齿轮capp毕业设计

华东交通大学毕业设计（论文） 第一章绪论1.1课题的背景和意义1.1.1CAPP概述计算机的快速发展及其在机械制造业中的广泛应用，使计算机辅助工艺设计成为可能。计算机辅助工艺设计(CAPP-ComputerAidedProcessP1anning)在现代制造业中，具有重要的理论意义和广泛的实际需求。世界上最早出现的CAPP始见于1969年，并于1969年推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS。1976年推出的CAMISAutomatedProcessPlanning是CAPP发展史上具有里程碑意义的系统。计算机辅助工艺过程设计(ComputerAidedProcessPlanning)即CAPP,通常是指机械产品零件制造工艺过程的计算机辅助设计与文档编制。用CAPP技术进行工艺设计可以较好地解决传统的工艺设计方法存在的填写表格工作量大、设计效率低、可靠性差;数据的正确性和信息的共享难以保证等问题。CAPP是连接CAD和CAM,实现CAD/CAM真正集成的关键环节，是计算机集成制造系统(CIMS)的重要技术基础之一。工艺设计主要是分析和处理加工信息，进行计算、选择、绘制工艺图，在此基础上编制工艺文件等。计算机能有效管理大量的数据，进行准确、快速的计算，进行多种形式的比较、筛选和选择，这些功能完全适应工艺设计的需要。CAPP系统的使用不仅可以极大地提高各种工艺文件的设计效率和质量，而且能够保证工艺设计的规范化、一致性和资源共享。目前，国内CAPP的发展和应用远远滞后于CAD和CAM。 很多企业已经认识到应用计算机辅助工艺设计的意义，一个适合本企业的CAPP技术对缩短生产准备周期，提高工艺文件的质量有很大的帮助，同时CAPP可以最大的共享工艺设计人员的经验、智慧。一个好的、适用的CAPP对提高标准显控台的生产效率、降低成本、保证产品质量有重要的意义。齿轮类零件在机械零件中占有极高的比例和分量，齿轮传动也是机械传动中最重要的传动之一，被广泛地应用于航空、航天、汽车、仪表等众多的行业领域。齿轮传动可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，其具有传动平稳、传动效率高、传递功率范围广、速度范围大、结构紧凑、维护简便和使用寿命长等优点。正是由于齿轮零件所具有的重要性，所以其设计与制造水平直接影响到工业产品的质量。目前齿轮加工技术的高低己经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。 但由于齿轮类零件种类繁多，加工过程中所需考虑的参数很多，齿轮加工的工序也比较繁琐，所用到的加工方法和机床设备种类也多种多样，这也就使工艺人员在编排齿轮加工路线时所考虑的因素增多，使齿轮加工工艺的编制变得复杂。 机械加工工艺规程的设计工作是连接产品设计与产品制造之间的桥梁，它直接影响到产品质量、劳动生产率、生产周期与成本、生产环境等多个方面，是生产过程中的一项重要工作。而传统的工艺设计由人工编制，劳动强度大、效率低、设计周期长，已不能适应现代化企业高质量、高素质、高效率的发展需求，这就对工艺过程设计提出了更高要求。随着计算机技术的飞速发展，利用计算机(CAPP-ComPuterAidedProeessPlaning)技术也就应运而生。1.1.2传统工艺存在的问题传统的工艺设计都是采用人工方式设计，目前，我国大部分企业的工艺设计仍采用人工方式，尤其是一些中小企业，CAPP的使用是一片空白。人工设计工艺的方式存在以下一些缺点：1)工作效率低，设计工作中不断做大量的重复劳动。手工编写工艺规程时，在书写工艺卡片上要花大量时间，工艺设计的质量完全取决于设计人员的实际工作经验和设计水平。当生产新产品时，以前设计的工艺过程不能使用，必须重新设计新产品的工艺过程，重新书写新的丁艺卡片。2)即使是老产品，也必须重新手工书写工艺卡片。这使工艺设计人员大部分时间在做重复劳动，没有更多的时间和精力从事新技术新工艺的开发、研制，大量的重复劳动也使工艺设计人员的工作积极性不高。3)工艺文件不便管理，特别是无法进行计算机管理。4)有经验的工艺设计专家长期积累的经验和技术，无法汇集起来，难以充分利用和共享。5)在当代机械制造领域中，小批量多品种生产的企业越来越多，制造系统从刚性向柔性转变，传统的手工工艺设计方式很难满足现在生产的需要1.1.3CAPP的发展历史及发展趋势CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-ISAutomatedProcessPlanning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。CAPP（computeraidedprocessplanning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（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。计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会（CIRP）提出了计算机辅助规划(CAP-computeraidedplanning)、计算机自动工艺过程设计(CAPP-computerautomatedprocessplanning)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturingplanning)、材料处理(materialprocessing)、工艺工程(processengineering)以及加工路线安排(machinerouting)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。由于计算机集成制造系统(CIMS-computerintegratedmanufacturingsystem)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计(CAD-computeraideddesign)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computeraidedmanufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺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功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。 工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程是进行工装制造和零件加工的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是生产中的关键性工作。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。工艺设计正处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及时间定额（工时定额），甚至传统习惯等方面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂，进行工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。企业工艺文件的形式多种多样，繁简程度也有很大区别，主要决定于生产类型。以机械加工为例：在单件小批量生产中一般只编制综合工艺过程卡，供生产管理和调度用。至于每一工序具体应如何加工，则由工人自己决定，对关键或复杂零件才制订较为详细的工艺规程。在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。大批量生产中则要求完整和详细的文件，除工艺过程卡外，对各工作地点要制订工序卡片或分得更细的操作卡、调整卡以及检验卡等。各企业采用的工艺文件并无统一格式。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件，工艺设计的主要内容有：根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求；了解产品生产的纲领及批量；按企业的实际情况，具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时定额；选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等；安排合理的加工顺序；选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差；选用合理的切削用量；计算工时定额和加工成本；编制包含上述所有资料的工艺文件。 工艺设计包含的内容和基本流程为：产品由设计部门产生设计图纸后，首先要转到工艺部门进行工艺审查，工艺审查的目的是了解设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理方法等方面的信息，对其进行工艺性（指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，加工制造和维修的可行性和经济性）分析和审查。经过工艺审查后，工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的修改，此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。在设计部门进行产品图纸修改时，工艺部门同时要做的是工艺总方案的设计及编写，此时的工艺文件是工艺总方案修改后的设计图纸转到工艺部门后，工艺 要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制，基于工艺规程，工艺人员要完成如“设备汇总”，“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工装申请，进行工装的设计。在此之后，制造部门及物资供应部门将以此为依据，进行物资供应及生产的组织、调度。在生产过程中，部分工艺规程的内容会有所调整和修改，相应的工艺汇总文件必须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。产品经试制、修改到最后定型。定型后的产品其图纸、工艺都要随之定型，定型后的工艺要进行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的，需修改时，除同设计部门一样需填写“工艺更改通知单”外，还要经过非常严格的审批。通常，产品都要经过如上的工艺设计过程，对于不同的企业，因其规模、企业性质等的不同，工艺设计的具体过程可能有所不同，但内容大同小异。在工艺设计过程中产生的许多重要的工艺文件对指导企业制造系统和物料供应系统的调度有着直接的影响。传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备如下条件：（1）丰富的生产经验；（2）熟知企业的各种设备的使用情况；（3）熟知企业内各种生产工艺方法；（4）熟知企业内各种与生产加工有关的规范；（5）熟知与生产管理有关的各种规章制度；（6）能与有关各方保持友好协作。具有丰富经验的工艺工程师，在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。传统的工艺设计方式已经严重地阻碍了设计生产效率的提高，主要表现在下列各方面：(1)对工艺设计人员要求高：传统的工艺设计是由工艺人员手工进行设计的，工艺文件的合理性、可操作性以及编制时间的长短主要取决于工艺人员的经验和熟练程度。这样就不可避免的会导致工艺文件的设计周期和质量不易保证。因此，传统的工艺设计要求工艺人员具有丰富的生产经验。(2)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。(3)难以保证数据的准确性；工艺设计需要处理大量的图形信息、数据信息，并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据；传统的设计方式需要人工处理图形及数据信息，由于数据繁多且很分散，因此，处理起来繁琐、易出错。(4)工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性亦较困难。设计效率低下，存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写，光是花费在书写工艺表格上的时间就占30%左右，而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时，原有的工艺规程就不再使用，必须重新设计一套产品的工艺规程，既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同，也必须重新设计。(5)无法利用CAD的图形、数据，随着国家科委“甩图板工程”的实施，二维CAD技术在企业中的应用已很普及，各部门之间通过电子图档进行交流，然而由于工艺设计部门仍采用人工方式进行设计，这样就无法有效利用CAD的图形及数据。(6)不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。(7)信息不能共享，随着企业计算机应用的深入，各部门所产生的数据可以通过计算机进行数据交流和共享，如果工艺部门仍采用手工方式，其他部门的数 据就只能通过手工查询，工作效率低且易出错；所产生的工艺数据也无法方便地 与其他部门进行交流和共享。 (8)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。 (9)当代制造领域中，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生产模式）转 变，这要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规化、制造与管理的全过程。 显然，传统的手工设计方式已不能满足上述要求。 (10)工艺设计工作贯穿于企业的整个生产活动中，在各个方面都充满着“个 性”。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，如企业的 生产类型、产品结构、工艺准备、生产技术发展等的影响，甚至受到管理体制的 制约。上述因素中的任何变化，均可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺是 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。而传统的手工方式显然不能满足要求。 计算机辅助工艺过程设计的基本原理正是基于人工设计的过程及需要解决 的问题而提出的： 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CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计的方法，已远 远不能满足要求。计算机辅助工艺过程设计(CAPP)也就应运而生的，用CAPP代 替传统的工艺设计克服了上述的缺点。它对于机械制造业具有重要意义，其主要 表现如下： (1)可以将工艺设计人员从大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出来，使 他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等等创造性的工作。 (2)可以大大地缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场 上的竞争能力。 (3)能继承有经验的工艺设计人员的经验，提高企业工艺的继承性，特别是 在当前国内外机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下，它具有特 殊意义。 (4)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。 (5)为适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制造 系统CIMS(computer Integrated Manufacturing System)创造必要的技术基 础。 (6)工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享。 (7)制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库。 (8)能充分利用标准（典型）工艺生成新的工艺文件。正因为CAPP在机械 制造业有如此重要意义，从60年代就开始对其进行研究，30多年来已取得了重 大的发展，在理论体系及生产过程实际应用方面都取得了重大的成果。但是到目 前为止，仍有许多问题有待进一步深入研究，尤其是CAD/CAM向集成化、智能化 方面发展，追求并行工程模式，这些都对CAPP技术提出新的要求，也赋予它新 的涵义。CAPP从狭义的观点来看，它是完成工艺过程设计，输出工艺规程。但 是为满足CAD/CAM集成系统及CIMS发展的需要，对CAPP认识应进一步扩展，PP 不再单纯理解为Process Planning，而含有Production Planning的涵义。 此时，CAPP所包含的内容是在原有的基础上，向两端发展，向上扩展为生产规 划最佳化及作业计划最佳化，作为MRPII的一个重要组成部分，并为MRPII提供 所需的技术资料;向下扩展为形成NC控制指令。广义的CAPP概念就是在这种形 势下应运而生的，也给CAPP的理论与实践提出了新的要求。 1.2 论文简介 本课题主要在Access2003开发环境下，通过研究分析和搜集整理大量齿轮加工的标准工艺，建立齿轮加工工艺数据库;并利用VB语言知识编制出由计算机自动拟定齿轮加工工序所需的规则机置;设计出完整友好的人机交互界面，便于信息的输入和输出。最终开发出实现由计算机自动拟定齿轮加工工艺的CAPP系统，并使其能很好的与CAPP系统中其它主要环节有机结合。 大至的步骤如下： (1)搜集整理齿轮加工工艺 本课题的主要研究目的是建立齿轮类零件工艺路线自动编制的CAPP系统，要建立一个CAPP系统，知识库必不可少，而且知识的数量与质量是一个CAPP系统性能是否优越的决定性因素，设计CAPP系统的关键首先是建立知识库，包括知识获取和知识表示。这就要把大量的齿轮加工工艺方法进行编辑，输入计算机以建立数据库，所以需要查阅和搜集大量的齿轮加工工艺方法。但由于齿轮种类很多，加工参数也各不相同，对知识库中知识的表达也会产生影响。本系统主要依据本人长期在齿轮工艺方面的学习和经验及参考齿轮制造手册相关知识，搜集整理出常用类型齿轮的加工工艺和一些典型工艺。 (2)知识表述和推理机制的研究 本课题中所建立的CAPP系统中，必须选择一种合理的知识表述方法和推理机制。使之能够实现模拟工艺人员对齿轮类零件在加工工艺制定过程中的一切要求，本论文中对零件的知识表述方法和推理机制进行了讨论。 (3)程序的编制和用户界面设计 本课题的整个设计和建立过程都是在Access2003开发环境下，应用VB语言进行知识库和推理机的建立，这就需要把大量的事实、规则知识输入到计算机。其中知识库是CAPP系统存储知识的地方，知识工程师直接交互，收集与整理的知识，将其转化为系统的内部表现形式并存储到知识库中。所以知识库的构造必须使得其中的知识在被使用的过程中能够有效地存取和搜索，库中的知识能方便地被修改和编辑，同时，对库中知识的一致性和完备性进行检验。推理机是系统的核心部分，它根据用户的问题求解要求和所提供的初始数据，运用知识库中的知识对问题进行求解，并将产生的结果输出给用户。所以选用合适的推理方法和控制策略也尤为重要。另外还要充分利用Access2003工具的可视化功能进行用户界面的设计，以便于用户和CAPP系统间的交流，也方便于设计员对专家系统进行知识的编辑和更新。 (4)辅助功能的实现 本课题所建立的系统中，除CAPP系统外还设计了一些辅助功能，包括齿轮加工中常用的机床资料、刀具资料及热处理的具体方法。能方便用户的查询和学习，进一步帮助用户能够选择出更为合理的齿轮加工工艺路线。本论文中借鉴了专家系统关于数据库分析的有关方法和对于人机交换界面的设计方法，具体内容下面也会有介绍第二章CAPP系统简介2.1CAPP系统的组成及基本功能CAPP系统应是一个表格处理、文字处理、图形处理，数据库访问综合技术应用的复杂系统。CAPP系统不能满足工艺设计人员的工作习惯一直阻碍着CAPP系统的推广，所以CAPP软件必须是人性化的，完全所见即所得的，符合软件通用操作规则的交互界面。首先CAPP系统必须能根据企业的不同要求来定制实施，这种定制实施可以是由软件供应商来完成，更重要的是也能让企业自己来完成这种定制，因为企业的工艺技术条件，和企业工艺资源数据是在不断变化的，企业的工艺标准也可能变化，轻松的定制是现代CAPP系统的重要特征。CAPP系统中有大量的表格，CAPP中表格的处理技术是关系到CAPP易用性的关键技术，CAPP表格的定制和修改要求能实现“所见即所得”的操作习惯，表格的填写要求能自动的换行、自动续卡、自动编号，表格中既能填写文字又能填写工艺符号，工艺符号要能参加到自动换行、续卡的运算中，并能支持复制，粘贴，在位编辑等标准的文字处理软件的工作习惯。现有的文字处理软件、表格处理软件甚至CAD图形软件均不能满足100%所见即所得的卡片填写方式的要求。只有基于在操作系统平台上利用GDI(GraphicsDeviceInterface)开发的专业系统才能满足要求。另外，CAPP生成的图形格式要求最好是能被大多数的软件系统识别，这样便于在其它集成信息系统（如PDM系统）中进行浏览和打印。也有CAPP系统通过OLE（ObjectLinkingandEmbedding）的方式在其它系统中浏览和打印CAPP的表格，这样就要求CAPP软件必须与其它系统安装在同一台计算机上，计算机的资源因此比较浪费。也有制作专用浏览和打印的控件，然后集成到其它系统中来完成该功能的，但是一旦图形格式发生变化（非通用的图形格式容易发生改变），就必须升级所有系统中的相应控件。用WMF（Windows-formatedMetaFiles）或EMF(Enhanced-formatedMateFiles)的图形格式来存储CAPP的表格图形是比较好的办法，因为WMF和EMF几乎是所有系统支持的图形格式，它与具体的图形设备没有关系，能直接向各种打印设备输出。另外OLE所生成的图像就是WMF格式，使用WMF格式能保证CAPP表格中使用的OLE对象能自然的得到支持。现代的CAPP系统中可能要用到多种CAD系统绘制的工艺简图，利用OLE技术可以支持这一特征，并且绘制的工艺简图能重复的利用。唯一的缺点是必须安装CAD系统，并且可能要在多个应用系统中来回切换，系统的资源比较浪费。值得注意的是VISIO公司推出的IntelliCAD，借助OpenDwg组织的技术，实现了与DWG2000、14、13、12格式的完全兼容，该CAD系统能支持AutoCAD所不支持的OLE在位编辑，并且系统非常紧凑，用它来绘制工艺简图可避免多个应用的切换和资源的浪费。现代CAPP系统需要独立的、可定制的、有编程接口的、开放的安全系统。无论企业有没有PDM系统，作为网络数据库的应用程序，现代CAPP都需要有较为完备的安全系统，不能因为企业有了PDM系统，就将CAPP数据的安全交给PDM系统管理，因为PDM系统和CAPP系统所关心和处理的数据重点不一样，CAPP也应该能脱离PDM系统正常运行。PDM的安全系统是在CAPP系统之上的，通过PDM访问CAPP数据，既要通过PDM的安全系统和工作流程验证，也要通过CAPP系统的安全性确认。CAPP的安全系统要能满足各企业根据不同情况进行定制的需求，首先CAPP系统必须对可能的权限进行抽象，这种抽象不仅仅是针对具体的CAPP的软件功能，也应该针对CAPP数据库的访问能力，然后制定规则，提供工具，包括软件工具和编程接口来满足不同的定制需求。CAPP软件系统提供的编程接口最好是基于COM标准的，这样PDM等系统能方便地利用各种开发工具进行集成。由于现代CAPP软件是一种工艺设计的工作平台，构建在这个平台之上的专业CAPP系统也可能有权限的要求，所以CAPP的权限系统必须提供可扩充的机制，从而满足开发性的需求。2.2CAPP系统的分类计算机辅助工艺过程设计的方法大致有检索式、派生式、创成式、综合式四种，那么相应地CAPP系统也就可以分为如下四种：（1）检索式（Searches）CAPP系统（2）派生式（Variant）CAPP系统也叫变异式、修订式、样件式CAPP系统，它是建立在成组技术（GT）的基础上，它的基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工艺规程。一个新零件的工艺规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以筛选或编辑而成的。计算机内存储的是一些标准工艺过程和标准工序；从设计角度看，与常规工艺设计的类比设计相同，也就是用计算机模拟人工设计的方式，其继承和应用的是标准工艺。派生式系统必须有一定量的样板（标准）工艺文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文件。（3）创成式（Generative）CAPP系统也叫生成式CAPP系统。创成式系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象，各种设备及刀具的适用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑存入相对独立的工艺知识库，供主程序调用。向创成式系统输入待加工零件的信息后，系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需或略加修改即可。创成式系统不需要派生法中的样板工艺文件，在创成系统中只有决策逻辑与规则，系统必须读取零件的全面信息，在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工艺文件。（4）综合式（Hybrid）CAPP系统综合式系统是将派生式、创成式与人工智能结合在一起，综合而成的。从以上四种CAPP系统中工艺文件产生的方式我们可以看出，派生式系统必须有样板文件，因此它的适用范围局限性很大，它只能针对某些具有相似性的零件产生工艺文件。在一个企业中这种零件只是一部分，那么其它零件的工艺文件派生式系统就无法解决。创成式系统虽然基于专家系统，自动生成工艺文件，但需输入全面的零件信息，包括工艺加工的信息。信 息需求量极大，极全面，系统要确定零件的加工路线、定位基准、装夹方式等，从工艺设计的特殊性及其个性化分析，这些知识的表达和推理无法很好的实现；正是由于知识表达的“瓶颈”与理论推理的“匹配冲突”至今无法很好地解决，自优化和自完善功能差，CAPP的专家系统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶段。除上面几种CAPP系统以外，还有一种智能型的CAPP系统越来越受到重视，智能型CAPP系统是将人工智能技术应用在CAPP系统中所形成的CAPP专家系统。智能型CAPP系统与创成型CAPP系统是有一定区别的，正如人们所知，创成型CAPP及CAPP专家系统都可自动地生成工艺规程。创成型CAPP是以逻辑算法加决策表为其特征;而智能型CAPP系统则以推理加知识为其特征。在企业的实际应用中，无论是用什么方式进行工艺过程设计的，其目的只有一个，真正满足企业的需要，解决企业的实际问题。CAPP系统的设计方法很多，从国内的普遍情况来看，目前以派生式为基础的CAPP设计方法所占比例较大，其主要原因是正在开展或准备推行CAPP的工厂大都为几十年以上的老厂，产品种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制定出派生式CAPP需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。但为了使CAPP具有强大的生命力，在开发实用的CAPP软件时，应遵循总体规划、目标明确、实施和效益突出的准则。只有实用性强，符合用户当前的需求才能取得明显的效益，从而引起工业界的重视，进一步推广应用CAPP的局面才能打开。但另一方面，为了适应企业制造技术进步带来的影响CAPP软件的适应性也极为重要，即应能允许用户按系统指南去修改数据文件和部分工艺过程决策规则来进行完善，使之适应变化。此外，CAPP软件还应有一定的通用性和可扩展性，逐步提高其先进水平。综合上述，可见在进行CAPP系统设计开发时，针对开发目标，可以综合考虑、相互借鉴各种方法的实现原理，发挥各自的优点。鉴于课题的研究目的，本课题采用综合式平台类CAPP系统开发模式，它完全基于数据库，采用交互式设计方式满足实用化要求，同时注重数据的管理与集成，开放的体系结构同时满足了特定企业特定专业的智能化专家系统的二次开发的需要，是目前国内外CAPP学者公认的最佳开发模式。由于本设计中借鉴了专家系统的有关知识分析和框体结构因此就专家系统的功能特点、知识分析以及框架结构进行阐述，以便读者和用户能够更好的了解本CAPP的系统设计规范。2.3CAPP系统技术2.3.1CAPP系统应用中存在的问题在CAPP系统的应用过程中，存在的问题主要有以下几方面：（1）工艺编制方式落后。企业设计部门的共性比较强，标准化程度比较高，而且经过多年的发展，大多数CAD软件都具备了企业需要的各种绘图功能，所以，CAD的普及工作主要是培训和建立图形库等工作，难度不大。而企业的工艺部门的个性很强，随企业的产品不同、生产模式不同，工艺方面差异很大，包括使用的卡片不同，工艺汇总的方法不同，工艺编制的过程不同等。工艺部门个性很强的特点要求CAPP软件必须是一种工具化的产品，能够通过定制或配置，满足企业的需求。（2）缺乏对工艺资源的管理。工艺编制涉及到的因素很多，如企业的加工设备、工艺装备、工艺手段、典型工艺等，这些信息，可以统称为企业的工艺资源。企业的工艺资源是编制工艺文件的基础，而目前，大部分企业对工艺资源缺乏管理，常常会发生重复制造工艺装备的问题。因此，工艺部门要求CAPP软件必须提供一种工具，将企业的工艺资源有效地管理起来。（3）缺乏权限管理。工艺设计是由许多不同性质的子任务组成。如产品结构工艺性审查、工艺方案设计、设计工艺路线或车间分工明细表、专用装备设计、设计工艺规程、编制工艺定额、工艺的校对、审核、批准等。工艺设计涉及到多个部门和人员。如计划处、生产处、工艺处、设备处、劳资科,标准化室等。这就要求工艺软件提供一种角色和权限机制，提供产品级的工艺编制功能和零件级的工艺编制功能。（4）大多数CAPP系统属专用的CAPP系统，缺乏柔性和通用性。（5）CAPP系统不能实现与CAD系统的集成，需要重复输入设计零件信息，零件信息通过手工输入或用成组编码方式输入，造成系统繁杂，工艺人员很难在短时间内掌握。（6）图形绘制处理能力较差，而工厂需要绘制的工序卡及各种工艺表格以及工艺附图无法处理。2.3.2CAPP技术的基本原理传统工艺都是手工方式进行工艺设计，手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程：根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求。了解产品生产的具体要求和批量。根据实际情况进行工艺决策，确定加工方法和工艺路线。按企业的设备和人员等实际情况，具体确定机床设备、工艺装备、切削用量。按照规定格式生成正式T艺规程。计算机辅助工艺设计(CAPP)的基本原理正是基于人工设计的过程和需要解决的问题而提出的。1)应该充分利用产品零件的数据信息，并建立零件信息的数据库。2)CAPP系统必须保证充分利用和共享工艺设计人员的工艺经验、工艺知识。3)制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源库和工艺参数库。4)充分利用典型(标准)工艺生成新的相关工艺文件。CAPP系统的应用可以缩短生产准备周期，提高丁艺设计质量，提高工作效率，可以充分共享工艺设计人员的知识和经验，积累有经验工艺师的经验。工艺信息是企业信息化的核心，工艺数据是企业信息化的枢纽。工艺数据是企业ERP、MIS、MRPII等系统的数据源泉。没有CAPP技术的实施，ERP、MIS等企业系统就无法运行。工艺数据与其它项目的关系如图2.1。图2.1工艺数据与其它项目的关系 第三章知识表示、推理及搜索策略3.1知识表示所谓知识表示(RepresentationofKnowledge)，就是关于计算机如何描述事物的一组约定，是知识的符号化过程。合理的知识表示应满足充分表示、有效推理、便于获取和管理、易于理解的要求。如何表达CAPP系统所需的数据与知识，使之既便于计算机内部对它们的描述和管理、又便于CAPP系统的工艺决策，是CAPP系统的重要课题。知识是人们在改造世界的实践中所获得的认识和经验的总和，是人类一切智能活动的基础;知识表示为研究用什么样的方法将解决问题所需要的知识存储在计算机中，并便于处理，它是人工智能最活跃的研究热点之一，关系到人工智能理论的发展和应用。在CAPP系统的范畴内，所谓知识表示包括两个方面的问题:一是用什么方法来组织表示知识的问题;二是如何利用表示成一定形式的知识进行推理的问题。这两者是相互关联的、不可分割的。因为知识表示的方法、形式直接影响如何使用该知识，而如何使用知识推理也常常随知识表示方法的不同而不同。目前有许多知识表示方法，主要有状态空间表示法、逻辑表示法、语义网络表示法框架表示法、过程表示法、剧本表示法、规则表示法及面向对象表示法等。状态空间法是一种基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和操作符为基础的。在利用状态空间图表示时，从某个初始状态开始，每次加一个操作符，递增地建立起操作符的试验序列，直到达到目标状态为止。由于状态空间法需要扩展过多的节点，容易出现“组合爆炸”，因而适用于表示比较简单的问题。逻辑表示法是基于谓词逻辑对知识表达的基础上，它能比较精确地表达人类的思维活动，接近人类的自然语言，可方便地在计算机中存储，便于计算机处理。谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识，也可以用来表示事物间确定的因果关系。逻辑表示法没有提供如何把知识组织起来的信息，大多是基于顺序存储的方法组织知识的。它较多地运用在定理证明和问题求解领域。语义网络表示法是一种表达能力强而且灵活的知识表示方法，它能较好地表示人类记忆的技能。语义网络也是一种结构化的知识表示方法，不仅易于表示简单的事实，而且易于表示复杂的结构，为许多CAPP系统所采用。它的最大优点是提供了检索信息的索引，各结点之间的重要联系以明确简洁的形式表达出来，通过连接的各向量容易找出与某一结点有关的信息，这种自索引能力可有效地避免搜索所遇到的组合爆炸问题。其缺点是对处理它们的程序没有具体规定，语义网络所表达的信息完全依赖于处理程序对它们的解释，故与逻辑表示法相比，这种表示法不能确保结论正确。框架表示法表示有关事物的知识时，不仅可以表示出事物各方面的属性，而且还可以表示事物之间的隶属关系，事物的特征和变异。框架表示法的推理实现主要是通过省略默认和匹配两种途径。省略默认是利用框架所包含的多种信息来进行推理，引用这些信息就像直接观察到这些信息一样。匹配是指通过与事先存储在框架知识库中的信息进行匹配来推理。框架表示既是层次性的，又是模块化的，适合表达固定而典型的概念、事件和行为，提供了有效地组织知识的手段，容易处理默契值，并能较好地把叙述性知识和过程性表示协调起来。过程表示法将领域知识连同使用这些知识的方法隐式地编在统一程序中，不易修改和扩充，知识库是一组程序的集合。过程表示法没有固定的表示形式，如何描述过程取决于具体问题。进行推理时，每当有一个新目标，就从可以匹配的过程规则中选择一个执行。在执行过程中可能产生新的目标，就可调用相应的规则执行，直到有返回标识符出现时，控制返回上一级规则。它的优点是:效率高，用程序表示知识，程序可准确地表示先做什么，后做什么，怎么做，并可直接嵌入策略性知识;系统的控制策略容易实现。剧本表示法是框架表示法的一种特殊形式，由一组槽组成，用来描述特定范围内的一些事件的发生序列。剧本表示法注重从描述事件发生的固定序列角度表示知识。剧本结构相对框架结构比较呆板，知识表示范围比较窄，但对于表示预先构思好的特定知识，如理解故事情节很有效，在自然语言理解方面很有应用前景。面向对象的知识表示方法类似于框架表示法，知识以类为单位按照一定的层次结构进行组织，不同类之间的联系可通过链来实现。类是一种对象类型，它描述同一类型对象的共同特征。这种特征包含操作特征和存储特征。类具有继承性，一个类可以是某一类的子类，子类可以继承父类的所有特征。类的每一个对象都可以作为该类的一个实例。3.2推理和搜索策略3.2.1推理策略在CAPP系统中实现推理的部件是推理机。推理机调度、使用知识的方法称为控制策略，控制策略的好坏决定着系统求解问题的速度。每一种控制策略都是与知识表示的方法密相关的，并且在很多方面依赖于知识表示。对于需要快速处理的问题及面临组合爆炸的问题来说，控制策略的合适与否甚至会影响系统开发的成败。一个控制策略由两部分组成:一是推理方法，表示按什么方式推理及如何评价结论的可靠性;二是搜索策略，表示如何构造一条花费较少的推理路线。推理按所得结论的可靠性不同，可分为逻辑推理和似然推理，也即精确推理和模糊推理。按推理的方向可将逻辑推理分为正向推理、反向推理和混合推理。正向推理是按由数据推出结论的方向进行推理，这种方法是从已知的事实出发，按照一定的控制策略，利用产生式规则，不断地修改、扩充数据库，最终推断出结论。这种方法由于是从初始数据推出结论，故有叫数据驱动策略。其典型的过程是:从初始数据集合D出发，找出一些条件部分被D所满足的知识K，知识K的执行可以把D改变成Dl，Dl又可以使另一些知识Kl得到满足，由此又可得到改变数据集合DZ，以此重复直至得出结论。正向推理的基本步骤如图3.1所示。图3.1正向推理的基本步骤正向推理适合于求解那种由己知事实推断出各种可能结论的问题，其主要优点在于它能够充分利用用户提供的信息，可以很快地对用户输入的数据做出反映，而不必使用户等待到程序需要时才提供信息，一旦某一数据加入到数据集合中，它就可以用于推理。这种推理策略也适合于求解那些多目标的问题，但这种方式在知识库变得较庞大时，存在着潜在的低效性，规则的激活与执行没有目的，求解了许多无用的目标。它有盲目推理的倾向，盲目推理使系统看起来智能水平不高。减少盲目推理的一种方法是在搜索时根据目标选择合适的知识，从而构造一条比较合理的推理路线。反向推理与正向推理的方法正好相反，它是由目标出发，为验证目标去寻找有用的证据。这种方法是首先提出假设，然后反向寻找支持这些假设的证据。所以在反向推理系统中，除了有规则库、事实库以外，还要有一组假设，即系统可能得出的结论。其推理过程是:首先验证事实库中是否有假设，若有，则假设成立;否则，进行下一步。将结论部分包含此假设的规则找出，若无规则适用，则向用户提出该假设;若找出一条由初始结点到终点的最佳推理路线，以避免不必要的推理浪费。同知识表示和推理策略一样，知识的搜索也有多种方法，同一问题可能采用不同的搜索策略，根据问题特征的不同，方法的有效性也将不同。在应用无知识搜索(盲目搜索)进行求解的过程中，一般是“盲目”穷举式的，即不运用特定信息。盲目搜索包括宽度优先搜索、深度优先搜索和与或树上的盲搜索等，其中，有界深度优先搜索在某种意义上讲，具有一定的启发性。一般说来，从搜索效率看，有界深度优先搜索较好，宽度优先搜索次之;深度优先搜索较差。不过如果有解，则不管付出多大代价，宽度优先搜索和深度优先搜索一定能够找到解;而有界深度优先搜索则可能丢失某些解。有知识搜索(启发式搜索)主要讨论最佳优先搜索。与无知识搜索不同的是，启发式搜索运用启发性知识，引用某些准则或经验使搜索沿着某个被认为最有希望的路线发展。启发式搜索要比盲目搜索有效得多，因此应用较为普遍。用于CAPP系统推理的知识也可以按管理和被管理的级别分为多个层次，较高层次上的知识可以管理、解释、使用和获取较低层次的知识。对象级知识是属于最低层次的知识。被称为策略性知识的元知识一般是最高级的元知识，可以有效地组织使用较低的对象级知识，进而实现专家系统的控制策略。在求解问题时，可把问题表示为一个有待证明的问题或定理，然后用冲突解决策略和反演过程来证明。在证明时，采用推理规则进行正向搜索，希望能够使问题最终获得解决。另一种策略是采用反向推理证明某个定理是否成立。有些问题的搜索既可使用正向搜索，又可使用逆向搜索，还可以从两个搜索方向混合进行搜索，即双向搜索。本设计是基于专家系统的有关知识，将其应用于Access中，并将其与VB语言的有机集合下设计出的CAPP系统，就Access以及VB语言的具体内容将在第四章中阐述。 第四章齿轮工艺知识4.1毛坯选择规范齿坯即生产齿轮所需之毛坯，齿坯的质量决定着齿轮的内部质量，因此，必须重视齿的生产，根据齿轮强度及使用状态的不同，齿坯主要的工艺方法有铸坯、锻坯和焊接齿坯，三种工艺方法各有优缺点和一定的适用范围。4.1.1铸坯规范铸坯成本低、生产设备简单，可生产各种开源的齿坯，特别是质量大、开关特别复杂的齿坯，其主要缺点是内部质量较差，使用范围受到一定限制。铸造齿坯一般采用中碳铸钢或低合金钢，其综合力学性能优于其他任何铸造合金。4.1.2锻坯规范铸造制坯工艺可以分为自由锻、模锻和轧制三种，锻造可以改善坯料的铸态组织、细化晶粒，得到优质的锻造毛坯。但锻造工艺复杂，不能生产开关复杂尺寸特大的齿坯。模锻虽可生产较复杂的锻造齿坯，但是因模具费用高，生产需有一定的批量，同时模锻压机能力有限，不可能生产大的齿坯。轧制齿坯虽可生产较大尺寸的环坯，但设备复杂，且需一定的批量，因此推广也受到一定限制。自由锻制坯是利用锻造设备的上下砧和一些简单的工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形而实现的。轧制制坯是在环形轧机上，利用设备上的主轧辊和芯辊及上下锥辊使环坯进行连续的局部塑性变形，最终实现整体盛开，从而获得所需的几何尺寸，它需要自由锻制坯，轧环可以看成是二次成形。4.1.3焊接齿坯规范焊接齿坯是近年来在西方发达国家发展起来的一种新的工艺方法。由于铸造工艺污染严重，锻造生产劳动强度大。面焊接结构的齿坯外观质量好，加工余量小。内部质量接近于整锻齿坯。我国近年来也引进了此项技术，我国连铸连轧设备有限，特别是的生产数量少，质量差，生产成本较铸锻齿坯高。应用受到一定限制。 4.2热处理规范4.2.1铸后热处理（1）重要铸件、高精度铸件，铸造后应进行时效处理。铸坯须进行退火处理，也可进行加回火处