创成式BJCAPP系统设计 - 文章

创成式BJCAPP系统设计

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前言

工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。工艺规程是进行工装设计制造和零件加工路线的主要依据，是生产中的关键。计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning——CAPP) 指计算机辅助工艺设计人员制订产品制造过程的工艺规划，包括制造所需的环境、条件、资源消耗、工作流程及时间节拍，如工艺路线卡、工序卡（含工序图），检验工序卡等，也叫工艺设计自动化。为了适应当前产品品种多样化、零件更新换代频繁与市场竞争激烈的生产形势，现代制造业正从刚性自动化向柔性自动化转变，计算机将贯穿于产品策划、设计、工艺、制造与管理的全过程。CAPP是实现CAD(Computer Aided Design)和CAM(Computer Aided Manufacturing)技术集成的关键，是CIMS的信息交汇中心。工艺过程设计确定了加工过程、加工顺序以及所需的机床、刀夹量具、切削用量、生产时间等。它接收CAD的零件信息，进行工艺设计，以工艺文件和零件信息为依据，经过适当的后置处理生成NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。

采用CAPP技术，可以充分利用计算机高速处理信息的能力，减少工艺设计费用，实现
工艺设计的标准化和最优化，保证产品质量和交货期。但是由于工艺设计涉及面广、随机性大、很难用简单的数学模型进行理论分析和决策，使得工艺设计自动化发展较慢，成为CIMS的瓶颈问题。CAPP成为现代制造业急需解决的难题，各国都投入大量的人力物力对其进行研究。我国已把CAPP列入重点研究项目，并作为我国机械工业发展的一个重要方向。近年来国内在CAPP的研究上取得了很大的成绩。但一般都是针对某类零件的专用CAPP系统，使用过程中存在通用性差的特点。基于以上分析，在设计BJCAPP系统中注重了系统的实用性。

1BJCAPP系统的基本原理和要求

手工编制工艺规程是由工程设计人员根据零件图纸依靠个人经验完成的。要实现工艺设
计自动化，必须使计算机理解零件图纸上的信息，把工艺设计领域的知识系统化、理论化。目前研制的CAPP系统，按其工作原理可以分成以下几种：派生式、创成式、半创成式和专家系统方法等。

1.1派生式CAPP（Variant)

派生式CAPP的原理是利用零件的相似性。即相似零件具有相似的工艺过程。派生式CAPP又分为基于成组技术（GT)的派生式CAPP和基于特征的派生式CAPP。基于成组技术的派生式CAPP系统是将零件分类编码，并按零件族编制出标准工艺文件，存入计算机的存储设备或数据库中。当需要时只要输入零件的编码就可以调用相应零件族的标准工艺规程，然后按照一定的工艺决策模型对工件的结构、形状、尺寸参数的特点进行分析和判断，选择出标准工艺文件，并进行切削参数的计算，最后输出零件的工艺规程，得到相应的工艺文件。它是用GT码来描述零件的。

基于特征的派生式CAPP系统是用基于特征的零件信息模型来取代GT代码，用工序—工步二叉树（或其他模型）来描述零件的工艺规程和标准工艺规程。它只对工厂现有的产品、零件进行分类。制订样件分类索引树，以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的标准工艺规程中自动匹配和筛选出当前零件的工艺规程。

派生式CAPP的优点是系统原理简单、容易开发。在应用中有一定优势。但它的柔性差、可移植性差。

1.2创成式CAPP（Generative)

创成式CAPP的原理是将工件的几何形状要素及各表面间的关系代码化，依靠系统中自身的决策逻辑以及有关的制造工程数据信息进行工艺规划。决策逻辑不需要进行预先的准备工作，它采用内装式的算法对工艺规程的内容进行选择和优化。这些算法主要有决策树、决策表、数学算法等。它接近于人类解决问题的思维方式、有利于工艺的优化。但由于大多数工艺过程问题还不能建立实用的数学模型和通用算法，实现完全的创成还很困难，它只能处理特定环境下的某类零件。

1.3专家系统方法

将人工智能技术（AI ）应用于工艺设计中，给CAPP带来了新的活力。它主要由知识库和推理机组成，在知识表达上，以产生式规则使用最广，近来框架、面向对象等知识表示方法也渐渐被采用。它代表了一种新的发展趋势，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”没有很好的解决，其自优化和自完善功能差。此类CAPP系统的开发刚刚起步。

综合上述方案，在设计BJCAPP系统时，主要针对回转体零件，采用创成式CAPP的思路，并在设计中采用了产生式规则知识表示方法和GT技术。

2BJCAPP系统的内容

BJCAPP系统的框图如图1所示。

图1BJCAPP系统的框图

2.1零件的信息输入

零件的信息输入是CAPP的关键问题。目前有多种输入方法，BJCAPP从工艺加工角度出发，采用型面要素描述法输入零件信息。把零件分解为基本要素和辅助要素。基本要素包括内、外圆柱表面和内、外圆锥表面，它们构成了零件的主体结构。辅助要素包括螺纹、花键、键槽、齿轮、倒角、光孔和螺纹孔等。它们依附于零件的基本表面要素上。零件的信息输入模块包括表头信息、下料定额信息、零件信息等的输入。输入的信息以TURBO PROLOG2.0的谓词表示并存入相应的数据文件中，由于谓词可包含多个变元，很适于描述零件信息。采用人机交互界面进行信息输入。

2.2加工方法及机床的选择

在输入零件信息后系统根据零件的各个型面要素的工艺要求（如型面要素类型、加工精度、表面质量、尺寸、形位公差、材料等）来确定各个型面要素的加工方法。其原理为：根据零件各个型面元素的最终要求，把规则数据库调入内存，利用PROLOG的回溯和匹配机制对规则库进行深度搜索，与规则库中的规则逐一进行匹配，选择该型面要素的加工方法、余量和机床，其工作流程如图2。最后得到组成零件的各个型面要素的加工序列。

图2规则选取流程图

规则库中的规则是根据工艺手册等领域知识总结出来的有规律性的工艺知识，用产生式规则表示为

IF条件1

并且条件2 等

THEN结果

用谓词逻辑表示的结构形式为

谓词（条件1∧条件2∧条件3∧…∧条件n,结果）。

在BJCAPP系统中加工方法规则用谓词rule来表示，存入规则库，描述机床信息的知识用谓词machinerule来表示存入机床库等等。

机床信息：谓词machinerule(型面要素类型，机床最大加工范围，最小加工范围，最高加工精度，最小的表面粗糙度值，加工方法，机床型号）；

加工规则：谓词rule (型面要素类型, 型面要素尺寸，加工精度，表面粗糙度值，（第一道工序名称，加工余量，加工精度），（第二道工序名称，加工余量，加工精度），（第三道工序名称，加工余量，加工精度），（第四道工序名称，加工余量，加工精度），（第五道工序名称，加工余量，加工精度））来表示。在BJCAPP系统中主要考虑的是型面要素的类型、精度和表面粗糙度要求。

在得到零件的各个表面元素的加工序列后，按照加工方法和型面要素类型、精度等选择机床。匹配规则为 machine_select(TYPE,D,_,_,IT,MACHINE):-
op_method(TYPE,D,_,_,IT,RA,WAY,_,_,),
machine_rule(TYPE,DIM_min,DIM_max,IT1,_,_,WAY,MACHINE
_type),
D>DIM_min,D=IT1,
MACHINE=MACHINE_type.

2.3加工工序合并和排序

零件的各个表面元素的加工序列按照一定的先后顺序排列后，得到零件合理的工艺路线。零件工艺路线安排中考虑的因素很多，可用函数来表示［1］：

S = f ( P ,Me , G, Dev ,Tec, Cp )
式中：S ——工艺路线； P——所选加工方法的集合；
Me——加工机床集合；G——零件的各个表面形状集合；
Dev——零件的各个表面形位公差集合；
Tec——工艺因素；Cp——加工费用。

BJCAPP按下面的约束条件进行工序合并：加工方法、加工阶段和加工机床。如果两个加工序列的加工方法相同、加工阶段和加工机床相同，则这两个加工序列为一个工序。把全部加工序列逐个比较，就完成了工序合并。工序合并后，将工序分为主工序和辅助工序，然后采用回转体零件的典型工艺流程法对所得到的工序进行排序，最后得到零件的工艺路线。

3BJCAPP系统使用的语言和系统的特点

BJCAPP系统使用先进的智能计算机语言TURBO PROLOG2.0,该语言特别适用于用户知
识库、专家系统和智能信息管理系统的编制。它是一种陈述式说明性语言，只需给出问题的描述和解决问题所需的基本规则，利用其内部递归、回溯和匹配机制就能找到问题的解。此外还具有下列优点：

1）有强有力的外部数据库，这非常适合CAPP系统；
2）有强有力的图形功能，提供了带有专业作图和屏幕输出的高级图形工具；
3）有极好的窗口管理工具，有利于设计用户界面；
4）语言功能强，用很少的程序量就可解决问题。

BJCAPP系统的特点是实用性强、通用性强，人机界面良好。

4结束语

通过对创成式BJCAPP系统的分析，结合TURBO PROLOG2.0语言的特点，编制了大量的程序实现创成式BJCAPP系统。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/2/2006)


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