见，基于三维CAD的CAPP系统将成为研究热点。
基于云计算的CAPP系统——利用云计算技术，实现企业与企业之间，企业与个人之间的工艺协同、工序系统设计、工艺审签跨网协同、工艺文件跨网共享、工艺设计分包管理、云工艺SaaS服务等都将成为未来CAPP发展的重要方向。
基于微服务技术、具有二次开发功能、可重构的CAPP系统——开放性是衡量CAPP的先进性的一个重要因素。工艺的个性很强，同时企业的工艺需求也是多变的，CAPP必须能够持续满足及应对客户的个性化需求。