（机械制造及其自动化专业论文）回转类零件工艺设计cbr系统及其关键技术研究.pdf

担北r 业火号真5 ：学位论文 摘要 摘要 零文锌对蹬镕工蓑专家系纹的实麓髓不足翡情况，瑷提黼_ = i = 艺设计的效率和 准确性为目标，扶智能往和实t 琦：往方面下手，将c b r 技术应用于工艺设计中，研 究了c b r 技术在工艺设计中纳应用及萁关键技术。 针对回转类零件，绘出了纂于实例推理工艺设计的实例袭达方法，包括霉件 信息撼述秘王憩翘程煦寝达，零件售息采用特程二叉撼褒达，工艺援程采遐王序 一工步二叉树凌达。构造了一静相似一眭系数的计算公式，论述了颜零件与实例避 孬跑棱耱匹瑟熬蒙略鞠簿法。番：实铡捡索匹酝过程中，涯配信惑被详缀煞记录下 来，镬怒蓐续豹王艺实蛰j 鲣改变戆翊对麓单劳爨予实瑰。确定了本系统实镶掺浚 采用基于规刘韵方法，给出了确定工茗需要靳际的特征萃口工慧需要增加的特征的 算法，并介绍了如筒实现工艺实倒酌修改。 在上述研究的基础上，针对企业实际需求，以v i s u a lc + + 6 o h 应用开发平 台，s q ls e r v e r2 0 0 0 为盾台数攥库开发了独立予c a d 系统平螽蛉工艺辅助原型系 统。绘出了系统运行的实例，对所开发的工艺辅助原烈系统j 撞行了验证。经过验 证，本黎统鲍运抒缝聚葶硅实骣的工艺楣籀合，遮壤阉接谖弱了本文撬感熬技术秘 思想驰可行性。 关键字：基予实例撩理 = ：e 艺设计特蜒技术实倒表达实铡检索 实饲修改 西北l - 业大学硕 学位论文ab s t r a c t a b s t r a c t b e c a u s eo f t h eb a dp r a c t i c a b i l i t yo f p r o c e s sp l a n n i n ge x p e r ts y s t e m ，i no r d e rt o i m p r o v ep r o c e s s p l a n n i n ge f f i c i e n c ya n da c c u r a c y ，c o n s i d e r i n gt h ei n t e l l i g e n c em i d p r a c t i c a b i l i t y ，c a s e b a s e dr e a s o n i n gt h e o r yi sa p p l i e d t op r o c e s s p l a n n i n gi nt h i st h e s i s t h i st h e s i si st od or e s e a r c ho l la p p l i c a t i o no fc b rt op r o c e s s p l a n n i n ga n di t sk e y t e c h n o l o g i e s t a k i n gt h er o t a t i o n a lp a r t sa se x a m p l e ，a na p p r o a c ho f c a s er e p r e s e n t a t i o ni n c a s e - b a s e dr e a s o n i n gp r o c e s sp l a n n i n gi sp r e s e n t e d i tc o n t m n sp a r t si n f o r m a t i o n e x p r e s s i o na n dp r o c e s sr e p r e s e n t a t i o n t w ob r a n c ht r e eo f f e a t u r ei sa d o p t e d t oe x p r e s s p a r t si n f o r m a t i o n ，w h i l et w ob r a n c ht r e eo f m a c h i n i n gp r o c e s sa n dm a c h i n i n gs t e pi s a d o p t e dt oe x p r e s sp r o c e s s f o r m u l a sa r ec o n s t r u c t e dt oc a l c u l a t et h es i m i l a r i t y c o e f f i c i e n t s s t r a t e g i e sa n da l g o r i t h m sa r ew o r k e do u tt or e t r i e v ea n dm a t c ht h em o s t p r o m i s i n gc a n d i d a t ec a s e s t h ed e t a i l e dm a t c h i n gi n f o r m a t i o nw h i c h m a k et h ec a s e m o d i f i c a t i o ne a s yt or e a l i z ea r ec a r e f u l l yr e c o r d e d r u l e b a s e da p p r o a c hi sa d o p t e di n c a s em o d i f i c a t i o no ft h es y s t e m a l g o r i t h m sa r ew o r k e do u tt od e c i d ef e a t u r ew h o s e p r o c e s sn e e d st ob ed e l e t e da n dw h o s ep r o c e s sn e e d s t ob ea d d e d h o wt oa c c o m p l i s h p r o c e s sp l a n n i n gc a s em o d i f i c a t i o ni sa l s op r e s e n t e d b a s e do na b o v e m e n t i o n e dr e s e a r c ha n dc o n s i d e r i n ge n t e r p r i s en e e d s ，c a p p s y s t e mw h i c hi si n d e p e n d e n to fc a ds y s t e mi sp r o g r a m m e db a s e d o nv i s u a lc + + 6 0 a n ds q ls e r v e r2 0 0 0 a tl a s t ，r u r m i n gc a s eo fc a p ps y s t e mi sp r e s e n t e di no r d e rt o v a l i d a t et h es y s t e m p r o c e s sw h i c hi sp l a n n e db yt h i ss y s t e ma c c o r d sw i t hr e a lp r o c e s s ， w h i c hv a l i d a t e si n d i r e c t l yt h ef e a s i b i l i t yo f t e c h n o l o g ya n dt h e o r yo f t h et h e s i s k e y w o r d s ：c a s e b a s e dr e a s o n i n g p r o c e s sp l a n n i n gf e a t u r et e c h n i q u e s c a s er e p r e s e n t a t i o n c a s er e t r i e v a lc a s em o d i f i c a t i o n i l p ：北业大学硕| 学位论之第一章绪沦 第一章绪论 1 1c a p p 及其研究现状 1 ：1 1c a p p 概述 工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计 与车问的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当前， 机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方法远不能适应 当前机械制造行业发展的要求，其主要表现为： i 传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐的重 复性工作； 2 设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求： 3 工艺设计是经验性很强的工作，它是随产品技术要求、生产环境、资源 条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变，甚至完全相同的零件， 在不同的企业，其工艺也可能不一样，即使在同一企业，也因工艺设计人员的不 同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平； 4 工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性也较困难。 ，随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是c a d c a m 系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求，计 算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sd e s i g n ，c a p p ) 也就应运而生。 c a p p 是通过向计算机输入被加工零件的几何信息( 图形) 和加工工艺信息 ( 材料、热处理、批量等) ，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工 艺文件的过程。c a p p 属于工程分析与设计的范畴，是重要的生产准各工作之一。 d 于制造系统的出现，c a p p 向上与计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ， c a d ) 相接，向下与计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g ，c a m ) 相连， 它是设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺过程设计才能生成制造信 息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现信息和功能的集成。计算机辅助工艺 设计的重要意义在于： 两此 业大学硕l 学位论文 1 可以将工艺设计人员执大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他 们能将主要精0 投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的形i 究等具有创 造性的工作中； 2 可以大大缩短工艺设计周期，保证： 艺设计的质量，提高产品在市场上 的竞争能力； 3 可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作； 4 能够适应当前f 1 趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现计算机集成 制造系统创造必要的技术基础。 1 1 2c p 基本构成 c a p p 系统的构成，视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差 异。c a p p 系统基本的构成模块如图卜1 所示，包括： 1 控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行，使人机交互的窗 11 ，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式； 2 零件信息输入模块。当零件信息不能从c a d 系统直接获耿时，用此模块 实现零件信息的输入； 3 工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生 工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用； 4 工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸 进行计算，生成工序图： 5 工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提 供形成n c 加工控制指令所需的刀位文件； 6 ，n cj j 目7 - 指令生成模块。n c 加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的 刀位文件，调用n c 指令代码系统，产生n c 加工控制指令： 7 输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步号、工序图及其 它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有 工艺文件进行修改得到所需的工艺文件； 8 加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟， 检查工艺的正确性。 匪：j l ：业大学硕士学位论文 第一章绪沦 图卜lc a p p 系统基本的构成模块 1 1 3c a p p 在c a d c a m 集成系统中的作用 2 0 世纪8 0 年代中后期，c a d 、c a m 的单元技术日趋成熟。随着机械制造业向 c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 或i m s ( i n t e l1i g e n t m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 发展，c a d c a m 的集成化要求是亟待解决的问题。c a d c a m 集成系统实际上是c a d c a p p c a m 集成系统。c a p p 从c a d 系统中获得零件的几何 拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获得企业的生产条件、资源情况及企业 工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及n c 加工控制指令，在c a d 、c a m 中起纽带作用。为达到此目的，在集成系统中必须 解决下列几方面问题： l _ c a p p 模块能直接从c a d 模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信 息等，以代替零件信息描述的输入； 2 c a d 模块的几何建模系统，除提供几何形状及拓扑信息外，还必须提供 零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等； 3 须适应多种数控系统n c 加工控制指令的生成。 曲溉业定学硕十学位论文 1 1 4c a p p 研究现状 第，市绪论 c a p p 研究开发鲶于2 0 整纪年代末，在c a p p 发展变一l ：其有鼙程碑意义的 是设在美国的国际性组织c a m i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m i sa u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 系统。豳内最早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j l c a p 修 词式系统和鞭北工业大学的c a o s 创成式系绞，其完成的时间都在8 0 年代纫。经 过3 0 多年的历程，困内外对c a p p 技术已进行了大量的探讨与研究“。c a p p 系统 按其王 蕈乐璎可以分为以下五大类：骖订式c a p p 系统、剑戏式c a p p 系绞、c a p p 专家系统、交互式c a p p 系统和综合式c a p p 系统。 1 ，修订登c a p p 系统 修订式c a p p 系统亦称派生式c a p p 系统。它是利用成组技术将】：艺设计对象 按其稻似往( 例如，零件梭其尼旃形状及工艺过程穗似往；鄢件按箕结穗功髓和 装配工艺楣似性等) 分类成组( 簇) ，为每组( 簇) 对象设计典型工艺，并建 立舆型工艺障。当为具体对象设计工艺时，c a p p 系统按零件( 部件或产品) 信 惑魏分类编鹳检索榛应的典逛工艺，势根据具体对象豹结构秘工艺要求，修改典 型工艺，直歪满足实际生产的需要。 2 截残壁c a p p 系绞 创成式c a p p 系统是根据工艺决策逻辑与算法：j 鼓行工艺过程设计的，它是从 无鞠有鸯葫生成具体对象静工艺鬣程。截成式c a p p 系统工笼决策辩不需人工干 预，因此易于保证工艺规程的致性。但是，由于工艺决策随制造环境变化的多 交性及复杂往等因索，对于结构复杂、多样的零件，实现饼成式c a 阡系统非常 困难。 3 c a p p 专家系统 c a p p 专家系统楚一秘蒸予人工餐毙技零熬c a p p 系统，也稼智糍型c a p p 系 统。专家系统和创成式c a p p 系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式c a p p 系统篷| 三 逻辑算法鸯蠡决策袭为穗簦瓣，露专家系绞澍爨翔淡瘁魏擦理极为特薤 的。 4 交互式c a p p 系统 交互式c a p p 系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行工艺设 汁，工艺娥程的设；i 质量对人的依赖性穰大。 啦i 1 l 1 ：业尺学预l 学1 t 论文 第一章绪论 5 综合式c a p p 系统 综合式c a p p 是将派生式、锤域式帮交互式c a p p 熬优点集为一体麓系统。蟊 前，囡内很多c a p p 系统采用这类模式。 1 2c b r 及其研究现状 l ：2 1c b r 基本原理 熬于实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 是目日茸研究较多的智能问题解 决方法之一，它是在近十几年来人工餐麓( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 中 发展越来的匮剐于基予规则摊理( r u l e b a s e dr e a s o n i n g ，r b r ) 和基于模型搀理 ( m o d e l b a s e dr e a s o n i n g ，m b r ) 的一种推理方式”3 。它是通过访问知识库中过去 同类阀题的求蜒，从露获得姿裁问题艇决鲶一秘推理模式。3 。摹予实铡雄理懿愿 想可以追溯列1 9 8 2 年s c h a n k 的论著 d y n a m i cm e m o r y ，书中给出了计算机上 建立c b r 系绞躲一些最毂方法。蓬盛c b r 戆悉憋在渡律、烹灞、医药簿领域实际 系统的构造中得到了印证，从而形成了人工智能与专家系统设计的一种非常县有 疆 ；力豹方法8 。 c b r 的基本思想是将以前成功的实例的求解条件、方法和结果以实例的形式 存储超来，在求解薪的问题时从中找船最接邋当前闻越的实例，并对蕻进行调整 以满足毅的要求。c b r 方法充分利用人类的缀骏知识，将人类以往处理类似阀题 的经验作为现在处理这类相似问题的参考，从而更加方便的获取当前阀题的解决 办法，在很大程度上提裹了砖题袋解褥效率，黉且枣予每褥裂一个薮瓣结果郝可 以存入实例库，从而扩大了知识，具肖一定的自学习能力。c b r 技术实际上魁采 用匿懿弱方法，援整穗戳故实秘鞋滤筵凌诗要求，萁理论基镶是秘 矬源瑾。 由此可见，c b r 鼹一种类比或相似推理方法，其设计模式是直接利用以往的 设计实镶两不是宣接鞫用设计经验豹总结。 一个c b r 方法的完整推理过程是由实例检索( r e t r i e v a l ) 、实仞j 羹雕 ( r e u s e ) 、实例修改( r e v i s i o n ) 、实捌保存( r e t a i n m e n t ) 组成，如图卜2 艇示。 西北t 业大学硕j 学位论文第一章绪论 旧题描述 i 修改 图卜2c b r 推理过程图 1 实冽检索：根据问题描述，通过相似性计算，在实例库中找出和新实例 最相近的一个或几个实例。 2 实例重用：将检索到的最相近的一个实例的方案或者将检索到的最相近 几个实例的方案重组，作为一个新实例的建议方案。 3 实例修改：评估实例重用阶段产生的新实例建议方案，找出相似实例与 新实例的不同之处，将建议方案进行修改，使之适应新实例，并将此方案作为新 实例的最终方案。 4 实例保存：如果修改后的最终方案经过验证是合理的，且具有代表性， 按照实例库的组织方式，作为一个成功的新实例加入到实例库中，丰富当前的实 例库。 在c b r 中，实例表达是实例推理技术的基础，是实例检索的前提。实例表达 包括两部分：问题的描述部分和问题的解决方案郝分。其中问题描述部分主要用 于实例的分类标识，实例相似性匹配和相似性检索。问题的解决方案部分是一个 实例成功的解决方案，主要用于解决当前存在实际问题。 尚北l ：业大学硕- ：学随论_ 正第一章绪论 本次开发的c b r 工艺设计系统，结合了派生式、创成式和交互式c a p p 的优点， 属于综合式c a i p 系统，具有珥下优点： 1 充分利用以往成功的亡艺设计实例，大大提高工艺设计的效率，缩短企 业新产品的工艺设汁周期，同时减少工艺设计过程中的人为错误，提高发计的f 确性； 2 由于工艺实例自身包涵了大量的工艺设计经验h i y , 可省去大量知识的 获取与表达； 3 由于每得到一个新的工艺设计结果都可以存入工艺实例库，从而扩充了 知识，使系统具有一定的自学习能力； 4 从人类认知心理学的角度出发，基于实例的推理更符合工艺设计人员的 思维过程，因为工艺人员在设计工艺时，总是首先考虑以前的设计实例，找出相 似工艺设计方案并对其进行修改，以获得新的设计方案( 即新工艺实例) 。 1 2 2c b r 研究现状 英国的c o s t a st s a t s o u s l i s ”3 等人开发了一个制造规划系统t o l t e c 系统， 该系统将基于实例推理和基于专家知识推理技术进行结合，并指导设计者进行圆 柱零件的工艺规划、设计检查、材料选择。美国密苏里大学罗拉分校的y a n g ，h a o 和l u ，w e nl7 ”：等人在s u n 工作站开发了一个基于实例推理的轴类零件的c a p p 系统，该系统采用特征来表示实例，并给出了一个相似实例的检索方法。 s y c a r a k ”1 领导的小组开发的c a d e t 系统是一个基于实例推理的机械设计系统， 该系统记录过去成功的设计实例，帮助设计者尽量避免设计错误。c a d e t 系统把 机器设备所要求的功能抽象成一系列的符号，系统根据这些功能描述检索过去的 设计，并提供给设计者。 我国c b r 的研究始于9 0 年代初，近几年国内开展了c b r 应用于机械设计和工艺 设计领域的研究。浙江大学c a d c a m 国家重点实验室的应济、江力、何志均“” 等人介绍了基于实例推理的综合运用规则推理和约束满足方法来完成产品的变 形设汁活动。西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室的蔡文 沁、彭培林、姜寿山“”结合基于实例的推理技术，提出一种基于实例的航空产品 设计知识重用方法，构造实例的表示模型，为基于实例的设计奠定基础，采用基 第1 章绪论 于相似叟的检索算汪，最终获得符合设计制造要求的设计结果。基于实例的设计 知识重用方法，可匕：直接借鉴已研制机型典型结构件的没计知识，有助于提高产 品设计效率，并为后续的设计知识表示与重用技术的研奠定基础。贵州工、i k 大 学机械工程与自动化学院的尹健，孙强“”等人提出了基于塑件成形功能特征的事 例表示方法以及基于最近邻法的检索机制，实现了注塑模模具的计算机辅助方案 设计。西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室的侯俊杰、莫蓉 1 ”1 等人将基于实例的设计思想用下航空发动机典型零件的夹具设计中，通过列设 计实例的描述、组够! 阳调整等关键技术进行研究，开发了基于实例的夹具c a d 系 统。燕山火学机械工程学院的于忠海“”将基于实例推理技术应用于蜗轮滚刀设计 以p r o e n ( ，i n e e r 三维软件为平台，开发了基于实例的蜗轮滚刀c a d 系统，提出了基 于并行处理方式的蜗轮滚刀检索以及实例的评价、修改和存储方法，对刀具c a d 系统的丌发具有一定指导意义。武汉理工大学智能制造与控制研究所的陈满意、 胡首“”等将基于实例的推理技术引人平面二次包络环面蜗轮副的设计，研究并建 立了基于实例的平面二次包络环面蜗轮副设计模型，通过该系统的研究与开发， 可以实现对蜗轮滚刀的复用，可以大大缩短蜗轮副的设计周期，降低成本，具有 实际意义。 。华中理工大学黄进、江平宇“”提出了一种基于神经网络的工艺实例检索模 型，该方法利用神经网络实现了实例动态分类和索引，采用o 和l 来表示实例某种 属性的有或无，f j i 该方法使用的零件工艺信息过于简单，将丢失许多有价值的信 息，系统的使用性有待于提高。浙江大学谭建荣、刑建国“”等人提出了基于加工 特征和进刀方向的相似性判定准则以及三级检索策略，并开发了一个轴类的基于 实例推理的c a p p 系统，该系统将派生式c a p p s n 基于实例推理的c a p p 系统的功能结 合在一起。大连铁道学院机械系的杨志刚，马自勤。“等人针对基于实例推理的 c a p p 系统中的工艺实例提取，提出了一种基于零件特性表和关键机床的工艺实例 榆索提取方法，阐述了应用孩方法进行工艺实例检索的原理和过程，定义和构造 了零件特性表，介绍了基于零件特性表进行工艺实例快速检索，以及基于关键机 床启发信息进行工艺实例详细检索的方法。华中科技大学模具技术国家重点实验 室的刘胜亲、王义林“”等人将c b r 技术应用在开发覆盖件冲压c a p p 系统中，提出 了建立覆盖件冲压工艺特征模型和覆盖件分类索引树的方法，实现了覆盖件冲压 掰乾二弦走学鞭士字莨论交 第一一牵缝适 1 兹设计。西北工业大学机电学院的乇俊彪、麟威。”“”等人运用实例推理方法开 发锻垒上艺、i 秘设计系统，聚蔫面囱对象技术袭达飞枫钣金，艺实例，粟蠲模期 船似算法进行实例拥戗性眨配，提蹬了一穗黎于实僦媳飞帮i 钣金工艺设城系统襁 建方法。海之谨、囊l 文爨8 2 ”等久建立了墓予攀爨撼建酶e 矗盼系绞麴嚣l 每对象零 件霉铡凌示和捡索模型，该横型适髑予备类零馋，可以对其商复杂攒敬结驹魏事 例进行表示并计算相似度，以及支持在事例推理全过程中对信息的浠求，可以在 具有不鲻属性翦不弼事倒之闼避嚣糠强性计舞，勰决了异穆搴铡瓣鞫似性比较戆 溥慝。 1 3 本文的研究意义 在工艺设计过程中，主露依据= e 艺专家的缀验知识来制定零件的加工j ：艺， 瑟工芝专家游经验躲谈憝以零侮菸王工艺方褰的形式存在，蠹了载趔企盈积累蘸 大量鞠行之有效的工艺方絮，将c b r 瘸予c a p p 系统魏开发，不需要将丈量的工艺 设计经辍稠镅识逶行形式辱毪褒这，其需将戳链熟工蕊设计结果缝级为实铡滗，通 过对实例进行检索和修正得到目标零件的工拔设计。因此近年来，c b r 方法在c a p p 系统鹩开发中获褥了广泛躺应用。 本文镑对鼙蘸王艺专家系统戆实瑶毪不爱鹣涛毽；瑷燹惑王慧设计浆效搴释 准确性为目标，从实用性裥智能性方面下手，研究t c b r 技术在工慧设计中成用 及其关键技术，开发了其谢定塞耀健移餐娆憋黪工艺设计累绞。鞠她，本文开 展c b r 技术在工艺设计中应用及其关键技术的研究无疑具有煎要的理呛意义和实 罨绘麓。 i 。4 本文薛主要蠹容 本文的曩嚣究工捧主簧潞c b r 按术在工艺设计成麓领域戆关键技术：王艺实铡 表达，王艺实捌稳豢，工蕊窳凌掺蒗簿迸 亍硬突，劳激蓝戈疆论基孬鑫开发了王艺 设诗系统。憨俸蠢容努为六露，美嚣论文蠹客寝搂舞下： 箱一鬻菌先介绍t c a p p 的基本概况，其在c a d c a m 集成系统中的作用，及其 研究域状，接着阐述t c b r 的基本琢理及其研究现状，最后说明了本文的研究意 义霸主疆遗容。 第一鼗缝论 第二章藩先奔缓了籍征酶瓤念及其分类，阐述了常蹋的零件信息疆述幻凡静 方法，接着介绍了本系统的工艺实例的表达方法，即零 j ：信息摇述方法和 = 艺观 程表达方法，墩唇建立了本系统的实例库为实例检索做好准署。 第三章蓠先介绍了几种常用实铡检索疆配算法，接麓阐述了d e p h i 法鞠n i p 法稿蘩含确定磐薤投餐懿方法，终造了一嚣籀 疆棼耋系数蕊量 冀登式，论忿了豢零 件与实例遴行比较和匹配的策略和算法，比较匹配信怠的记录策略与方法。在实 例检索过程中，匹配信息被详细的记录下来，使得聪续的工艺实例修改变的相对 简单荠易于实现。 第霸章首先奔绥了安铡修改粒方法，确定了本系绞实捌采爱豹墓予竣潮戆修 改方法。将工艺实例修改分为实铡工艺筛选和实镄王艺修正两个部势，对实恻_ 1 ： 艺筛选，详铡说明了确定工艺需夏删除的特征和删除特征工艺的算法，对实例工 艺修正，详细说明了确定工艺需硬增加的特征和增加特征工艺的算法，阐述了工 序余龟、加王设鍪、工艺装备选择的方法。 第五牵贪绥了系统开发工爨耪实瑗援毒，系统功熊，然惹在蘩冗耄熬理论釜 础上开发了独立于c a d 系统平臼的工艺辅助原型系统。介绍了系统运行实例，包 括零件信息输入，工艺实例检索，工艺实例修改和实例库、工艺数据库和工艺知 识库的管理。经过验证，本系统的运行结果和实际的工艺相符合，这就间接证明 了本文提囊熬技拳帮思想魏可移淫。 第六章对本文进行了工作慧绪，并对下一步要徽的工作作出了说明。 旦1 坐型! 二：生婴兰篁堡垒兰 第二章工艺实仍 达方法研究 第二章工艺实例表达方法研究 2 1 概述 准确和完整地表达设计实例是进行c b r 操作的重要步骤之。在c b r t 扣，实例 的表二是实例推理技术的基础，是实例检索的前提。实例的表达包括两部分：问 题的描述部分和问题的解决方案部分。其中问题描述部分主要用于实例的分类标 识，实例相似性旺配和相似性检索。问题的解决方案部分是一个实例成功的解决 方案，主要用于解决当前存在实际问题。在c b r i 艺设计系统中，问题描述部分 主要是指零件信息的描述；问题的解决方案部分主要是指零件的工艺规程。 2 2 特征技术 现代设汁制造系统的发展趋势是集成化、智能化，目的是为了达到高度的自 动化“。实现上述目标的基础是给系统的各个环节提供能够共享的产品定义。现 有的c a d c a m 系统，囡不能用一个完整的产品模型来支持各项工程应用。在设 计制造及检验的各个环节巾，用户需要重复地输入和识别一些信息，定义一些新 模型，以满足各项工程应用严系统的具体需要，各子系统的概念信息也必须依靠 人工来识别和综合处理，从而导致产品自动设计和生产中信息处理的中断，人 为干预量大，数据大量重复处理的后果”。 由于工业界的迫切需要，c a d c a m 一体化成为近年来c a d 、c a m 研究人员主 要追求的目标之一。然而c a d 、c a p p 、c a m 的有机集成仍面临着诸多困难。困难 之就是缺少c a d 与c a p p 之间的智能接口。之所以需要建立c a d ，c a p p 之问的智 能接口，是因为c a d 系统采用实体模型或设计特征表示产品，而c a p p 系统所需 要的却是基于加工特征的产品表示。由于特征技术自然构成c a d ，c a p p 之间的理 想接口，因此长期以来特征技术一直c a d c a m 领域的研究热点，并且已取得丰硕 研究成果，但仍有一些具体问题有待深入探讨。经过多年的努力，特征技术的研 究便蓬勃展开。人们越来越清楚地认识到自动特征识别是一体化c a d c a m 环境中 必不可少的组成部分，特征技术将会发挥更大的作用。 西化r 业人学碗：学位论文 2 2 1 特征的概念 舅：皇茎壅型壅些查! 塑f 究 在2 0 瞧纪6 0 年代宙o p il z ，s i m o n ，s p u r 和s t u t e 等人发震的e x a p t 系统 ( e x t e n d e da p t ) 被蒋作是特征引入的先驱。然而特征f e a t u r e 名* 曲9 出现，最 早见到的文献是1 9 7 8 年美国麻省难工学院g o s s a r d 教授播导的一篇学士论文 “c a d 中基予特妊的零件表示”和1 9 7 9 年的另一篇论文“融类零件的c a d 特妊 描述系统” 2 9 1 此后，经过几年的酝酿，特征技术的研究使蓬勃展开。1 9 8 8 年 来公p 蠢弱s t e p 括准攀寨将形凌积公差特铤等捌为产品定义浆恭本要素，使它敲 此获得了圈际标准的法定地位。目前国内外对特征没有一个统一的定义，但是许 多学者帮对特征避行了定义。 c 1 l a y e s 和p w r i t e 认为：特征是被连续加工过程切除材料的形状。 s s l u b y 和j k d i x o n 认为：特征建一个几何实体，该实体和c l i s 中 的一个或多个功能榭关。 d ix o n 认为：特征是具有形状和功能的双重属憔实体。 j 。s h a h 认为；特挺是个形状，对于这类形状工程设计人员可附加一些工 程特征、属性及其可用于几何推理的知识。 挎蠹e 是一个专照术语，它装奏形浆帮功憝巍秘嚣瞧，簌它爨名豫秘懑义足以联 想它的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图寝示方法、制造技术和公差要 求。 针对机械加工工艺过程设计，我们可以把零件特征定义为：机械零件上具有 特定缔构形状和特定工艺糯性的几何外形域，它能够被确定的船工方法加工成 形。 2 2 。2 特征的类型 不j 司的应用观点形成了众多不同的特征定义，由此也产生了不网特征的分类 标准”“! ： 从产品整个生愈翅甥发攫豹过程，特征可分为设计特垂芏、加工特征、分拼特 征、公差及检硷特征、装配体特征。从功能上，特，征可分为形状特征、精度特征、 秘瓣特征、装配耱任、性黪分摄褥缝、瓣攘特，珏。钛设诗方法土，姆瑟又露分为 f 刊七i 、b 欠学硕 ：学位论文第二章l 艺实倒 达方法研究 通道特征、抒压特征、提拉特征、过渡特征、表面特征、形交特征。此外，根据 复杂程度，特征还可分为基本特征、组合特征、复合特征。 一个好的特征分类有助于对特征进行更深入的研究，包括语义分析、表示、 处理等。考虑到实际应用背景和实现上的方便性，采用以下分类标准： 1 形状特征( f o r mf e a t u r e s ) ：用于描述具有一定工程意义的几何形状信 息。形状特征是产品信息模型中最重要的特征信息之一，它是其他非几何特征信 息( 精度特征、材料特征) 的载体，非几何特征信息作为属性或约束附加在形状 特征的组成要素上。精度、材料等非几何特征信息通过指针与形伏特征构成网络 绱构化数据。形状特征可以分为主形状特征和辅形状特征。主形状特征( 简称主 特征) 用于构造零件的总体形状结构；辅形状特征( 简称辅特征) 用于对主特征 的局部修饰，它依附于主特征上。 2 精度特征( p r e c i s i o nf e e u r e s ) ：用于描述几何形状和尺寸的许可变 动量或误差。例如尺寸公差、几何公差( 形位公差) 、表面粗糙度等。精度特征 又可以细分为形状公差特征、位置公差特征、表面粗糙度等。 3 材料特征( h a t e r i a lf e a t u r e s ) ：用于描述材料的类型和性能及热处理 等信息。如性能规范( 机械特征、物理特征、化学特征、导电特征等) 和材料 处理方式与条件( 如整体热处理、表面热处理等) 。 4 装配特征( a s s e m b l yf e a t u r e s ) ：用于表达零件在装配过程中需要的信 窟、。 5 性能分析特征：用于表达零件在性能分析时所使用的信息，如有限元网 格划分等，有时也称技术特征。 6 附加特征( a d d i t i o n a lf e a t u r e s ) ：用于表达一些与上述特征无关的零 件的其他信息，如用于描述零件设计的成组技术码等管理信息的特征，也可称之 为管理特征。 2 3 零件信息描述几种方法 c a p p 系统进行工艺决策时所需要的零件信息包括两个方面：几何信息和工 艺信息。几何信息是零件图形信息，包括零件的几何形状、尺寸等；工艺信息则 包括零件各表面的形位公差、粗糙度、热处理要求、材料等多种信息。“。 西北一i 业大学，：j 学位论王第二l i 岂实例表达方法研究 针对不同的零件类型和不同的应用开发环境，人们在开发c a i - 、p 系统的过程 中提出了许多零件信息的摧盎方法二孑输入方法。这些，概括起来可以分为两大类， 即图纸信息描述法和c a d 系统信息直接获取法。”圳。 2 3 1 图纸信息描述法 图纸信息描述就是以零件图纸为依据将零件图纸信息转换为计笋机，j 识别 的数据信息，再输入到计算机中。这类方法常用的有： 1 零件分类编码法 零件分类编码系统是进行零件分类编码的重要工具。零件分类编码可以在宏 观上描述零件而不涉及该零件的细节，是修订式c a p p 系统的主要采用的方法。 采用零件分类编码法描述零件，即使采用较长码位的分类编j 码系统，也只能达到 “分类”的目的。对于一个零件究竟由多少形状要素组成，各个形状要素的本身 尺寸及相互间位置尺寸是多大，它们的精度要求如何，零件分类编码系统法都无 法解决。因此，如果在工艺决策时需要对零件进行详细描述，则必须补充输入所 需信息，或者采用其它描述方法。 2 特征或表面元素描述法 任何零件都是由一个或若干个形状特征( 或表面要素) 组成，这些形状特 征可以是圆柱面，圆锥面，端面，键槽，倒角，退刀槽等。这种方法要求组成零 件的各个形状按一定顺序逐个输入到计算机中去，输入过程由计算机界面引导， 并将这些信息按事先确定好的数据结构进行组织，在计算机内部形成所渭的零件 模型。这种方法的优点在于： ( 1 ) 机械零件上的表面元素与其加工方法相对应，因此，计算机可以以此为 基础推出零件是由哪些表面元素组成，就能很方便地从工艺知识库中搜索出这些 表面相对应的加工方法，从而也就可以以此为基础推出整个零件的加工方法。 ( 2 ) 这些表面为尺寸和公差，粗糙度等的标注提供了方便，从而为尺寸链汁 算、工序设计及工艺路线的安排提供必要的信息。 因此，这种方法在大多数c a p p 系统中得到了应用。但这种方法对于回转类零 件的描述比较成熟，对于非回转类零件的描述还有一定的难度。 3 图论描述法 儿i l1 业a 孚硕k 学位论文 第一二章i 】：艺实例表达方法础l 亢 图论方法是：悔一个系统抽象为点和边啕成的图，点表示事物，边表示事物之 间的联系，然后根据图的性质进行分析。所以也可以说图论是研究由边连按的点 集的理沦。通常用结点表示组成零件的表面形：帙要素，用边表示两个相邻表面连 接情况，于是零件的结构形式就可以用一个多边形的“图”加以描述。零件的，r j 状要素、尺寸、精度等信息用一个矩阵来表示，并输入讨算机中存储。零件表面 形状要素之间的连接关系则以一个关联矩阵来表示。应用这种方法，适于描述结 构比较简单，形状比较规则的回转体零件。否则，会使描述的矩阵过大，信息输 入繁琐。 4 拓扑描述法 拓扑学是一种定量处理图形的拓扑不变性的几何学，在拓扑学看来，三维零 件包括有限数量的元素，如点、线、面、体，这些元素称为单元，一个零件可以 用一组单元来表示。 这种方法可以详尽地描述零件的结构形状，但对于c a p p 系统来说用于工艺 决策的零件几何信息不需如此洋细，且描述示也不方便，同样不能提供c a p p 所 需的高层工艺信息，故较少用，多用于c a d 系统中。 2 3 2c a d 系统信息直接获取法 c a d 信息直接获取法就是直接从c a d 中得到关于零件的信息，经过数据转换 处理而形成c a p p 系统所需的几何、工艺信息，这种方法可以节省大量的从图形 信息的转换工作，真正、彻底地实现c a d c a p p 系统集成。 在这方面，人们已经进行了大量的研究，也提出了几种实现方法。”3 ： 1 特征识别法 设计者在用c a d 系统绘图系统画好产品或零件图之后，c a d 系统会用一定 格式的文件记录设计结果，最常见的文件有“d w g ”文件和“d x f ”等文件。但这 些文件所包括的一般是点、线、面以及它们之间的拓扑关系等底层信息，这些信 息能够满足c a d 系统进行产品设计或者零件图的绘制，不能满足c a p p 系统对零 件信息的需要。c a p p 所关心的是零件有哪些几何表面或形状特征组成，以及这 些特征的尺寸、公差、粗糙度等工艺信息。特征识别法就是要对c a d 卣输出结果 进行分析，按一定的算法识别、抽取出c a p p 系统能识别的基于特征的工艺信息。 第二章工芦每：婚7 。；i 达方法研究 这显然是一羊孛 常理想秘方法，它无疑可以竞鼹上述手工输入零件詹崽的季申种癸 端，实现零件信息向c a p p 、c a t 淳系统得自动传输。然而，至今为止，这项研究 只在较简单的零件识别上取得了些进展，在对较篾杂零件识别上则一筹焚展， 被以为一个挝界难题。这主要是由于一般的c a d 系统都是以解枷几何络为矮绘图 基磷，荬绘鬻戆基本蕈元爰点、线、嚣等要素，箕输出绩巢一觳是点、线、繇以 及它们之闯的拓扑关系等底层信怠，要从这些底层信怠叶抽取加工表丽特征这样 一些高层次的工艺信息非常困赡。 2 数据交换法 这秘方法是遵过跨定豹数掇接目或拣准熬数爨形式遗嚣不嗣应趱系统；匐的 数掘交换，从而实现信怠共事。逡方面的国际数据交换标准有i g e s 、s t e p 等。 图形数据交换标准i g e s 是针对产品的几何模型而定义的，包括的主要鼹圈形信 息，没有产品材料、公差等方面的信息，不能满足c a p p 系统的需要。由i s o 提 出静s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g e ro fp r o d u ctm o d e l ) 代表了最耩魏尹。 鑫模型数掇交换标矮，它豹嚣瓣怒建立一耱不依竣予入工解释兹、戆为产赫寿鑫 周期各阶段的计算机辅助系统自动理解的完整的产晶模型，在此基础上实现产品 的自动交换。建立一个完整的产鼹数据模型，必须穆虑和分析产品寿命周期各阶 段的数据要求，是一项非常复杂和困难的工程。同时，s t e p 本身尚处于不断发 震过程之中，爨燕基予s t e p 鹳礤究大聱蹙子试验狳敬。 3 特征设计的方法 为了适应集成制造对c a d 系统提出的新的信息骤求，c a d 系统必须描述完整 的产品模型，于是人们提出了特征造型技术。目的撼通过零件特征设计将产品的 几何积工艺倍感紧密的联系在一起，实理对零件的准确的描述，建立基予特征的 完整女，统一豹产箍模型。崮于入销对于特蔹技术瓣磷究分鬟获设净窥到遗鬻个不 同的应用屡次开始起步的。d i x o n 和m i l l e r 首先着眼于零件的设计自动化，试 图用特征作为产品设计的知识表示和推理机制，以便从零件的功能要求出发，根 据以往的设计自动组织零件的受力分析、力学性能计算、几俺造型、工艺捻查等。 一些磅究工 莒簌潮造羲蠛着手，游耩 差与工艺过程浚诗、数