因此，未来的CAPP系统除了与CAD和CAM集成以外，还要与制造自动化系统（MAS）、企业资源计划（ERP）系统、计算机辅助质量管理（CAQ）系统等集成。在动态联盟的生产模式中，CAPP应该支持异地设计和异地制造。这种集成已经不是普通意义下的集成，而是统一在工程数据库上的集成。目前尚有很多关键技术还没有得到解决，其中产品定义和产品数据交换规范（例如PDES/STEP）的进一步研究以及相应的实用化软件系统的问世是必须跨出的一步。美国等许多国家都投入了大量的人力和物力对这一问题进行研究。
b.工具化趋势
通用性问题是CAPP面临的最主要的困难之一，也是制约CAPP系统实用化与商品化的一个重要因素。为此，有人提出了CAPP专家系统建造工具（CAPPex-pert system building tools）的思路，以解决生产实际中情况多变的问题，力求使CAPP系统像CAD系统那样具有通用性。工具化的思想主要体现在如下方面：工艺设计的共性与个性分开处理；工艺决策方式多样化；具有功能强大、使用方便、标准统一的数据库和知识库管理平台；智能化输出。
c.智能化趋势
CAPP所涉及的问题是跨学科的复杂问题，不仅内容广泛、性质各异，而且许多决策大大依赖于专家个人的经验、技术和技巧。另一方面，生产制造环境的差别也非常显着，要求CAPP系统具有很强的适应性和灵活性。依靠传统的过程性软件设计技术，例如利用判定树或判定表进行工艺决策的软件设计，已远远不能满足工程实际对CAPP的要求。而专家系统和其他人工智能技术在获取、表达和处理各种知识方面的灵活性及有效性给CAPP的发展带来了生机。目前，人工智能技术已越来越广泛地应用于各种类型的CAPP系统之中。神经网络理论、模糊理论、黑板推理和实例推理等方法也在CAPP系统开发中得到应用。
4.4现场信息处理
4.4.1制造系统及其自动化
4.4.1.1制造系统的理论框架
（1）制造系统的特性
现代制造系统具有大量决策变量和多个优化目标，是一个人-机集成系统，也可以看作一个制造信息处理系统。
该系统的基本特性如下：
a.集成性
制造系统由两个或两个以上可以相互区别的要素（或子系统）所组成。各要素之间是相互联系的。任一要素与存在于系统中的其他要素集成为一体，互相制约，互相支持。当其中某一个要素发生变化时，与它相关联的要素也需要相应地改变或调整，以保持系统的整体最优。
b.目的性
实际的制造系统都是以一个整体的形式去完成一定的制造任务，或者说要达到一个或多个目的。但制造系统的主要目的是把制造资源转变成产品，这种转变可以抽象为信息处理。
c.环境适应性
实际的制造系统必须对周围的环境变化具有适应性。外部环境与系统是相互影响的，它们之间必然要进行物质、能量和信息的交换。制造系统应具有动态适应性，表现为以最少的时间延迟去适应环境的变化。系统的适应性通常是由信息反馈激发的。
d.动态性
制造系统的动态性表现为：系统总是处于生产要素不断输入、产品不断输出的动态过程之中；制造过程中系统内部的全部硬件和软件在不停地运动；为适应环境的变化，系统总是在不断发展、不断更新、不断完善中，当变化的要求达到一定程度时，系统会发生组织的突变，使制造系统向更高的形式进化。
e.随机性
制造系统中有很多随机因素，例如产品的市场需求、零件制造和产品装配的质量等均有一定的随机性。制造系统的随机性给制造系统的控制和信息处理带来了极大的困难。
（2）“三流”结构论
制造系统的“三流”是指物料流、信息流、能量流。在制造系统的运动中，无时无刻不伴随着“三流”的运动。
下面以机械加工系统的“三流”为例作进一步观察。
a.物料流（物流）
机械加工系统输入的是原材料、坯料或者半成品及相应的刀具、量具、夹具和辅助物料，经过输送、装夹、加工、检验等过程，最后输出半成品或成品。整个加工过程是物料输入和输出的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动轨迹被称为物料流或物流。
b.信息流
在机械加工系统中，必须集成各方面的信息，以保证机械加工过程的正常运行。这些信息主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等。这些信息又分为静态信息（例如工件尺寸要求、公差大小等）和动态信息（例如刀具磨损程度、机床维修状态等）。所有这些信息构成了机械加工过程的信息系统，这个系统不断地与机械加工过程的各种状态交换信息，从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工的效率和产品质量。这种信息在机械加工系统中的作用轨迹称为信息流。
c.能量流
能量是一切物质运动的基础。机械加工系统是一个动态系统，其动态过程由加工过程中的各种运动所决定。加工过程中的所有运动，特别是物流的运动，都需要能量来维持。来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能，一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分机械能通过传递、损耗后达到机械加工的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。在机械加工过程中的能量运动轨迹称为能量流。
“三流”结构论认为制造系统中的物料流、信息流、能量流之间相互联系和相互影响，组成了一个不可分割的有机整体。
（3）信息制造观
传统制造观是所谓的机械制造观，其本质在于认为制造过程是对原材料加工处理，使之转变为具有一定用途的产品的过程，其中使用了能源作为加工的驱动源。传统制造观注重用制造系统中的物料流与能量流来描述制造系统。
随着计算机、自动化及通信等高新技术在制造系统中的应用，一种新的制造观即信息制造观正在诞生和发展之中。这是因为信息在制造系统中起着越来越重要的作用，主要表现在以下几方面：
a.信息是连接各系统要素，从而也是形成具有一定生产组织结构的制造系统的纽带；
b.产品制造过程中的信息投入已逐步成为决定产品竞争力的关键因素；
c.现代制造系统研究和开发的重点之一是如何提高现代制造系统的信息处理能力；
d.制造系统中的信息已成为制造系统中与设备等同等重要的资源，如同能量一样是驱动制造系统运动的重要驱动源；
e.智能制造的概念从本质上看是指制造系统在信息处理的某些方面“具备”一定的智能。
由上面的分析可以看出，制造过程的实质可看作是对制造过程中各种信息资源的采集、输入和加工处理的过程，最终形成的产品是信息的物质表现。从信息论的角度看，制造过程实质上是一个降低原材料的熵、提高产品信息含量的过程。当前研究制造信息的一个重要方面是考虑如何有效地建立与制造系统功能相适应的制造信息系统。
（4）人机集成论
智能制造系统概念的提出引起了世界各国制造自动化领域研究者的重视，以致使人们一度认为制造自动化的最终目标是形成完全的“无人自动化工厂”。智能制造系统的基本理论建立在人工智能的理论和技术的基础上，通过建立“世界模型库”，从而用人工智能的方法求解制造系统在物料、信息及决策三方面的模型，以达到对制造系统进行目标状态控制的目的。
但是，智能制造系统的研究目前仍然存在一些难点，例如：模拟人类思维的困难，特别是模拟人类的归纳、联想、判断、顿悟、创新等思维能力的困难；计算机的信息组合爆炸问题；非结构化的动态决策等。因此，人类在制造自动化系统中有着机器不可替代的作用。鉴于此，国内外学者对于如何将人与现代制造系统有机结合，在理论和技术上都展开了积极的探索。具有代表性的思想是“人机一体化制造系统”，其要点是发挥人的核心作用，采用人机结合的技术路线，将人作为系统结构中的有机组成部分，使人与机器处于优化合作的地位，实现制造系统中人机集成的决策机制。
（5）集成决策观
制造系统是一个复杂的大系统。制造过程时刻面临着各种复杂的决策问题，为此，需要将制造企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售和服务等全部活动集成起来，实现整个企业的信息集成和功能集成，以形成最优决策并加以实施，达到提高企业综合效益的目的。
4.4.1.2制造自动化
（1）制造自动化的发展阶段
第1阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机。在20世纪40年代至50年代已经相当成熟。应用传统的机械设计和制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。其特点是高生产率和刚性结构。
管理理念是劳动分工理论。
第2阶段：数控加工，包括数控（NC）和计算机数控（CNC）。数控在20世纪70年代发展成熟，80年代被计算机数控取代。常见的设备有数控机床、加工中心等。数控加工的特点是柔性好、加工质量高，适应于多品种、中小批量生产。
第3阶段：柔性制造，包括计算机直接数控（DNC）、柔性制造单元（FMU）、柔性制造系统（FMS）、柔性加工线（FML）等。本阶段的特点是强调制造过程的灵活性和高效率，适应多品种、中小批量生产。主要技术包括成组技术（GT）、DNC、FMC、FMS、FML、离散系统理论、仿真技术、车间计划和控制、制造过程监控、计算机控制和通信网络等。
第4阶段：计算机集成制造系统（CIMS）。CIMS既可以看作是制造自动化的一个新阶段，又可以看作包含制造自动化的更高层次的系统。关键是它适应新的制造理念，强调制造过程的系统性和集成性。这样，人类对于提高生产效率的理解由劳动分工螺旋式上升到强调制造集成。CIMS涉及的学科有现代制造技术、现代管理、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程等。
第5阶段：智能制造系统（IMS）。IMS是面向21世纪的制造自动化技术。
（2）信息处理的结构框架
根据企业信息化的概念，制造系统可以理解为生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规程、制造、装配、检验出厂、产品销售和售后服务等环节的运行全过程。其中虚线框内就是制造自动化的领域范围，也就是现场信息处理的研究范围。
（3）现场信息处理系统的构成
一般说来，现场信息处理系统主要由以下几个子系统组成：
a.制造设备系统
制造设备系统是制造自动化系统的硬件主体，也是制造加工和现场信息处理的主体。主要包括：专用自动化机床、组合机床自动线、数控（NC）机床、计算机数控（CNC）机床、加工中心（MC）、计算机直接数控系统（DNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）等加工设备，以及测量设备、辅助设备、夹具装置等。
b.物料运输和存储系统
包括：传送带、有轨小车、自动导向小车、立体仓库、搬运机器人、托盘站等。
c.能量流系统
包括：供电系统、监控系统、测量装置等。在一般机械加工系统中，能量流是比较次要的部分，但是对钢铁、化工、石油等行业，能量流系统比较重要。
d.制造信息系统
制造信息系统是制造自动化系统的神经系统，是整个制造自动系统能否正常和优化运行的关键。这部分涉及的面很广，主要包括：计算机控制系统，数据库管理系统，网络和通信系统，制造信息的获取、分析、处理，以及各种信息交换、物流管理、制造过程等。
制造信息系统的最大特点是与现场的硬件关系密切，它从信息的角度反映现场工作的实质、进度以及与设备的协调关系，是制造自动化系统与其他系统集成的接口。
e.生产作业计划和控制
这部分可以归属到制造信息系统，但考虑到它对制造自动化系统优化运行具有特别重要的意义，因而分离出来以引起特别关注。对产品制造过程中“时间组成”的研究表明，一个机械零件只有大约5%的时间花费在机床上，95%的时间花费在运输或者等待中。因此，生产作业计划和控制的任务是：采用适当方法减少零件的等待、存储和运输时间，减少在制品，提高设备利用率，以提高企业的效率。
（4）制造自动化的功能目标
在工业经济时代的早期和中期，制造自动化的功能目标是用机械动作代替人的体力劳动。在工业经济时代后期，随着电子和信息技术的发展，特别是计算机的出现和广泛使用，自动化的概念已扩展为用机器（包括计算机）不仅代替人的体力劳动，而且还要代替人的脑力劳动，以自动地完成特定作业。在知识经济时代，制造自动化具有更深刻、更广泛的含义。它的功能目标不能狭隘地定位在代替个体人的某一部分劳动上，而要定位在作为企业信息化工程的一个方面，与其他方面紧密结合在一起，支持企业的产品创新和市场竞争。
（5）制造自动化实施的战略步骤
实施制造自动化系统涉及面广、耗资巨大，一定要周密计划才能确保成功。
