作為一個“無紙化工廠”，“無紙化”不僅僅意味著產(chǎn)品設(shè)計師、生產(chǎn)工程師和CNC編程員必須要使用計算機(jī)，而不使用圖紙來共享生產(chǎn)信息，還意味著數(shù)據(jù)格式再也不需要通過人工進(jìn)行編譯。這就是說從此可以遠(yuǎn)離電子版的工程圖紙了。

    幾個世紀(jì)以來，生產(chǎn)人員一直是通過工程圖紙來傳遞編譯信息的。因此盡量減少信息（不管是通過紙張傳遞還是通過計算機(jī)發(fā)送）對人工編譯的依賴性，這樣才是無紙化工廠的真正發(fā)展前景。人們的目標(biāo)除了要取消用木材纖維壓制而成的紙張，還必須要取消在計算機(jī)上進(jìn)一步處理前的多個步驟，其中包括人們必須對信息進(jìn)行智能分析和分派定義的各個步驟。

    在一個無紙化的工廠里，“無紙化”的含義得到了最充分的體現(xiàn)，無紙化工廠中的零件生產(chǎn)將是無縫連接的和高度自動化的。有的人想象其零件的生產(chǎn)，猶如采用流水線作業(yè)，就像在筆記本電腦或PC機(jī)上看到的那樣，可立即復(fù)印一份資料。在計算機(jī)上生產(chǎn)3D的“硬拷貝”像打印文件或數(shù)碼相片那樣簡單。當(dāng)然，將材料從備料倉庫中搬移出來創(chuàng)建一個零件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比在紙上打印成行的字母或排列彩色的點陣復(fù)雜得多。

    幸好對于完成打印任務(wù)而言，與使用的計算機(jī)品牌、文字處理軟件或網(wǎng)絡(luò)瀏覽器以及與電纜線另一端連接的打印機(jī)品牌都沒有太大關(guān)聯(lián)。只需要適當(dāng)?shù)亟鉀Q其必要的連接性、協(xié)調(diào)性和兼容性等問題就可以了。但實際生產(chǎn)中的情況肯定會有所不同，至少對大部分公司來說都不是這樣的。設(shè)計人員與車間之間的幾乎每一個步驟都存在一些問題，其中包括數(shù)據(jù)交換、格式不兼容、缺乏協(xié)調(diào)性等方面，這時不可避免的需要進(jìn)行人工干預(yù)，而且涉及到某些不確定的因素。多年來，人們一直在努力使生產(chǎn)計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接，并使自動化達(dá)到更高的水平。

    事實上，我們已經(jīng)在逐漸地接近和實現(xiàn)無紙化工廠的夢想了。但是進(jìn)展一直非常緩慢，常常遇到很多挫折。但最近一段時間向前邁出的幾步可能有助于為實現(xiàn)這一宏大的設(shè)想帶來一些動力。

    在一項令人鼓舞的進(jìn)展中，一家CAD/CAM軟件供應(yīng)商完成了一種新接口的開發(fā)任務(wù)，它允許其所提供的CAM以一個標(biāo)準(zhǔn)化的文件格式閱讀產(chǎn)品數(shù)據(jù)，在這個文件格式中包括可加工的特性以及加工所必需的嚴(yán)格規(guī)范。Gibbs公司（位于加州的Moorpark地區(qū)）是一家CAD/CAM供應(yīng)商，它一直在與南卡羅萊研究權(quán)威機(jī)構(gòu)（South Carolina Research Authority，縮寫SCRA）合作，共同開發(fā)了這一接口。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的格式采用STEP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議書224（即AP224）進(jìn)行定義。STEP標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)）是國際標(biāo)準(zhǔn)化努力的結(jié)果，通過這一標(biāo)準(zhǔn)可減少不同和不相匹配硬件和軟件之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換障礙。STEP標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)80年代創(chuàng)建IGES標(biāo)準(zhǔn)（圖像交換規(guī)范）過程中而大幅度擴(kuò)展的副產(chǎn)品。

    STEP標(biāo)準(zhǔn)包括一套標(biāo)準(zhǔn)化“生產(chǎn)用”數(shù)據(jù)代碼的開發(fā)以及滿足數(shù)據(jù)要求的文件格式（協(xié)議書）開發(fā)，這些要求是由主要的產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域提出的。其中一項應(yīng)用領(lǐng)域協(xié)議書就是AP224。

    圖1 AP224協(xié)議書

    GibbsCAM的AP224接口可作為AP224文件特性與軟件本身特性管理器之間的連接裝置。

    AP224專門用于支持設(shè)計工程團(tuán)隊與生產(chǎn)工程團(tuán)隊之間的產(chǎn)品制造信息傳遞。它主要集中在機(jī)械零件的生產(chǎn)，其中包括加工這些零件所必要的信息。AP224能夠捕捉到零件的特點、幾何尺寸和公差尺寸、材料、表面光潔度和加工中所需的其他零件數(shù)據(jù)。

    與所有的STEP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議書一樣，AP224能夠?qū)⑿畔⒕幾g成代碼，這樣計算機(jī)系統(tǒng)就可以直接將這些代碼編譯轉(zhuǎn)換。編碼過程是不依賴于任何計算機(jī)系統(tǒng)的。

    GibbsCAM的AP224接口可以閱讀這些經(jīng)過格式化的信息，然后創(chuàng)建可加工的零件特性，當(dāng)然這些特性是與AP224文件中的特性互相對應(yīng)的。NC編程人員和編程軟件都不需要對零件的幾何形狀進(jìn)行“特殊處理”，因為部分工藝將會使其創(chuàng)建機(jī)床加工指令和刀具路徑數(shù)據(jù)。這是向無紙化工廠邁進(jìn)的重要一步，盡管在前進(jìn)的道路上還會出現(xiàn)更多的挑戰(zhàn)。

AP224的其他情況

    AP224是一系列應(yīng)用協(xié)議書的其中一項，是根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)為生產(chǎn)企業(yè)所創(chuàng)建的。這套“生產(chǎn)用”接口，代表了很多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，可滿足生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的特殊需要。由于離散的加工件對許多產(chǎn)品而言是非常關(guān)鍵的，其中包括軍用飛機(jī)和戰(zhàn)車，因此對含有加工數(shù)據(jù)的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)需要更多的關(guān)注。AP224的正式名稱是：采用加工特性的機(jī)械產(chǎn)品工藝計劃定義。

    AP224被認(rèn)為是生產(chǎn)過程中很重要的一環(huán)，因為其所編碼的信息，對完成下游生產(chǎn)任務(wù)來說是非常關(guān)鍵的，這些任務(wù)包括工藝計劃、機(jī)床調(diào)試、CNC操作和檢測等。這些應(yīng)用程序的協(xié)議書要進(jìn)一步執(zhí)行，用于執(zhí)行軟件也需要跟隨其執(zhí)行。包含在STEP中的標(biāo)準(zhǔn)化方法應(yīng)注意保證這些AP能互相“協(xié)調(diào)”，也就是說，這些格式應(yīng)互相兼容，這樣，AP準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)就可以被他人使用。由于產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的工藝和階段是同時進(jìn)行的，因此在AP所包括的范圍內(nèi)也會出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。

    在開發(fā)AP224的過程中，SCRA機(jī)構(gòu)起著非常關(guān)鍵的作用。SCRA機(jī)構(gòu)是一家從事應(yīng)用研究和商業(yè)化工作的機(jī)構(gòu)。它在Anderson、Charleston和Columbia、南加利福尼亞以及其他地區(qū)都設(shè)有辦事處。SCRA的Readiness and Sustainment Business Unit（業(yè)務(wù)準(zhǔn)備支持機(jī)構(gòu)）設(shè)立在Institute for Solution Generation（解決方案研究院），主要負(fù)責(zé)開發(fā)AP224 的工作組提供指導(dǎo)服務(wù)。該機(jī)構(gòu)最初創(chuàng)立于1991年。

    AP224以及其他的STEP標(biāo)準(zhǔn)正在全美國的各個軍事維修和檢測區(qū)使用。這些設(shè)施向提供維修零件和零配件的行業(yè)提出了挑戰(zhàn)，因為其中許多零件是軍事設(shè)備需要的，它們的有效使用壽命需要延續(xù)到幾十年。對這些產(chǎn)品的信息，以計算機(jī)系統(tǒng)可以讀懂的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)方式進(jìn)行編碼，就能幫助這些設(shè)施滿足它們的生產(chǎn)挑戰(zhàn)要求，并具有更高的效率和經(jīng)濟(jì)特性。

    GibbsCAM的AP224接口是在“軍事坦克汽車研究、開發(fā)和工程中心”的資助下研制成功的。與一家私有企業(yè)的CAD/CAM供應(yīng)商合作，立即達(dá)到了兩個目標(biāo)：首先將AP224接口引進(jìn)到了消費(fèi)者和通用業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，它在那里體現(xiàn)出來的效率和經(jīng)濟(jì)性得到了高度評價。同樣，它也為軍事供應(yīng)鏈中的那些公司提供了商用CAD/CAM系統(tǒng)，以滿足它們的需要，幫助平衡它們在STEP數(shù)據(jù)中的投資。

    當(dāng)然，在開發(fā)接口技術(shù)方面，SCRA機(jī)構(gòu)也比較急切地希望看到其他的CAD/CAM供應(yīng)商也能緊隨Gibbs公司的領(lǐng)先步伐。CAD/CAM供應(yīng)商并不是與SCRA機(jī)構(gòu)在有關(guān)STEP項目方面合作的惟一合作伙伴。

    作為“基礎(chǔ)格式”，AP224接口有兩個非常重要的方面需要讓所有CNC機(jī)床用戶理解，它適合于處理加工的特性，而數(shù)據(jù)代碼不只是用于在計算機(jī)上的顯示，而是適用于計算機(jī)編譯。正如之前提到的，與NC編程相關(guān)的大部分活動都會涉及到對加工特性的確認(rèn)和評價。沒有附加的說明或指示，零件的幾何形狀只是利用其表面或體積作為實體輸入數(shù)據(jù)來描述一個形狀。有必要對這一形狀進(jìn)行解釋，以識別這一幾何形狀的各個部分，作為特定零件特性的代表，如像隱窩、凸臺、孔徑、圓角等。同樣，這些特性必須根據(jù)它們的公差進(jìn)行分析，因為這其中最關(guān)鍵或最困難的問題，一般還是在于確定究竟采用什么樣的加工工藝最為合適，采用什么樣的加工工序最好。最后，在毛坯工件上加工生產(chǎn)這些特性的加工步驟和刀具路徑需要由NC編程員進(jìn)行組織，并由CAM軟件進(jìn)行處理。

    AP224可與其他的制造數(shù)據(jù)一起，捕捉有關(guān)零件幾何模型中所包含的加工特性信息。該標(biāo)準(zhǔn)包括16個不同種類的特性，其中許多特性還可以分成很多子類。這意味著，設(shè)計人員可以使用AP224，將零件特性的名稱和規(guī)格“包裝”成一個整體，變成一個計算機(jī)可以讀懂的數(shù)據(jù)模型，然后發(fā)送出去，用于生產(chǎn)制造。再也用不著保留需要傳送的補(bǔ)充工程圖紙。采用AP224以后，所有的公差信息，材料規(guī)格，加工特性信息和其他特殊的要求都全部定義為STEP數(shù)據(jù)。這些專門設(shè)計的定義是非常全面的，而且非常明確，可再次使用。

    AP224文件中的數(shù)據(jù)采用了一種計算機(jī)可以解讀的格式。這一點是非常重要的，Gibbs公司的營銷副總裁在討論AP224問題的時候曾這樣強(qiáng)調(diào)說：“這些文件中的信息不是簡單地用于顯示，它還具有實際的消費(fèi)價值。”按照Gibbs公司的營銷副總裁的說法，這是其最關(guān)鍵的一個區(qū)別。

    正如他所解釋的那樣，顯示信息只是其中的一個方面，例如，當(dāng)其與CAM軟件互動和需要做出決策時，這樣做有利于NC編程人員隨時掌握它的動態(tài)。然而Gibbs公司的營銷副總裁還表示說，消費(fèi)這一信息就意味著他能夠調(diào)用所輸入的軟件程序，并對這一數(shù)據(jù)產(chǎn)生直接的作用——即一種不同的建議。這一功能為NC編程功能的自動化打開了大門，并在減少編程時間和提高編程效率方面獲得了很好的收益。

達(dá)到的目標(biāo)

    按照Gibbs公司的營銷副總裁的說法，較高的CAM自動化水平和流水化作業(yè)正是GibbsCAM AP224接口所要達(dá)到的目標(biāo)。作為起步，可以說這一接口是AP224文件特點與CAM軟件特點之間的聯(lián)系橋梁，它知道如何處理。例如，從AP224文件中吸取的特點可控制、組織成GibbsCAM中使用的特性實體。

    GibbsCAM的特性管理器將可以自動地隔離這一特性中的幾何表面，這樣它們就能夠作為一個相關(guān)的組合通過，達(dá)到在軟件中加工使用的各種操作要求。例如，可作為一個組合，選擇孔徑的特性，然后通過軟件中的孔徑管理器對其進(jìn)行加工處理。

    同樣，在銑削加工隱窩時，可根據(jù)各種獨(dú)特的GibbsCAM 優(yōu)化戰(zhàn)略，選擇特別的隱窩特性，對其進(jìn)行組合加工處理。采用AP224接口連接，為NC編程員提供了一種新的方法，增加了軟件的自動和交互式特性辨識功能。采用AP224口時候，使零件的特性達(dá)到了能夠“預(yù)先辨識”的程度。

    顯然，AP224文件所確定的特性是屬于幾何學(xué)方面的特性。換句話說，這些定義獨(dú)立于機(jī)床上用于生產(chǎn)的可能加工操作。因此，這些定義不會限制NC編程這樣的下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λ鼈兊氖褂梅椒āＷ鳛橥ㄓ玫亩喙δ軝C(jī)床，這一點是值得注意的。這一等級的機(jī)床可允許非常新穎的技術(shù)應(yīng)用于違背傳統(tǒng)觀念的特性加工。

    AP224文件中包含的其他產(chǎn)品信息也可依賴于該接口讀入到GibbsCAM軟件之中。這可以使該信息提供給用戶參考，同時創(chuàng)建一個 CNC程序。Gibbs公司的營銷副總裁說：“對于生產(chǎn)工程技術(shù)人員而言，AP224接口相當(dāng)于一站式的采購服務(wù)。NC編程人員和工藝計劃師可以從一個文件中獲得其所需的全部信息。”總之，AP224接口使產(chǎn)品生產(chǎn)的信息流通猶如流水作業(yè)，避免了因產(chǎn)品信息的失誤、不清晰或不明確所造成的延誤。

    GibbsCAM AP224接口將進(jìn)一步得到加強(qiáng)和擴(kuò)大，因為該公司和SCRA機(jī)構(gòu)還在繼續(xù)從事這一技術(shù)的開發(fā)。這些努力獲得了一個振奮人心的成果——使各種接口的執(zhí)行與其他的STEP應(yīng)用協(xié)議書結(jié)合在一起，特別是那些屬于上游和下游生產(chǎn)的操作。例如AP219接口和AP240接口，分別解決了尺寸檢驗和工藝計劃問題。在這些接口中，最具有發(fā)展前景的是AP238接口及其STEP NC應(yīng)用協(xié)議書。

    STEP NC為CNC系統(tǒng)確定了獨(dú)立于機(jī)床的數(shù)據(jù)輸入標(biāo)準(zhǔn)。這一AP系統(tǒng)考慮到了使用這一文件格式的概念作為CNC單元的直接輸入，從而回避了創(chuàng)建傳統(tǒng)M代碼和G代碼以及使用這些傳統(tǒng)格式所必需的后處理器問題。這一加工設(shè)想已開始接近之前所提到的從筆記本電腦到打印機(jī)的無縫工作。

    最近，AP238 STEP NC的執(zhí)行機(jī)構(gòu)已大量安裝。其中一個原因是建造的商業(yè)設(shè)計系統(tǒng)不能提供AP238所需的高水平產(chǎn)品生產(chǎn)信息。而且機(jī)床控制單元的制造商并不急于采用這一技術(shù)。

    Gibbs公司的營銷副總裁確信，支持STEP生產(chǎn)技術(shù)中的基礎(chǔ)格式，將會使最終用戶對全面執(zhí)行STEP創(chuàng)新技術(shù)的興趣提高，為他們創(chuàng)建一個有力的基礎(chǔ)。執(zhí)行STEP標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大趨勢將越來越明朗。他說：“加工車間將會看到STEP標(biāo)準(zhǔn)所顯示出來的底線優(yōu)勢。”

    STEP應(yīng)用協(xié)議書為產(chǎn)品生產(chǎn)信息的編碼創(chuàng)建了一個規(guī)則和方法，這樣它就能夠通過先進(jìn)的CAM軟件功能對其進(jìn)行計算機(jī)化的閱讀和進(jìn)行解釋。由這些數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)建立起來的基礎(chǔ)工作，如CAM功能，將能夠充分利用在目前生產(chǎn)制造集團(tuán)中活躍的分析技術(shù)和加工專業(yè)知識。這樣，他們的智慧和知識將能保留下來，以進(jìn)一步開發(fā)新的產(chǎn)品模型，并在不久以后，使它們成為下一代的飛機(jī)、科學(xué)儀器和醫(yī)療器械。

    即使最終實現(xiàn)了“無紙化工廠”的構(gòu)想，但如果加工中所涉及的問題特別復(fù)雜，那么零件的加工生產(chǎn)永遠(yuǎn)不可能像鼠標(biāo)點擊那么容易。但對于今天的許多生產(chǎn)企業(yè)來說，沒有一件事情是不需要付出艱辛就可以獲得成功的。