基于制造工艺核心 解惑CAPP集成价值

■ 中国航天科技集团总工程师 杨海成

我国作为制造大国，几十年来，其工业体系建立在仿制和制造的基础之上。CAPP（计算机辅助工艺规划）软件的应用自上世纪70年代末期到80年代中后期开始成为最为热门的技术之一。特别是70年代中后期，在航空工业如北航、南航等，以及一些大学如西工大等都有一大批教授、学者、专家投身于计算机辅助工艺过程的研究。到80年代中后期，开始比较全面系统的研究，并且出现了直接给工厂提供软件和支持服务的工艺设计方式，将技术研究和企业的实践活动密切结合在一起，取得了一些卓有成效的成果。我认为，CAPP最初的发展比CAD还要快，在当时是把制造企业的技术和应用结合得非常紧密的一个典型。因此，国内CAPP技术的发展一直被广大企业所认可和接受，也得到了广泛应用，在中国制造业这块沃土上得到迅速的膨胀，逐渐发展壮大。
上世纪90年代初，国家863计划CIMS主题开展了全国四大示范工程，包括成飞的飞机制造示范工程，和沈阳鼓风机厂的示范工程，在这两个具有典型意义的示范工程中，都把CAPP作为主要的计算机辅助设计制造软件产品给予支持，西工大的CAPP软件就是在当时那个环境下直接参与了863CIMS示范工程，并作为首选的软件进入到CIMS集成系统中。863CIMS示范工程从产品设计、工艺设计、生产制造、生产管理到系统集成，形成了一套完整的体系，当时在成都飞行公司得到了非常好的应用，之后推广到了几十家。到1998年以后，随着国内软件市场和应用环境的变化，CAPP软件得到了产业化的发展，基本上覆盖了航空、军工等许多制造企业领域。
优势：应用于特定市场
国外没有完全符合中国企业的特定类型的专门的工艺设计软件。国外的设计和工艺很多情况下是连接在一起的，在设计中就包含了工艺设计。
此外，一个工业产品有其工艺属性，这个工艺属性不是靠一个通用的软件可以定义的。企业本身有自己的一部分工艺设计软件，它同时又和CAD软件、CAM软件等相连。CAD、CAE软件等，具有商品属性和价值，而CAPP软件不具备这种商业模式。
而在中国，CAPP软件却得到了良好的发展和应用。它是在本土生长的自主开发的适合中国企业需求的，在中国企业具有很强生命力的软件。与CAD、CAE相比，工艺软件在中国的设计制造软件领域是真正能够占据统治地位的自主开发的软件，占据了国内绝大部分市场。
2000年到2005年，是我国工艺软件大发展的时期。在这期间，国家863计划专门提出要支持国产软件的开发，把三维CAD、CAPP、PDM、ERP软件作为重点支持的国产软件开发。到目前为止，国产CAD软件还处在一个徘徊的状态，甚至国外软件都占据了主导地位。然而CAPP软件却占据了相对稳固的地位，国内自主品牌软件中占有相当高的比例，也得到了国内广大制造业企业的认可。
我认为，CAPP走过的道路，是我国从技术研发、产品开发到市场推进走过的一条完全自主发展、自主满足、自主创新的健康的道路。
困惑：集成后的从属地位
CAPP虽然是个“宝贝”，是核心，但是如今是四面楚歌，碰到强大的国外软件的挑战，也一度使我们陷入尴尬。当我们被国外软件集成的时候，这种来自国外软件的约束、限制，功能上的不协调，或者不匹配，甚至有时候刻意的刁难，都对CAPP的发展带来了无限压力。弄不好就会被肢解，被分散，被边缘化，甚至最后被替代。这是我们面临的最大的困惑。
随着国外软件的逐步侵入，和越来越占据主导位置，使得我们的声音变得越来越小，处境也越来越尴尬，甚至很多企业和用户也很迷茫，到底CAPP软件是不是还有前景？实际上，CAPP软件发展到一定阶段，的确需要和各个环节软件集成，然而此时我们的其他国产软件并没有跟上，制约了CAPP的发展。虽然我们有CAPP软件，但是设计软件大都是国外的，它们掌握着数据源，它们也可以从上到下来搞工艺设计，相当于从源头卡住了，对工艺软件是个很大的挑战。
现在最大的困难是单靠一个工艺软件想把设计、制造、管理这几个方面集成起来是不可能的，就如同说不能拿一个CAD软件去集成PDM，因为它是一个被集成的软件，处于相对从属的地位。但现在框架是别人的，心脏是我们的，所以我们比较尴尬。
CAPP软件本身的依附性很强，当设计制造走向全面集成的时候，工艺软件的依赖性，和其他软件相互之间的关联性就越来越大，所以对它的发展也带来诸多的问题。
解惑：打造“发动机”
工艺是整个制造的核心，工艺软件就是制造软件的核心，虽然它的发展受到了制约，但可喜的是，核心技术都掌握在我们自己手中。所以在制造软件的发展过程中，我们应该有创新的思想，快速地发展和壮大，加强在工艺软件中的主导地位。
CAPP是国内自己的软件，也是中国企业最适合的知识经验的积累，这些不是买国外的框架软件就能买到的，国外可能会把软件的“骨架”给你，但工艺的数据，工艺的核心都不会给你。如果我们放弃了这个根本，就失去了最核心的东西。所以，企业应该广泛地应用好CAPP软件。
从推进层面上来讲，国家、政府、企业都要给予积极的支持、扶持、呵护和引导。CAPP软件公司一方面，拓展、延伸自己生存的空间；另一方面打造内核，成为“发动机”，为中国的自主创新提供有力的支撑。一个发动机，如果能被世界上所有的飞机、汽车采用，自身也将得到发展。这应该是 CAPP发展的模式和思路。
前景：庞大的市场规模
从CAPP的发展历程来看，未来的发展空间依然很大。
在整个制造业中，产品在不断地创新，制造工艺技术也在不断地创新。工艺设计也越来越复杂，越来越集成化，越来越智能化，也越来越需要继承前人的知识经验，所以，计算机辅助工艺设计永远是与设计、生产管理、整个企业的系统集成密不可分。至于软件产品的形态，是作为独立的形态发展，还是作为被集成的构件发展，或者作为一个模块发展，这是依据各个不同软件的发展态势的不同所决定的。因此，产品的形态是多种多样的，甚至有些软件还不一定叫工艺软件或CAPP软件。
尽管如此，CAPP所承载的工艺规划或者工艺设计的理念依旧，它依然是整个制造环节中不可缺少，并且是最重要的环节，这也充分体现了工艺软件的发展空间。
应该讲，在制造业信息化领域，最具成长性的沿着产品设计制造这条线自主发展的还是工艺设计软件，因为我们有技术基础，也有人才队伍，还有企业广泛应用的基础，这不是一般国外软件能够相匹敌的。当然现在随着国外软件的大举侵入，其整体性、集成性优势也给CAPP带来了一定的冲击。CAPP如同一支在中国制造业沃土上独立生长的奇葩，尽管我们做得不错，但也备受上下游软件的夹击，有时候甚至还面临着被矮化、被集成、被别人慢慢削弱的境地。但是我认为，相比其他软件比如CAD、PDM，CAPP深深扎根在中国制造业的沃土上，因此，它发展的空间还是无限的，关键在于我们如何去正确认识目前的状况。
工艺设计中引入了数字化的仿真分析技术，其本身存在很多新的生长点。工艺软件从某种程度上来讲，正在把工艺过程变成一种科学的技术，我们如何使得工艺生产过程由定性化走向定量化，由粗放化走向精细化，由小工艺的生产方式走向大规模的生产方式，这恰恰是工艺发展的方向，也是计算机支持工艺走向科学、理性和规模发展的方向。我认为，工艺软件具有很大的发展潜力，是制造过程走向数字化、智能化，走向可预测、可评估，走向真正的科学制造，走向精确制造，走向完全满足产品质量要求的制造的必不可少的支持环境、支持工具和支持平台。
可以说，生产制造技术发展的空间规模有多大，计算机辅助工艺规划软件的发展空间规模就有多大，在这点上我们应该充满信心。
发展：三种形态并存共生
工艺软件作为连接设计和最终生产过程之间的桥梁，向上要和设计主动衔接，将工艺融入设计当中去；同样的，也要把设计手段融入到工艺设计环节中去。过去工艺设计是依据产品的二维图纸来进行的，现在完全可以依据三维的产品模型来进行工艺的规划和设计，有了三维的产品模型以后，进入到工艺设计中就可以直接进行工艺的模拟分析，对可能设计出来的工艺路线、工艺方法进行必要的计算、分析、仿真、评估，使得工艺设计更加理性、科学，避免工艺设计中的差错。另外在设计过程中，设计人员在开始进行打样设计或方案设计的时候，就能比较早得考虑到可制造性。包括对材料的评估，对装配性能的评估，对制造过程的评估等，甚至对制造成本评估，都可以通过工艺软件完成。设计过程中需要对产品设计的状态进行管理和控制，在制造阶段也需要，各个环节数据都要管理起来。工艺软件是组织生产的基础，工艺本身对后续的生产过程具有很强的指导和控制作用，所以它也要依据工厂的生产条件、物资条件，对生产活动进行一系列的管控。工艺本身已经被纳入到生产过程管理中。所以CAPP要往上游有延伸，往下也要有连接，往顶层要支持每个工部的生产。它就像一个四通器，在整个制造环节，左右打通，上下贯通。因此，CAPP软件可以发展成为上和设计、仿真相接，下和生产管理相联。
工艺软件就相当于设计环节中的三维CAD软件，因为三维CAD是产生三维的几何零件模型的，而工艺软件实际上是要产生一系列生产制造的步骤和环节。如果说三维CAD是设计的核心，那么CAPP就是制造的核心。
正因为CAPP软件的这些特征，目前的发展，一种是自我壮大，不断拓展；另外一种，是作为四通器，可以作为设计阶段评估和交互的工具嵌入到设计软件中；也可以被PDM集成，把产品设计数据转换成产品制造数据；而在制造生产环节，又可以与ERP、MRP、MES集成，嵌入到生产管理过程中去。
无论CAPP以何种形态存在，它都是核心，谁都少不了它。它的产品形态、服务形态都可能发生各种变化，但是它的精髓，就是把一个产品的功能状态变成产品的可制造状态，是别的软件所无法取代的；它蕴含着知识，蕴含着科学，蕴含着理性，蕴含着经验，蕴含着过程，是不可替代的。
未来应该把工艺软件和产品设计、分析、仿真、产品可制造性的预测、评估、未来生产计划的支持和管理紧密地连在一起，这对于我国制造企业制造能力真正的提升，会有很大的支持作用。应该让制造软件这个核心的发动机发挥好它更大的作用，而且这也是企业自身制造能力、制造竞争力一个最重要的代表和体现。自主发展才是出路。真正要做成有血有肉的大的企业系统，必须要把你的血和肉融入到体系中，自主的开发、自主的应用是能够产生这种血和肉的，锤炼血和肉的过程是必不可少的，任何企图想靠买一个软件一劳永逸的做法都是不切合企业生产建设实际的。CAPP的锤炼过程，成为企业制造产生血和肉的过程，这点需要每个企业认真体会，也需要我们国产软件紧密贴近企业实践，不断提升自己。
总之，CAPP软件不论是单项应用，还是集成应用，还是嵌入到其他软件系统中，或者自己发展壮大成一个集成系统，它都是在各个环节上具有拓展和生命力的软件。