【摘 要】本文探讨CAPPS技术在大学机械制造与自动化专业学生中的普及，使CAPPS技术在械制造及自动化中能够得到充分的应用，提出相关技术普及的思路与措施，在机械制造自动化实践课程中使学生能更好的灵活利用CAPPS技术完成相关的任务，使实验室的大型教学实验设备得以充分利用。
【关键词】CAPPS技术；高校大学生；普及；大型实验设备；机械制造与自动化
0 引言
机械自动化主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向，机械自动化的技术水准不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响[1]。机械制造及自动化技术是一项应用计算机及其外围设备协助工程技术人员完成产品设计和制造的新兴技术。本专业面向设计院所、机械制造、轻工汽车等行业，培养机械制造与自动化专业高级专门人才。该专业毕业生可从事机械制造技术和计算机应用技术复合的工作，如机械产品的计算机辅助设计与制造、计算机辅助产品造型、计算机辅助工艺过程管理和数控技术等。随着机械制造计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的发展，CAPPS技术起到了促成二者的有机结合的桥梁作用。
因此，在机械制造与自动化专业大学生中普及CAPPS技术的应用是一项必要的且刻不容缓的工作。
1 关于CAPPS技术
Capps（Computer Aided Process Planning System.）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPPS，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。
1.1 CAPPS的地位与意义[2]
在机械制造过程中，工艺过程设计是连接产品设计与车间生产制造的中间桥梁，是安排生产计划和生产管理的重要依据，同时也是企业工艺过程的一个法规。工艺过程设计是经验性很强且影响因素很多的决策过程。传统的工艺设计已不能适应目前的机械产品市场以多品种、小批量生产起主导作用的发展和需要。现代制造技术的发展和市场发展的需要，CAD/CAM系统的集成化、智能化方向成为大势所致，而CAPP在其中起着不可替代的作用。
由于计算机集成制造系统（CIMS-computer integrated manufacturing system）的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计（CAD-computer aided design）相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPPS在实现生产自动化中的重要地位。如下图1
图1
CAPPS（Computer Aided Process Planning System ，又称计算机辅助工艺设计系统）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等功能来制定零件的机械加工工艺过程。工艺设计是产品开发的重要环节，工艺设计的好坏直接决定零件的生产质量和生产效率以及成本。CAPPS的实施就是为了缩短工艺编制的时间，优化工艺并实现工艺编制的自动化，减轻工艺编制人员的劳动强度；CAPPS的应用还可以使企业的工艺文件实现标准化，实现企业内部数据的高度统一，标准化的工艺文件更加适合企业现代化的生产与管理环境，方便企业应用PDM，ERP等系统。
计算机辅助工艺设计的重要意义在于：可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；能够适应当前日趋自动化现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础
1.2 CAPPS技术的内涵[2-4]
随着计算机在机械行业中的广泛应用，将相互独立的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）之间进行连接成为发展之必然，而充当CAD与CAM之间纽带的计算机辅助工艺过程设计（CAPP）便应运而生。CAPPS即计算机辅助工艺过程设计，其应具有的基本功能为：①输入设计信息；②选择工艺路线、决定工序内容及所使用的机床、刀具、夹具等；③决定切削用量；④估算工时与成本；⑤输出工艺文件等。由此可知，其相关知识点应包括金属切削基本知识与理论、机械加工工艺规程设计、典型零件加工与表面质量、成组技术、金属切削机床、刀具、夹具、计算机绘图、计算机数据处理技术、计算机图形处理技术、工程数据库、几何建模与特征建模、CAD、CAM等内容。
1.3 CAPPS技术的外延[2-4]
CAPPS不仅彻底改变了手工编制工艺文件的方式，且大大提高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致性和工艺规程的精确性，避免不必要的差错，为实现工艺过程优化、集成制造创造条件。计算机集成制造系统（CIMS）的关键是系统集成，而集成化的CAD/CAM则是CIMS的核心单元技术和基础。在集成系统中，CAPPS能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替人机交互的零件信息输入，CAPPS的输出是CAM所需的各种信息，这就要求产品设计和产品制造两者之间在信息提取、交换、共享和处理上实现集成。
随着CIMS的深入研究与推广应用，CAPPS作为CIMS关键技术越来越受到重视。而传统的CAD和CAM之间是在人为的指导和干涉下，依靠图纸进行提取、交换和处理信息，这样就存在信息处理过程中的重复处理或处理中断，严重影响了产品设计和工艺准备的效率和质量。
自从有了完善的CAPPS系统，既解决了CAD和CAPPS、CAPPS和CAM的连接问题，也完成了CAD数据库信息CAPP系统而变成CAM的加工信息，真正实现了CAD/CAM的集成。
在CIMS中，各分系统如CAM、FMS、MRP-Ⅱ等都依靠CAPPS提供必要信息和数据，从而做出相应的决策。CAPPS的成功开发和应用是制造企业实施CIMS的先决条件，是保证CIMS中信息流畅通的关键，这些就是CAPPS技术的外延。
2 普及CAPPS的必要性
在机械制造及其自动化课程设置中，如“机械制造技术”、“机械制造装备”、“计算机辅助设计Auto CAD”“计算机辅助（下转第236页）（上接第211页）制造CAM”、“数字控制技术”等课程中都包含有CAPPS技术的相关内容，但是都没有详细叙述整体CAPPS，都是根据本课程所需设置篇幅，如果能够在机械制造及自动化专业的学生中普及CAPPS技术，可以起到辐射多门课程的作用。
3 普及CAPPS的思路与措施
（1）基本知识及实践环节。金属切削基本知识与理论、机械加工工艺规程设计、典型零件加工与表面质量、成组技术、金属切削机床、刀具、夹具等内容放在“机械制造技术”“机械制造装备”课程教学中系统讲述，为相关课程作基础铺垫，并安排有课程设计大作业，进行典型零件工艺编制的专业训练，加强实践性教学环节的管理。
（2）专业知识及实践环节。计算机数据处理技术、计算机图形处理技术、工程数据库、几何建模与特征建模等内容放在“CAD/CAM”课程教学中系统讲述，加强“CAD/CAM”课程的上机实验课的训练力度，分别是：轴间圆角处理论应力集中系数α二维数表的程序编制。
（3）相关技术及实践环节。CAM即计算机辅助制造，是指计算机在制造领域有关应用的统称，它有广义CAM和狭义CAM之分。广义 CAM，一般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。其中工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助工装设计与制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料定额的编制等内容；物流过程的运行控制包括物料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。狭义CAM通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。广义CAM技术放在“CAD/CAM”课程中通过多样化的设计制造方法及工程实例启发学生的创新思维，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，提高从事技术研究和工程应用的创造性思维能力。
（4）促进教学资源优化配置效果明显。课程群整合与改革过程中，十分注重促进教学与实验资源的充分利用和优化配置，注重统一规划、整体运行、协调管理，整合与改革收到了很好的效果。在“机械制造技术”、“机械制造装备”课程教学和实验教学中使用的具有中等以上难度系数的典型零件-气缸盖，在课程设计仍使用气缸盖实物，编制工艺流程和工序卡，直观、立体、易于理解。
4 关于三维坐标测量机
三维坐标测量机是由三个互相垂直的运动轴X，Y，Z建立起的一个直角坐标系，测头的一切运动都在这个坐标系中进行，测头的运动轨迹由测球中心来表示。测量时，把被测零件凡放在工作台上，测头与零件表面接触，三坐标测量机的检测系统可以随时给出测球中心点在坐标系中的精确位置。当测球沿着工件的几何型面移动时，就可以精确地的计算出被测工件的几何尺寸，现状和位置公差等[5]。
5 提到大型设备的利用率
提高三坐标测量等大型仪器的使用率，分组实验与示教相结合，把每个班级的学生分成若干小组，给以不同的任务，在三维坐标测量机上完成。
【参考文献】
[1]邓鸿飞.浅谈机械制造自动化的发展趋势[J].科技创业，2011，5：138.
[2]刘极峰.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社.2004.
[3]杨海成，等.制造业信息化工程[M].北京：机械工业出版社，2003.
[4]刘极峰，等.现代企业智能化自动化发展态势浅探[J].天津：机械设计，2004，Vol.21，No.S：318-319，312.
[5]张学昌.逆向建模技术与产品创新设计[M].北京：北京大学出版社，2009：74-112.
[责任编辑：汤静]