基于成組技術(shù)的派生式CAPP系統(tǒng)方案設(shè)計

1、CAPP 課 程 論 文題 目：基于成組技術(shù)的派生式CAPP 系統(tǒng)方案設(shè)計學 院： 機械工程學院專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化學 號： -學生姓名： -指導教師： -2010 年 12 月基于成組技術(shù)的派生式CAPP系統(tǒng)方案設(shè)計1概述1.1系統(tǒng)開發(fā)目標概述信息集成是 CIMS的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。做為連接設(shè)計與制造的紐帶 , 計算機輔助工 藝設(shè)計， 即CAPP技術(shù), 在其中更占有十分重要的地位。這是因為 CAD的設(shè)計信息 只有經(jīng)過 CAPP系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)化為 CAM的制造信息；企業(yè)的 MIS系統(tǒng)和 PPS系統(tǒng)也必須 依靠 CAPP系統(tǒng)為其提供準確可靠的數(shù)據(jù)來源。 CAPP對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、 縮短生產(chǎn) 周

2、期、降低制造成本和提高經(jīng)濟效益都具有極為重要的作用。CAPP主 要有三種方式 : 檢索式、派生式和創(chuàng)成式。派生式通過檢索或修定 典型件庫零件所制定的標準工藝來確定自己所需要的工藝路線和工序。派生式 CAPP 依賴于零件族的劃分 , 它需要利用成組技術(shù)的概念和采用合適的分類編碼 系統(tǒng)。成組技術(shù) ( GT ) 利用的是零件相似性。分類編碼系統(tǒng)是根據(jù)零件的特征 ( 設(shè)計特征和制造特征 ) 對零件進行識別和分類的系統(tǒng)。 由此可見 , 開發(fā)派生式 CAPP 系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵問題是采用合適的編碼系統(tǒng) , 正確利用成組技術(shù)的概念和 方法。本文在開發(fā)一個簡單的 CAPP系統(tǒng)的同時 , 對工藝系統(tǒng)進行了比較詳細的

3、分 析 , 而且對成組技術(shù)的有關(guān)算法做了改進。1.2市場上已有 CAPP產(chǎn)品分析國外從 60年代末開始研究 CAPP技術(shù)。第一個 CAPP系統(tǒng)是挪威于 1969年發(fā)表的 AUTOPRO系S統(tǒng)。它是根據(jù)成組技術(shù)原理。 利用零件的相似性去檢索和修改標準工 藝來制定相應(yīng)的零件規(guī)程。美國的 CAM-I公司于1976年推出的CAM-I Autoamted Process Planning 系統(tǒng)具有里程碑意義 , 它屬于派生式系統(tǒng)。 70年代中期開始了 創(chuàng)成式系統(tǒng)的研究與開發(fā)，很快被認為是理想的發(fā)展模式，但其技術(shù)至今仍不 完善，因此人們又提出了半創(chuàng)成式系統(tǒng)。 進入80年代以來， 隨著人工智能與專家 系統(tǒng)技

4、術(shù)在 CAPP領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)生了所謂 CAPP專家系統(tǒng)。我國研究CAPP系統(tǒng)是始于 70年代末，從1982年上海同濟大學正式發(fā)表了我國 第一個 CAPP系統(tǒng)TOJICAP，至今已開發(fā)各類 CAPP有近百種，幾乎遍及所有行業(yè)的 機械制造部門。在CAPP二十多年的發(fā)展歷史中， 世界各國的學者都做了大量的研究， 并取得 了一定的成果， 在這一領(lǐng)域發(fā)表的論文已有數(shù)百篇， 但其中大多數(shù)是介紹某一特定的 CAPP系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中大多數(shù)又屬于派生式系統(tǒng)， 只是最近幾年半創(chuàng)成式 和創(chuàng)成式系統(tǒng)才較多地開發(fā)出來。1.3結(jié)論用GT開發(fā) CAPP系統(tǒng)，重要的是利用零件的相似性， 利用分類編碼把零件分類 成組。對派

5、生式 CAPP系統(tǒng)而言就是要利用成組技術(shù)按零件組制定標準工藝規(guī)程。 由于我田 CAPP技術(shù)的一些關(guān)鍵問題如工藝決策邏輯的收集、 整理和模型化。 各種 制造工程數(shù)據(jù)的收集、 描述和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的建立以及系統(tǒng)集成化、 標準化等工作 尚未真正展開。因此當前開發(fā)的 CAPP系統(tǒng)應(yīng)綜合各種模式的優(yōu)點。采用多層次、 多種決策方式并存的分布式結(jié)構(gòu)， 綜臺應(yīng)用成組技術(shù) (GT) ，專家系統(tǒng)技術(shù)等多種 技術(shù)手段的綜臺式系統(tǒng)，這才能有效解決多品種生產(chǎn)企業(yè)的問題。2 系統(tǒng)功能需求分析2.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概述系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計 , 其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示。系統(tǒng)的工作流程如 圖 2-2 所示。輸入零件的信息， 判

6、斷是否為典型零件， 是典型零件則直接由檢索 式 CAPP系統(tǒng)檢索出工藝文件。否則，繼續(xù)對它判斷是否能匹配已有檢索庫工藝 文件中的任一零件族，若能則送入派生式 CAPP系統(tǒng)，并進行工藝派生。否則把它作為特殊零件處理。 由用戶根據(jù)零件知識庫中的信息輸入知識， 補充輸入零件 的詳細信息，再轉(zhuǎn)入創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)進行工藝創(chuàng)成。為了能更好的適應(yīng)工廠的 實際生產(chǎn)情況。 允許人機交互， 對輸出的工藝文件進行修改編輯。 否則對經(jīng)過實 踐檢驗的工藝文件典型化并保存工藝文件至典型工藝庫， 以備后用。 系統(tǒng)中的零 件知識庫和工藝知識庫及典型工藝庫由知識維護模塊統(tǒng)一進行維護。 通過多次反系統(tǒng)管理模塊控制模塊工藝管理

7、模塊零件信息輸入模塊工藝輸出模塊幫助模塊工藝文件數(shù)據(jù)庫 工藝資源數(shù)據(jù)庫 工藝文件管理庫復(fù)使用，系統(tǒng)中零件的典型工藝越來越多，系統(tǒng)逐步得到完善工藝規(guī)程設(shè)計模塊圖 2-1 總體結(jié)構(gòu)框圖圖2-2 系統(tǒng)流程圖2.2系統(tǒng)功能分析2.2.1 系統(tǒng)管理模塊該模塊提供用戶登錄安全檢查 , 確保了系統(tǒng)的用戶安全性。系統(tǒng)管理員可以 注冊/ 注銷用戶。可以對不同的用戶或角色授予系統(tǒng)訪問的不同權(quán)限 , 如檢索、 增、刪和改等。而普通用戶可以修改密碼、對用戶實現(xiàn)在線切換。2.2.2控制模塊用戶通過此模塊調(diào)用各子模塊的功能 , 是系統(tǒng)各模塊的紐帶 , 從總體上負 責系統(tǒng)各功能模塊之間的相互協(xié)調(diào)和調(diào)用。2.2.3工藝過程設(shè)

8、計模塊本模塊在工藝編制時 , 由零件編碼檢索零件的標準工藝規(guī)程數(shù)據(jù)庫 , 進行 加工工藝流程的決策、 生成工藝過程卡。 通過選優(yōu)處理調(diào)出最佳工藝進行編輯修 改并選擇機床設(shè)備和刀具、夾具、量具等工藝裝備。2.2.4工藝管理模塊本模塊主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊和工藝規(guī)程管理模塊兩部分 : a. 基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)管理模塊 : 對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行維護 , 包括創(chuàng)建、增加、刪除及修改等 ; b. 工藝 規(guī)程管理模塊 : 對工藝規(guī)程庫里的工藝文件進行查詢、編輯等。2.2.5零件信息輸入模塊本系統(tǒng)采用基于成組技術(shù) (GT) 的零件分類編碼法輸入零件總體信息。 在CAPP 系統(tǒng)中 , 零件的信息包括兩方面的內(nèi)容 : 零件

9、的幾何信息和工藝信息。 零件的幾 何信息及零件的圖形信息 , 包括零件的幾何形狀、尺寸等 ; 工藝信息則包括零件 各表面的精度、粗糙度、熱處理要求、材料和毛坯類型等各種信息。對回轉(zhuǎn)體零 件信息的描述方法 , 較常用的是 GT代碼描述法和對零件待加工表面進行詳細描 述的特征表面描述法 , 本系統(tǒng)采用 GT代碼描述法中的 JLBM- 1系統(tǒng)編碼原理。2.2.6工藝輸出模塊完成零件工藝文件的輸出 , 打印等工作 , 并提供頁面預(yù)覽功能。2.2.7幫助功能主要向用戶提供操作過程中所需的信息。2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計CAPP系 統(tǒng)中利用和生成的工程數(shù)據(jù)不僅數(shù)量大 , 而且內(nèi)容廣泛。 既有工裝、 材料、工藝圖表

10、、線圖等類型的大量靜態(tài)數(shù)據(jù) , 也有設(shè)計過程中生成的動態(tài)數(shù)據(jù) , 所以建立功能完善的數(shù)據(jù)庫是保證系統(tǒng)生成可靠工藝規(guī)程的重要方面。 本系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫主要有工藝文件數(shù)據(jù)庫、工藝資源數(shù)據(jù)庫和工藝文件管理數(shù)據(jù)庫等組成 : 工 藝文件數(shù)據(jù)庫 : 存儲基于 GT 技術(shù), 按照復(fù)合零件設(shè)計編制的標準工藝規(guī)程 , 供 進行新零件工藝編制時檢索調(diào)用 , 工藝查詢時瀏覽。 工藝資源數(shù)據(jù)庫 : 存儲工藝設(shè)計時用的工藝參數(shù)如設(shè)備、 工裝、 材料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 工藝文件管理數(shù)據(jù)庫 : 對 工藝文件進行管理 , 設(shè)計中可修改、存儲 , 供工藝文件輸出時調(diào)用。3 系統(tǒng)開發(fā)及運行環(huán)境3.1 系統(tǒng)開發(fā)工具XML 是一種簡單的可擴展

11、標記語言， 可進行不同數(shù)據(jù)格式之間的互操作。 XML 的專長是描述數(shù)據(jù)， 它以文本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 有非常靈活的格式， 可以實現(xiàn)表示與 數(shù)據(jù)的分離 。XML 的自描述性使得 XML本身非常適用于異構(gòu)應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交換， 而且這種交換不以預(yù)先規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為前提， 因此具備很強的開放性和廣 闊的應(yīng)用前景。XML 使用文檔來表現(xiàn)實體，而文檔中的元素代表實體的實例。利用XML 技術(shù)，可以設(shè)計一套描述工藝卡片表格的通用 XML 詞匯表，在此基礎(chǔ)上，用戶可 以基于這套詞匯表和 DTD 靈活構(gòu)建所需表格。構(gòu)建好的表格 (XML 文檔 ) 經(jīng)過 表格生成引擎的解析處理之后，展現(xiàn)在客戶端瀏覽器上。采用 XML

12、對類型繁多 的 CAPP 工藝卡片進行數(shù)據(jù)描述，可以建立各工藝卡片之間的對應(yīng)關(guān)系，易于 實現(xiàn)與 CAD/ CAM/ PDM等 應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享，使 CAPP 系統(tǒng)具有較強 的兼容性和可擴展性3.2系統(tǒng)開發(fā)的平臺利用 SQL Server 2000 提供的組件“在 IIS 中配置 SQL XML 支持”，可 定義并注冊新的虛擬目錄， 從而實現(xiàn) SQL Server 數(shù)據(jù)庫的檢索，檢索結(jié)果以 XML 行集的形式返回。 SQL Server 2000 還引入了其它對 XML 的支持：(1)支持 XML - Data 架構(gòu)并能在這些架構(gòu)上指定 Xpath 查詢；(2)能夠檢索并寫入 XML 數(shù)

13、據(jù)，能使用 SELECT語句和 FOR XML 子句檢索 XML 數(shù)據(jù)，也能使用 OpenXML行 集提供程序?qū)懭?XML 數(shù)據(jù)；(3)增強了Microsoft SQL Server 2000 OLE DB 提供程序( SQLOLEDB，)使 得可以將 XML文檔設(shè)置為命令文本并以流的形式返回結(jié)果集。綜合以上優(yōu)勢，系統(tǒng)選用 SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫。XML 信息是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。 XML 信息和數(shù)據(jù)庫之間需要實現(xiàn)直接的映射 關(guān)系，主要方式是從 XML的DTDSchema來設(shè)計數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。 Schema支持多種數(shù) 據(jù)類型，包括布爾型、數(shù)字、日期時間等，而且還支持由這些簡單類型生

14、成的復(fù) 雜類型。用戶可以直接描述數(shù)據(jù)類型，而不需要通過字符串來化成需要的類型。 此外 Schema支持對數(shù)據(jù)的限制，使得基于 XML的應(yīng)用具備結(jié)構(gòu)完整性。因此選用 Schema來設(shè)計數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。 XML文檔中最常見的元素、子元素和屬性可以對數(shù) 據(jù)庫進行雙向的映射。3.3后臺數(shù)據(jù)庫及介紹CAPP工藝卡片類型繁多，如何將工藝卡片的數(shù)據(jù)保存到工藝設(shè)計數(shù)據(jù)庫中是 一個難題。一種原始的方法就是在數(shù)據(jù)庫中為每張工藝卡片建立一張表。這 種方法易于實現(xiàn)， 缺點是將加大數(shù)據(jù)庫中表的數(shù)量。 一種可行的方法是將工藝卡 片中的不同區(qū)域抽象出來存儲。由于每張工藝卡片均可以看成是方框型單元格 的集合，按照區(qū)域分治的原則

15、對其進行抽象，可以將一張卡片劃分成5個區(qū)域：表頭區(qū)、表中區(qū)、版本區(qū)、編校區(qū)和附件區(qū)。這樣只需在數(shù)據(jù)庫中建立 5 張對應(yīng)的表，就可以將全部的工藝卡片中的數(shù)據(jù) 保存到工藝設(shè)計數(shù)據(jù)庫中。工藝設(shè)計完成之后，必須保存工藝設(shè)計結(jié)果。 XML數(shù)據(jù)庫的存儲有 2 種方式： 一種稱為“ Native XML數(shù)據(jù)庫”形式，即以 XML原始的格式存儲到數(shù)據(jù)庫中；另 一種稱為“ XMLEnabled 數(shù)據(jù)庫”，其內(nèi)部不是以 XML格式存儲的，它包括 XML 文檔與它的源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的交換。對比 2種方式，前者存儲實現(xiàn)簡單，但是數(shù)據(jù)量 大，因而增加了檢索的難度；后者則減少了數(shù)據(jù)庫的容量，而且方便檢索，但是 增加了存儲過程的

16、難度。針對2種不同存儲方式的優(yōu)缺點，系統(tǒng)采用一種綜合了兩者優(yōu)點的數(shù)據(jù)庫的 方式進行存儲。這種方式類似“ Native XML數(shù)據(jù)庫”，大部分信息是以 XML 原 始格式存儲的， 將一些重要的關(guān)鍵信息抽取出來， 以字段的形式存儲。 表中區(qū)數(shù) 據(jù)量龐大，而且包括多行數(shù)據(jù)記錄，因此直接以 XML 的格式存儲到數(shù)據(jù)庫中； 版本區(qū)、編校區(qū)和表頭區(qū)的數(shù)據(jù)以字段的形式直接存儲到數(shù)據(jù)庫中； 附件區(qū)中包 含圖片信息，因而以 OLE對象的形式存儲到數(shù)據(jù)庫中。利用這種存儲方式，不僅 減少了存儲實現(xiàn)的難度，而且減輕了數(shù)據(jù)庫的負擔，提高了檢索的效率。圖3所示為數(shù)據(jù)庫中存儲工藝卡片 5個區(qū)域的表的關(guān)系圖。 CardHea

17、d存儲卡片 表頭區(qū)的數(shù)據(jù)， CardBody、CardAppdix 、CardEdition 和CardRevision 分別存儲 表中區(qū)、附件區(qū)、版本區(qū)和編校區(qū)的數(shù)據(jù)。在打開一張保存過的工藝卡片時，系統(tǒng)首先讀取卡片的 CardHead信息，并根據(jù) CardHead中的編號值找到其余 4 張表 的信息，從而將整張工藝卡片的信息讀取出來。工藝卡片中的關(guān)鍵信息往往是匯總時檢索數(shù)據(jù)源的主要條件， 因此要求在設(shè) 計數(shù)據(jù)庫中的表時應(yīng)使具有相同意義的名稱在數(shù)據(jù)庫表中的字段名相同， 以建立 工藝卡片之間的對應(yīng)關(guān)系 , 保證匯總及檢索的準確性以及與其它 CIMS 系統(tǒng)的 集成。CAPP系統(tǒng)中利用 XML技術(shù)進行客戶端與服務(wù)器端的信息交互，提高了系統(tǒng)的 交互效率。將工藝卡片的數(shù)據(jù)分成 5個部分存儲，大大減輕了數(shù)據(jù)庫的負擔。在 SQL Server 2000 系統(tǒng)中引入對 XML的支持，實現(xiàn) XML和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間正確的映 射，有助于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完整、準確和可靠，可以方便、快捷地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 進行檢索，為 CAPP系統(tǒng)中的信息集成提供了保障。參考文獻1.張振明、許建新等現(xiàn)代