第三章工艺决策教案04

1 计算机辅助工艺设计 CAPP 第三章CAPP系统的工艺决策沈阳航空工业学院航空宇航工程学院2008 9 18 2 第三章CAPP系统的工艺决策 派生式CAPP工艺决策 创成式CAPP工艺决策 工艺决策专家系统 3 3 1 1派生式CAPP工艺决策 工作流程 4 3 1 2派生式CAPP分类 根据零件信息的描述与输入方法不同 派生式CAPP系统分为 1 基于成组技术 GT 的派生式CAPP系统2 基于特征的派生式CAPP系统 5 3 1 3基于成组技术 GT 的派生式CAPP系统 用GT码描述与输入零件信息 对现有零件进行分组 构造样件的标准工艺规程 存储零件族矩阵文件或样件信息文件 零件族矩阵搜索 工艺规程文件修改 工艺规程文件输出 6 3 1 4基于GT的派生式CAPP系统设计 编码系统选择 首先要选择或制订合适的零件分类编码系统 即GT码 其目的是用GT码来对零件信息进行描述与输入和相对零件进行分组 以得到零件族矩阵和制订相应的标准工艺规程 OPITZ 7 3 1 5基于GT的派生式CAPP系统设计 零件分组 必要性 为了合理制订样件 必须对零件分组 一个相似零件组就是一个零件族 一个零件组一般包含了若干个相似零件 可以把每个相似零件组或零件族用一个样件来代表 这个样件的制造方法 就是组内零件的公共制造方法 即标准工艺规程 它除了包括样件的加工内容外 还包括了加工设备 刀具和夹具等信息 它是集中了专家和工艺人员的集体智慧与经验 并通过对生产实践的总结制订出来的 8 3 1 5基于GT的派生式CAPP系统设计 零件分组 分组规则 零件分组的一条通用规则是组内所有的零件必须具有相似性 对于派生式CAPP系统而言 一个组中所有的零件必须有相似的工艺规程 所以 全组只能有一个标准的工艺规程 用户可能要求仅仅把那些具有绝对相同加工序列的零件归入一个组中 这个组的零件将只需要对标准工艺规程作极少量的修改 但能获得这个零件组成员资格的零件就会减少 另一方面 如果把能在同一机床上加工的所有零件都归入一个零件组 那么对每一个零件的工艺规程来说 将需要对标准工艺规程作大量修改 可见如何合理地划分零件组 是一个非常重要的问题 9 3 1 6基于GT的派生式CAPP系统设计 样件设计 样件设计目的是为了制订标准工艺和便于对标准工艺的检索 在设计样件之前要检查各零件组的情况 采用复合法进行样件设计 零件组分组 10 3 1 7基于GT的派生式CAPP系统设计 标准工艺制定 样件的工艺规程应是合理可行的 复合法设计工艺规程 11 3 1 7基于GT的派生式CAPP系统设计 标准工艺制定 复合零件法 复合线路法 12 3 2 1基于特征的派生式CAPP系统 设计思路 用基于特征法描述零件信息模型 用工序 工步二叉树来描述零件的工艺规程 用样件或实例分类索引树来取代零件分组 用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略 在样件的基础上增加了实例的概念 13 3 2 2基于特征的派生式CAPP系统 实例获取 实例概念 实例是系统中已有的工艺规程及其相应零件信息的集合 实例 索引信息 结果 其中实例索引信息为零件部分信息 结果为该零件对应的工艺规程 途径 1 工艺专家确认的CAPP系统本身所产生工艺设计结果及对应零件信息 2 人工编制 整理的标准工艺及对应信息 14 3 2 3基于特征的派生式CAPP系统 实例表达 1 实例 索引信息 结果 复合材料实例索引结构图 15 3 2 3基于特征的派生式CAPP系统 实例表达 2 实例 索引信息 结果 复合材料实例工艺规程 16 3 2 4基于特征的派生式CAPP系统 实例管理 17 3 2 5基于特征的派生式CAPP系统 实例自动抽取 步骤1 自动搜索当前零件所属的零件类 系统以当前零件信息为依据 从分类索引树树根开始 进行广度优先搜索 确定当前零件所属的零件类 步骤2 计算相似性系数 在计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似系数后 系统将自动取值最大的样件或实例为依据进行工艺设计 18 3 2 6基于特征的派生式CAPP系统 相似性计算 1 19 3 2 6基于特征的派生式CAPP系统 相似性计算 2 上式精度匹配率中 只要当前零件主特征的径向尺寸精度等级 样件或实例相应主特征径向尺寸精度等级 1 该主特征的精度就算匹配 20 基于特征的派生式CAPP系统 实例推理 21 3 3创成式CAPP系统 原理 22 3 3 1创成式CAPP系统 系统设计 1 明确对象 2 对本类零件进行工艺分析 3 收集和整理数据 4 收集 整理和归纳规则 例子 23 3 3 2创成式CAPP系统 零件信息描述 1 1 柔性编码法 柔性编码系统 固定码 柔性码 2 型面描述法 型面分类 基本型面 圆柱面 圆锥面 平面等 复合型面 螺纹 花键 沟槽 滚花 齿形等型面域 零件上那些功能 结构 工艺特点和精度类型要求类似的型面 合并为统一类别 24 3 3 2创成式CAPP系统 零件信息描述 2 3 体元素描述法 体元素描述法是把零件看成是由若干种基本几何体按一定位置关系组合而成 实现方法 可根据产品零件的结构形状特征 设计出一组体元素模型 还可以设计一组以基本体元素按一定位置关系组成的零件标准图形 25 3 3 2创成式CAPP系统 零件信息描述 3 4 特征描述法 分类 基本特征 在特定的加工条件下 一次走刀所形成的几何实体 组合特征 是在特定的加工条件下 需要多次走刀或更换刀具多次走刀才能形成的几何实体 5 从CAD系统的数据库直接获取 26 3 3 3工艺知识库组成 27 3 3 4工艺知识表达 一阶谓词逻辑法 产生式规则法 语义网络法 框架法 面向对象法 28 3 3 5工艺决策流程 29 3 3 6加工方法选择 选择原理 在输入零件信息以后 首先要根据零件各种几何表面特征的加工要求 确定各种表面特征的加工方法 这是生成工艺路线的基础 每一种表面特征一般要经过不同的加工工序来达到它的各方面的要求 因此加工方法的选择实际上是组成零件的各个表面要素的加工序列的选择 选择方法 查表法 30 3 3 7工艺规程主干生成 生成目的 按照一定的工艺路线安排原则 将已选择好的零件各表面要素的加工方法按照一定的先后顺序排序 以确定零件的工艺路线 工艺路线表示 S f P Me G Dev Tec Cp 式中S 工艺路线 P 所选加工方法集合 Me 加工机床集合 G 零件各表面几何形状 Dev 各表面形位公差 Tec 工艺因素 Cp 加工费用 31 3 3 8创成式CAPP系统 决策表定义 常用的方法为 决策表和决策树 决策表定义 决策表是将一组用语言表达的决策逻辑关系 用一个表格来表达 从而可以方便地用计算机语言来表达该决策逻辑的方法 决策表表达的优点 可以明晰 准确 紧凑地表达复杂的逻辑关系 易读 易理解 可以方便地检查遗漏及逻辑上的不一致 易于转换成程序流程和代码 32 3 3 8创成式CAPP系统 决策表表达 如果待加工孔精度 本身精度和位置精度 要求低 则可选择钻孔的方法加工 如果待加工孔本身精度要求高 而且位置精度要求也高 则可选择钻 镗两步加工 如果待加工孔本身精度要求高 但位置精度要求不高 则可选择钻 饺加工 决策表由四部分构成 横粗实线的上半部代表条件 下半部代表动作或结论 竖粗实线的左半部为项目值的集合 右半部为规则几何 每一列代表一条决策规则 33 3 3 9创成式CAPP系统 决策树 决策树定义 工艺决策树是一种树状图形的工艺逻辑设计工具 它由树根 节点和分支组成 树根和分支间用数值相互联系 通常用来描述事物状态转换的可能性以及转换过程和转换结果 分支上的数值表示向一种状态转换的可能性 34 3 3 9创成式CAPP系统 决策树优点 决策树容易建立和维护 可以直观 准确 紧凑地表达复杂的逻辑关系 决策树便于程序实现 其结构与软件设计的流程图很相似 决策树便于扩充和修改 适合于工艺过程设计 35 3 3 9决策表 决策树生成方法 36 3 3 9决策表 决策树生成方法 37 3 3 10创成法CAPP系统实例 1 CAPSY系统CAPSY系统是柏林工业大学 TUBerlin 开发的图形人机对话式创成法CAPP系统 它能和CAD系统和NC编程系统配套使用 2 BITCAPP系统BITCAPP系统是一个适用于FMS的创成法CAPP系统 它是由北京理工大学针对FMS中所加工的兵器零件而开发的 38 3 3 10BITCAPP系统工作流程 系统采用基于持征的方法作为三维兵器零件的描述方法 系统采用人工智能原理 建立了兵器零件的工艺决策逻辑系统 采用面向对象的方法实现工艺决策 系统的工艺数据库 工艺文件的输出 一类是工艺规程文件 另一类是输出CAPP到NCP的接口文件 直接向NC编程系统传输零件加工信息 39 3 5 1专家系统的定义 专家定义 拥有某一特定领域的大量知识 以及丰富的经验 专家系统定义 专家系统是一种计算机程序系统 能模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程 运用这些知识和经验对现实中的问题作出判断和决策 专家系统例子 什么是专家 工人 医生 老师 40 3 5 2CAPP专家系统发展原因 传统CAPP软件实现形式 零件信息输入 程序 工艺规程文件 传统CAPP存在问题 工艺编制灵活性差 智能性差 41 3 5 3CAPP专家系统组成 42 3 5 4专家系统和创成式CAPP区别 共同点 专家系统和创成式CAPP系统都以自动方式生成工艺规程 不同点 创成式CAPP系统 逻辑算法 决策表 专家系统 知识库 推理机 43 3 5 5CAPP专家系统特点 对话功能 自学习功能 能处理工艺设计中的模糊问题 推理机和知识库分离 44 3 5 6CAPP专家系统 知识的表示 知识的表示方法 知识的推理方法 45 3 5 6 1基于规则推理法 46 3 5 6 2基于实例推理法 47 3 5 6 2基于实例推理法 动画演示 48 3 5 7CAPP专家系统 推理机定义 什么是推理机 是机器 推理机定义 推理机是执行问题的求解规则的解释程序 推理机的任务 是按照一定的控制策略 选出规则 然后执行 识别 作用 49 3 5 7 1CAPP专家系统 推理的步骤 规则匹配 冲突消解 规则执行 50 3 5 7 2推理的步骤 冲突消解方法 1 专一性排序 2 规则排序 3 数据排序 4 规模排序 5 就近排序 6 上下文限制 51 3 5 7 3推理机 推理方式 正向推理 反向推理 双向推理 52 3 6CAPP专家系统 基于知识和黑板推理 工作原理 工艺规程主干生成的目的是以当前零件信息为依据 选择好各形状特征的加工方法 然后按照一定算法合理生成零件的工序和工步 53 3 6 1基于知识和黑板推理 推理机制 1 54 3 6 2基于知识和黑板推理 推理机制 2 黑板 是计算机内存中的一块数据存储区 控制黑板记录了工艺设计时各模块的推理次序 即推理机的推理进程由控制黑板控制 在知识库中调用何种知识也由控制黑板控制 领域黑板存放的是零件信息数据及其加工方法链 环境黑板存放当前零件的工艺设计结果 工艺规程动态数据结构 流程 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 直至各子任务全部执行完为止 环境黑板上所记录的即是当前零件的工艺设计结果 55 3 6 3工艺规程主干生成算法 填充领域黑板 1 装载零件信息2 选择加工方法 例 例 规则集 产品树动画 56 工艺规程主干生成算法 排序推理 1 搜索当前零件对应的零件类的排序规则 然后将其装入内存 为排序做好准备 2 根据零件的形状 尺寸 设计基准与位置精度等要求 调用有关定位与装夹方式确定该工序的定位装夹表面 3 从第一个记录开始在零件信息二叉树链表结构中搜索排序规则中某一加工方法对应的加工对象特征 4 在该特征的加工链中搜索相应的加工方法 5 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艺文件二叉树链表结构中 6 重复上述过程 直到排序规则的所有记录结束 57 工艺规程主干生成算法 工艺规程主干调整 1 工序调整通过CAPP系统提供的编辑手段方便地对工序位置进行换位调整 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 对相应规则进行修改 再重新排序 2 工步调整首先整理出若干 工步加工顺序规则 存入相应知识库中 供工步调整时使用 工步调整是由系统的推理机调用工步加工顺序规则自动进行的 3 特殊处理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不一定就符合加工实际 可通过传统的编程方法来实现 58 返回 59 复合零件法例题 1 零件组及复合零件 返回 60 复合零件法例题 2 成组工艺 返回 61 复合线路法 图中选择了第二个零件的工艺路线为代表路线 返回 62 外圆柱面特征的加工方法 返回 63 一阶谓词逻辑法