（车辆工程专业论文）重庆晋林jlcapp系统的开发.pdf

摘要 世3 1 3 l s 本文根据计算机辅助工艺设计( c a p p ) 系统设计的基本原理和方法，提出 了重庆晋林儿一c a p p 系统开发的基本原则和思路：较深入的讨论了该系统的设 计方法，建立了以a c c e s s 为平台的c a p p 系统工艺数据库；通过对零件信息的 描述与输入技术的分析，采用了基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述 与输入方法。另外，本文还详细介绍了儿一c a p p 系统的程序设计。重庆晋林 j l c a p p 系统软件的运行结果表明，它不但能利用工艺人员的经验知识和各种 工艺数据进行科学的决策、自动生成工艺规程，还能自动计算工序尺寸、绘制 工序图和对工艺设计结果进行优化等，提高了企业产品开发能力和制造水平。 关键词：c a p p 、系统设计、专家系统 霸睫嚣辑儿- k , a p p 系统黪评蛙 a b s t r a c t t h i s p a p e rp r e s e n t st h ed e v e l o p i n gr u l e s a n dm e t h o d so fc h o n g q i n gj l c a p p s y s t e ma c c o r d i n gt ot h ec o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) b a s i c t h e o r y i t a l s od i s c u s s e st h ed e s i g nm e t h o d so ft h es o f t w a r es y s t e mi nd e t a i la n db u i l d st h e c a p p s y s t e mt e c h n o l o g yd a t a b a s eu s i n ga c c e s ss o f t w a r e t h r o u g ha n a l y z i n gt h e t e c h n o l o g y o ft h ei n f o r m a t i o n d e s c r i p t i o n a n d i n p u tm e t h o d s ，i t u s e st h e c h a r a c t e r i s t i ca s s e m b l i n gc o m p u t e rd e s i g na n d p a r t sd e s c r i p t i o na n di n p u tm e t h o d s ， o t h e r w i s et h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ej l c a p ps y s t e md e s i g ni nd e t a i l t h ep r a c t i c e s s h o wt h a tt h es o f t w a r en o to n l yc a nu s et h et e c h n o l o g yp e o p l ee x p e r i e n c e sa n da l l t e c h n o l o g y d a t at om a k es c i e n t i f i c d e c i s i o n m a k i n g a n da u t o m a t i c p r o d u c e t e c h n o l o g yr e g u l a t i o n s ，b u ta l s oc a na u t o m a t i cc o m p u t ew o r k i n gp r o c e d u r es i z e s ， d e s i g nw o r k i n gp r o c e d u r ef i g u r e sa n do p t i m i z et h et e c h n o l o g yd e s i g nr e s u l t s a f t e r a l li ti m p r o v e st h ec o m p a n y p r o d u c t i o nd e v e l o p i n ga b i l i t ya n dm a n u f a c t u r e l e v e l k e y w o r d s ：c a p p 、v b 、s y s t e md e s i g n 、s p e c i a l i s ts y s t e m 重庆晋林j l - c a p p 系统的开发 概论 1 1c a p p 的提出 工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连结产品设计与产品制造 之间的桥梁。工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线 的主要依据，它对组织征税、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、 缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工 作。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业发展的要求，其主要表现在： 传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大、效率低，是一项繁琐重 复性的工作。 设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。 由于每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术水平也不一样，所以 由人工设计工艺规程一致性差，质量不易稳定，难以达到优化目标和不便于 工艺规程的标准化。 手工设计工艺规程不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和 维护。 手工设计工艺规程不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充 分地利用。 当代机械制造领域中，由于新工艺新技术的飞速发展，社会需求趋向 多样化，市场竞争激烈，迫使产品的开发周期短、质量好、成本低。多品种 小批量生产的企业大量增加，制造系统正逐渐从刚性( 高效率的大批量生产 模式) 向柔性( 高效率多品种小批量的生产模式) 转变，这要求将计算机技 术贯穿于生产策划、设计、工艺规划、制造与管理的全过程。显然，传统的 手工工艺设计方法已不能满足上述要求。 为了克服传统工艺设计的缺点，以适应现代生产模式和先进制造技术。 在高速发展的计算机科技的基础上，计算机辅助工艺设计( c a p p ) 便应运而 生，c a p p 系统不但能利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决 策、自动生成工艺规程，还能自动计算工序尺寸、绘制工序图、选择切削参 数和对工艺设计结果进行优化等，从而设计出一致性良好的高质量的工艺规 程，也使工艺设计与c a d 、c a m 乃至m i s 等系统的集成成为可能。另外， 由于计算机中存储的信息可以反复利用，从而大大提高了工艺设计的效率。 1 2c a p p 在c a d c a m 集成系统中的作用 自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 或i m s ( i n t e l l i g e n tm 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 化的要求是亟待解决的问题。 第1 页 重庆晋林j l - c a p p 系统的开发 l c a d l b c ) ) 来区分栉状、板状和块状类零件。圊榉， 第9 页 重庆罾抟j l - c a p p 系统的开发 也考虑了非回转体炎零件中的特殊形状零件。系统的第二个码位到第五个码 位，则是针对第一个码位中所确定的零件形状作进一步的描述和细分。对于 无变辫的正规回转体类零 牟，则按终部形状一蠹部形状一平蕊加工一辅助孔、 鑫彩鞫箴鍪热工懿攒摩缨势；对予有交吴的j 正援毯转钵零俘，裂按蕊髂形 状一潮转加工一平面加工一辅助孔、齿形和成型加工的顺序细分。对于非回 转体炎零件，则按总体形状一主骤孔一平面加工一辅助孔、齿形和成型加工 的顺序细分。至于回转体类与非网转体类中的特殊零件，其第二至第五粥位 的分黉拣志内枣慰蘩绘曩户按各爨产瑟中戆特殊零臀绝稳、工艺特薤亲确定。 图2 2o p i t z 的基本结构 o p i t z 系统数蘩六至第丸羁霞跫臻麓玛嫠势，实嚣上楚一夺公臻都分：帮 不论潮转体类或嚣溺转体类零 牛，均需用到遮一部分，与其前面的主碣部分 互不相干。第六个码用来划分零件的主要尺寸，对于回转体零件是指其最大 直径d ；对于非回转体零件则指麒最大长度a 。第七个码做以材料种类作为 其分类耩志，也黠繁考虑部分热处瑾售息，蘩，个码位戳毛坯聂始形状终分 类耩悫，第丸个弱艇是说碉零 孛潮工精度的稼惠，萁作髑程予提示零释上何 种加工寝面有精度甍求，以便在焱排工艺时加以考虑。 为在机械加工中推行成组技术，我国开发了j l b m 1 零件分裳编码。该系统 是蛇结构基本上是和o p i t z 系统搁同的，为弥补o p i t z 系统的不足，在o p l 耗 系统熬澎获热工羁予驻扩充，尧o p i t z 系统静零 睾类裂弱竣凳零 争功栽名稼 码，恕热处理标志从o p i t z 系统的材料、热处理码中独立出来，主要尺寸码 也由一个环节扩大为两个环节。粥外，该系统聚用了零件功融名称码，以及 在扩充形状加工参政做法上，都吸收了日本k k - 3 系统的特点。j l b m 1 在系 统的总舔组成上要跑o p i t z 系统麓擎，因蹙荔予使用。 第1 0 页 重庆著秫j l c a p p 系统豹开发 刚性系统的特点可以归纳如下： ( 1 ) 系统的结构较简单便于记忆和手工分类； 便于检索鞠瓣识； ( 3 ) 系统静分癸稼恚虽然形式上壤重零耱绫梅特薤，髓莛实际上隗含着 工艺信息； ( 4 ) 不能完整、详尽地描述零件结构特，怔和工艺特征； ( 5 ) 存在高代码掩盖低代码的问题； ( 6 ) 捂透存在多义睦： ( 7 ) 不链满是生产系统中不同层次、不问方面的需要。 2 柔性编码系统 刚性分类编码系统存在的缺点，用传统分类编码的概念是无法解决的， 所以，黍性编码系统的概念和理论也裁应运露叟了。柔性分类编码的投念是 稳蠢转缓兹藏毪分爽编筠禳念鬟惑慕的，它楚指分类编玛系绞横淘鹞谴长度 可以根据描述对象静复杂程度变化，即没有固定的码位设置和码位含义。 零件的柔性编码结构模型为： 柔性编码= 固定码+ 柔性码 疆定羁爰手撵遮零磐豹综舍臻惹，燕类澍、蒽彝尺寸、耪料等；嚣鬃褴 码主要描述零件备豁分详细信息：如形面的尺寸、精度、形位公差等。 固定码要充分体现传统g t 编码简单明了，便于检索和识别的优点，因 此宜选用或参考码使不太长的传统分类编码系统，柔性码要能充分地描述零 孛详缨髅息，又不弓l 起售塞冗余。 菜牲编码的实糯簧竣计算飘鞴韵( 自动) 缡码技末为手段，a 工方法无 法执行。 柔性编码的功能： ( 1 ) 柔性编码熊够满足c i m s 器环节的要求。c i m s 各环节及其集成不仅 缓零簧壤殪约一笈穆惑，瑟显在诲多涛嚣下还露要零嫠豹洋壤信患，翔c a p p 需要零件各加工部分与加工关联的几何信息和工艺信息。 ( 2 ) 柔性编码与目标框架榈结合，为c a p p 、c a i p ( c o m p u t e ra i d e d i n s p e c t i o np l a n n i n g 计冀机辅助检测规划编制) 游系统提供了一个简便且全颈 懿售爨输入手段。 ( 3 ) 柔性编鹃濂是实簏成缝搜术髂有力工其，是c i m s 鑫环节集成豹纽 带，它作为沟通c m s 各环节的菇同语言，不仅在分离零件信息中起重要作 用。而且为建立c i m s 统一的公菸数据库创造了有利条件。 舅翦，柔性编鹦系统尚在研究之中，没有形成标准。 3 诗黧辊骧蒴壤璐系统 程成组技术基础上开发c a p p 系统时，描逑零件信息时，必须对要描述 的零件进行编码，裰计算机没有酱遍使用前编码工作是用手工方式进行。 手工编码不仅效率低，劳动强度大，而且错误率比较高，采用计算机辅助编 码剩姥在一定程度一t 亮缀这些弱点。计舅极骥助绽羁方式般有以下死零孛： 第1 1 页 重庆晋林儿c a p p 系统的开发 火枫对话方式，诗算机蠡动编羁方式。 2 4 工艺设计的标准化和成组技术在工艺设计上的应用 安嚣蓊掰速，藏缰技术蹙一令关予翻造稳蜇学概念，藏组技术在工艺设计 上的应用实质就是利用冀哲学思想，在工艺设计的整个过程中如零件信患的 分类与获取、工艺知识的收集与熬理、工艺数据规整与提取，都渗透羞孵技 术豹思想光辉。派生式c a p p 系统的工艺瓶程生藏就是利用g 下技术，通过检 索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以自动筛选或编辑而成的。在创成 式c a p p 系统中，工艺主干款礁寇可以充分遗利爆彀按拳。 2 4 1 典型工艺 冀燮王艺豹原理是农绩梅将疑送行分类赫鍪戳主，将结掏彩获、足曹帮 精度等分类标志相同的零件构成典型零件，然后为每一炎典型零件编制一套 通用的工艺规程。这对单个形状特征尤为实用。 2 4 2 成组工艺 成鳃工艺是以零 孛缳梅和擞工工艺稳 娃为镦摆，把遽些零谨魁劈必蠲戳 性零件缎，从而制定出每一组的工艺规稔。 成缎工艺是在典型工艺基础上的进一步发展，它不象典型工范那样麓眼 予零臀静整令工慧蔑程拣灌纯。它是建立在零箨工痔相鸯鬟经静蓥硝上，簇予 工序标凇化，它有两种工艺设计方法。 1 复合零件法：复合零件法叉称样件法，它是利用一穆所谓的复合零件 来设计成组工艺的方法，复合零件必须捅有同蕴零件全部待加工寝面兹娶素 或特征，对具体的零件工艺内容少于或等于复合零件的工艺内容，在实际工 絮设计中，我们哭曩乍一定的测减工作。 2 复合路线法：复合路线法是在零件分类成组基础上，把间组零件的王 蕊过程文件毂集在一起，然居姨中遥耩一个工序缳多、交瓣合瑾、寿 弋袭健 的工艺路线作为加工该组零件的撼本路线，再将此基本路线与组内其它零件 的工艺路线进行比较，并把其它零件有的，而基本路线没有的工序按合瓒顺 序一一添入，便可最终襻盘一个工序齐全安摊台理鲍满怒全组零件要求的成 组工艺。 第1 2 硪 重庆晋林儿c a p p 系统的开发 3 重庆晋林j l c a p p 系统的基本原理和方 乏上 ，五 3 1 c a p p 系统的基本原理和方法 c a p p 是一种通过计算机技术来辅助工艺人员以系统化方法确定零件从毛 坯到成品的制造方法的技术 工艺设计的动态性 工艺工作贯穿于企业的整个生产活动中，从表3 - 1 中可知，工艺设计所 涉及的因素不仅是大量的，而且是极其错综复杂的。也可以说工艺是企业生 产活动中最活跃的因素，工艺设计对使用环境的极大依赖性就必然导致工艺 设计的动态性。 表3 - 1c a p p 系统的动态应用环境 不同的企业间同一企业内部 不同的产品类型 产品改进和新产品开发 数据的动态性设备的故障和负载变化 不同的制造资源 制造资源的更新 不同的工艺习惯工艺改行和新工艺引进 知识的动态性 不同的工艺方法工艺优化目标的变化 不同的生产类型组织结构和管理方法改进 功能的动态性不同的生产组织结构产品生命周期不同阶段对工艺计 不同的管理方式划的要求不同 工艺设计的经验性 目前，许多工艺知识不具有精确的定义和严密的数学模型，许多问题是 非确定性的。因此导致工艺设计的经验性。 所以，c a p p 的研究一直是困难重重。其根本原因是缺乏完整的理论体系 去保证c a p p 系统能够适应这种多变的应用环境。 3 1 1 c a p p 的基本原理 从图3 一l 中可以看出，c a p p 的基本原理为： 将零件的特征信息以代码或数据的形式，输入计算机，并建立起零件 信息的数据库。 把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和逻辑思想以工艺决策规则的 形式输入计算机，建立起工艺决策规则库( 工艺知识库) 。 把制造资源、工艺参数以适当的形式输入计算机建立起制造资源和 工艺参数库。 通过程序设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存贮以及编辑、 查询等功能来自动生成工艺规程。 从以上可以看出：c a p p 主要解决的问题是： 销1 3 页 重痰蟹椿j l - c a p p 系统扮歼发 工艺设计所需信息的描述和代码化； 工艺设计所需信息的数据结构型式的合理制定 程序设计。 匿3 - lc a p p 的基奉藤理 3 1 。2c a p p 设计方法 到目前，c a p p 出现了在工作原理上不同的三种工艺规划方法，即派生式 ( v a r i a n t ) 方法、刮成式( g e n e r a t i r e ) 方法稠人工智能( a i ，a r t i f i c a l i n t e l li e a t ) 方法。 1 派生式( 变异式) 方法 派缴式方法是正作原理是在成组技术的基础上，利用零件的相似性，即 相似的零件有相似的正艺，建立相似零件族的标准工艺。一个新零件的工拨， 是透道梭索稳议零终壤豹标准工慧蒡翔以筛逡，编辑掺改露残。攫据零馋信 息翦攒逑与输入方法不同，派生式c a p p 系统又分为不同的系统，如：瓣g t 码描述零件信息的称为基于成组技术的c a p p 系统，用特征来描述零件信息的 称为毯于特征的c a p p 系统。 派生式c a p p 的特点是： ( 1 ) 派生式系统怒澍爱零终淘鞠秧挂，硷索您存继静零馋族静耘难工艺。 因此，计算机内存储一些标准工蕊过程和标准工序而不是工艺决策逻辑； ( 2 )系统的柔性藏，不便移植； ( 3 )系统原理简单，容易开发。 2 龟或式方法 第1 4 页 重庆野林j l c a p p 系统的开发 制敞据卜i 拣ll 巅ij 赢ll 丽磊 季 件信息 输入棋 块耍忪 件加工l 一选择 顺序生ll 梗块 成梗块ll 夹具 选择 梗块 】 具选 择桓 块 切削 参数 选择 棋块 决策逻辑程序 工艺 生成 输出 梗块 图3 2 创成式方法工作原理 创成式方法的基本原理与派生式方法不同，它不是利用对相似零件族的 标准工艺的修订，而是依靠系统中自身的决策逻辑以及有关的制造工程数据 信息进行工艺规划( 见图3 2 ) 。决策逻辑程序不需要进行预先的准备工作， 它采用内装式的算法对工艺规程的内容进行选择和优化。这些算法主要有决 策树、决策表、数学算法等。 创成式c a p p 方法，接近人类解决问题的思维方式，但由于工艺规划问 题本身的复杂性，而仍需依赖人的主观的经验和工艺理论尚不成熟，大多数 工艺过程问题还不能建立实用的数学模型和通用算法，工艺过程的知识也难 以形成程序代码，这些都导致此类c a p p 系统只能处理简单的、特定环境下 的某类特定零件。 创成式c a p p 系统的核心是工艺决策规则的制订和有关加工制造知识的 合理描述。为便于程序的维护、扩充、移植，采用此方法时必须用智能性语 言，把知识库和控制程序独立开来。 创成式c a p p 系统主要解决两个方面的问题，即零件工艺路线的确定( 也 叫工艺决策) 与工序设计。前者的目的是生成工艺规程主干，即指明零件加 工顺序( 包括工序与工步的确定) 以及各工序的定位与装夹表面；后者主要 包括工序尺寸的计算、设备与工装的选择、切削用量的确定、工时定额的计 算以及工序图的生成内容。前者是后者的基础，后者是前者的补充。 创成式c a p p 系统设计的一般过程： 创成式c a p p 系统的设计，一般包括准备阶段和软件编程分阶段。准备 阶段包括详细的技术方案设计以及制造工程数据和知识的准备。后者则包括 程序系统结构的设计以及程序代码的设计。 ( 1 ) 准各阶段：准备阶段是属基础性阶段，需要大量的调查研究和仔细 的分析归纳，具体工作大体包括下述内容： 第1 5 页 重壁堂签! ! ：! 皇鲨墨丛塑堑丝 明确所开发的系统的设计对象，要想开发一个对所有类型的零件都适 用的通用型c a p p 系统是非常困难的，而且几乎是不可能的。因此，首先可以 利用成组技术的原理，首先对零件进行分类( 如回转类零件、箱体类零件、 钣金类零件等) ，其次，针对不同类的零件确定不同的零件信息的描述和工艺 决策逻辑与方法。 表3 - 2 外圆柱面特征的加工方法 序号型面名称经济精度表面粗糙度( r a )加工链 1 外圆柱面 i t l l 1 3 l o 8 0 粗车 2 外圆柱面 i t 8 9 25 】0 粗下精车 3 外圆柱面 i t 7 1 2 5 2 5 粗车半精车精车 外圆柱面 i t 6 0 3 2 1 2 5 粗车半精车精车磨 5 外圆柱面 i t 5 o 0 8 0 3 2 粗车半精车粗磨一精磨 对同类零件进行工艺分析，确认该类零件由哪些基本表面或形状特征构成、 每种基本表面的加工方法( 特征表面的加工链) 。因为c a p p 系统在进行工艺 决策之前，首先要确定的就是组成待进行工艺设计零件的各几何形状特征( 或 表面) 的加工方法。( 如表3 - 2 ) 搜集和整理各种加工方法的加工能力范围和经济加工精度等数据，这些数 据在有关制造手册中可以查到。 收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则，在创成式c , p p 系统 中，这一步是系统的核心工作，对于传统创成式c a p p 系统而言，这些决策逻 辑或法则是以决策表或决策树的形式来表达的。对于c a p p 专家系统而言，是 以规则的形式来表达的。 一般创成式c a p p 系统的决策过程如图3 3 示。 ( 2 ) 软件设计阶段：此阶段的主要任务就是将准备阶段所收集、整理到的数 据和决策逻辑用计算机语言来实现，对于传统创成式c a p p 系统而言，就是 将各种工艺设计决策逻辑的模型化和算法化，对于c a p p 专家系统而言，就 是工艺决策推理机的实现。 3 专家系统方法 将人工智能技术( a i ) 应用于工艺自动设计中，给c a p p 的研究带来了新的活力， 其中最成功的是专家系统方法。专家系统方法主要由知识库和推理机构成。基于人工 智能技术的专家系统，代表一种新的发展趋势，具有较强的生命力。 3 2j l - o a p p 系统开发的基本思路和方法 随着科学技术的发展，特别是随着社会需求和现代企业生产模式的改变， 开发儿c a p p 系统无疑是企业取得竞争优势的有力手段之一，但我们更应清 醒地认识到c a p p 系统不同于一般的技术系统，特别是属于前列的专家型 c a p p 系统就更加复杂，它涉及的问题方方面面。因此，我们必须坚持总体规 划，分步实施的原则，在重视c a p p 系统基础技术研究的情况下，首先应建 立适合本厂产品特点的实用化c a p p 系统，然后一步一步地进行深层次开发， 鹚1 6 蘑庆爵林儿c a p p 系统的开发 袋终形残j l - c a p p 专家系绫，爨俸建漤，庭注意以下忍令方瑟 图3 - 3 一般剁成式c a p p 系统的决策过程 l 。波意需求分析 金盈开发c a p p 静辙本霹静在于疫翊，蓄隽簧保证系统酌实翔注，绝实 用性作为衡量系统水平的根本准则，然后在实用的基础上考虑系统的先进性。 2 。注意企业瓣技本鹜景，不甥合工厂蛇技零力量，贪大求洋，其缝象只 熊是事倍功半，麓至一事j e 成，当然在此基础上，也应注意技术的前瞻性。 3 坚持系统的观点，c a p p 系统是一个大型软件系统，开发过程必需采 爨软薛工程豹思憨与方法，才戆僚涯各予畚统翁壤确联结蠢系统缓薰。 系统程序缩构应便于工艺人员使用、调试、修改、扩充、维护。 系统应适威于各种零件在工艺描述深度的不同要求，使系统具有较大 酌柔往。 系统应针对本厂的具体应用环境，特别是怒工艺知识库的收集、表达 秘最后生成故工艺文件必须符合本厂魄实躲颓习壤。 用户操作方便、灵活，要有良好的人视界面。 第1 7 页 重庆晋林儿c a p p 系统的开发 4 注意系统设计的基础的研究 3 2 1j l c a p p 的工艺创成方式 根据工厂产品特点，儿c a p p 系统采用创成式c a p p 系统，用软件实现 工艺的自动生成，亦即用程序来处理工厂生产中通常由工艺师或工艺专家分 析和解决的工艺设计问题，为此，在本系统研制过程中必须做到以下几点： 将人们在工艺设计方面的经验和知识系统地整理、归纳，建立工艺知 识库，存入计算机。这就涉及到工艺知识的表达方式和工艺决策规则的建立， 以及数据库结构等问题。 根据零件图纸信息，用程序自动生成工艺。这就涉及到推理技术即推 理方式和控制策略。 3 2 2j l c a p p 系统的总体结构 图3 4j l - c a p p 系统的总体结构简图 儿c a p p 系统的总体结构如图3 - 4 所示。 3 2 3 儿一c a p p 系统的关键技术 儿- c a p p 系统必须解决好以下关键技术： 1 工艺知识的表达方法：即如何将工艺专家的经验和理论知识搜集整理并以 适当的方式表达出来。一 2 工艺知识库的建立方法。 3 推理控制程序的设计：这主要涉及人工智能技术和软件设计方法，主要问 题是推理方式和控制策略、运行库、生成库的管理。 4 工艺参数库的建立方式及其与控制程序的接口设计。 第18 页 蔓壅登整竖：! 垒! ! 叠篓魍堑叁 3 3 3 l c a p p 系统中工艺知识的收集艘理 在创成式c a p p 系统中，工艺决策知识怒系统鲍核心，因为一个c a p p 系统瓣残效，最终簧器萁是否实翔，嚣实麓豹缀本是工艺麴谈麓台理瞧。在 开发c a p p 系统时，工艺知识的收集整理及袭达成计算机能够识别的形式是 保证c a p p 系统成功的最重要的一项工作，同时也是工作量墩大、最繁塑的。 目前，工艺知识的袭达有多种方式，国内现已开发的创成式c a p p 系统的工 艺决繁方式一般慕髑：形嚣对应麓工链的方法，工彦工步调獒夔测定方法， 基予功能元的方法。 3 3 1 儿一c a p p 系统工艺知识收集整理的基本要求 ( 1 ) 爨确所开发的系统的设计对象 按照零l 孛蓓惑豹描述翥工艺凌蓉逻辑与方法静不丽，一黢有蟊囱錾转钵 类零件、面向箱体炎零件、面向饭金类零件、渐向支架类零件与面向异黧类 零件c a p p 系统，上述各类零件又可进一步划分为更细的零件类型； ( 2 ) 对本类零件进行工艺分柝 确诀该类零抟囊整些基本袭嚣或形状特艇糖袋，每穆繁零表嚣戆熬工方 法是什么。因为c a p p 系统在避行工艺决策之前，首先要确定的就是组成待 进行工艺设计零件的备几何形状特征( 或表面) 的加工方法。 ( 3 ) 搜集和整理各种加工方法的加工能力范围和经济加工精度等数据 ( 4 ) 收集、整理期归纳各秘王艺设计决筵逻辑或决策法则。 这一步是琵。c a p p 系统确定零荇魏工过稷静关键翻核心。 3 3 2 儿一c a p p 系统的工序决策 j l ，c a p p 系统采用基于特征测蕊对应加工链的方法： 蛰藩茨述，要滋弦工艺决繁，蓥宠要对零譬 信惠逶季亍努糖与瑾绥，瞧薤 是对零件切削表面滋行识剐，包括对其几何形状、尺寸公差、结构工艺暾、 技术要求等信息的分析研究。其目的也就是为了更好地收鬃、整理工艺( 专 家) 的知识。目前，特征技术( 详见第4 章) 的发展为零件工艺信息的计掉 规描述每处理提供蠢鼓豹途经。在特征与零转留裁表露之瓣可以建立内在 豹联系。“鍪i 面要素“形体要素”“加工特征”镶等实覆上均可看 乍是对零件 切削表丽自身的信息以及各表面之间的组织关系的一种表达。j l c a p p 系统 在零件信息的描述中采用了基于特征的方法，工序决策时采用基于特征型颇 对应加工链的方法( 如表3 2 所示) 。显然，这藏能 匕较容易地根据特征识别 结果采薅定零终韬魏表瑟费售惑，霜辩龟受翘识酶霾集、燮壤提供了一个寄 效的前提。 3 4j l c a p p 工艺知识的表达及其推理 重庆晋林j l c a p p 系统的开发 3 4 1 概述 从广义上说，知识是人类实践中所积累的认识和经验的总和。工艺知识 是针对工艺设计这一具体领域。由于工艺设计是一门经验性很强、技巧性很 高的科学，它没有成熟的理论和现成的法则，它随生产环境和生产的发展而 变化，它涉及的内容有很多方面。而这些知识都是面向实际的，不具有精确 的定义和严格的分析，它是模糊的知识。 一种知识表示方法的优劣通常可从以下几个方面来评价： ( 1 ) 所采用的知识表示方法能否表示所求问题的全部知识。 ( 2 ) 所采用的知识表示方法能否精确地表示所要求问题的全部知识。 ( 3 ) 所采用的知识表示方法和适当的控制相匹配，能否容易地、高效地模拟 专家的推理方式进行推理，获得和专家相同的推理结果。 ( 4 ) 所采用的知识表示方法建成的知识库能否方便地被扩充、删除和修改。 ( 5 ) 所采用的知识表示方法表示的知识是否接近于人类的自然表示方式，且 易于被人理解。 3 4 2 儿一c a p p 系统知识的框架表示法及其推理 目前。知识表示方法有：逻辑表示法、语义网络表示法、框架表示法、 规则表示法、过程表示法、特征表示法、状态空间表示法、属性一值对表示 法、单元表示法、剧本表示法以及近年来新提出的概念模拟方法等，几一c a p p 系统采取框架表示法。 框架表示模式是由美国麻省理工学院的m a r v i nm i n s k y 在1 9 7 5 年作为视 觉知识( v i s u a lp e r c e ) 、自然语言对话和其它复杂行为的基础上提出的。框架 的特点是可以对物理实体及实体间的关系加以详细描述，每个框架可以视为 一个知识单位，又可将有关框架连接起来形成框架系统。框架理论的基本思 想是每当人们遇到新情况时，时常从过去记忆( 存储) 的大量典型框架中选 择一个类似的框架( 称粗匹配) ，将这个类似的框看作对种“空框”，通过 对该空框的细节进行补充和修改逐渐形成一个具体框架，得到所要的结果。 1 知识的表示 框架( f r a m e ) 是一个表示某些节点及其相互关联的网络，框架的顶层是 固定的，它代表给定情况下总是确定的事实，下层有很多槽( s l o t ) ，槽内可 阻填充特定的参数、文字或数据，也可是其它框架的内容。此外，框架上还 带有另外一些信息，如怎样使用这个框架，预计下一步将发生什么事情以及 当情况与预计不符时应做些什么事，这样形成了一层层嵌套的联接表。 框架的一般结构如下： 槽名i ：侧面名i l ( ( 值i 1 1 。值i 1 2 ，) ( 缺省：值) ) 侧面名i 2 ( 值i 2 1 ，值i 2 2 ，) 第2 0 页 照庆晋林儿一c a p p 系统的开发 槽名j ： 槽名k ： 在机械设计和工艺设计中，框架常用于描述零件的特征信息、几何信息 和工艺信息等，下图是基于特征建模的回转体零件信息的框架表示法。框架 中引入了a f o ( a f e a t u r e o f ) 槽来描述框架之间的关系，即父辈框架由子框 架构成。整个信息框架由主框架、主表面特征框架和辅助特征框架三层组成， 它构成了工艺设计过程的对象树或特征树。每个框架表示一个元任务，并定 义此特征元素的位置信息、几何信息、尺寸精度、表面粗糙度、形位公差、 技术要求，以及求解该任务的规则集或过程名。 2 框架与规则的联接 框架与规则的联接形式是多种多样的，可根据求解问题的特点设计所需 要的联接方式： 第一种方式：用框架形式存储规则集。这时一个框架就等于一个规则集， 框架名即为规则集名，再规定一些属性槽描述这组规则的属性，接着设置n 个规则槽，每个规则槽有一个前提面和一个结论面。 第二种方式：将规则集( 或某一规则) 放在框架接口槽中。 第三种方式：将某框架名嵌入规则。 3 框架推理 1 ) 继承推理 通过a f o ( i s a ) 槽定义的关系将较高层框架中槽的特征值传递到较低 层的子框架中作为继承值描述子框架。事实上，框架系统中常常把共享的信 息放在高层次的框架中较低层次的框架往往可以继承其父辈框架中的信息。 2 ) 过程推理 框架槽的侧面中可以附加一些过程型的值，这里的过程也可以是一些知 识型的规则，这也正是框架表示方法中的一个重要思想。正是这些过程型信 息和知识型规则才使框架的知识表示臻于完美，实现过程推理和规则推理与 框架推理相结合。 由于实际问题的复杂性，在描述领域知识对仅用一种表达方式是不够的， 往往需要多种知识表达方式。儿。c a p p 系统采用框架+ 规则的知识表达方式。 即：用框架表示概念、结构、特征等信息，用规则表示领域知识、决策知识 等。 3 5j l c a p p 系统工艺知识库的建立方法 j l c a p p 系统工艺知识库的建立采取基于数据库的方法，详见第5 章。 3 6j l c a p p 系统工艺决策及推理机 第2 】负 重庆晋椿j l ，c a p p 系统的歼发 3 6 1j l - c a p p 系统工艺决策知识及籁表示 _ i 装没计是一埙复絷兹多屡次、多任务的决綮过程，褥爨冀工艺决策涉 及楚嚣缀广，影豌互裁决繁翳霾豢落篦羧多，蜜瓣应震孛的不臻是瞧遣较大。 工艺决簇可分为方法决策和加工顺序决策，工能决策中的知识包括选择做决 簸逻辑( 如毛坯类型投其尺寸的选择，加工方法的选择，壤爨及刀、夹、蘩、 辕等) ，勰翻墅决策逻辑( 魏工芝路线安睡，工侉中燕工步骤的确定等) 以及 翱工方法翔谖( 蘩熬王撬力、热王瓣疫、颓霸王簧裳等) ，j l - c a p p 系统孛鹣 逡些辩谈翅产生式瓣剃表示( 详见簿5 耄) 。 3 6 2 j l c a p p 系统基于知识与黑板推理的工艺规程生成方法 鬟疆) 隧3 - 5j l - c a p p 系数器板籀程疑裁 工甓糯程主予生成最基于知识的剖畿斌工麓设计韵核心酾蕊点，是工芑 规程设计得是否正确的关键。工浆规程主干生成的目的是：以当前零件储息 为板据，逡择好务澎凝特铤鳆热王方法，然嚣按定算法合璞生成零静静工 露与工步( 只包含零传的翔工鬏垮、工露名、工步鑫与鑫鞋工对象褒等悫窖) 。 ( 1 ) 纂亍躲谖与黧援箍理懿工慈决策豢略 子糕务分解与嚣叛摆理戆工艺决案策略 工能规程主干生成被划分为四个子任务；选择加工方法确定定位装兴寝 瑟，搬：e 方法摊序与王芑捺程主千修正。“黑板”鼹计算规陶襻中鹣一块数擐 存德嚣。箕中，控翱爨授记录了工艺设诗黠墨摸浚( 对应与令予珏务) 豹 第2 2 页 重鏖堂整! ! ：垒壁墨塾塑堑堑一 推理次序，即推理机的推理进程由控制黑板控制( 见图3 - 5 ) ，在知识库中调 用何种知识也由控制黑板控制。领域黑板中存放的是零件信息数据及其加工 方法链。环境黑板用于存放当前零件的工艺设计结果( 工艺规程动态数据结 构) ，工艺设计时系统根据领域黑板上的零件信息，通过控制黑板的控制，依 次调用各子模块( 即子任务) ，进行推理，并将推理结果依次填入环境黑板， 直至各子任务全面执行完为止，环境黑板上所记录的即是当前零件的工艺设 计结果。 ( 2 ) 工艺规程主干生成算法 1 ) 填充领域黑板 装载零件信息 儿- c a p p 系统在获取零件信息后，便在领域黑板上建立了当前零件基于 特征的信息模型。同时完成零件图形的重建。 选择加工方法 从零件形状特征树根开始遍历特征树，以各主辅形状特征的形状、尺寸及精度、粗 糙度、材料及热处理等为依据，调用加工方法选择规则，选择各形状特征的加工方法及 热处理方式并将它们挂在形状特征各节点之上。 图3 - 6w a 0 2 6 - _ 0 9 1 零件图 2 ) 加工方法排序 排序规则集的建立 工艺规程主干生成的关键是合理安排各主要形状特征的加工方法( 即加 工方法排序) ，这是整个工艺设计是否正确的关键。为了保证排序可靠准确， 首先将回转体零件进行了分类，构造了零件分类树：再按零件分类树将种类 零件顺序的共性总结抽取出来，每类零件组成了一个或若干个加工序列规则 集。在构造加工序列规则集时，只抽出了各类零件加工顺序的共性( 加工方 法与加工对象) 抛弃其个性( 工序尺寸、设备、工装、切削用量等等) ，从而 提高了加工序列规则集的零件覆盖面。 第2 3 面 重庆晋林j l c a p p 系统( ( qj i ：技 图3 - 6 所示零件的加工序列规则为： i ff 零件类型： 材料： 外圆特征数： 内孔特征数： 外圆直径精度等级最高值上限 外圆直径精度等级最高值下限 内孔直径精度等级最高值上限 内孔直径精度等级最高值下限 外圆粗糙度最高值上限： 外圆粗糙度最高值下限： 内孔粗糙度晟高值上限： 内孔粗糙度最高值下限： 内孔公称直径上限： 内孔公称直径下限： ) t h e nf 车： 租车端面 粗车外圆 半精车外圆 钻孔 扩孔 铰孔 磨：粗磨孔 精磨孔 磨：粗磨外圆 精磨外圆 内孔 】 3 7n o a p p 系统排序推理 排序推理时，首先搜索到当前零件对应的零件类的排序规则，然后将其 装入内存，为排序作好准备，以零件信息及其对应的加工链当依据。其过程 如下： 第2 4 页 忡酮冯冯。呲：印 重庚器肄j l - c a p p 系统舶翻：发 第一：根据零件的形状、尺寸、设计基准与位置精度癸求调用有关定 位与数夹方式确定工序的定位装爽表面。 第二：从第一个记录开始崧零件信患树撼裘结构中搜索摊序翘则中袋一 巍工方法薅瘟懿燕王对象薅堑( 定整装夹特薤狳舞) 。 第三：在该特，谯的加工链中搜索相应的加工方法。 第四：若加工方法存在，则将此加工方法与零件相应特征的有关信息存 入工茏文件链表结构中。 篱氮：重复上述逶程，壹至l 裁 痒援赠斡魇窍记录结素。 簿次援索匹配静结果被依次记录下来，避后形成福应零件的工艺兢您主 干的基本轮廓。 工艺规程主干调艇： 按上述第一至第五步生成工藏规程主干的加工顺序( 嚣_ i 序已基本礁 定。氆互亭中豹工步糇骞胃麓与实际有差聚，数还要黠 净续莱遂毒亍必黉静 修正。即将排序后备工序内的工步进行适当的调整与换位，必要时一些工序 也要进行适当的换位与调整，以便工艺规程主干更符合加工实际。调整方法 有基于规则的方法，传统编程方法和人机交互游。j l c a p p 系统采取人机交 互法。 工序调整 工艺规程主干的工序顺序的正确性是检验系统排序规则榘正确与否的试 金石。如果发现排序规则集有问题，则可打开工艺知识与数据管理器，对相 应援煲 l 进行修改，瓣整薮 序。 工步调整 工步调整体现谯“工步加工顺序规则”上，及时完善工步加工顺序规则 是保诞工步正确的最有效手段。j l c a p p 系统中工步调整是由系统的推瑕机 调用工步加工顺序规则自动进行的。 耱臻楚瑾 幽于工艺决策闷题十分复杂，个性很强，一些工艺设计原则很难或不可 能用规则来表示，通过上述排序推理和调整后的工艺规程仍不一定就符合工 厂的加工实际。因此还要开发贱特殊的模块对其进行特殊处理，如插入一 些辅助王彦或工步将一些工序或王步合著与遴一步调整换佼嚣，显然，特殊 处理不曛于藉韵予蘩予蕊蚕推瑾方法遂行，两只麓翔传统魏编程方法实鬣， 儿c a p p 系统采取人机对话方法逃行。( 具体示例见第6 章) 。 3 8j l c a p p 系统开发环境 鬃绕鞋v i s u a lb a s i c5 0 终为嚣发平台，毯矮a u t o c a dr 1 4 鞋及a c c e s s 9 7 共同组成系统的软件系统。这样能充分发挥v i s u a lb a s i c5 0 的易学、系统 管理能力强的特点、a u t o c a dr 1 4 强大的制图能力的特点以及a c c e s s9 7 的 数据管理能力强的特点。使系统开发成本低、周期短、适应能力强。 第2 5 顷 坐堕堂签! 生：垒! ! 童堑盟丛丝 4 重庆晋林j l - o a p p 系统零件信息的描述 与输入 4 1 概述 4 1 1 零件信息描述与输入的目的 工艺过程设计的目的是编制零件的详细而合理的工艺规程，它的主要依 据是零件信息。零件图纸上的信息通常是图形、字母、数字以及各种特征符 号。目前，计算机还不能象人一样识别零件图上的所有信息，所以在计算机 内部必须有一个专门的数据结构来对零件信息进行描述。即是说：c a p p 系统 首先要解决零件信息的描述与输入问题。零件信息的描述问题，其关键是要 解决好零件特征信息的标识问题；零件信息的输入其关键是设计友好的人机 界面和数据存贮结构。总之，也就是要解决零件信息在计算机系统内的传递、 存储和识别问题。 4 1 2 零件信息描述的基本要求 1 描述直观、明了，不凭人的记忆，非熟练工艺人员也能操作。 2 以最少的信息输入量，清楚而准确描述零件。 3 零件信息要足以使c a p p 系统生成合理的工艺规程。 4 1 3 零件输入信息的分类 在c a p p 系统中，从程序设计角度出发，可把零件信息分为三类： 零件的表头信息 表头信息是每个零件的标识和产品部件的归属关系。包括产品图号、零 件图号、零件名称、单位产品件数、单价重量等。 零件整体信息 它指一般零件所固有的信息，包括材料牌号、毛坯类型、热处理、表面 处理、最大尺寸、精度、形位公差等。 零件的形面特形要素 指零件图纸的各特征形面要素，以及编码或其它综合特征要素和工艺补 充信息等。 4 2 零件信息描述的基本方法 零件信息包括总体信息( 如零件名称、图号、材料等) 、结构形状、尺寸、 公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等方面的信息。 工艺设计的任务就是根据这些信息，制定一个零件的制造过程。对具体 的零件而言，其信息也有所不同，因而人们在开发c a p p 系统时，针对不同 第2 6 页 生丛笠处! ! ：垒然、叠堑盟丛墼 的零 孛_ 季曩应强强蠛，提出了缀多的零 孛镶怠捶逡与羧a 方法，主要奏分类编 码描述法、语言描述与输入法、图论描述法、拓秆描述法、知识表示描述法、基 于形状特镊戚表面既素的描述与输入法、特征识别法、基于特征拼装的计算机绘图与 零 串信惑播迷帮赣入方法、蒸于三维特征造型静零传信爨与簸a 法、基予产品数禚变按 规范( s t e p 等) 的产品建棋与信息输入方法和图形扫描及识别技术的输入方式，下面 主要赍绍基于特征攒装的计棼机绘图每零传信息援述和输入方法。 4 2 1 基于特征拼装计算机绘图与零件信息描述和输入方法 该方法戆绘豳基本单元是参数证豹足锯形状特征( 或袭嚣要素，翔圜棱嚣、 键槽等，而不是通常所用的点、线、面等