宁工院CAD与CAM课件第6章 计算机辅助工艺设计

第六章计算机辅助工艺设计传统工艺设计：1）由人工编制，劳动强度大，效率低，且因人而异。2）周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。3）设计质量在很大程度上依赖于工艺设计人员的水平。4）很难做到最优化，标准化。5）设计人员主要进行重复性繁琐的工作，缺少对创新工艺工作的研究。计算机辅助工艺设计：计算机辅助工艺设计：CAPP——ComputerAidedProcessPlanning将产品数据转换成面向制造的指令性数据，是连接CAD与CAM等应用系统的桥梁。第一节概述CAPP以计算机为辅助手段，解决产品制造过程中存在的有关材料、工装、过程等工艺问题，是CAD和CAM之间的过渡环节。一、分类：派生式创成式混合式专家系统派生式CAPP系统利用零件的相似性，通过对系统中已有零件工艺规程的检索得到相似零件的工艺规程，并对此进行编辑修改。以企业现有的工艺规程为基础，同时让设计人员参与工艺的规划，充分发挥了人的主观能动性，是目前企业常用的系统。创成式CAPP系统利用人工智能的方法，在知识库的基础上，通过相应的决策推理，创造性地解决工艺设计问题。实现了工艺规程生成的自动化，减轻了工艺设计人员的工作量，但知识提取的困难、人工智能技术本身的不成熟和推理机构造的框架，造成其没有进入实用阶段。混成型CAPP系统利用派生式系统的框架，在具体工艺设计的环节上采用创成式工艺生成的方法，充分利用工艺设计人员和计算机系统各自的优势，将派生式系统中的数据检索、管理的优势，与创成式系统中针对某种特定零件工艺自动生成的优势集合在一起。CAPP系统的功能模块主要由零件信息的输入，系统的管理，零件工艺设计，工艺文件输出，系统界面等组成。二、CAPP与制造业信息化表现在：1建立产品和零件制造的工艺过程文件2替代工艺设计人员的手工操作3规范产品制造工艺4使各种优化决策方法的实现成为可能制造业信息化与CAPP三、CAPP的发展趋势目前开发的系统在功能上还存在不足：（1）通用性差（2）先进性和使用性并未统一（3）集成性差第二节零件信息的描述与输入CAD系统提供的信息：一是用文字表达的技术及管理信息二是采用图形和数字表达的零件几何信息。一、零件信息的描述总体信息-零件名称，图号，材料等。1.数字编码描述法（零件分类编码）在成组技术（GT）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：将零件图上的信息代码化，使计算机易于识别和处理。缺点：只能描述到零件的类型，不能描述到零件的具体信息编码比较长，工艺设计人员很难记住编码的定义。——一般用于大批量、系列产品的企业。2.语言文字描述法该方法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。关键是：开发一种计算机能识别的语言（C语言、AutoLISP语言等）对零件信息进行描述，或建立一个语言描述表。缺点：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需要工艺设计人员学习并掌握一门专用语言。——逐步被其他方法淘汰。3.特征信息描述法采用经过定义的特征对零件进行描述，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。基本思想：按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作为技术特征，以几何特征集的形式对零件进行描述。特征的建立以特征输入、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形的形状。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要考虑的工序，要素面的相对位置以基准线（面）为参照系。零件的几何特征组成可表示为BAS模型。几何形状基本特征附加特征（1）特征间的关系包容关系：指某一特征是其他特征的载体阵列关系：指同种特征之间相同基准的位置关系。并列关系：指不同特征之间相同基准的位置关系。（2）BAS特征模型具有的特点排除了主干工艺路线的多义性，降低了主干工艺路线决策的难度。继承了传统的零件工艺生成方法，工艺设计人员易于掌握，易于操作。存储、识别、提取比较方便。法兰盘特征信息描述二、CAPP系统零件信息的输入1采用人机交互方式输入零件的各种信息2通过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采用人机交互方式输入零件的各种信息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输入的一种方式。零件信息输入的数据流程图2从CAD系统中直接提取信息难点：1）从底层信息中抽取加工表面特征这一高层次的加工信息非常困难。2）很难将公差、粗糙度等工艺信息提取出来3）CAD系统种类繁多，输出格式不同。3基于产品数据交换规范的产品建模与信息输入采用通用的数据结构规范。各CAD系统对产品或零件的描述符合这个数据规范，则CAD系统的输出结果就能被下游工程（CAPP，CAM）系统接收。流行的规范有：美国的PDES，ISO的STEP，法国的SET，美国的IGES，德国的VDAFS，英国的MEDVSA，日本的TIPS。第三节派生式CAPP系统主要特征是检索预置的零件工艺规程，实现零件工艺设计的借鉴与编辑。基于成组（GT）技术基于特征技术前者用GT码描述零件信息，后者用特征来描述零件信息，后者是在前者的基础上发展起来的。零件GT编码或特征信息输入一、基于GT的工艺生成基于GT（成组技术）的变异式CAPP系统的工作原理利用成组技术的原理将零件按一定的相似性准则进行分类、归族，每一零件族可得一个典型样件或主样件，并为该主样件设计出典型的工艺规程文件，存入工艺文件库，作为该零件族的通用的制造过程，同时变异式系统需要存储零件族矩阵和相关信息文件及各种加工工程数据文件（如切削用量，设备，刀具，量具，辅具等资料。）成组技术（GroupTechnology，缩写为GT）是一种生产组织和管理的技术，其理论基础是相似性，成组技术将生产过程中许多各不相同但又具有相似信息的事物，按照一定的准则分类成组，对成组的事物采用同一解决方法，以达到节省人力、时间和费用的目的。开发过程：1）指定零件分类编码系统2）零件分组3）主样件的设计4）典型工艺过程的制定5）建立工艺数据库6）系统程序设计1.主样件的设计何为主样件？——一个零件组通常包含若干个零件，把这些零件的所有型面特征“复合”在一起的零件称为复合零件，也称为主样件。主样件的设计将所有零件分组在每个零件组中挑一个工艺过程最为复杂的零件为参考件。在分析其他零件，把参考零件中没有的型面特征逐个加到参考零件上。2.主样件的工艺过程设计符合的原则工艺的覆盖性——零件组内的任一零件全部加工工艺过程的工序和工步都应包含在典型工艺过程中。工艺的合理性——应符合企业特定的生产条件和工艺人员的设计规范。二、基于特征的工艺生成按特征进行分类，设计每一个特征的工艺规程和特征工艺规程的迭加规则，根据输入特征自动匹配零件的工艺规程。工艺规程基本存储单位从零件级降到组成零件的特征级。1、基于特征的标准工艺库设计2、基于特征的工艺检索以零件输入信息作为条件，对工艺规程库的信息进行查询与提取。采用特征作为零件的输入手段，可以使系统输入的信息单元化。3、工艺编辑环境工艺规程编辑窗口工艺简图编辑窗口统计管理查询替换…浏览缩放剪取绘制…PDM系统基础数据库工艺知识库工艺规程库图案管理库系统支持文件工艺编辑环境基本框架第四节创成式CAPP系统创成式CAPP系统不采用对标准工艺规程的检索和修改为基础，而是由计算机软件系统根据加工工艺知识库和工艺数据库中的加工工艺信息和各种工艺决策逻辑，自动设计出零件的工艺规程，用户不需或略加修改即可。工作原理主要解决两个方面的问题：零件工艺路线的确定；工序设计。CAPP系统用户工艺领域专家新概念新工艺新规则机器学习知识获取信息描述工艺设计结果实验与结果推理过程解释器推理机工艺设计知识库事实库第五节智能型CAPP专家系统2系统各模块的功能：1）建立零件信息模型模块：采用人机对话方式收集和整理零件的几何拓扑信息及工艺信息并以框架形式来表示。2）框架信息处理模块：处理所有框架描述的工艺知识，包括内容修改、存取等，它起到推理机和外部数据信息接口的作用。3）工艺决策模块：即系统的推理机，它以知识基为基础，作用于动态数据库，给出各种工艺决策。4）知识库：用产生式规则表示的工艺决策指示集。5）数控编程模块：为在数控机床少年上的加工工序或工步编制数控加工控制命令。6）解释模块：系统与用户的接口，解释各种决策过程。7）知识获取模块：通过向用户提问或通过系统的不断应用，来不断地扩充和完善知识库。工艺设计诸进程中的决策过程:1.毛坯的选择2.各表面最终加工方法的选择3.工艺路线的确定4.工序设计5.零件模型的修改6.机床和夹具的选择7.加工余量的选择8.切削用量的选择产生式规则表示法优点：1）其结构很接近人类专家思维方式，比较容易整理人类专家的专业领域知识；2）各条规则相互独立，易于查询、修改和扩充，比较容易使系统从一种环境移植到另一种环境；3）易于添加解释功能，便于观察系统是如何得出结论的，可以方便地进行程序的调试；4）具有描述不确定知识的能力。与一般的CAPP的不同之处：CAPP专家系统与一般的CAPP系统的工作原理不同，结构上也有很大的区别。

CAPP专家系统解决