CIMS零件信息的描述与输入

CAPP系统中零件信息的描述与输入 在CAPP系统中 只有对零件的几何信息和工艺信息简明 准确 完整的描述与输入后 后续的工艺设计系统才可能对信息进行正确的处理 自动输出符合要求的工艺文件 零件信息的描述与输入是一个CAPP系统运行的基础和依据 CAPP系统中的信息描述是指 当CAPP系统进行工艺设计时 需要被设计零件的各种信息 无论这些零件信息的初始状态如何 均需要计算机进行标识与存贮 针对CAD系统的应用现状 通过人机交互输入零件信息的方式已成定局 研究出一种工艺设计人员可以接受的 快捷合理的信息描述与输入模式 是CAPP系统能否推广应用的关键所在 前言 一 零件信息描述的要求 零件信息包括零件几何形状信息 拓扑信息 工艺信息和控制信息 工艺信息包括尺寸 公差 表面粗糙度 形状精度 位置精度等信息 控制信息包括材料 热处理及辅助处理要求 生产批量 工艺装备等信息 输入零件信息是进行计算机辅助工艺过程设计的第一步 零件信息的描述与输入起着极为重要的作用 零件信息描述是计算机辅助工艺过程设计的关键 其技术难度大 工作量大 是影响整个工艺设计效率的重要因素 零件信息描述的准确性 科学性和完整性将直接影响所设计的工艺过程的质量 可靠性和效率 因此对零件的信息描述提出以下要求 1 信息描述要准确 完整 能够满足CAPP过程设计时之所用2 信息描述要易于被计算机接受和处理 界面友好 使用方便 工效高3 信息描述要易于被工程技术人员理解和掌握 便于被操作人员运用4 由于是计算机辅助工艺过程设计 因此 信息描述系统 模块或软件 应考虑计算机辅助设计 计算机辅助制造 计算机辅助检测等多方面的要求 以便能够信息共享 在计算机集成制造系统和并行工程中 要遵守统一的数据交换标准 STEP 产品数据管理 PDM 等规定 使数据格式和数据管理统一起来 以便于信息集成和信息的并行处理 二 零件信息描述的内容 零件信息描述的内容主要包括两个方面 几何信息 工艺信息1 几何信息系指零件的几何形状和尺寸 如表面形状 表面间的相互位置 尺寸及其公差 实际上是工程图纸上的图形几何信息是零件信息中的最基本信息 对一些简单形状零件可以从零件的三维整体形状进行描述 对于复杂形状的零件 则可将其分解为若干形体 对每个形体的整体形状进行描述 并描述各个形体之间的位置关系 也可将复杂形状的零件分解为若干组成型面 对每个型面进行描述 同时描述各型面之间的位置关系 即可得到零件的整体几何形状和尺寸 在此基础上 描述尺寸公差和形状位置公差 由于零件的种类繁多 形状各异 为了便于零件几何形状的描述 常用成组技术的相似性原理 将零件分为若干类 通常分为回转体零件和非回转体零件两大类 2 工艺信息指毛坯特征 零件材料 加工精度 表面粗糙度 热处理 表面处理 配合和啮合关系等及相应的技术要求 这些信息都是制订工艺过程时必需的 又称之为非几何信息在计算机辅助工艺过程设计时 只有几何信息和工艺信息同时具备 才能进行工作 通常 计算机辅助设计只提供零件的几何信息 还必须加上工艺信息 才能进行工艺过程设计 在理想的计算机集成制造系统中 从计算机辅助设计来的信息包含了零件几何信息和工艺信息 则可直接进行工艺设计 但在目前还是一个尚未妥善解决的难题 此外 由于工艺设计与生产规模 生产条件有密切关系 零件信息描述中 尚应有每一产品中该零件的件数 生产批量等生产管理信息 三 零件信息描述基本方法简述 人们在开发CAPP系统时 针对不同的零件和应用环境 提出了很多的零件信息描述与输入方法 国内外常见的信息描述方法有零件数字编码描述法 语言文字描述法 特征信息描述法 知识表示描述法及图论描述法等 下面简要介绍一些方法1 零件数字编码描述法数字编码描述法是在成组技术 GT GroupTechnology 的基础上 采用数字对零件各有关特征进行描述和识别 并建立一套特定的规则和依据组成的分类编码系统的方法 按照该分类编码系统的规则描述零件的过程就是对零件进行编码 零件编码的目的是将零件图上的信息代码化 使计算机易于识别和处理 比较著名的编码系统有德国Ahen大学的OPITZ系统和我国的JLBM 1系统等 JLBM 1系统是原机械工业部颁发的机械零件分类编码系统 JB Z251 1985 它是由零件名称类别码 形状及加工码 辅助码所组成的15位分类编码系统 每一码位用0 9十个数字表示不同的特征项 如图所示为采用该编码系统对零件的编码 2 语言文字描述法 语言文字描述法是采用语言对零件各有关特征进行描述和识别 并建立一套特定的规则组成的语言描述系统的方法 该方法的关键是开发一种计算机能识别的语言 类似于C语言 AutoLISP语言等 来对零件信息进行描述 或者是建立一个语言描述表 用户采用这种语言规定的词汇 语句和语法对零件信息进行描述 然后由计算机编译系统对描述结果进行编译 形成计算机能够识别的零件信息代码 采用语言文字对零件的信息进行描述 与分类编码描述方法类似 是一种间接的描述方法 对几何信息的描述只停留在特征的层面上 同时需要工艺设计人员学习并掌握一门专用语言 因此 这种方法逐步被其它方法淘汰 3 特征信息描述法 特征信息描述法是采用经过定义的特征 包括几何特征 技术特征等 对零件进行描述 并建立一套主要由图形迭加规则组成的特征描述系统的方法 这种方法的基本思想是按照零件加工过程中所形成的零件型面来定义零件的几何特征 并在这些型面特征中关联相应的工艺信息 包括零件的精度 材料 热处理等技术要求 作为技术特征 以几何特征信息集的形式对零件进行描述 采用特征信息描述零件最主要的环节是让工艺设计人员理解特征 尤其是几何特征 的建立规则和特征信息的迭加方法 几何特征是零件几何要素的组合 具有相对独立性 零件的加工过程实际上是各种几何面的成型过程 各种面的大小决定了零件的几何尺寸 它们之间的相对位置则决定了零件的形状要求 目前常用的特征分类方法是将零件按照几何面分解 进而采用它们加工的最小单元组合作为特征 这种分类方法比较容易实现特征级的工艺生成 但加大了零件级工艺生成的难度 且不利于输入过程中几何特征的识别与提取 在传统的零件分类方法的基础上 以特征输入 特征及零件工艺生成难度最小作为目标 将决定零件加工主干工艺路线 描述零件主要轮廓的部分确定为基本特征 零件的基本特征是加工中首先成型的形状 将描述零件细节结构的部分确定为附加特征 零件的附加特征一般需要增加工序或至少是增加工步才能形成 即零件需要重新装夹或重新换刀才可加工 零件的基本特征分为回转件的轴类和盘类 非回转件的箱体类 支架类 块类 板类和杆类计七大类 如图所示 零件的附加特征由基准线 面 和要素面两部分组成 基准线 面 的形成是工艺规程中首先考虑的工序 要素面的相对位置以基准线 面 为参照系 附加特征有齿 孔 键 螺纹 槽 筋 倒角 滚花 型腔 平面等十大类组成 如图所示 附加特征的基准线 面 是制订工序的重要依据之一 根据上述分类原理 零件的几何特征组成可以表示成为BAS oneBasefeatureandAffixationfeatureS 模型 则任何零件均由一个基本特征和若干个附加特征组合而成 即 T 零件的几何形状 Tbi 基本特征 Taj 附加特征 j 根据零件中附加特征选取 当零件中存在某一种附加特征时 j 0 当零件中不存在某一种附加特征时 j 1 采用特征信息描述法对图示零件描述的结果如下 法兰法兰特征信息描述 4 知识表示描述法 在人工智能领域 AI 信息就是一种知识表示 因而可用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息甚至整个产品的信息 随着知识工程的发展 零件信息描述采用了知识表示方法 如框架表示法 产生式规则表示法 谓词逻辑表示法等 零件信息描述采用知识表示 为整个系统的智能化提供了良好的前提和基础 二 CAPP系统零件信息的输入 CAPP系统零件信息的输入是指采用何种方式将所描述零件的信息输入到CAPP系统中去 常用的输入方式有两种 一种是采用人机交互方式输入零件的各种信息 一种是通过与CAD系统的集成 从CAD系统中直接提取零件的几何信息和技术信息 1 人机交互信息输入 人机交互信息输入是指采用上述的描述方法 由工艺设计人员通过计算机键盘等输入设备 从系统的输入界面窗口中进行零件信息的输入 目前商品化CAPP系统对CAD系统零件的信息处理方式有 不保留CAD系统的零件信息 只是一次性利用该信息 部分保留CAD系统的零件信息 对一些具有明显加工特征的几何图形进行提取和应用 采用零件信息编码系统对输入零件进行编码输入等 这些方法不是缺少完整的零件工艺信息 无法实现工艺的创成 就是信息输入的过程十分复杂 输入方法不实用 工艺人员难以接受 以特征技术为基础 概念提取为操作手段 PDM资源数据库为信息支持的人机交互输入方法 如图所示 的原理是 保留工艺设计人员长期形成的对零件的分类规范 将零件的几何特征按照该规范进行分类 在此基础上 建立以几何特征为信息柄的工艺信息集 存放于PDM系统的基础资源库中 信息输入时 工艺设计人员从零件图中提取有限的几何特征作为工艺特征信息柄 即可完成CAD CAPP系统间通过概念进行的信息迁移与转换 2 从CAD系统中直接提取信息 从CAD系统中直接提取信息是指将CAD系统中已有的信息 直接提取到CAPP系统中来 这种提取一般在PDM系统平台上实现 需要CAD系统的输出接口 文字信息的提取 PDM系统已经做了大量的工作 目前已能将CAD系统中零件图标题栏和装配图明细表中的信息统一存放在系统的资源信息库中 形成产品的设计BOM CAPP系统只需要与PDM共用数据库 即可方便地从BOM中提取CAD系统的有关信息 图形表达的零件几何信息的提取 涉及到对CAD系统中几何图形的识别 即对CAD系统的输出图形进行分析 按一定的算法识别 抽取出零件的几何及工艺信息 这显然是一种理想方法 它无疑可以克服上述手工输入零件信息的种种弊端 实现零件信息向CAPP CAM等系统的自动转换 由于目前采用的CAD系统中数据结构各异 既有二维图形又有三维图形 要实现图形信息的有效提取非常困难 迄今为止 只在比较简单零件的识别上取得一些进展 对复杂机器零件的自动识别则一畴莫展 主要存在以下几个难点 1 一般CAD系统都是以解析几何作为其绘图基础的 绘图的基本单元是点 线 面等要素 其输出的结果一般是点 线 面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息 要从这些底层信息中抽取加工表面特征这样一些高层次的工艺信息非常困难 2 在CAD的图形文件中 没有诸如公差 粗糙度 表面热处理等工艺信息 即使这些信息进行了标注 也很难将这些信息提取出来或找到这些信息与几何信息的内在联系 3 CAD系统种类繁多 其输出格式不但与绘图方式有关 更重要的是与CAD系统内部对产品或零件的描述与表达方式 即数据结构有关 即使CAPP系统能接收一种CAD系统输出的零件信息 也不一定能接收其它CAD系统输出的零件信息 3 基于产品数据交换规范 STEP等 的产品建模与信息输入 实现CAD CAPP CAM的无缝集成 最理想的方法是为产品建立一个完整的 语义一致的产品信息模型 以满足产品生命周期各阶段 产品需求分析 工程设计 产品设计 加工 装配 测试 销售和售后服务 对产品信息的不同需求和保证对产品信息理解的一致性 使得各应用领域 如CAD CAPP CAM CNC MIS等 可以直接从该模型抽取所需信息 这个模型是采用通用的数据结构规范实现的 显然 只要各CAD系统对产品或零件的描述符合这个数据规范 其输出的信息既包含了点 线 面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息 又包含了几何形状特征以及加工和管理等方面高层信息 那么CAD系统的输出结果就能被其下游工程 如CAPP CAM等系统接收 目前较为流行的是美国的PDES 以及ISO的STEP产品定义数据交换标准 另外还有法国的SET 美国