隨著現代集成制造技術、制造業信息化技術的蓬勃發展及其在國內外制造業的廣泛推廣和應用，計算機輔助工藝設計(ComputerAidedProcessPlanning,CAPP)作為連接產品設計(CAD)與制造(CAM)的橋梁，以及連接產品設計與生產管理的重要紐帶，是敏捷制造的一個關鍵環節。目前，三維CAD技術正在成為企業產品創新設計和數字化設計制造的基礎平臺，從而為CAPP的應用提出了新的課題—基于三維CAD的CAPP。因此，進行基于3D-CAPP技術及其發展研究具有非常重要的理論和實際意義。

　　一、CAPP的發展概況

　　CAPP的發展經歷了較為漫長、曲折的過程，基本上沿著“定性→定量→定性→定量……”的螺旋式上升模式發展。經過三十多年的歷程，國內外對CAPP技術進行了大量的研究與探討，無論在深度上還是廣度上都不斷地取得進展。

　　在系統設計上，CAPP正在從派生式、創成式、半創成式系統過渡到采用人工智能技術，且具有檢索、修訂、生成等各種功能綜合的、智能化的系統模式;在提高CAPP的實用性方面，從注重工藝過程的自動生成轉變到為工藝人員提供軟件工具：各種商品化的CAPP(如開目CAPP系統、CAXA的CAPP工藝設計軟件、清華天河CAPP系統等)逐漸走向市場，并在產品中得到廣泛應用;在信息集成化、網絡化方面，從單一的CAPP系統向信息集成化、網絡化的方向發展，向CAD/CAPP/CAM的集成化以及基于企業信息集成化(如：基于ERP的CAPP、基于PDM的CAPP)的方向發展。

　　隨著計算機集成制造(CIM)、并行工程(CE)、智能制造(IM)、虛擬制造(VM)、敏捷制造(AM)等新技術、新概念的不斷出現和發展，以及制造業信息化的迅速發展，無論從廣度上還是深度上又都對CAPP技術的發展提出了更新更高的要求，顯然CAPP已步入一個新的發展階段，將面臨新的挑戰。

　　二、3D-CAPP系統研究現狀分析

　　1、基于3D-CAPP系統開發的必要性目前，人們研究和開發了許多CAPP系統，但絕大多數都停留在二維CAD的基礎上，僅具有平面功能。隨著三維CAD軟件的迅速發展與普及，在不遠的將來，三維CAD設計將會成為設計信息化系統的主流技術和國內外產品設計的主流設計工具。而基于二維CAD開發的CAPP系統難以完全滿足當今和未來CAD/CAPP/CAM集成的需要，因此CAPP系統的應用也必須從基于二維CAD的集成向基于三維CAD的集成發展，即基于三維CAD的CAPP系統及應用。此外，基于三維CAD的裝配過程能夠大大提高裝配工藝的質量和實用性，從而產品工藝設計如何支持基于三維CAD的應用也就顯得尤為重要。

　　科技部曾在“十五”863現代集成制造系統技術主題中，將“基于三維CAD的CAPP”，專門立項研究和推廣。可以預見，基于3D-CAPP系統將成為今后研究的熱點。

　　2、基于3D-CAPP技術研究概況從目前資料來看，基于三維CAD的CAPP研究才剛剛起步，國內外在這方面取得明顯成果的尚不多見。但國內目前已有不少單位在這方面開展研究，如：

　　(1)基于三維CAD的加工工藝設計系統提供基于三維CAD的加工工藝設計工具，可以基于3D模型定義加工工藝特征，自動獲取加工特征信息，可以基于特征加工知識進行輔助工藝決策，可以建立3D工藝裝配庫，可以生成3D工序簡圖，實現可視化的裝夾規劃等。此項研究得到了“十五”國家863課題專項支持。

　　(2)基于三維CAD的可視化裝配工藝設計系統提供可視化的裝配工藝設計工具，可以自動獲取三維裝配結構信息，能可視化地指定零部件的裝配路徑和先后順序，可以生成三維裝配工序爆炸圖，裝配工序設計時，可以指定裝配工裝和工具信息，可以進行裝配過程的實體仿真，仿真過程可以指定為整個裝配過程或某一道工序的裝配過程。該項研究得到了“十五”國家863課題專項支持。

　　(3)基于PDM平臺的三維CAD的工藝設計系統基于PDM的3D-CAPP系統整體架構是一個將產品、工廠、工藝和資源通過相互指定關系而構成的一個關系模型，四者之間相互關聯，共同在PDM信息平臺上進行協調設計與管理，保證了數據的統一，產品數據從設計定義到最終投放生產順暢運行。國外廠商已研制和開發了在PDM平臺上構建聯通三維CAD和三維CAM的制造工藝師系統，并且已成功地應用在“船用噴水推進葉輪”的工藝設計系統中。

　　但總體來說，基于3D-CAPP技術研究還處于起步階段，還有很多問題尚待探討。

　　3、基于3D-CAPP技術實施中存在的問題

　　CAPP技術的發展必須符合企業及企業信息化工程的需要，雖然當前基于3D-CAPP系統已進行了初步的嘗試和應用，但很大程度上還不能滿足企業當前和未來發展的要求。

　　(1)3D-CAPP系統的特征參數識別技術問題當今在產品建模中，人們非常重視基于三維和約束的特征參數化產品模型的建立，但由于CAPP問題的特殊性與復雜性，基于3D的參數化工藝模型和參數化工藝變形設計的難題一直困擾著人們：即，如何對幾何特征(尺寸、位置)與工藝特征(精度、表面粗糙度、公差)依據一定的識別方法進行智能或半智能地生成產品工藝文件(工藝數據等 (2)基于3D-CAPP工藝設計與管理問題隨著設計手段從二維CAD向三維CAD的發展，工藝設計也必須進行相應的改變：工藝設計如何與三維CAD進行集成，如何建立基于三維CAD的工序圖模型，如何基于三維CAD進行加工工藝設計和裝配工藝設計，如何在基于產品數據的信息化管理基礎上真正地實現3D-CAPP工藝設計。

　　(3)3D-CAPP系統的工藝決策方法問題工藝決策是CAPP系統進行工藝設計的關鍵，是制約CAPP系統實用化、通用化、智能化的核心問題。但是當今研究開發的基于3D的定量化工藝決策方法與基于虛擬現實的三維裝配工藝決策方法還不能很好地解決3D-CAPP系統的工藝決策方法問題。

　　(4)3D-CAPP系統與企業PDM/ERP系統的集成問題CAPP的數據是產品數據的重要組成部分，使CAPP與PDM/ERP的集成尤為重要，但如何以產品數據管理PDM為平臺，有效地將生產、管理與制造進行集成化，有效地實現企業工藝設計與信息管理一體化，真正地實現3D-CAPP系統中產品全生命周期的信息化管理，這一直是當今機械行業集成制造技術的熱點，同時也是難點。

　　諸如上述問題，在進行3D-CAPP系統開發設計時必須加以認真考慮。

　　三、基于3D-CAPP系統的發展趨勢

　　目前在商品化CAD系統上實現CAD/CAPP集成主要有兩條途徑：一是在商品化三維CAD軟件上開發具有制造特征功能的軟件，使設計信息可為CAPP直接使用;二是在三維CAD實體造型基礎上，開發制造特征識別與提取系統，為CAPP設計提供相應的工藝信息。根據以上分析，目前基于3D模型的CAPP系統的發展趨勢主要表現在以下幾個方面。

　　1、基于平臺技術、可重構的3D-CAPP系統現階段由于工藝設計的不一致性，通用型的CAPP系統不能滿足企業的特殊需求。為了能使CAPP系統在企業中更好地推廣和應用，CAPP系統應具有良好的柔性和開放性，支持各行業的二次開發，從而持續滿足客戶的個性化變化的需求。

　　基于集成開發平臺IDE和集成數據庫平臺IDP，可以實現CAPP各種層次的二次開發功能，充分滿足工藝個性化需求，適應企業發展變化。借助于平臺技術，可以自定義界面，可加人任何標準的Window，軟件，用戶可編寫C++或VB格式的腳本文件等，可以在3D-CAPP平臺上開發專用的CAPP系統。因此，基于3D-CAPP平臺技術、具有二次開發功能、可重構的CAPP系統也就提上了日程，并會成為未來發展的主要趨勢。

　　2、基于知識的新型智能化的3D-CAPP系統目前CAPP已經很好地解決了工藝設計效率和標準化的問題，下一步如何有效地總結企業的工藝設計知識，充分利用工藝專家的經驗與知識積累，建立豐富的工藝知識庫，提高CAPP的知識水平，并應用各種人工智能技術，實現工藝設計過程中各階段、各種有效的智能化在線幫助，將會是3D-CAPP系統應用和發展的一個重要方向。

　　顯然，未來的制造是基于集成化、智能化的敏捷制造，未來的產品是基于信息化、知識化的產品，那么未來的CAPP技術也就必然朝著知識化、智能化的方向發展。

　　3、基于PDM平臺的網絡化3D-CAPP系統在產品加工過程中，以信息技術為支撐，以工藝技術為核心，以三維CAD、三維CAM和PDM作為實施平臺，基于同一產品數據源，實現設計BOM向制造BOM平滑過渡，實現加工過程中的資源、項目和時間的合理配置，將工藝設計延伸到生產管理的全過程，從而發揮CAPP在產品全生命周期中的信息中樞和功能調節作用。

　　網絡化是現代系統集成應用的必然要求，CAPP對內進行各種角色、工種的并行工藝設計，對外與CAD的雙向數據交換，與CAD,CAM,PDM等的集成應用都需要網絡技術支撐，才能實現企業級乃至更大范圍的信息化。因此基于PDM平臺的支持產品全生命周期的網絡化3D-CAPP系統將是重要的發展方向。

　　4、基于定量化、參數化的3D-CAPP系統當今基于3D的產品建模與分析計算越來越引起現代企業的重視，定量型CAPP系統不但能完成工藝過程設計、工藝文件管理、信息集成等定性化的工藝設計，更重要的是能針對系列產品或新產品建立一種面向產品和制造過程、基于3D的定量化工藝設計模型，并以此模型為基礎，對零部件或產品進行快速準確的工藝設計，如定位裝夾規劃、工序圖生成、NC程序生成、工裝設計等內容。因此，基于3D的定量化與參數化CAPP系統無疑是CAPP追求的目標與發展趨勢。

　　5、基于綠色設計的3D-CAPP系統隨著環境污染的日趨嚴重，人們的環保意識越來越強，認識到機械產品的綠色化已成為人類可持續發展的核心。因此，國內外許多專家開始探索研究綠色設計、綠色工藝和綠色制造，計算機輔助的綠色工藝設計(GreenCAPP,GCAPP)就應運而生了。再者，從制造系統的資源流動過程看，工藝規劃對資源消耗狀況和廢棄物的產生量有著直接的影響。所以，3D-CAPP系統的綠色化是一種趨勢。

　　綜上所述，基于3D-CAPP系統將朝知識化、智能化、柔性化、網絡化、定量化、參數化、綠色化方向發展。

　　四、結論

　　通過上述對基于3D-CAPP技術的分析與展望可知，CAPP采用基于三維CAD設計技術，增加了產品的可讀性和一致性，減少了理解圖紙的時間，進一步提高了工藝設計方式、工藝資源及制造數據管理模式等的合理性與科學性。因此，研究與開發基于三維CAD的各種CAPP系統及其應用，使CAD,CAPP及CAM共享統一的三維產品模型，充分利用CAD/CAM的設計與分析功能，將是CAPP研究與發展的一個重要方向。