根據產品、零件信息自動生成加工工藝一直是CAPP(Computer Aided Process Planning)技術難以解決的問題。由于工藝設計工作不僅涉及到企業的生產類型、產品結構、制造設備、工藝裝備、生產技術水平等方面，而且在很大程度上依賴于工藝人員的技術水平和經驗，因此由計算機自動生成零件加工工藝具有很大的難度。

隨著產品設計分工專業化，某些行業的產品系列化程度越來越高。例如，煙草機械等物流設備產品的特點是:多品種，小批量，系列化。在產品設計中大量采用通用件，只有少量零件需要根據客戶的不同需求進行重新設計。產品、零部件設計也采用了參數化設計技術，設計人員根據設計任務書的要求在參數化設計工具軟件中輸人參數(可以明確表示一種產品的屬性，包括產品參數、部件參數、零件參數，如:皮帶寬度，機頭高度、傾斜角度，是否有彎段等)，系統就會自動生成裝配總圖，并配置出整機的通用件、外購件的配套明細。設計人員也可以在自動生成后的配套明細添加專用件。產品設計完成之后，工藝部門需要對每一個零件編制工藝。對于通用件的工藝規程編制，通常采用工藝借用方式。但是由于下料尺寸以及材料和制造資源的變化，工藝規程又有部分變動。

本文主要針對煙草機械等物流設備產品的系列化和參數化特點，對參數化工藝設計技術進行研究，以提高工藝設計的自動化程度。

1 參數化工藝設計

任何零件，都是由一系列的應用特征組合而成。在特定的生產環境和設計條件下，只有其中某幾個特征能決定最終生成的零件工藝流程，這些特征可以是尺寸、公差，也可以是結構說明和功能要求。這些特征可以抽象為一組零件參數的集合。

在產品系列化的條件下，影響同系列不同型號產品下的零件工藝的特征僅僅是零件的幾何形狀及其相關尺寸。即同系列產品零件工藝中的可變部分隨零件的幾何形狀不同而不同。在特定的條件和定義目標下，將這些可變部分事先提取完成，用參數表達式代替。這種總結出來的帶參數表達式的工藝規程，被稱為模板工藝。

參數化工藝設計就是根據零件參數信息，通過查找相應的模板工藝的參數，自動決策生成工藝的一種技術。其中，參數化工藝規程的形成和零件參數的獲取是實現參數化工藝設計的關鍵。具體包括零件分類、零件族的工藝規程建立和模板工藝參數化。

派生式CAPP是將相似零件歸并成零件族，設計時檢索出相應零件族的標準工藝規程，并根據設計對象的具體特征加以修訂;生成式CAPP是將人們設計工藝過程時的推理和決策方法轉換成計算機可以處理的決策邏輯、算法，在使用時由計算機程序根據內部的決策邏輯和算法，自動生成零件的工藝規程。參數化工藝設計采用參數化模型，通過調整參數來修改和控制圖形幾何形狀和工藝內容，自動實現工藝設計。這種方法中，以零件參數為依據，將工藝設計過程中一些成熟的、變化少的內容用派生式原理設計，將經驗性強、變化大的內容用生成式原理進行決策，綜合了派生式和生成式兩種方法的優勢。

根據零件參數化工藝設計的原理，提出參數化工藝處理流程，如圖 1所示。

圖1 參數化工藝處理流程

模板工藝的建立，參數信息的描述和獲取，參數工藝的生成是CAPP系統參數化得以實現的關鍵技術。

2 模板工藝的建立及其參數化

在定義工藝模板前，根據工藝設計經驗，綜合分析系列產品加工工藝特點，給每種類型的通用件工藝進行詳盡的結構和工藝性分析，優化工藝方案，將可變部分用參數表達式代替提取完成。顯然，是否將一個工藝特征提取為模板工藝參數表達式取決于定義者希望工藝模板的參數化程度。模板的參數化程度越高，它所能包含的零件工藝數目件工藝類別的增加，參數的提取必然有所變化，因而后續的工序流程定義和工序內容定義都會相應地變化。

在模板工藝中，通過參數表達式建立起模板工藝中工藝數據與零件參數之間的參數化關系。這種關系保證參數化驅動生成系列產品的加工工藝規程。

建立了模板工藝，還需要建立工藝生成規則、完成參數化關系的實現、實現工序圖形的自動選取以及根據參數驅動生成工序圖等工作，才能實現參數化工藝設計。

根據以上方式，模板工藝的工序圖形及其工序的配置，均可由具體的系列的零件參數調整來修改和控制，這就實現了模板工藝的參數化。零件參數和模板工藝的處理如圖2。

 
圖2 零件參數和模板工藝流程

3 零件參數信息的表達和獲取

要實現參數化設計，必須建立零件的參數化模型。零件的參數主要是其尺寸參數，即幾何參數，還有結構說明參數，比如有無彎段。對于幾何參數而言，主要有兩個內容:幾何關系和拓撲關系。幾何關系是指具有幾何意義的點、線、面，有確定的位置和大小;拓撲關系反映形體的特征和關系，如幾何元素之間的鄰接關系。在一般的工藝設計中既涉及到尺寸的改變;又涉及到結構的改變。零件參數的形式要充分表達產品系列的特點，確保能夠根據參數來確定產品的幾何形狀和結構關系。零件參數主要根據產品的系列從設計來總結和提取。在工藝部門編制工藝時從設計獲取零件的信息，通過參數庫來獲取相應的零件參數信息。然后形成工藝的零件結構樹，并且帶有參數信息。

4 參數化工藝設計的實現

本文介紹了基于模板工藝的參數化工藝的設計方法，并運用該方法在商品化的CAPP系統-CAPP Framework上實現了煙草機械產品的參數化CAPP系統。

在本系統中，建立模板工藝庫管理模塊，采用面向對象的方法，根據參數表達式的不同形式建立<類>表示工藝分類;將參數作為類的屬性，將部分需要計算的參數以計算公式的形式表示。模板工藝的代號為零件代號，如果同一類型的通用件有多份模板工藝，即出現多匹配的工藝，可以通過關鍵標識來區分，增加工藝生成的柔性。工藝人員可以在工藝設計過程中，隨時將總結的模板工藝規程經過一定的編輯修改(輸人工藝規程屬性信息，總結參數表達式 ，配備圖形)直接放人模板工藝庫中，從而實現模板工藝的動態擴充。

由于每個通用件都有相應的參數表，除了設計明細表具有的信息外，CAPP系統可以從設計BOM的數據庫中獲取產品級或部件級的BOM信息，其中包含了物料號、參數信息(指從設計傳送過來的，編制工藝時用到的所有信息，可以明確表示一種模板工藝的屬性，包括產品參數、部件參數、零件參數)。

將模板工藝中的工序圖建立成一個工序圖庫，并且建立起與模板工藝之間的對應關系。工序圖中尺寸隨著工藝參數變動，所以在工序圖中也要建立與參數對應的參數化關系。

在模板工藝庫和零件參數庫、圖形庫都建立起來后，工藝員在處理通用件的工藝規程設計過程中，選擇要處理的產品系列，利用模板工藝和零件參數生成當前產品下的工藝規程。即根據零件的參數表達式去找相應的模板工藝和工序圖形，關聯生成對應的零件工藝。

模板工藝庫、圖形庫和參數庫組織如圖4。在關聯過程中可能遇到的以下三種情況:根據零件代號和參數關聯一份模板工藝;根據零件代號和參數找到多份模板工藝，需要根據關鍵參數由工藝員交互式判斷并關聯具體一份模板工藝;根據零件代號和參數無法找到一份模板工藝，需要進行工藝編制。關聯到模板工藝后，系統根據零件的參數驅動去自動更改工藝中的下料尺寸、工時定額，以及與參數有關的內容，并且參數驅動生成圖形。

5 結束語

基于模板工藝的參數化CAPP系統，是針對企業對CAPP系統智能化和實用化提出的更高要求而推出的。參數化工藝設計與傳統的工藝設計方法相比，最大的特點是存儲了設計的整個過程，能設計出一族而不是單一的產品模型，這使工程技術人員可以通過變動某些約束參數而不必運行工藝設計的全過程來更新設計，成為進行初始設計、產品模型的編輯修改、多種方案的設計和比較的有效手段。

本文運用基于模板工藝的參數化工藝設計方法在商品化CAPP系統CAPPFramework上實現了煙草機械產品的參數化CAPP系統。該系統在某煙草機械等物流設備制造企業的實踐證明，應用參數化工藝設計在系列產品快速編制工藝，提高系統速度等方面全面提升了CAPP系統的智能性、同時也滿足了系統實用性的要求，具有較強的適應性，其結果符合生產實際。