摘 要：分析了计算机辅助工艺过程设计和作业计划与调度系统串行工作方式的弊端，以STCAPP为基础，建立了依靠制造资源模型实现CAPP/PPS功能集成的CAPP系统的体系结构，论述了系统的一些关键技术。
关键词：CAPP；PPS；制造资源；资源决策
分类号：TP39 文献标识码：A
文章编号：1001-2265(2000) 02-0017-02
Automated process planning based on integration of CAPP/PPS's function
Liu Enfu Yue Yanfang Song Haisheng
Abstract：The paper analyzes the disadvantages of the serial relation between Computer Aided Process Planning and Production Planning and Scheduling system.based on STCAPP,a structure and system of CAPP that depends on manufacturing resource model to a chieve integration of CAPP/PPS's function have been founded in the article,and the key technology of the system is discussed.
Key wards：CAPP;PPS;manufacturing resource;resource decision
1 前言
计算机辅助工艺过程设计(CAPP)是指在一定的规则约束和给定制造资源下，为满足产品设计要求而进行的加工工艺的自动化设计；它是连接计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的桥梁。作业计划与调度(PPS)是产品设计和制造之间的另一个重要活动，它是车间层的生产指挥中枢，主要任务是编制作业计划和进行实时调度，所遵循的原则是：在满足交货期的条件下使零件通过时间最短，尽量提高机床的利用率。CAPP和PPS是实现计算机集成制造系统的重要环节。
笔者基于并行工程的思想，分析了CAPP和PPS系统的功能和集成方法，以在拖拉机箱体零件独立制造岛内运行的CAPP系统—STCAPP为基础，建立了基于CAPP/PPS功能集成的CAPP系统的体系结构，并对系统的几个关键技术进行了探讨。
2 CAPP和PPS的串行工作方式
在独立制造岛内，CAPP和PPS之间是串行关系如图1所示，CAPP根据岛内的作业计划生成一批待加工零件的加工工艺卡，并存放在工艺数据库中，将工艺流程、所用设备、工序时间和加工成本传送给PPS系统，同时生成工夹具需求清单，再把工夹具清单传送给工夹具管理系统(图中未画)，工夹具管理系统分析检查工夹具库，如果没有所要求的工夹具，则将信息反馈给计划系统，由计划系统通知供应处，否则将准备就绪的信息反馈给调度系统，调度系统收到工夹具、数控程序和加工工件准备完毕的信息后，下达生产命令。这种CAPP和PPS之间线性集成的工作方式在实际运行时出现了许多问题，主要是：
图1 STCAPP与STPPS的串行关系
(1)CAPP与PPS相互独立工作，CAPP生成单一的工艺方案，PPS据此进行作业计划与调度，有时不能实现系统的全局优化。
(2)工艺设计时认为有无限的制造资源(如原材料、机床、刀具、夹具等)可供使用，而实际上情况并非如此。一些性能价格比高的资源会重复选用，而另一些资源可能很少利用，造成负荷不平衡，出现资源使用"瓶颈"。
造成上述问题的原因是：CAPP与PPS仅实现了单向信息集成，CAPP在进行制造资源的分配时没有考虑时间因素引起的资源状态的变化情况，即实时资源，对于静态环境没有问题，但在一个随时变化的动态环境中则是行不通的。解决此问题的关键是实现工艺过程设计与作业计划调度的并行工作方式，即功能集成。在集成环境下，进行制造资源的合理匹配。
3 基于CAPP/PPS功能集成的CAPP体系结构
早期的STCAPP是一个半创成式系统，它在进行工艺规程的设计时，仅从被加工零件的工艺技术要求出发进行加工方法和制造资源的选择，而没有考虑资源的状态，如设备故障、工具短缺、负荷不平衡等，如此产生的工艺会因不适合岛内的具体情况影响后续作业计划与调度，给工艺实施带来困难。改进后的系统通过增加新的功能模块和对原有模块的修改来实现CAPP/PPS集成。体系结构用IDEF0图表示，如图2所示。
图2 基于CAPP/PPS功能集成的CAPP体系结构
CAPP和PPS系统都有对制造资源的选择与分配需求，这是二者能够集成的基础。然而，由于CAPP系统主要考虑的是单件加工的工艺技术要求，而PPS系统则考虑一批工件的生产计划，二者的优化目标不同，对资源信息的描述也不尽相同，同时资源状态的变化又必须在两个系统之间进行，至使CAPP与PPS的集成难以实现。
解决的方法是构造制造资源模型，建立统一的数据环境，通过资源决策模块完成工艺设计和作业计划与调度的资源匹配，实现系统的整体优化。对原STCAPP系统来说，建立一个CAPP与PPS共享制造资源库、开发资源决策模块，并且修改原工艺生成模块中的资源选择部分，使其与资源决策模块协调工作。
系统分为三个模块：
(1)初步工艺设计：此模块接受来自CAD系统的零件信息(几何、工艺、材料等)和厂级生产计划，依据岛内的制造资源和知识库中的知识，进行初步的工艺设计。这里所选用的制造资源是可行资源(静态资源)，只考虑技术上的可行，而不考虑时间上的可用。本模块完成加工方法的选择，推理出可能用到的资源(毛坯制造、机加工设备、热处