轴类零件派生式CAPP系统设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：王昌波学 号：0802014140学 院、系：机械工程与自动化学院机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：轴类零件派生式CAPP系统初步设计指导教师:王兴文 2012年3月9日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、选题的背景与意义工艺设计是现代制造业的重要基础工作，是连接产品设计与产品制造的桥梁。工艺设计的质量和效率直接影响企业制造资源的配置与优化、产品质质量生产组织效率、产品成本与生产周期等方方面面1。工艺设计作为机械制造过程中的一项重要技术工作，目的是把零件的设计信息转化为一定加工环境下的加工指令工艺规程。设计过程中既要考虑零件设计上的技术要求，又要考虑具体加工环境下的实现条件，影响因素多且不易掌握，必须处理和分析大量信息，是一项经验性很强的复杂决策过程2。在机械制造业从刚性生产方式向多品种小批量的柔性生产方式的转变过程中，传统的工艺设计方法远远不能适应其发展的需要，迫切需求一种高效的工艺设计方法来代替3。计算机辅助工艺设计CAPP ( Computer Aided Process Planning)技术便运用而生，并与CAD, CAM一起成为支持CIMS中工程设计自动化的关键技术4。信息时代的来临给社会和企业带来了前所未有的机遇，同时也给现代企业的产品设计、生产，管理乃至市场策划与销售提出了新的要求。伴随着时代的信息化，激烈的市场竞争迫使企业的产品向多元化，系列化，个性化的方向发展。产品流通领域的扩大，生产节奏的加快，使产品从策划、设计、制造到市场的周期正在缩短5。在制造业信息化的背景下，计算机辅助工艺设计（CAPP）技术愈显突出，CAPP在企业信息化建设中占有重要的作用和地位6。1）从产品设计制造的角度看，CAPP是连接CAD和CAM之间的桥梁和纽带；从管理的角度看，CAPP又是连接产品信息同MRPII的纽带。CAPP是实现CAD/CAPP/CAM/MRPII集成的关键7。2）CAPP使工艺设计人员摆脱大量、繁琐的重复劳动，将其主要精力转向新产品、新工艺、新设备和新技术的研究与开发1。3）CAPP可以显著缩短工艺设计周期，保证工艺设计质量，提高产品的市场竞争能力1。4）CAPP可以提高产品工艺的继承性，最大限度地利用现有资源，降低生产成本。5）CAPP可以使没有经验的工艺师设计出高质量的工艺规程，以缓解当前机械制造工艺设计任务繁重，且缺少有经验工艺设计人员的矛盾1。6）CAPP有助于推动企业开展工艺设计标准化的最优化工作，提高工艺设计水平1。7）为企业信息化提供正确的工艺数据，保证数据的一致性和安全性，为企业逐步推行CIMS应用工程打下基础1。轴类零件是机械加工中最常见的典型零件之一，它主要用来支承传动零件（如齿轮、皮带轮、凸轮等）、传递扭矩、承受载荷，并保证一定的回旋精度8。轴类零件CAPP系统的初步设计具有很重要的现实意义。二、CAPP研究现状世界上最早将计算机技术应用于工艺设计的是挪威人Nibel，他于1965年首先提出了CAPP的概念，并于1969年正式推出了世界上第一个CAPP系统AUTOPROS。此后三十多年来，各个国家尤其是工业发达国家对CAPP的发展给予了极大关注，并进行了大量研究，先后出现了两类在设计方法上不同的CAPP系统：派生式(Variant)系统和创成式(Generative)系统9。派生式(Variant)系统是以零件的相似性为基础，利用成组技术的原理，将零件按几何形状和工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件，根据此样件建立标准工艺文件，存入工艺文件库。当需要对一个新零件设计工艺规程时，按照其成族编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的标准工艺，再根据零件的具体技术要求，由工艺人员对标准工艺编辑修改，最后得到所需要的工艺规程。与传统的工艺设计方法相比，减少了重复劳动，并在一定程度上保证了相似零件工艺过程的一致性。但系统内部存储的是一些标准工艺过程和标准工序，而不是工艺决策的逻辑，其继承与应用的是族类零件的标准工艺，不是工艺设计最基本的知识，知识源划分比较粗大，不利于工艺设计知识源的继承和开发，不能摆脱对工艺人员经验的依赖。除特殊应用外，难以保证将标准工艺修改为适用的工艺文件。挪威的AUTOPROS;美国国际计算机辅助制造公司（CAM-1）于1976年开发的CAPP;英国曼彻斯特大学于1980年开发的AUTOCAP；上海同济大学于1982年开发的国内第一个CAPP系统TOJICAP等都属此类。这类系统的优点是针对性强，适于特定工厂，投资少和易于取得实际效益；缺点是移植不便，柔性差10。 创成式(Generative)系统工作原理与派生式不同，系统中没有预先存入标准的工艺规程，而是依靠系统中自身的决策逻辑和有关制造工程数据信息进行一系列的决策，从无到有的自动生成工艺规程。这种方法接近人类解决问题的思维方式，易于保证工艺规程的一致性。由于零件结构的多样性、工艺知识的模糊性及工艺决策的复杂性，实现起来较为困难。此外，创成式CAPP系统的核心是工艺决策规则的制定和有关加工制造知识的合理描述，一般设计设计中又将决策规则与加工知识用代码的形式固化于程序之中，形成“数据+程序=系统”的两级系统结构。当生产条件变化时，程序大多需重新设计，系统的维护、扩充、移植非常的困难。但从工艺规程生成的方式上看，这样的系统基本上排除了人的参与，一定程度上实现了工艺设计的自动化。比较著名的系统有美国普敦大学1977年开发的APPAS系统；德国阿亨大学的AUTAP系统；北京航空航天大学1987年开发的BHCAPP系统以及华东船舶工业学院于1991年开发的BCAPP-NC等。近年来，基于人工智能，尤其是专家系统技术的CAPP系统研究引起人们的广泛兴趣，并被认为代表了CAPP系统新的发展方向。但是由于专家系统技术自身在知识表达的“瓶颈”与推理的“匹配冲突”等方面的问题，至今还没有很好的解决，CAPP专家系统停留在理论探索阶段，此类系统开发工具的研究也刚刚起步，成功的前景还有待于人们的艰辛努力11。三、CAPP研究中存在的问题虽然 CAPP 经过了几十年的发展取得了一定的成果，但是还存在很多不容忽视的问题 ：CAPP系统的实用化程度不高，虽然国内外在系统的开发与研究上已经投入大量的人力和资金，可是真正投入生产实际的系统并不多，很多单位还存在重复研究；现已研制成功的 CAPP 系统应用范围也比较狭窄，功能不足，智能化水平不高，无法完成所有工艺设计功能12；CAPP 系统未能真正实现同 CAD、CAM、MIS、PDM 等的集成，零件信息不能真正共享，无法全面提取和获得制造所需要的信息；现有的成品 CAPP 软件通用程度较低，柔性差，不能根据不同企业的特殊性调整信息需求13； CAPP 系统的透明度低，多数是基于符号推理，其数据和推理过程过于抽象14。四、CAPP的发展趋势面对问题和各种新的制造理念对CAPP发展提出的更高要求，国内外CAPP技术的研究向集成化、工具化和智能化方向发展15。集成化发展是指未来的CAPP系统除了与CAD、CAM实现局部集成以外，还能与CIMS中的制造自动化系统（MAS）、信息管理系统（MIS）以及质量检测与控制系统（CAQ）等集成。这种集成不是普遍意义上的集成，而是统一在工程数据库上的集成；不只是针对单个零件或者相互孤立的若干个零件而言，而是针对整个系统中的大量零件、部件、甚至产品的制造、装配的CAPP。并行工程工作模式下的CIM环境中，CAPP不仅仅是接受来自CAD的零件信息，还要能向CAD反馈零件结构的工艺评价结果；不仅要能向CAM发出加工指令，还要接受CAM反馈 的工艺修改意见。但要实现这种集成，从技术上来说，还有待于对产品定义与产品数据交换规范的进一步研究和相应的适用软件系统问世16。工具化发展是指使CAPP系统像CAD系统一样具有通用性，其思想主要体现在以下几个方面：使CAPP系统各工艺设计与系统所需的工艺数据知识完全对立;使系统的工艺决策方式实现多样化，以满足不同用户的需求；使用标准与统一的工艺数据库与知识管理平台，能支持不同用户对各种工艺数据与知识的表达、管理与维护。这一目标的实现，还需要工艺设计理论本身的发展完善和工艺设计的规范化，标准化，以及开放性通用化工艺数据库和知识管理系统的建立17。CAPP所涉及的是典型的跨学科的复杂问题，不仅业务内容广泛、性质各异，而且许多决策大都依赖于工艺人员的个人经验与技术，另一方面制造业生产环境也千差万别18。要求CAPP系统具有很强的适应性和灵活性，依靠传统的过程性程序设计方法远远不能满足其发展的需要。智能化发展就是将人工智能技术应用于CAPP的发展中，使之像人一样，并具有超出任何一个个人的思维能力19。这是CAPP最具有生命力的方向。这一宏伟目标的实现除了前述尚待研究的问题的解决外，还需要人工智能、计算机技术等提供更为强劲的支持20。参考文献1邵新宇、蔡力钢主编，现代CAPP技术与应用，机械工业出版社，2004.102王先逵主编，机械制造工艺学，机械工业出版社，2006.13熊光楞、徐光明，计算机集成制造系统的组成与实施，清华大学出版社.1996.114宁汝新、赵汝嘉、欧宗瑛，CAD/CAM技术，机械工业出版社，1999.105李梦群、庞学慧，吴伏家主编，先进制造技术，中国科学技术出版社，2005.46陈宗舜主编，机械制造业工艺设计与CAPP技术，清华大学出版社，20047姚英学、蔡颖主编，计算机辅助设计与制造，高等教育出版社，20028周万光主编，机械制造工艺学，西南交通大学出版社，2010.19张庆云，CAPP的意义与发展，机械设计与制造.1991.2:495310王世杰。李五常、刘国忠等，提高CAPP系统整体开放性的研究，机械设计与制造.1993.5（34）：343611李治钧、杨蜀蓉、王杰，专家系统应用于CAPP创成法的探讨，成都科技大学学院.1990.3（51）：596212汤多良. CAPP 系统发展的现状研究J. 淮南职业技术学院学报, 2004, 4(12):48-49.13王细洋, 万在红. CAPP 的关键问题及对策J. 制造业自动化，2000, 22(2):25-29.14李惠云, 徐燕申, 李树杭,等. CAPP：概念, 现状, 存在问发展趋势J. 河北工业科技, 2000, 17(2): 51-55.15盛岁云，田经论，王国光，试论我国CAPP发展与存在的问题.16李治钧、陈国定、赵武，计算机辅助工艺设计，成都科技大学出版社.1996.1017顾士华，企业CAPP应用分析，电子与信息化，200118邵小英，我国CAPP技术应用现状，电子与信息化，200119张胜文、赵良才，计算机辅助工艺设计CAPP系统设计，机械工业出版社.2005.120张振明、许建新、贾晓亮，现代CAPP技术与应用，西北工业大学出版社.2003.10 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题主要解决的问题就是设计生成所选轴类零件的派生式CAPP系统，并利用该系统生成所选轴类零件的工序卡片。对于派生式CAPP系统的设计拟采用以下几步：一 轴类零件分类编码系统利用零件的相似性将其分类成组，并以零件组为基础组织生产活动的各个环节，是成组技术的基本容。为了便于分析零件的相似性，首先需对零件的相似特征进行描述和识别。零件分类编码系统就是用字符(数字、字母或符号)对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。二 轴类零件信息的输入对于零件信息的输入拟采用成组编码法进行。成组编码法以零件的成组编码作为零件输入信息，拟采用基于形面要素法的零件信息输入方法。采用形面要素法的基本原理，并辅以形面要素的图形，使得输入过程直观、明了。三 工艺数据库的建立 工艺数据库的建立是难点， 建立必要的工艺数据库，以存储工艺数据和规范。首先要建立信息模型及数据结构并形成建立数据库的文本，作为实施建库的原始资料。建立工艺数据库管理系统，具备数据的维护，安全保障，权限设置，查询等一系列功能。四 系统设计按照软件设计规程，将系统划分成若干功能模块。先对各模块单独编制程序，进行调试，然后在总控模块的作用下，进行总调试，从而完成系统的总设计。五 本课题的时间进度安排：2月 13 日 3 月 13 日，查阅相关资料并撰写开题报告，3月 14 日 4月 10 日，熟悉开发环境，详细设计，4 月 11 日 5月