基于成组技术的派生式CAPP系统方案设计

1、CAPP 课 程 论 文题 目：基于成组技术的派生式CAPP 系统方案设计学 院： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化学 号： -学生姓名： -指导教师： -2010 年 12 月基于成组技术的派生式CAPP系统方案设计1概述1.1系统开发目标概述信息集成是 CIMS的基础与关键。做为连接设计与制造的纽带 , 计算机辅助工 艺设计， 即CAPP技术, 在其中更占有十分重要的地位。这是因为 CAD的设计信息 只有经过 CAPP系统才能转化为 CAM的制造信息；企业的 MIS系统和 PPS系统也必须 依靠 CAPP系统为其提供准确可靠的数据来源。 CAPP对于保证产品质量、 缩短生产 周

2、期、降低制造成本和提高经济效益都具有极为重要的作用。CAPP主 要有三种方式 : 检索式、派生式和创成式。派生式通过检索或修定 典型件库零件所制定的标准工艺来确定自己所需要的工艺路线和工序。派生式 CAPP 依赖于零件族的划分 , 它需要利用成组技术的概念和采用合适的分类编码 系统。成组技术 ( GT ) 利用的是零件相似性。分类编码系统是根据零件的特征 ( 设计特征和制造特征 ) 对零件进行识别和分类的系统。 由此可见 , 开发派生式 CAPP 系统的技术关键问题是采用合适的编码系统 , 正确利用成组技术的概念和 方法。本文在开发一个简单的 CAPP系统的同时 , 对工艺系统进行了比较详细的

3、分 析 , 而且对成组技术的有关算法做了改进。1.2市场上已有 CAPP产品分析国外从 60年代末开始研究 CAPP技术。第一个 CAPP系统是挪威于 1969年发表的 AUTOPRO系S统。它是根据成组技术原理。 利用零件的相似性去检索和修改标准工 艺来制定相应的零件规程。美国的 CAM-I公司于1976年推出的CAM-I Autoamted Process Planning 系统具有里程碑意义 , 它属于派生式系统。 70年代中期开始了 创成式系统的研究与开发，很快被认为是理想的发展模式，但其技术至今仍不 完善，因此人们又提出了半创成式系统。 进入80年代以来， 随着人工智能与专家 系统技

4、术在 CAPP领域中的应用，产生了所谓 CAPP专家系统。我国研究CAPP系统是始于 70年代末，从1982年上海同济大学正式发表了我国 第一个 CAPP系统TOJICAP，至今已开发各类 CAPP有近百种，几乎遍及所有行业的 机械制造部门。在CAPP二十多年的发展历史中， 世界各国的学者都做了大量的研究， 并取得 了一定的成果， 在这一领域发表的论文已有数百篇， 但其中大多数是介绍某一特定的 CAPP系统。在这些系统中大多数又属于派生式系统， 只是最近几年半创成式 和创成式系统才较多地开发出来。1.3结论用GT开发 CAPP系统，重要的是利用零件的相似性， 利用分类编码把零件分类 成组。对派

5、生式 CAPP系统而言就是要利用成组技术按零件组制定标准工艺规程。 由于我田 CAPP技术的一些关键问题如工艺决策逻辑的收集、 整理和模型化。 各种 制造工程数据的收集、 描述和统一数据库的建立以及系统集成化、 标准化等工作 尚未真正展开。因此当前开发的 CAPP系统应综合各种模式的优点。采用多层次、 多种决策方式并存的分布式结构， 综台应用成组技术 (GT) ，专家系统技术等多种 技术手段的综台式系统，这才能有效解决多品种生产企业的问题。2 系统功能需求分析2.1系统体系结构概述系统采用模块化设计 , 其总体结构框图如图 2-1 所示。系统的工作流程如 图 2-2 所示。输入零件的信息， 判

6、断是否为典型零件， 是典型零件则直接由检索 式 CAPP系统检索出工艺文件。否则，继续对它判断是否能匹配已有检索库工艺 文件中的任一零件族，若能则送入派生式 CAPP系统，并进行工艺派生。否则把它作为特殊零件处理。 由用户根据零件知识库中的信息输入知识， 补充输入零件 的详细信息，再转入创成式 CAPP系统进行工艺创成。为了能更好的适应工厂的 实际生产情况。 允许人机交互， 对输出的工艺文件进行修改编辑。 否则对经过实 践检验的工艺文件典型化并保存工艺文件至典型工艺库， 以备后用。 系统中的零 件知识库和工艺知识库及典型工艺库由知识维护模块统一进行维护。 通过多次反系统管理模块控制模块工艺管理

7、模块零件信息输入模块工艺输出模块帮助模块工艺文件数据库 工艺资源数据库 工艺文件管理库复使用，系统中零件的典型工艺越来越多，系统逐步得到完善工艺规程设计模块图 2-1 总体结构框图图2-2 系统流程图2.2系统功能分析2.2.1 系统管理模块该模块提供用户登录安全检查 , 确保了系统的用户安全性。系统管理员可以 注册/ 注销用户。可以对不同的用户或角色授予系统访问的不同权限 , 如检索、 增、删和改等。而普通用户可以修改密码、对用户实现在线切换。2.2.2控制模块用户通过此模块调用各子模块的功能 , 是系统各模块的纽带 , 从总体上负 责系统各功能模块之间的相互协调和调用。2.2.3工艺过程设

8、计模块本模块在工艺编制时 , 由零件编码检索零件的标准工艺规程数据库 , 进行 加工工艺流程的决策、 生成工艺过程卡。 通过选优处理调出最佳工艺进行编辑修 改并选择机床设备和刀具、夹具、量具等工艺装备。2.2.4工艺管理模块本模块主要包括基础数据管理模块和工艺规程管理模块两部分 : a. 基础数 据管理模块 : 对基础数据进行维护 , 包括创建、增加、删除及修改等 ; b. 工艺 规程管理模块 : 对工艺规程库里的工艺文件进行查询、编辑等。2.2.5零件信息输入模块本系统采用基于成组技术 (GT) 的零件分类编码法输入零件总体信息。 在CAPP 系统中 , 零件的信息包括两方面的内容 : 零件

9、的几何信息和工艺信息。 零件的几 何信息及零件的图形信息 , 包括零件的几何形状、尺寸等 ; 工艺信息则包括零件 各表面的精度、粗糙度、热处理要求、材料和毛坯类型等各种信息。对回转体零 件信息的描述方法 , 较常用的是 GT代码描述法和对零件待加工表面进行详细描 述的特征表面描述法 , 本系统采用 GT代码描述法中的 JLBM- 1系统编码原理。2.2.6工艺输出模块完成零件工艺文件的输出 , 打印等工作 , 并提供页面预览功能。2.2.7帮助功能主要向用户提供操作过程中所需的信息。2.3 数据库设计CAPP系 统中利用和生成的工程数据不仅数量大 , 而且内容广泛。 既有工装、 材料、工艺图表

10、、线图等类型的大量静态数据 , 也有设计过程中生成的动态数据 , 所以建立功能完善的数据库是保证系统生成可靠工艺规程的重要方面。 本系统数 据库主要有工艺文件数据库、工艺资源数据库和工艺文件管理数据库等组成 : 工 艺文件数据库 : 存储基于 GT 技术, 按照复合零件设计编制的标准工艺规程 , 供 进行新零件工艺编制时检索调用 , 工艺查询时浏览。 工艺资源数据库 : 存储工艺设计时用的工艺参数如设备、 工装、 材料等基础数据。 工艺文件管理数据库 : 对 工艺文件进行管理 , 设计中可修改、存储 , 供工艺文件输出时调用。3 系统开发及运行环境3.1 系统开发工具XML 是一种简单的可扩展

11、标记语言， 可进行不同数据格式之间的互操作。 XML 的专长是描述数据， 它以文本数据为基础， 有非常灵活的格式， 可以实现表示与 数据的分离 。XML 的自描述性使得 XML本身非常适用于异构应用间的数据交换， 而且这种交换不以预先规定的数据结构定义为前提， 因此具备很强的开放性和广 阔的应用前景。XML 使用文档来表现实体，而文档中的元素代表实体的实例。利用XML 技术，可以设计一套描述工艺卡片表格的通用 XML 词汇表，在此基础上，用户可 以基于这套词汇表和 DTD 灵活构建所需表格。构建好的表格 (XML 文档 ) 经过 表格生成引擎的解析处理之后，展现在客户端浏览器上。采用 XML

12、对类型繁多 的 CAPP 工艺卡片进行数据描述，可以建立各工艺卡片之间的对应关系，易于 实现与 CAD/ CAM/ PDM等 应用系统的数据交换和共享，使 CAPP 系统具有较强 的兼容性和可扩展性3.2系统开发的平台利用 SQL Server 2000 提供的组件“在 IIS 中配置 SQL XML 支持”，可 定义并注册新的虚拟目录， 从而实现 SQL Server 数据库的检索，检索结果以 XML 行集的形式返回。 SQL Server 2000 还引入了其它对 XML 的支持：(1)支持 XML - Data 架构并能在这些架构上指定 Xpath 查询；(2)能够检索并写入 XML 数

13、据，能使用 SELECT语句和 FOR XML 子句检索 XML 数据，也能使用 OpenXML行 集提供程序写入 XML 数据；(3)增强了Microsoft SQL Server 2000 OLE DB 提供程序( SQLOLEDB，)使 得可以将 XML文档设置为命令文本并以流的形式返回结果集。综合以上优势，系统选用 SQL Server 2000 数据库。XML 信息是复杂的结构化数据。 XML 信息和数据库之间需要实现直接的映射 关系，主要方式是从 XML的DTDSchema来设计数据库的结构。 Schema支持多种数 据类型，包括布尔型、数字、日期时间等，而且还支持由这些简单类型生

14、成的复 杂类型。用户可以直接描述数据类型，而不需要通过字符串来化成需要的类型。 此外 Schema支持对数据的限制，使得基于 XML的应用具备结构完整性。因此选用 Schema来设计数据库的结构。 XML文档中最常见的元素、子元素和属性可以对数 据库进行双向的映射。3.3后台数据库及介绍CAPP工艺卡片类型繁多，如何将工艺卡片的数据保存到工艺设计数据库中是 一个难题。一种原始的方法就是在数据库中为每张工艺卡片建立一张表。这 种方法易于实现， 缺点是将加大数据库中表的数量。 一种可行的方法是将工艺卡 片中的不同区域抽象出来存储。由于每张工艺卡片均可以看成是方框型单元格 的集合，按照区域分治的原则

15、对其进行抽象，可以将一张卡片划分成5个区域：表头区、表中区、版本区、编校区和附件区。这样只需在数据库中建立 5 张对应的表，就可以将全部的工艺卡片中的数据 保存到工艺设计数据库中。工艺设计完成之后，必须保存工艺设计结果。 XML数据库的存储有 2 种方式： 一种称为“ Native XML数据库”形式，即以 XML原始的格式存储到数据库中；另 一种称为“ XMLEnabled 数据库”，其内部不是以 XML格式存储的，它包括 XML 文档与它的源数据结构的交换。对比 2种方式，前者存储实现简单，但是数据量 大，因而增加了检索的难度；后者则减少了数据库的容量，而且方便检索，但是 增加了存储过程的

16、难度。针对2种不同存储方式的优缺点，系统采用一种综合了两者优点的数据库的 方式进行存储。这种方式类似“ Native XML数据库”，大部分信息是以 XML 原 始格式存储的， 将一些重要的关键信息抽取出来， 以字段的形式存储。 表中区数 据量庞大，而且包括多行数据记录，因此直接以 XML 的格式存储到数据库中； 版本区、编校区和表头区的数据以字段的形式直接存储到数据库中； 附件区中包 含图片信息，因而以 OLE对象的形式存储到数据库中。利用这种存储方式，不仅 减少了存储实现的难度，而且减轻了数据库的负担，提高了检索的效率。图3所示为数据库中存储工艺卡片 5个区域的表的关系图。 CardHea

17、d存储卡片 表头区的数据， CardBody、CardAppdix 、CardEdition 和CardRevision 分别存储 表中区、附件区、版本区和编校区的数据。在打开一张保存过的工艺卡片时，系统首先读取卡片的 CardHead信息，并根据 CardHead中的编号值找到其余 4 张表 的信息，从而将整张工艺卡片的信息读取出来。工艺卡片中的关键信息往往是汇总时检索数据源的主要条件， 因此要求在设 计数据库中的表时应使具有相同意义的名称在数据库表中的字段名相同， 以建立 工艺卡片之间的对应关系 , 保证汇总及检索的准确性以及与其它 CIMS 系统的 集成。CAPP系统中利用 XML技术进行客户端与服务器端的信息交互，提高了系统的 交互效率。将工艺卡片的数据分成 5个部分存储，大大减轻了数据库的负担。在 SQL Server 2000 系统中引入对 XML的支持，实现 XML和关系数据库之间正确的映 射，有助于数据转换的完整、准确和可靠，可以方便、快捷地对数据库中的数据 进行检索，为 CAPP系统中的信息集成提供了保障。参考文献1.张振明、许建新等现代