CAPP（Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺过程规划）既负责工艺过程的规划，又负责工艺的文件归档管理，还是PDM/PLM系统与ERP系统连接的重要中间环节。
如今，作为企业信息化的重要组成部分，CAPP正朝着集成化、智能化和分布式的方向快步前进。本期行业主题聚焦CAPP，为您阐述CAPP的实施难题、发展趋势和如何深化应用等。
CAPP是工艺人员进行工艺过程规划设计时的计算机辅助系统，它以被加工对象的各种属性（如机械产品的形状、尺寸等几何信息）、工艺要求（材料、批量、设备等）和工艺经验等为输入，以产品的制造工艺路线和工序实施卡片等工艺文件作为输出。它是制造业信息化的重要组成部分，是连接CAD和CAM的纽带，是重要的生产准备活动之一。
CAPP发展沿革
在CAPP的发展过程中，出现过计算机辅助规划（CAP-Computer Aided Planning）、计算机自动工艺过程设计（CAPP-Computer Automated Process Planning）、计算机辅助工艺过程规划（CAPP-Computer Assisted Process Planning）等名称，这些名称在20世纪八九十年代经常被研究者们混用。在国际上，诸如制造规划（Manufacturing Planning）、夹具设计（Fixture Planning）、材料处理（Material Processing）、工艺工程（Process Engineering）以及加工路线安排（Machine Routing）等都属于工艺过程规划的范畴。
现代CAPP系统不仅是工艺人员的计算机辅助设计系统，而且也是功能强大的工艺管理系统，它既负责工艺过程的规划，又负责工艺的文件归档管理。在当今的制造业信息化浪潮中，又成为了PDM/PLM系统与ERP系统连接的重要中间环节。CAPP从PDM/PLM系统中获取物料结构和物料属性信息，进行工艺编制之后，向ERP系统输出物料清单和工艺装备等信息，以便ERP系统安排车间生产。这一过程已成为企业信息化的重要标志。
CAPP在中国已经走过了20多年的发展历程，无论是理论上还是在实践上都取得了长足的发展，积累了大量经验，并取得了许多可喜成绩，同时还为CAPP技术的进一步发展准备了大量的专业人才。可以说，中国的CAPP技术已经从粗放式的技术模仿发展到了比较成熟的阶段。虽然，在CAPP技术发展过程中遇到了不少问题，但是，这些问题不但没有使CAPP技术停滞不前，反而更加速了CAPP技术的进步。
CAPP系统作为制造业信息化的重要组成部分，正在企业和理论工作者的共同努力下，朝着集成化、智能化和分布式的方向快步前进，正在为中国制造业的腾飞发挥着自己的特殊作用。
CAPP的认识误区
到目前为止，CAPP在国内应用已有20年了，由于存在对CAPP系统的错误认识和实施过程碰到的实际障碍等原因，使得在CAPP系统的实施和运行过程中出现了不少问题。有的学者甚至认为，CAPP系统在国内已经成为企业信息化建设中的“鸡肋”。
1．CAPP应是一种即装即用的系统。
该观点认为，CAPP厂商应能提供像CAD那样的CAPP系统，可以拿来即装即用。持这种观点的人认为，购买一套CAPP系统就可以高枕无忧了，无需花费精力去进行实施活动; 或者简单地认为，CAPP系统的实施是软件供应商需要完成的事情，而无需用户投入人力和物力进行协助实施，这种观点很容易导致CAPP系统实施的失败。
这种观点忽略了CAPP系统需要用户化和用户参与的一面，片面地强调了CAPP系统的自动化特征。一套完整的工艺设计与管理系统，涵盖了工艺卡片设计、工艺文件管理、材料定额、工装明细汇总、系统集成等多个方面，且各个企业的工艺模式和工艺格式不尽相同，所以，不会存在一种万能的CAPP系统可以做到即装即用。任何一款CAPP系统必须经过用户化才能形成用户需要的系统，用户才能应用该系统产生效益。
2．CAPP应是一种自动化的系统。
这种观点源于对CAPP最初概念的字面理解，既然是计算机自动化工艺过程规划，那么，CAPP系统不需要过多的人为干涉，就能够自动地生产工艺过程文件。
当用户发现CAPP系统不能自动生成工艺时就大感失望。事实上，对CAPP的概念认识已经从最初的自动化系统发展到工具系统，不能再期望一种全自动化的CAPP系统了。这是因为，工艺设计是一个复杂的工艺过程，涉及到的因素很多，如零件信息、制造资源、工艺专家知识等信息数据的组织和管理，工艺设计中涉及的许多工艺知识不具备精确的定义和严密的数学模型，许多问题是非确定性的，工艺设计的优劣很大程度上取决于设计人员的经验和设计环境。目前，国内的CAPP厂商早已经将CAPP系统定义成为了一种计算机辅助工具，而不是一种自动化处理系统了。
3．CAPP应是一个独立的系统。
认为CAPP系统是一种工艺人员使用的系统，只能简单地生成一些工艺卡片等事物，没有将其与其他系统进行集成，降低了CAPP的效用。CAPP作为设计与生产之间的桥梁，作为连接CAD与CAM系统的纽带，它涉及的部门较广，上至设计、技术部门，下到生产、采购部门，因此CAPP系统必须与其他系统进行集成才能发挥它应有的作用。
CAPP的实施问题
1．容易产生“信息孤岛”
CAPP生来就是为工艺人员提供的辅助工具，是部门级软件。工艺设计的过程、工艺数据的管理与设计、生产、计划、质量、销售、售后、物流等业务部门是脱节的。工艺人员夹在上游的设计部门和下游的生产部门之间，首尾难顾，更不要说为其他应用系统提供相关的数据了。而且，所提供的数据的有效性、一致性也很难保证。
如果CAPP没有从本质上解决“信息孤岛”的问题，不能为其他部门提供它们所需的完整的、有效的、及时的工艺BOM和工艺数据，那么CAPP无非就是实现工艺任务分发、卡片填写、工艺简图绘制、工艺资源维护和辅助选填、材料定额计算等功能。如果CAPP只是解决上述功能，那么并不比在CAD、Excel、Word（可能会做一些简单开发，再辅之以一些管理和制度）中做工艺设计出色多少，可能使用上还不如Office办公软件方便，这就是很多企业仍然使用CAD或者办公软件做工艺设计的原因。
企业缺乏实施CAPP的欲望，不外乎两个原因。第一，候选的CAPP产品只是解决了辅助工艺设计的问题，而且这些解决方案并不是不可替代的。另外，候选的CAPP也不能很好解决企业存在的工艺格式不一致、工艺数据存放零散、不能给其他部门及时有效提供工艺数据等问题。这一点和CAD是类似的，只不过CAD的功能不可替代，而且PDM/PLM解决了图档管理的问题。这意味着，实施CAPP就是制造了一个“信息孤岛”，应用得越深入，日后打破信息孤岛的代价就越高。
第二，在信息化过程中，企业优先考虑的往往是“企业级”的PDM/PLM和ERP，而不是“部门级”的CAPP。再加上PDM/PLM厂商往往不能提供或者不能很好地提供兼顾工艺设计和工艺数据、流程管理的“企业级”解决方案，导致了制造企业缺乏实施CAPP的热情，延缓了企业信息化的步伐。
2．缺乏定置开发人员
CAPP系统在实施工程中和实际使用中都存在企业自己定置系统（或称“二次开发”）的问题。第一种情况是在CAPP系统的初始实施阶段，此阶段大量的工艺知识和工艺经验需要进行计算机符号化，然而企业的许多工艺人员却无法清楚地表达自己的设计经验和灵感信息，而且CAPP厂商的开发人员由于缺乏专业的知识而无法进行细化定置，因此在CAPP系统的实际使用中还需要企业自己进行系统定置。
第二种情况是在CAPP系统实际运行阶段，由于企业管理改革、新工艺建设或与其他系统进行集成等原因，此时也需要对现有的CAPP系统进行重新定置。但是，由于工艺人员中的计算机编程水平有限，致使自己无法进行开发。这样使得企业对CAPP系统的使用率逐步降低，只使用最基本的功能，逐渐废止了CAPP系统的大部分功能，一些企业甚至在应用几年后就不再使用CAPP系统了。
3．CAPP系统依赖于特定的CAD软件
工艺卡片是集文字、表格、绘图等功能于一体的复杂编辑器，使用CAD内核是很顺利成章的，大多数CAPP厂商都有CAD软件背景。加上很多工艺简图是直接从设计图纸转过来的，于是，现在大多数CAPP产品都是采用CAD内核的技术路线，甚至很多制造企业也是使用CAD软件编制工艺卡片。这种技术路线造成的问题是CAPP对特定的CAD图纸支持得很好，但是对其他CAD的图纸却支持得不好，存在图纸转换有损失、打印效果差、转换后修改困难等问题。
现实的情况是CAD已经普及，各企业都使用了各种不同的CAD软件，并逐步从二维过渡到三维。即便是同一个企业，也使用了多种CAD软件，CAPP对CAD排他的依赖性反而成了一个重大缺陷，对企业员工的使用习惯、系统集成与升级、实施风险控制以及企业的长远利益都是相当不利的。
4．CAPP与其他系统集成难
CAPP系统从产生初期就是一个独立的系统。在20世纪80年代到90年初期，CAPP系统基本上都是一些单体的系统，各种不同的品牌系统分别具有自己的文件格式，与外部（除了CAD和CAM外）很少交换信息，致使CAPP成为了“信息孤岛”。当企业将CAPP系统与其他系统（如ERP、PDM/PLM）集成时，或者上线其他新的系统时，会发现CAPP系统没有合适的接口可供使用。
当前，虽然很多软件厂商都提出了PDM/PLM/CAPP一体化的口号，但是尚缺乏统一的CAPP接口标准，无法实现与其他系统的无缝连接。目前，所谓的实现集成只是解决了数据的单向传递，而且数据的配置模型、有效性、完整性都不能很好地集成，由于变更引发的数据一致性更无法保证。
作者简介
明新国，上海交通大学机械与动力工程学院教授、博士生导师。曾受聘于新加坡制造技术研究院，出任Research Fellow（1998年3月～2003年3月）、Research Scientist（2003年4月～2005年6月）。曾作为Visiting Faculty Fellow出访美国麻省理工学院（2007年6月～2007年8月）。主要的研究方向包括: 产品生命周期管理、协同制造仿生系统、产品创新工程与管理、企业知识管理等。
孔凡斌、王星汉，上海交通大学机械与动力工程学院博士生。
观点
CAPP发展趋势
CAPP系统是制造业信息化的关键环节，长期以来备受企业和学者的重视，CAPP系统是否成功实施已经成为当今企业信息化是否成功的标志。近年来，随着信息技术和制造技术的发展，CAPP技术的发展也呈现出新的趋势。业内专家纷纷表示了自己的看法: 陈万领认为，CAPP的发展趋势有如下几个方面: 一是面向产品全生命周期，二是基于知识，三是基于三维CAD，四是基于平台技术，可重构式; 王洁认为，CAPP将会: 集成化、网络化，工具化、工程化，智能化、知识化; 宗胜强等专家则强调CAPP系统的优化功能; 胡业辉博士提出了CAPP并行化的发展趋势。
纵观各种研究成果，笔者认为，CAPP技术在中国的发展已经出现了如下几种趋势。
1．集成化
这是大多数学者最一致的观点。CAPP在近40年的发展中，“信息孤岛”问题一直是影响CAPP系统正常实施的一个重要因素，不但是学者，而且所有关心CAPP技术的人都在考虑CAPP集成的问题。集成化已是CAPP系统发展的必然趋势。
首先是与PDM/PLM集成。
将CAPP系统与PDM/PLM系统集成是解决“信息孤岛”的有效途径。这是因为PDM/PLM都是关于产品的管理系统，它们在产品的管理上处于总体地位，而CAPP系统则是产品处理上的部分信息管理。许多业内专家已经开始了这方面理论和实践的研究，并取得了一定的成果。
其次是通过统一接口集成。
由于各个厂家的CAPP系统不尽相同，过去往往没有统一的外部接口，致使与其他系统集成困难，为了解决这个问题，CAPP系统开发者开始尝试应用统一数据形式来进行数据交换，或提供一个接口协议来完成与其他系统的信息交换。目前，已有研究者开始应用数据库文件或产品模型数据交换标准（STEP）作为数据接口进行CAPP系统开发，并取得了成功。
2．智能化
虽然业界已经将CAPP系统认可为一个计算机辅助工具，但是追求自动化却从来没有停止过。从最初的基于逻辑的创成式系统到专家系统，人们对CAPP技术进行了大量的研究。随着各种各样的CAPP专家系统成功应用，各种人工智能理论（如神经网络、模糊理论、遗传算法和Agent等技术）开始在CAPP系统中应用，并取得了良好的效果。因此，CAPP系统的智能化发展必将是CAPP技术发展的永久趋势。
3．分布化
无论是网络技术、并行技术还是协同处理技术的应用，都是将原来在一台工作站或工作区工作的CAPP系统拓展到相对比较广阔的区域，并进行协同处理。这使得CAPP系统具有分布式处理的功能，它主要表现在通过网络协同不在统一工作区的本部门工作人员或者外部专家，在同一时刻或者不同时刻进行工艺过程规划设计，可以做到与其他系统分时处理相关信息。（文/孔凡斌、明新国、王星汉）