CAPP毕业设计论文.doc

天津科技大学学士学位论文前 言在现代机械制造业中，计算机辅助工艺规程设计（CAPPComputer Aided Process Planning）具有重要的理论意义和广泛、迫切的实际要求。因为CAPP系统的使用，不仅可以大大提高工艺规程设计速度和质量，而且保证了工艺设计的一致性、规范化和标准化。目前CAPP系统已引起机械制造业的极大关注，并展现出广泛应用前景，为此我们研究设计CAPP系统具有良好的社会效益和经济效益。本系统是基于成组技术(GTGroup Technology)的分类编码法轴类零件信息描述输入的CAPP系统。它主要面向对零件加工精度要求较低、零件结构不复杂（主要是轴类零件）的零件加工工艺的生成。 本系统源程序完全是由Visual Basic高级语言编写，操作简单，界面友好，非机械人员也能操作自如。分类编码CAPP系统本应建立零件信息数据库，但因作者的Visual Basic知识有限，因此本系统的零件信息库没能以数据库的形式存在。这也是作者遗憾的地方。本说明书是作为作者大学学士论文的一部分，共分三章十四节。在本系统的研究设计中，得到了贾树柏导师的精心指导和同组同学的热心帮助，在此表示深深的谢意。 设计者 2002年6月第一章 绪论第一节 工艺及传统工艺设计在现代制造企业中，工艺规程作为一种指导性文件对企业生产的正常运转有着很重要的作用。工艺规程的基本任务是将产品或零件的设计资料转换成为加工指令。一个理想的工艺规程应该保证企业以最低的成本、最短的生产周期、最有效的工艺方法制造出已设计的产品。但传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责，而且传统的工艺设计都是由人工进行的，这就不可避免的存在一些缺点：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、工作量大，效率低下；工艺设计需要生成大量的工艺文件，这些工艺文件多以表格、卡片的形式存在。手工进行工艺规程设计一般要经过以下步骤：由工艺人员按零件设计工艺过程；填写工艺卡片、绘制工序草图等；校对；审核；眷写、描图；晒图；装订成册。另外，工艺人员还要进行大量的汇总工作，如：工装汇总、设备汇总等。这些工作的工作量很大，需要花费很长时间。3、无法利用CAD的图形、资料；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文件进行交流，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的图形及资料。4、难以保证资料的准确性； 工艺设计需要处理大量的图形信息、资料信息，并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺资料；传统的设计方式需要人工处理图形及资料信息，由于资料繁多且很分散，因此，处理起来繁琐、易出错。5、信息不能共享；随着企业计算机应用的深入，各部门所产生的资料可以通过计算机进行资料交流和共享，如果工艺部门仍采用手工方式，其它部门的资料就只能通过手工查询，工作效率低且易出错；所产生的工艺资料也无法方便地与其它部门进行交流和共享。目前，计算机技术的应用已深入到工厂企业的各个领域，在进行工艺设计时，如应用计算机进行工艺的设计，必然大大的提高工艺部门的工作效率、工作质量，提高信息处理能力和企业各部门间信息的交流能力。计算机应用技术在工厂企业的各个领域的深入和成组技术研究的成熟，使以成组技术为基础，计算机为工具的计算机辅助工艺设计技术就应运而生。应用CAPP技术将缩短设计周期，对修改和变更设计能快速作出响应；工艺人员的经验能够得到充分的积累和继承；减小编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性并为建立计算机制造系统打下基础。第二节 CAPP概述 随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成为可能， CAPP的应用将为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用计算机辅助工艺设计的必要性已被越来越多的企业所认识，选取一个适宜本企业生产及管理环境的CAPP系统不但能充分发挥计算机辅助工艺设计的优越性，更能为企业资料信息的集成及管理打下良好的基础。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。CAPP（Computer Aided Process Planning,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。 CAPP系统的使用不仅可以大大提高工艺规程的生成速度和质量，而且CAPP系统对操作人员的工艺设计水平的要求可以较低，即使一般技术水平的工艺人员也能借助于CAPP系统设计出较高质量的工艺规程。与传统的工艺规程设计方法相比，采用CAPP技术不仅可以提高设计速度，达到优化设计，而且还可以克服加工工艺的不一致性、质量不稳定等缺点。第三节 CAPP系统基本原理和方法一、CAPP的基本原理手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程：l 根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求；l 了解产品生产的纲领及批量；l 进行工艺决策，确定加工方法和工艺路线；l 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；l 按规定格式生成正式工艺规程。计算机辅助工艺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：首先，产品零件的资料信息应能利用，并建立零件信息的数据库；其次，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；第三，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；第四，充分利用标准（典型）工艺生成新的工艺文件。1二、CAPP的设计方法自从第一个CAPP系统诞生以来，各国对使用计算机进行工艺的辅助设计进行了大量的研究，并取得了一定的成果，目前按照传统的设计方式CAPP可分为以下四类：1) 派生式(Variant)CAPP系统派生式CAPP系统建立在成组技术（GT）的基础上，其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，与常规工艺设计的模拟设计相同，即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。2) 创成式(Generative)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资料信息生成的，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，在创成式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。3) 人工智能(AI , Artificial Intelligent )CAPP系统将人工智能技术(AI)应用于工艺自动设计中，给CAPP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，但由于知识表达的“瓶颈”与推理的“匹配冲突”至今没能很好的解决，自优化和自完善功能差，CAPP的专家系统方法任停留在理论阶段和简单应用阶段。但这并不影响专家智能CAPP系统的开发和应用前景。4) 综合式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地实现。近年来，基于神经网络的思想方法的研究得到了很好的发展。它具有并行处理信息、信息分布式存储、自组织、自学习及实时处理特性。因此，虽然此类CAPP系统开发工具的研究才刚刚起步，但其成功的前景有待于人们的努力。三、CAPP系统的开发模式尽管CAPP系统有上述的各种形态，但从整体上看，可把CAPP系统的开发模式归纳为：l 专用型CAPP系统l 工具型CAPP系统（一）专用型CAPP系统专用型CAPP系统就是专门为企业开发的CAPP系统。从体系上看，其程序与资料、知识是固化在一起的，针对性强 ，可移植性差。因此很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化。专用型CAPP系统的特点是：l 针对性强，与企业实际情况结合的比较好，工艺决策的质量也比较高。l 适应性差，当企业的产品类型、工艺方法和制造环境发生变化时，专用型CAPP很难随之进行扩充和更新。l 开发周期长，专用型CAPP系统的开发缺乏商品化的标准模块，很多是从系统的基本功能开始，而真正达到实用必须经过较长时期的调试和完善。（二）工具型CAPP系统工具型CAPP系统的基本特征是其工艺决策方法和其它系统功能是通用化的。因此它必须采用新的CAPP系统设计理论。从体系结构看，工具型CAPP系统可以分成框架型CAPP系统和开发平台(开发工具)型CAPP系统。1、框架型CAPP系统框架型CAPP系统提供给用户一个固定的CAPP系统框架，用户可以通过友好的人机界面根据企业的实际情况输入资料和知识，这样就形成了一个面向特定的制造环境和工艺习惯的具体的CAPP系统。2、开发平台型CAPP系统开发平台型CAPP系统是把CAPP系统的功能分解成一个个相对独立的工具，针对不同的应用环境，用户可以在开发平台上构造符合用户自己需要的CAPP系统，也可以将开发平台提供给用户，使用户可以进行CAPP系统的二次开发。开发平台型的CAPP系统适用性广，开放性好，从理论上讲，该系统可以适应各种应用环境，具有较好的通用性和柔性；而且由于具有二次开发的能力，可以适应企业内部发生的较大的变化。由于目前CAPP系统设计理论的不完善，开发平台型CAPP系统还不成熟。目前的大多数CAPP系统还是混合型的，即有一个基本的决策框架，对于比较容易形成独立工具的功能，如工艺文文件的输出，知识和数据输入等提供一个开发环境。第四节 CAPP发展现状及趋势一、CAPP的发展历史国外近40年和我国20余年CAPP的发展,就其研究方法而言,基本经过了检索式、派生式、半创成式、创成式的过程。目前正在广泛进行智能化、集成化、柔性化和并行化方面的研究。80年代我国开始了在CAPP方面的研究和应用，到现在的二十余年时间里，CAPP系统经历了如下几代产品的演变和发展： 第一代产品：1982年至1995年，基于智能化和专家思想开发的CAPP系统。由于工艺工作的复杂性，注定了此类系统得不到大面积的推广和使用。 第二代产品：1995年至目前，基于低端数据库（FoxPro等）开发的CAPP系统。此类系统重视了工艺数据的重要性，但限于开发工具和开发技术，使得此类系统的实用性差，技术人员不喜欢用，同样难以推广。 第三代产品：1996年至目前，基于AutoCAD或自主图形平台开发的CAPP系统。但此类系统未考虑工艺数据的重要性，使得工艺数据难以提取和集成，实际上已成为企业信息化建设的障碍。 第四代产品：1998年至目前，基于数据库开发，注重数据的管理与集成，注重实用的综合式平台类CAPP系统。天河TH-CAPP2000是第四代产品的典型代表。二、CAPP发展趋势由于制造技术的发展，先进制造技术的深入应用，尤其是先进制造技术的基础技术，从建立企业工艺标准化体系到计算机软硬件及网络通信技术的发展，以及企业应用计算机从单一系统向集成化系统发展，加上企业正面对新经济时代的市场竞争，在这样的新基础、新形势下，CAPP的发展趋势将是：(1)为适应企业进入新经济时代，必须解决产品（Product）、上市时间（Time）、质量（Quality）、成本（Cost）、服务（ Service）和环境（Environment）等几个方面的问题。在优化产品设计的同时，必须优化工艺设计，才能为优化管理打好基础。因此，CAPP不能是简单的在卡片填写方式上用计算机代替手工，而必须通过应用C APP系统提高工艺设计的优化、标准化水平（标准化不仅仅是文件格式的标准化，而是内容的标准化），以指导生产过程与生产管理，获得良好的效果，包括实施ERP、JIT、CIMS等的应用效果，使企业经营进入良性循环的轨道。 (2)应用相似性原理、成组技术、标准化技术开展工艺标准化工作，建立工艺标准化体系，解决工艺设计的多样性，为开发CAPP应用软件及其系统的通用化、商品化打下牢固的基础，使企业工艺工作适应市场经济的发展。绝对不能牺牲开发应用CAPP的根本目的优化生产管理与优化操作解决P、T、Q、C、S、E来开发所谓的 “商品化” 系统。(3)一个企业的实用的、可行的CAPP系统，必须首先以企业中占70以上的可以实现工艺标准化的零件及产品工艺信息为主体，形成多种C APP技术方式的应用系统，包括目前条件下可能实现的专家系统、半自动生成系统、派生式系统、样件系统等。对于那些暂时不能用以上方式解决的，可采用一些较为基础的方式。(4)在应用CAPP工艺设计系统的同时，开展工艺信息管理系统的开发与应用。用系统工程的原理与方法对企业工艺系统的全部工作进行系统分析、设计，形成完整的工艺信息系统，不但使工艺工作实现信息化，同时为企业工作的信息化提供坚实的基础，明确CAPP与CAD、PDM、ERP的关系。为了实现以上的目的，CAPP系统必须在以下几个方向进一步发展： （1）集成化 计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，CAPP系统集成化也是必然的发展方向。在并行工程思想的指导下实现CADCAPPCAM的全面集成，进一步发挥CAPP在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用，这包括：与产品设计实现双向的信息交换与传送；与生产计划调度系统实现有效集成；与质量控制系统建立内在联系。（2）工具化 为了能使CAPP系统在企业中更好的推广应用，CAPP系统应提供更好的开发模式。传统专用型CAPP系统虽然针对性强，但由于开发周期长，缺乏商品化的标准模块，适应性差，很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化。而应用面广、适应性强的平台型（工具式）CAPP系统，已经成为开发和应用的趋势。（3）智能化 CAPP系统必将在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展。 8第五节 CAPP在发展中存在的问题CAPP软件在制造自动化领域中是研究和发展较早的软件技术之一，但与同类的 CAD/CAM的软件技术相比，CAPP软件的发展却大大落后于CAD、CAM软件。于是在许多企业里，加工部门早已用上了CAM软件，产品的设计部门早已甩掉了图板，甚至用上了三维的设计和分析软件，而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔，仍然重复着几十年来的工作习惯和方法。个别企业为了追求计算机应用的普及，使用一些通用的办公软件，或者二维CAD软件来代替CAPP工作。90年代中后期，制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题，在一些企业实施了企业级的PDM或MRPII甚至ERP软件后，才发现CAPP成为阻碍企业信息化建设的瓶颈。为什么CAPP的研究一直是困难重重且步履艰难？我们认为造成这种现象的主要原因是CAPP系统运行在一个处于持久变化着的应用环境中，这包括所需制造资料的动态性，各决策机制所需知识的动态性以及实现决策所需功能的动态性（表1-1）。1进一步讲，阻碍CAPP发展的本质原因是缺乏完整的理论体系去保证CAPP系统能够适应这种多变的应用环境。于是一些比较敏感的专家在90年代中后期重新衡量了CAPP软件在企业内应发挥的作用，逐步抛弃了传统的CAPP的研究方法，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向为工艺设计人员的提供软件工具，同时为企业的信息化建设提供服务。CAPP产品的研发在中国开始活跃起来，CAPP软件技术得到了迅速的发展。90年代末，各种实用化的CAPP开始走向市场，其开发方法和重点也各不相同，有的CAPP系统在CAD图形平台的基础上开发，然后将生成的工艺资料传送到其它的数据库系统中，有的CAPP系统在某种特定的数据库系统上生成工艺资料，然后在CAD平台上生成工艺卡片，甚至也有CAPP系统是纯粹的工艺卡片的填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些CAPP软件能为工艺表1-1 CAPP系统的动态应用环境不同的企业间同一企业内部数据的动态性不同的产品类型不同的制造资源产品改进和新产品开发 设备的故障和负载的变化制造资源的更新知识的动态性不同的工艺习惯不同的工艺方法工艺改行和新工艺引进工艺优化目标的变化功能的动态性不同的生产类型 不同的生产组织结构不同的管理方式 组织结构和管理方法改进 产品生命周期不同阶段对工艺计划的要求不同人员提供一定的服务。但是以上CAPP系统都不能满足企业工艺设计的全过程要求，也不能满足现代企业对信息化建设的需求。现代CAPP，即面向企业信息化建设的网络化集成工艺设计平台成为目前和今后CAPP研究开发的重点。尽管CAPP的研究还面临着如此多的的问题，而且新的市场竞争和对现代制造技术的需求给CAPP的研究带来了巨大的挑战，但是，CAPP领域的研究人员任然不懈地进行各种努力和尝试，并取得了很大的成果。第六节 研制CAPP开发工具的目的、意义及迫切性21世纪是企业信息化建设蓬勃发展的时代，如何面对加入WTO后，快速响应国外产品的冲击；如何把工艺设计人员从繁重的重复劳动中解放出来；如何管理大量的工艺文件和工艺资料；如何与企业的其它信息系统集成等问题已越来越受到企业领导重视。CAPP（计算机辅助工艺设计）技术的应用及发展，为企业提供了一条解决以上问题的根本途径。但是，一定要选取适宜本企业生产及管理环境的CAPP系统，这样不仅能充分发挥CAPP的优越性，更能为企业资料信息的集成及管理打下良好的基础。这正如建大厦一定要打好地基，所以，CAPP的选型要放长远眼光。CAPP系统的研究已有近40年的历史，取得了一些成就，但在工厂中能够真正发挥作用的系统还比较少。传统专用型CAPP系统虽然针对性强，但由于开发周期长、缺乏商品化的标准模块、适应性差、系统很难维护等缺点，已经很难适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化。这些严重影响了CAPP系统的开发效率和通用化、商品化程度,不利于CAPP技术的迅速普及。这与CAPP在CIMS及机械制造企业实现自动化中的重要作用是不相称的。为了能使CAPP系统在企业中更好的推广应用，CAPP系统应提供更好的开发模式。因而应用面广、适应性强的开发平台型CAPP系统，已经成为开发和应用的趋势。CAPP系统的工具化，具有以下的意义：（1） 采用开放的体系结构，方便用户进行二次开发，缩短了CAPP系统的开发周期； （2） 操作人员不须太多的专业知识就能在短期内在较高的起点基础上开发出质量较高的CAPP系统；（3） 系统的通用性满足任何企业、任何专业的工艺设计要求。通用的工艺设计平台，为企业各个专业提供工艺设计工具；（4） 在开发工具的支持下，能对系统进行维护、调整以适应不断变化的动态应用环境；（5） 操作人员可根据企业本身的要求来调整系统，提高系统的工作性能；（6） 用户可以对工艺计划的格式进行定义，生成符合企业要求的各种工艺。第七节 本文主要研究内容由于CAPP系统开发需要大量的资料和知识，传统的专用型CAPP系统的开发需要花费大量的人力、物力，开发周期长，所以工具型的CAPP系统是国内外CAPP系统开发的趋势。尽管国内外的一些软件公司已开发出一些工具型的CAPP系统。但由于理论不够完善，这些开发只是对于比较容易形成独立工具的功能，如工艺文文件的输出，知识和数据输入等建立了工具型模块。所以，对CAPP开发工具的研究任是任重道远。本次毕业设计我的题目是“分类编码法零件信息的描述开发工具的研究”。其任务是研究并设计出一套简单的工具型CAPP系统，其主要工作是利用分类编码法完成零件信息的描述和输入，并方便用户进行二次开发。因此，论文主要介绍了分类编码法零件信息的描述开发工具的研究、设计。由于分类编码所描述的信息简单，因此该系统只能输出粗糙工艺过程。对于公差、形位公差、表面粗糙度的细节性的工艺特征描述，使GT代码大大增加而复杂化，不易将零件信息描述清楚。因此考虑到设计者的知识水平有限，该CAPP系统设计目标是对加工精度不高的简单的回转体轴类零件，主要适用于小型的小批量加工简单零件的企业。第二章 轴类零件派生式CAPP系统的研究第一节 CAPP系统体系结构的研究开发工具的研究以CAPP系统体系结构为理论基础。体系结构的研究目的是揭示CAPP系统结构上具有普遍意义、原理。通过系统功能定义、基本框架、信息模型、接口规范、人机界面、控制与管理机制、开发工具等内容的研究，为CAPP系统的建立提供一种方法论，使CAPP系统的设计具有科学的理论基础，并促进标准化技术在CAPP领域中的发展。CAPP系统的结构，视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。本文首先致力于轴类零件派生式CAPP系统的研究，主要是分类编码法零件信息的描述开发工具的研究。其基本模块如下：(1) 控制模块，其主要任务是协调各模块的运行，是人机交互窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息获取方式。(2) 零件信息输入模块，用此模块进行零件信息的输入，并实现特征数组的搜索。 (3) 工艺规程设计模块，根据相似性原理从标准工艺信息库中检索工艺规程，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用。(4) 打印输出模块，可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、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而得到所需的工艺文件，然后按一定格式打印输出。第二节 派生式CAPP系统工作原理派生式(Variant)CAPP系统工艺过程设计系统是建立在成组技术的基础上，其基本思想是模拟工艺设计，其基本原理是利用零件的相似性，即零件有相似的工艺过程。一个新的零件的工艺规程，是通过检索相似零件族的标准工艺规程并加以修改和编辑而成。其工作原理如图2-1。从派生式CAPP系统工作原理可以看出，派生式CAPP系统的关键技术是零件族特征矩阵的建立和标准工艺规程的建立及工艺自动编辑程序的开发。在本文中，我们将主要是对轴类零件派生式CAPP系统中分类编码法零件信息描述与输入开发工具的研究设计。图2-1 派生式CAPP系统工作原理框图第三节 分类编码法零件信息的描述开发工具的研究一、成组技术 长期以来，人们均按“批量法则”组织生产，对大量生产的工艺采用比较先进的工艺方法，其工艺的标准化程度高。工艺设计标准化的目的，就在于使同类零件能够在相同的生产条件下采用经过优化的标准工艺过程，并用规范的语言来描述这一过程。这不仅可以防范不必要的工艺多样化，而且能保证加工质量，并在一定程度上提高功效。实践证明，成组技术(GT)是促进中小批量生产零件工艺设计标准化的有力工具，在CAPP系统开发中，工序、工步标准化思想和成组技术的应用更为广泛。成组技术(GT-Group Technology)揭示和利用事物间的相似性，使之按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组技术用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，可以获得最大的经济效益。2成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。成组工艺实施的步骤为：零件分类成组；制订零件的成组加工工艺；设计成组工艺装备；组织成组加工生产线零件分类的方法有：代码分组法：利用零件分类编码系统对零件进行编码，按零件代码，采用一定的相似性准则进行分组。各个国家或大企业均有自己的零件分类编码系统，比较典型的应用比较广泛的系统有捷克的VUOSO系统、德国的OPITZ系统、日本的KK-3系统和我国的JLBM-1系统；分组方法有特征位法、码域法和特征位码域法；生产流程分析法(PFA-Production Flow Analysis)：是以零件的加工工艺过程为依据，通过分析进行分类，具体方法有关键机床法、顺序分枝法、聚类分析法、键合能法等。此外尚有势函数法、模糊模式识别法等。制订零件的成组加工工艺的方法有：复合零件法：在一个零件族中，设计一个能包含这组零件全部的几何特征的零件，作为复合零件，其加工工艺则为该族零件的成组工艺；复合工艺路线法：根据一个零件族中全部零件的工艺路线，制订一个能包含全部零件加工工序的工艺路线，作为该族零件的成组工艺。近年来，成组技术与数控技术、计算机技术相结合，水平有了很大提高，应用范围不断扩大，在产品设计、制造工艺、生产组织与管理等方面均有显著的应用效果，如新零件设计数可减少52%、生产准备时间可减少69%、劳动生产率可提高33%、生产周期可短70%、零件成本可减少43%，并已发展成为柔性制造系统和集成制造系统的基础。1二、零件分类编码法则零件分类编码就是按照一定的规则选用一定的数列的字码，对零件各有关特征进行描述和识别。这些编码规则称为零件编码法则。零件编码是实施成组技术的重要手段。通过编码，可以使零件客观存在的各种特征的相似性明朗化、代码化，从而为计算机进行处理和识别提供了可能和有利的条件。由于各国的机械制造水平的差异，各国几乎都有一套自己的分类编码系统。其中几种典型的系统有：德国的OPITZ系统，日本的KK-3系统，中国的JLBM-1系统等。本文主要研究的是面向回转体轴类零件的CAPP系统，因此其分类编码系统应该简单而描述较为全面。基于其设计目的，本文根据中国的JLBM-1分类编码系统并结合OPITZ分类编码系统制定出一套十进制十一位混合型分类编码系统。其基本结构如图2-2所示。三、零件族的划分和零件族特征矩阵的建立在工艺过程设计系统中，相似零件族的形成是以产品零件的制造特征为基础的，即把工艺相似的零件归并成同一族零件，这是形成零件族的一条基本规则。划分相似零件族的方法前面已经介绍了代码分组法和程序流程分析法。本文主要按代码分组法来划分相似零件族。主要划分成以下几族：（1） 无内部加工，外部加工无功能要素（2） 无内部加工，外部加工有功能要素（3） 内外部加工，均无功能要素（4） 内外部加工，外部无功能要素，内部有功能要素（5） 内外部加工，均有功能要素（6） 内外部加工，外部有功能要素，内部无功能要素（7） 其它为了建立相似零件族的特征矩阵，本文建立了一个三维数组GT(p,m,n)代替特征矩阵。其中，p表示该零件族对应标准工艺规程的序数；m表示零件分类码位；n表示零件分类码值。当零件描述的信息与图2-2所示分类编码系统相对应的码位m和码值n相同时，该数组元素GT(p,m,n)的值为1，其它则为0。其矩阵数组建立如下：（1） 无内部加工，外部加工无功能要素：GT(1, 1, 0) = 1； GT(1, 1, 1) = 1； GT(1, 1, 2) = 1； GT(1, 2, 0) = 1；GT(1, 2, 1) = 1；GT(1, 2, 2) = 1； GT(1, 3, 0) = 1； GT(1, 4, 0) = 1；GT(1, 5, 0) = 1； GT(1, 6, 0) = 1； GT(1, 7, 0) = 1； GT(1, 11, 0) = 1；GT(1, 11, 1) = 1； GT(1, 11, 2) = 1（2）无内部加工，外部加工有功能要素：GT(2, 1, 0) = 1； GT(2, 1, 1) = 1； GT(2, 1, 2) = 1； GT(2, 2, 0) = 1；GT(2, 2, 1) = 1；GT(2, 2, 2) = 1； GT(2, 3, 1) = 1； GT(2, 3, 2) = 1；GT(2, 3, 3) = 1； GT(2, 3, 4) = 1； GT(2, 3, 5) = 1； GT(2, 3, 6) = 1；GT(2, 3, 7) = 1； GT(2, 3, 8) = 1； GT(2, 4, 0) = 1；零件类别码 形状及加工码 辅助码0LD0.510.5L/D32LD3外部形状及加工内部形状及加工平面加工材料毛坯原形热处理粗糙度基本形状功能要素基本形状功能要素外面内面 0光滑无无无无无灰铸铁圆棒，黑色无12.5m1单向台阶环槽非加工孔环槽槽槽特殊铸铁圆棒，拉光发蓝Ra6.3-1.6m2双向台阶螺纹单向通孔 螺纹花键花键钢管材退火，正火，时效Ra0.8-0.2m3其它1+2双向通孔1+2齿形齿形合金钢铸，锻件调质Ra0.1m4锥面单侧盲孔锥面1+2+31+2+3有色金属铆焊接件淬火51+4双侧盲孔1+4曲面曲面轻合金铸塑成型件渗碳，淬火62+4其它2+4其它其它其它粗加工过的零件氮化71+2+41+2+4其它电镀8传动螺纹其它其它9其它 图2-2 分类编码系统GT(2, 5, 0) = 1；GT(2, 6, 1) = 1； GT(2, 6, 2) = 1； GT(2, 6, 3) = 1； GT(2, 6, 4) = 1；GT(2, 7, 0) = 1； GT(2, 11, 1) = 1； GT(2, 11, 2) = 1； GT(2, 11, 3) = 1（3）内外部加工，均无功能要素：GT(3, 1, 0) = 1； GT(3, 1, 1) = 1； GT(3, 1, 2) = 1； GT(3, 2, 0) = 1；GT(3, 2, 1) = 1； GT(3, 2, 2) = 1； GT(3, 3, 0) = 1； GT(3, 4, 2) = 1；GT(3, 4, 3) = 1； GT(3, 4, 4) = 1； GT(3, 4, 5) = 1； GT(3, 5, 0) = 1；GT(3, 6, 0) = 1； GT(3, 11, 1) = 1； GT(3, 11, 2) = 1（4）内外部加工，外部无功能要素，内部有功能要素：GT(4, 1, 0) = 1； GT(4, 1, 1) = 1； GT(4, 1, 2) = 1； GT(4, 2, 0) = 1；GT(4, 2, 1) = 1； GT(4, 2, 2) = 1； GT(4, 3, 0) = 1； GT(4, 4, 2) = 1；GT(4, 4, 3) = 1； GT(4, 4, 4) = 1； GT(4, 4, 5) = 1； GT(4, 5, 2) = 1；GT(4, 5, 3) = 1； GT(4, 5, 4) = 1； GT(4, 5, 5) = 1； GT(4, 5, 6) = 1；GT(4, 6, 0) = 1； GT(4, 7, 1) = 1； GT(4, 7, 2) = 1； GT(4, 7, 3) = 1；GT(4, 7, 4) = 1； GT(4, 7, 5) = 1； GT(4, 11, 0) = 1； GT(4, 11, 1) = 1；GT(4, 11, 2) = 1（5） 外部加工，均有功能要素：GT(5, 1, 0) = 1； GT(5, 1, 1) = 1； GT(5, 1, 2) = 1； GT(5, 2, 0) = 1；GT(5, 2, 1) = 1； GT(5, 2, 2) = 1； GT(5, 3, 2) = 1； GT(5, 3, 3) = 1；GT(5, 3, 4) = 1； GT(5, 3, 5) = 1； GT(5, 3, 6) = 1； GT(5, 3, 7) = 1；GT(5, 4, 2) = 1； GT(5, 4, 3) = 1； GT(5, 4, 4) = 1； GT(5, 4, 5) = 1；GT(5, 5, 2) = 1； GT(5, 5, 3) = 1； GT(5, 5, 4) = 1； GT(5, 5, 5) = 1；GT(5, 5, 6) = 1； GT(5, 5, 7) = 1； GT(5, 6, 1) = 1； GT(5, 6, 2) = 1；GT(5, 6, 3) = 1； GT(5, 6, 4) = 1； GT(5, 6, 5) = 1； GT(5, 7, 1) = 1；GT(5, 7, 2) = 1； GT(5, 7, 3) = 1； GT(5, 7, 5) = 1（6）内外部加工，外部有功能要素，内部无功能要素：GT(6, 1, 0) = 1； GT(6, 1, 1) = 1； GT(6, 1, 2) = 1； GT(6, 2, 0) = 1；GT(6, 2, 1) = 1； GT(6, 2, 2) = 1； GT(6, 3, 2) = 1； GT(6, 3, 3) = 1；GT(6, 3, 4) = 1； GT(6, 3, 5) = 1； GT(6, 3, 6) = 1； GT(6, 3, 7) = 1；GT(6, 4, 2) = 1； GT(6, 4, 3) = 1； GT(6, 4, 4) = 1； GT(6, 4, 5) = 1；GT(6, 5, 0) = 1； GT(6, 7, 0) = 1； GT(6, 6, 1) = 1； GT(6, 6, 2) = 1；GT(6, 6, 3) = 1； GT(6, 6, 4) = 1； GT(6, 6, 5) = 1； GT(6, 11, 0) = 1；GT(6, 11, 1) = 1； GT(6, 11, 2) = 1； GT(6, 11, 3) = 1（7）其它：GT(7, 1, 4) = 1； GT(7, 2, 3) = 1； GT(7, 3, 9) = 1； GT(7, 4, 7) = 1；GT(7, 5, 9) = 1； GT(7, 6, 6) = 1； GT(7, 7, 6) = 1； GT(7, 8, 6) = 1；GT(7, 9, 7) = 1； GT(7, 10, 8) = 1从特征数组来看，由于本文主要研究的是简单的，对精度要求不高的回转型轴类零件，因此本文对零件信息的分类不是很具体，比如零件材料、零件毛坯和粗糙度等。当然，这也是本文作者的知识能力所限。四、零件信息描述及输入模块工具的构造派生式CAPP系统是根据输入零件信息与零件族的相似性，生成代码数组，由此搜索标准的工艺规程的。因此，零件信息的完全，有效，简洁的输入是很重要的。零件信息的正确输入是计算机搜索标准工艺规程的根据，而零件信息的输入是通过人机交互把已代码化的特征型面输入计算机，因此设计友好的人机界面是至关重要的问题。为了使输入零件信息代码化，本系统将主要的特征描述由用户在标准中选择输入，如基本形状、功能要素、平面加工、粗糙度等。本系统零件的信息描述主要分为零件表头信息及整体信息的描述、零件外部形状及加工的描述及零件内部形状及加工的描述等三部分。（一）零件表头信息及整体信息的描述和输入对于一个具体的零件而言，零件的表头信息及整体信息概括了零件的总体信息，如产品图号、产品名称、零件图号、零件名称、单件台数、单件质量、零件材料、毛坯类型、零件类别、热处理、粗糙度、最大长度及最大直径等。零件信息的保存是以零件名称和零件图号命名的，因此在零件信息库中，可以查询零件信息是否以输入。如果存在，则表明该零件信息已输入，则可打开文件进行修改或从新输入新的零件图号及信息，或结束信息的描述。如果不存在，则输入零件的总体信息：首先，采取填表式输入零件表头信息；再从下拉列表中选择输入整体信息。系统自动生成编码后，用户可以进行零件信息的查看，如果检查出有错误可返回修改。（二）零件几何特征型面描述和输入分类编码法零件的描述是用编码描述零件信息，由于码位的有限，其描述不够细致和确定，只能粗略的描述。为了更详尽的描述零件信息，本系统综合了一些特征型面描述的优点，把零件特征型面信息分段描述细致化。零件几何特征型面描述分为零件外部形状及加工的描述及零件内部形状及加工的描述两部分。由前面的分类编码系统可以看出，对于零件外部形状及加工的描述主要要素有：基本形状、功能要素和平面加工等。为了计算机的自动编码，零件主要要素的输入系统采用选择输入的输入方法,用户不需手动填写，只需从标准中选择即可(如图2-3)。这种友好的人机交互式的输入方式方便了用户的输入，使信息输入效率得到提高，并且使输入信息标准化，有利于计算机识别和编码。在本系统中，增加了零件信息查看功能。当用户输入信息完毕后，可调出信息查看窗体(如图2-4所示)，用户输入的信息在窗体中显示。这样，用户可以对照图纸资料信息检查是否正确输入了零件信息。如果满意，则可保存或打印信息；如果不满意，则可返回修改，直到正确输入为止。另外，系统根据你输入的特征信息会在界面下方的图片框中绘出零件简图，这样用户也可以检查自己输入的信息是否正确，以便实时修改。图2-3 零件几何特征型面的选择式的描述输入（三）图形调用模块零件图形的实时显示，可以防止错输和漏输，又可减轻输入人员的疲劳。这是CAPP系统信息输入的关键。图形实时显示的基本原理是参数绘图和图形拼合原理。参数化绘图是根据型面定义，系统中建立各种形体的图形函数，当接收到形体参数时，便在屏幕上显示相应的形体；图形拼合原理是指将多个型形面按轴线位置分段顺序输入。在本文中，基于设计者的能力，只是对一些简单的图形如圆形、锥形及台阶环槽等建立了图形函数。系统根据用户输入的特征信息逐段调用图形函数，并把输入信息对应转化为图形函数参数，由此画出简单的零件简图。（四）数据准备模块零件信息的界面输入为计算机提供了详尽的特征型面信息，但是，系统如何根据用户输入的信息判断该零件属于哪个零件族呢？这就需要系统根据输入的零件信息，对零件按成组分类编码系统进行自动编码，为后续工序设计提供有效的数据结构。这就是数据的准备模块。派生式CAPP系统是利用零件间的相似性，检索已存储的零件族的标准工艺。因此，系统根据零件的相似性从存在相似零件族的系统数据库中调出与输入零件最大相似的零件特征矩阵是关键。图2-4 零件信息查看窗体从前面的分类编码系统看，分类编码系统中每一个特征要素都由码位和码值两位组成并唯一确定。因此，我们建立一个二维数组xinxi( p, q)来对用户输入的零件信息进行自动编码。其中，p表示码位（p值从1到11），q表示码值（q值 从0 到9）。这样当用户输入信息后，系统根据分类编码系统判断其码位(p)及码值(q)，然后输出信息数组元素xinxi(p,q)=1。因为其码值的唯一性，因此在每一码位的维上，只有一个元素值为1。如输入零件的外部功能要素信息，从分类编码系统看，其码位是3；如果用户选择了该零件的功能要素是“环槽、螺纹和锥面”，从分类编码系统看，其码值是7。系统这样判断后，就会自动处理输出xinxi(3,7)=1。数据准备模块在Visual Basic中是很容易实现的。因为本系统的信息输入主要由基于Combo控件的选择式输入。码位我们可以定为Combo控件的Tab index值，而码值其实就是Combo控件的index值。这样，当用户选择输入信息时，系统就实现了p=Tab index,q=index的赋值，实现了数据的准备。（五）特征数组的搜索模块输入零件信息的代码化使零件信息由文字描述变成了计算机易于识别的数值信息。这样便于系统从相似零件族中搜索与之最大相似特征数组。前面已经说明，本系统采用了三维数组GT(p,m,n)作为相似零件族的特征矩阵,而系统在特征数组文件中已给出了7个GT数组作为7个相似零件族的特征矩阵。那么我们就需构造特征数组的搜索模块，由生成的编码搜索特征数组。我们输入信息已经代码化为二维数组xinxi(p,q)。从两个数组看，GT数组中的m、n分