計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)

1、 CAD/CAM技術(shù)一一、概述概述二二、 CAPPCAPP系統(tǒng)中零件系統(tǒng)中零件信息的描述與輸入信息的描述與輸入 三、三、派生式派生式CAPPCAPP系統(tǒng)系統(tǒng) 四四、創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPPCAPP系統(tǒng)系統(tǒng) 一一、概述概述CAPPCAPP的分類與組成的分類與組成CAPPCAPP與制造業(yè)信息化與制造業(yè)信息化 CAPPCAPP的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP-Computer Aided Process Planning）是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向制造的指令性數(shù)據(jù)，起到了承上（產(chǎn)品設(shè)計(jì)）啟下（零件加工）的作用，是連接CAD與CAM等應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁。本章從

2、CAPP系統(tǒng)應(yīng)用的角度，主要介紹CAPP的有關(guān)概念、CAPP系統(tǒng)的信息輸入、不同類型CAPP系統(tǒng)的原理與功能等。二二、CAPPCAPP的分類與組成的分類與組成CAPP是以計(jì)算機(jī)為輔助手段，解決產(chǎn)品制造過程中存在的有關(guān)材料、工具、工裝、過程等工藝問題，它是CAD和CAM之間的過渡環(huán)節(jié)，具體描述了產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過程中（包括零件加工、產(chǎn)品裝配等）相關(guān)的條件和過程，是產(chǎn)品制造必不可少的重要組成部分。 零件信息的輸入零件信息的輸入 系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理 零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì) 工藝文件輸出工藝文件輸出 系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 系統(tǒng)界面零件信息輸入定義 描述 識別 提取 工藝數(shù)據(jù)/知識庫/規(guī)則庫等及其維護(hù)與管

3、理CAD系統(tǒng)&零件圖紙工藝信息&工藝文件零件工藝設(shè)計(jì)檢索 匹配 推理 編輯 工藝文件輸出預(yù)覽 制表 存貯 打印 零件信息可以分為文字信息和圖形信息兩種類型。文字信息的輸入，一般采用直接從資源數(shù)據(jù)庫中讀取的方式，或采用人機(jī)交互方式進(jìn)行。圖形信息的輸入方式取決于CAPP與CAD系統(tǒng)的集成程度，采用計(jì)算機(jī)識別或人工識別的方法，將零件的圖形輸入到CAPP系統(tǒng)中來。目前常用的方法是零件圖形的二次輸入，即采用OLE技術(shù)，將CAD系統(tǒng)在CAPP工藝編輯窗口中定位激活，由工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行圖形的繪制與編輯。 u零件信息的輸入零件信息的輸入 u系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理u零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì)u工藝文

4、件輸出工藝文件輸出u系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 u零件信息的輸入零件信息的輸入 u系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理u零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì)u工藝文件輸出工藝文件輸出u系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 系統(tǒng)的管理主要分為系統(tǒng)功能的管理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理，系統(tǒng)功能的管理包括用戶權(quán)限與帳號的管理、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份等；系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理包括對各種制造資源數(shù)據(jù)和工藝知識進(jìn)行維護(hù)與管理，如制造資源的添加、修改、刪除、選擇等，工藝知識的查詢、添加、修改、存貯等，為用戶提供系統(tǒng)使用的方便。u零件信息的輸入零件信息的輸入 u系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理u零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì)u工藝文件輸出工藝文件輸出u系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 工藝設(shè)計(jì)模塊的主要功能是

5、生成零件的工藝文件。一般分為兩個(gè)層次，一是零件的主干工藝路線的生成，即確定零件加工的工藝規(guī)程；二是零件加工工序中工藝參數(shù)的制訂，在零件工藝規(guī)程的基礎(chǔ)上，具體確定每一道工序的切削參數(shù)、機(jī)床刀具、工裝模具、管理參數(shù)等。工藝設(shè)計(jì)人員可以借助于系統(tǒng)提供的各種資源信息編制出與企業(yè)狀態(tài)相符合的工藝文件。u零件信息的輸入零件信息的輸入 u系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理u零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì)u工藝文件輸出工藝文件輸出u系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 工藝文件的輸出有兩種形式，一種是采用紙介質(zhì)文檔的形式（包括機(jī)械加工及裝配工藝路線卡、機(jī)械加工及裝配工序卡、工藝簡圖等），按照標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行預(yù)覽并打印輸出；一種是采用電子文檔的形式（包括

6、工藝簡圖、數(shù)控加工程序等），直接作為機(jī)床的加工參數(shù)，輸出到CAM系統(tǒng)中去。 u零件信息的輸入零件信息的輸入 u系統(tǒng)的管理系統(tǒng)的管理u零件工藝設(shè)計(jì)零件工藝設(shè)計(jì)u工藝文件輸出工藝文件輸出u系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面 系統(tǒng)界面是工藝設(shè)計(jì)人員的工作平臺，系統(tǒng)主界面上一般有系統(tǒng)的各種下拉菜單，或其他形式的菜單，各種功能的實(shí)現(xiàn)均在菜單或?qū)υ捒蛑羞M(jìn)行，其中包括系統(tǒng)菜單、工藝設(shè)計(jì)界面、系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫管理界面、工藝文件的預(yù)覽界面等。系統(tǒng)界面是否友好，直接影響到系統(tǒng)的工作效率和企業(yè)的接受程度。CAPPCAPP與制造業(yè)信息化與制造業(yè)信息化 制造業(yè)信息化是從整個(gè)企業(yè)設(shè)計(jì)制造的全過程，來規(guī)范和管理企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售等各種

7、信息，它的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)設(shè)計(jì)制造全過程的無紙化。在制造業(yè)信息化工程中，CAPP系統(tǒng)起著非常重要的角色，主要表現(xiàn)在： （1）建立產(chǎn)品、零件制造的工藝過程文件，具體規(guī)定產(chǎn)品在形成過程中有關(guān)的條件、狀態(tài)、過程等參數(shù)，描述零件的加工過程以及應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使工藝文件規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。（2）替代工藝設(shè)計(jì)人員的手工操作，將其從繁雜的手工編寫、查閱資料、繪制簡圖等工作中解脫出來，將精力放在工藝設(shè)計(jì)、工藝經(jīng)驗(yàn)的積累、工藝知識的應(yīng)用上，有效地提高企業(yè)的制造工藝水平。（3）規(guī)范產(chǎn)品制造工藝，使工藝信息計(jì)算機(jī)化，為制造業(yè)信息化提供基礎(chǔ)條件；實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)等信息的數(shù)字化，提高工藝設(shè)計(jì)信息的共享與重用水平。（4）使各種

8、優(yōu)化決策方法的實(shí)現(xiàn)成為可能，為工藝設(shè)計(jì)人員提供決策支持，包括工藝路線決策的優(yōu)化，切削參數(shù)的優(yōu)化，工時(shí)定額的確定等。制造業(yè)信息化與CAPP的關(guān)系如圖6-2所示，CAPP系統(tǒng)既是聯(lián)系設(shè)計(jì)階段和制造階段的橋梁，為產(chǎn)品的制造裝配、成本核算、產(chǎn)品管理等提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造階段以及制造業(yè)信息化工程實(shí)施的瓶頸所在，需要加大對CAPP研究的力度，促進(jìn)制造業(yè)信息化工程的早日實(shí)施。 CADCAMMRP/ERPCAPPCAEPDM計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理信息化產(chǎn)品技術(shù)信息化設(shè)計(jì)制造信息化通訊網(wǎng)絡(luò)化圖6-2制造業(yè)信息化與CAPPCAPPCAPP的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 研究派生式研究派生式 CAPP 推出典型系統(tǒng)推

9、出典型系統(tǒng) CAMI1976年年 研究創(chuàng)成式研究創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)系統(tǒng) 智能化工藝智能化工藝 決策方法決策方法 零件信息零件信息 自動(dòng)獲取自動(dòng)獲取60年末年末80年代初年代初80年代初年代初90年代中年代中 深入研究深入研究 派生式派生式CAPP CAPP進(jìn)入進(jìn)入 實(shí)用化實(shí)用化 CAPP數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 管理與應(yīng)用管理與應(yīng)用提出提出CAPP 研究新的研究新的 CAPP系統(tǒng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)與方法結(jié)構(gòu)與方法 CAPP性能性能 提高提高90年代中年代中本世紀(jì)初本世紀(jì)初本世紀(jì)初本世紀(jì)初1965年Niebel首次提出CAPP思想 CAPPCAPP的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢國內(nèi)外CAPP系統(tǒng)的研究與開發(fā)的側(cè)重點(diǎn)有所不同，國

10、外的制造裝備主要是以數(shù)控機(jī)床為主體，研究的是數(shù)控加工平臺上的工藝生成問題。國內(nèi)的制造裝備仍以通用加工設(shè)備為主，開發(fā)的CAPP系統(tǒng)必須兼顧現(xiàn)有的加工能力和加工水平，主要是在二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，制訂零件的加工工藝。 早在二十世紀(jì)六七十年代，CAD/CAM就被人們充分研究并總結(jié)了一套較完整的理論，而CAPP的研究始于60年代后期，與CAD/CAM研究的起步相同，直到80年代，CAPP研究工作才得到較大的進(jìn)展，至今還未能有較為成熟的理論與系統(tǒng)問世。 國內(nèi)的商品化CAPP系統(tǒng)軟件是以派生式系統(tǒng)為主流，它需要設(shè)計(jì)人員過多的干預(yù)，系統(tǒng)只能提供一些可供借鑒的資料和相應(yīng)的工具。有的系統(tǒng)在工藝生成模塊中加入基于人工

11、智能技術(shù)的創(chuàng)成式工藝生成方法，并考慮CAD/CAPP/CAM集成下的CAPP、并行工程下的CAPP、專家系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用等，但從總體上看，這些應(yīng)用是有限的，同CAD/CAM等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)相比，CAPP仍是十分薄弱的環(huán)節(jié)。目前開發(fā)出的系統(tǒng)在功能上還存在許多的不足，主要表現(xiàn)在：通用性差 先進(jìn)性和使用性并未統(tǒng)一 集成性差 CAPPCAPP系統(tǒng)中零件信息的描述與輸入系統(tǒng)中零件信息的描述與輸入CAPP系統(tǒng)中的信息描述是指，當(dāng)CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要被設(shè)計(jì)零件的各種信息，無論這些零件信息的初始狀態(tài)如何，均需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行標(biāo)識與存貯。針對CAD系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過人機(jī)交互輸入零件信息的方式已成定局，

12、研究出一種工藝設(shè)計(jì)人員可以接受的、快捷合理的信息描述與輸入模式，是CAPP系統(tǒng)能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。CAD系統(tǒng)提供的信息有兩種類型，一種是采用文字方式表達(dá)的技術(shù)及管理信息，一種是采用圖形和數(shù)字表達(dá)的零件幾何信息。前者是顯式的，可以直接存儲在系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息庫中，并能在CAPP系統(tǒng)需要時(shí)提取。后者是作為CAPP系統(tǒng)功能的操作對象出現(xiàn)的，需要經(jīng)過語義轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行存儲。1.CAPP系統(tǒng)零件信息的描述 2.CAPP系統(tǒng)零件信息的輸入 1.CAPP系統(tǒng)零件信息的描述 零件信息包括總體信息（如零件名稱、圖號、材料等）、幾何信息（如結(jié)構(gòu)形狀）和工藝信息（尺寸、公差、表面粗糙度、熱處理及其它技術(shù)要求）等。 一

13、般意義上講，零件信息的描述方法是，采用數(shù)字、文字或圖形對零件的信息進(jìn)行定義，這種定義實(shí)質(zhì)上是對CAPP系統(tǒng)中的零件進(jìn)行標(biāo)識，然后采用鏈?zhǔn)交驑涫降臃椒▽?biāo)識信息組合起來，形成CAPP系統(tǒng)識別的零件信息。主要方法有：數(shù)字編碼描述法 語言文字描述法 特征信息描述法 數(shù)字編碼描述法 數(shù)字編碼描述法是在成組技術(shù)（GT-Group Technology）的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字對零件各有關(guān)特征進(jìn)行描述和識別，并建立一套特定的規(guī)則和依據(jù)組成的分類編碼系統(tǒng)的方法，按照該分類編碼系統(tǒng)的規(guī)則描述零件的過程就是對零件進(jìn)行編碼。 JLBM-1系統(tǒng)是原機(jī)械工業(yè)部頒發(fā)的機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)（JB/Z251-1985），它是由

14、零件名稱類別碼、形狀及加工碼、輔助碼所組成的15位分類編碼系統(tǒng)，每一碼位用09十個(gè)數(shù)字表示不同的特征項(xiàng) 。碼位123456789101112131415編碼021051101260513編碼描述信息回轉(zhuǎn)體類、輪盤類法蘭盤單向臺階無外部功能要素雙向臺階通孔有環(huán)槽單一外平面無內(nèi)平面均布軸向孔普通鋼鍛件無熱處理：最大直徑在160mm到400mm之間最大長度在50mm到120mm之間內(nèi)外園與平面為中等精度圖6-3示例零件及其編碼 零件名稱：法蘭盤零件材料：45鋼0123456789回轉(zhuǎn)體類零件非回轉(zhuǎn)體類零件零件名稱類別粗分零件名稱類別細(xì)分回轉(zhuǎn)體類零件形狀及加工碼外部形狀及加工內(nèi)部形狀及加工平面、曲面加

15、工輔助加工 基本形狀功能要素基本形狀功能要素內(nèi)平面外平面端面輔助孔成形刻線非回轉(zhuǎn)體類零件形狀及加工碼外部形狀及加工主孔及內(nèi)部加工輔助加工平面加工曲面加工外形要素主孔加工內(nèi)部加工輔助孔成形0123456789材料毛坯原始形狀熱 處理精度主要尺寸直徑或?qū)挾乳L度零件類別碼形狀及加工碼輔助碼圖6-4JLBM-1編碼系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 語言文字描述法語言文字描述法是采用語言對零件各有關(guān)特征進(jìn)行描述和識別，并建立一套特定的規(guī)則組成的語言描述系統(tǒng)的方法。該方法的關(guān)鍵是開發(fā)一種計(jì)算機(jī)能識別的語言（類似于C語言、AutoLISP語言等）來對零件信息進(jìn)行描述，或者是建立一個(gè)語言描述表，用戶采用這種語言規(guī)定的詞匯、語句

16、和語法對零件信息進(jìn)行描述，然后由計(jì)算機(jī)編譯系統(tǒng)對描述結(jié)果進(jìn)行編譯，形成計(jì)算機(jī)能夠識別的零件信息代碼。采用語言文字對零件的信息進(jìn)行描述，與分類編碼描述方法類似，是一種間接的描述方法，對幾何信息的描述只停留在特征的層面上，同時(shí)需要工藝設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)并掌握一門專用語言，因此，這種方法逐步被其它方法淘汰。特征信息描述法 特征信息描述法是采用經(jīng)過定義的特征（包括幾何特征、技術(shù)特征等）對零件進(jìn)行描述，并建立一套主要由圖形迭加規(guī)則組成的特征描述系統(tǒng)的方法。這種方法的基本思想是按照零件加工過程中所形成的零件型面來定義零件的幾何特征，并在這些型面特征中關(guān)聯(lián)相應(yīng)的工藝信息（包括零件的精度、材料、熱處理等技術(shù)要求）作

17、為技術(shù)特征，以幾何特征信息集的形式對零件進(jìn)行描述。 幾何特征是零件幾何要素的組合，具有相對獨(dú)立性 零件的基本特征分為回轉(zhuǎn)件的軸類和盤類、非回轉(zhuǎn)件的箱體類、支架類、塊類、板類和桿類計(jì)七大類 軸類盤類 箱體類支架類塊類板類桿類圖6-5 基本特征示意圖特征信息描述法零件的附加特征由基準(zhǔn)線（面）和要素面兩部分組成?；鶞?zhǔn)線（面）的形成是工藝規(guī)程中首先考慮的工序，要素面的相對位置以基準(zhǔn)線（面）為參照系。附加特征有齒、孔、鍵、螺紋、槽、筋、倒角、滾花、型腔、平面等十大類組成。附加特征的基準(zhǔn)線（面）是制訂工序的重要依據(jù)之一。齒孔鍵螺紋槽筋倒角滾花型腔平面圖6-6 附加特征示意圖特征信息描述法)7 , 1()1

18、 (101iTaTbTjjji（6-16-1）根據(jù)上述分類原理，零件的幾何特征組成可以表示成為BAS（one Base feature and Affixation featureS）模型，則任何零件均由一個(gè)基本特征和若干個(gè)附加特征組合而成。即：式中： T 零件的幾何形狀； Tbi 基本特征； Taj 附加特征； j 根據(jù)零件中附加特征選取，當(dāng)零件中存在某一種附加特征時(shí)，j=0；當(dāng)零件中不存在某一種附加特征時(shí)，j=1。特征信息描述法從工藝生成的角度，特征之間的關(guān)系主要有： （1）包容關(guān)系 指某一特征是其它特征的載體，如基本特征與附加特征的關(guān)系，附加特征之間亦可存在包容關(guān)系。 （2）陣列關(guān)系 指

19、同種類特征之間、相同基準(zhǔn)的相互位置關(guān)系，這種關(guān)系一般對工藝生成不產(chǎn)生影響。 （3）并列關(guān)系 指不同種類特征之間相同基準(zhǔn)的位置關(guān)系，它影響到工序內(nèi)工步的設(shè)計(jì)。 “BAS”特征模型具有下列特點(diǎn)：（1）以基本特征為主體的特征分類方法，排除了主干工藝路線的多義性，將零件工藝生成問題轉(zhuǎn)換為特征工藝生成，以及經(jīng)過簡單的迭加即可形成的工藝組合問題，降低了主干工藝路線決策的難度。（2）繼承了傳統(tǒng)的零件工藝生成方法，從零件輪廓的加工開始，逐步細(xì)化到具體的結(jié)構(gòu)，可以很容易地將企業(yè)現(xiàn)存的典型零件的工藝規(guī)程作為系統(tǒng)的實(shí)例，工藝人員易于掌握，易于操作。 （3）特征的工藝具有相對獨(dú)立性和工藝的迭加性，對于存儲、識別、提取

20、均比較方便，有利于實(shí)現(xiàn)與其它應(yīng)用系統(tǒng)的集成。特征信息描述法特征信息描述法 采用特征信息描述法對圖6-3所示零件描述的結(jié)果如圖6-7所示。 法蘭盤主特征附加特征盤0200單向多級盤0202孔5200平面5800單向臺階孔5203雙向臺階孔5204圖6-7 法蘭盤特征信息描述特征信息描述法特征信息描述法2.CAPP系統(tǒng)零件信息的輸入CAPP系統(tǒng)零件信息的輸入是指采用何種方式將所描述零件的信息輸入到CAPP系統(tǒng)中去。常用的輸入方式有兩種：一種是采用人機(jī)交互方式輸入零件的各種信息，一種是通過與CAD系統(tǒng)的集成，從CAD系統(tǒng)中直接提取零件的幾何信息和技術(shù)信息。人機(jī)交互信息輸入從CAD系統(tǒng)中直接提取信息

21、基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范（STEP等）的產(chǎn)品建模與信息輸入 人機(jī)交互信息輸入 人機(jī)交互信息輸入是指采用上述的描述方法，由工藝設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)鍵盤等輸入設(shè)備，從系統(tǒng)的輸入界面窗口中進(jìn)行零件信息的輸入。目前商品化CAPP系統(tǒng)對CAD系統(tǒng)零件的信息處理方式有： 不保留CAD系統(tǒng)的零件信息，只是一次性利用該信息； 部分保留CAD系統(tǒng)的零件信息，對一些具有明顯加工特征的幾何圖形進(jìn)行提取和應(yīng)用； 采用零件信息編碼系統(tǒng)對輸入零件進(jìn)行編碼輸入等。 這些方法不是缺少完整的零件工藝信息，無法實(shí)現(xiàn)工藝的創(chuàng)成，就是信息輸入的過程十分復(fù)雜，輸入方法不實(shí)用，工藝人員難以接受。 以特征技術(shù)為基礎(chǔ)，概念提取為操作手段，PDM資

22、源數(shù)據(jù)庫為信息支持的人機(jī)交互輸入方法（如圖6-8所示）的原理是，保留工藝設(shè)計(jì)人員長期形成的對零件的分類規(guī)范，將零件的幾何特征按照該規(guī)范進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上，建立以幾何特征為信息柄的工藝信息集，存放于PDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)資源庫中。信息輸入時(shí)，工藝設(shè)計(jì)人員從零件圖中提取有限的幾何特征作為工藝特征信息柄，即可完成CAD/CAPP系統(tǒng)間通過概念進(jìn)行的信息遷移與轉(zhuǎn)換。特征信息Taj特征信息特征信息特征信息Tbi特征信息Tbi特征信息TajCAD系統(tǒng)CAPP系統(tǒng)遷移、激活圖 6-8 概念化特征輸入將工藝設(shè)計(jì)人員熟悉的幾何特征制成相關(guān)工藝信息集的信息柄，進(jìn)行概念化零件圖工藝信息的識別與提取，使得CAPP系統(tǒng)的信

23、息輸入具有下列特點(diǎn)：（1）從特征的概念入手，將圍繞幾何特征展開的工藝信息打包處理，并制作成信息柄，采用信息柄進(jìn)行信息的激活與傳遞，提高了CAPP系統(tǒng)信息輸入的準(zhǔn)確性。（2）CAD/CAPP系統(tǒng)之間信息傳遞的主要手段是信息柄的遷移，這種遷移是以人為的概念約定以及CAPP系統(tǒng)的信息預(yù)制為基礎(chǔ)，同時(shí)受到PDM資源數(shù)據(jù)庫的支持，便于進(jìn)行信息輸入的擴(kuò)充。（3）工藝特征信息柄繼承了傳統(tǒng)的零件分類方法，它是工藝設(shè)計(jì)人員長期工作中形成的概念，比較容易接受，也便于工藝設(shè)計(jì)。（4）經(jīng)過有限次的信息提取，即完整零件特征全部信息的輸入，不僅輸入的效率高，還適用于創(chuàng)成式工藝生成，以及基于內(nèi)容的工藝匹配與查詢。 概念化特

24、征輸入的實(shí)現(xiàn)過程如圖6-9所示，CAPP系統(tǒng)預(yù)置了表達(dá)各種幾何特征的名稱、尺寸、精度、基準(zhǔn)等相關(guān)信息集，待工藝設(shè)計(jì)人員輸入時(shí)在屏幕上點(diǎn)選，CAPP系統(tǒng)將輸入的信息存入數(shù)據(jù)庫中。零件信息輸入的數(shù)據(jù)流程如圖6-10所示。 TbiTaj特征名稱尺寸集精度集基準(zhǔn)集零件IDCAPP數(shù)據(jù)庫幾何特征集熱處理用戶零件總體信息提取幾何基本特征提取幾何附加特征提取BOM表產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹工藝數(shù)據(jù)庫幾何特征信息庫PDM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫零件輸入信息集工藝信息工藝信息信息輸入模板任務(wù)信息零件信息信息輸入模板操作信息總體信息零件信息圖6-9 概念化特征輸入的實(shí)現(xiàn)圖6-10 零件特征信息提取數(shù)據(jù)流圖從CAD系統(tǒng)中直接提取信息 從C

25、AD系統(tǒng)中直接提取信息是指將CAD系統(tǒng)中已有的信息，直接提取到CAPP系統(tǒng)中來，這種提取一般在PDM系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)，需要CAD系統(tǒng)的輸出接口。 由于目前采用的CAD系統(tǒng)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異，既有二維圖形又有三維圖形，要實(shí)現(xiàn)圖形信息的有效提取非常困難。迄今為止，只在比較簡單零件的識別上取得一些進(jìn)展，對復(fù)雜機(jī)器零件的自動(dòng)識別則一疇莫展，主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：（1）一般CAD系統(tǒng)都是以解析幾何作為其繪圖基礎(chǔ)的，繪圖的基本單元是點(diǎn)、線、面等要素，其輸出的結(jié)果一般是點(diǎn)、線、面以及它們之間的拓?fù)潢P(guān)系等底層的信息。（2）在CAD的圖形文件中，沒有諸如公差、粗糙度、表面熱處理等工藝信息，即使這些信息進(jìn)行了標(biāo)注，也很

26、難將這些信息提取出來或找到這些信息與幾何信息的內(nèi)在聯(lián)系。（3）CAD系統(tǒng)種類繁多，其輸出格式不但與繪圖方式有關(guān)，更重要的是與CAD系統(tǒng)內(nèi)部對產(chǎn)品或零件的描述與表達(dá)方式，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)，即使CAPP系統(tǒng)能接收一種CAD系統(tǒng)輸出的零件信息，也不一定能接收其它CAD系統(tǒng)輸出的零件信息。 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范（STEP等）的產(chǎn)品建模與信息輸入 實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的無縫集成，最理想的方法是為產(chǎn)品建立一個(gè)完整的、語義一致的產(chǎn)品信息模型，以滿足產(chǎn)品生命周期各階段（產(chǎn)品需求分析、工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、裝配、測試、銷售和售后服務(wù)）對產(chǎn)品信息的不同需求和保證對產(chǎn)品信息理解的一致性，使得各應(yīng)用領(lǐng)域（如

27、CAD、CAPP、CAM、CNC、MIS等）可以直接從該模型抽取所需信息。這個(gè)模型是采用通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的。顯然，只要各CAD系統(tǒng)對產(chǎn)品或零件的描述符合這個(gè)數(shù)據(jù)規(guī)范，其輸出的信息既包含了點(diǎn)、線、面以及它們之間的拓?fù)潢P(guān)系等底層的信息，又包含了幾何形狀特征以及加工和管理等方面高層信息，那么CAD系統(tǒng)的輸出結(jié)果就能被其下游工程，如CAPP、CAM等系統(tǒng)接收。三三、派生式派生式CAPPCAPP系統(tǒng)系統(tǒng)零件GT編碼或特征信息輸入檢索零件族或特征檢索標(biāo)準(zhǔn)加工工藝自 動(dòng)派 生加工參數(shù)處理計(jì)算交 互編 輯格式化輸 出零件族矩陣或特征庫標(biāo)準(zhǔn)加工工藝庫工藝派生規(guī)則庫應(yīng)用程序集零 件工藝規(guī)程工藝規(guī)程生成圖6-

28、11 派生式CAPP系統(tǒng)工作原理派生式CAPP系統(tǒng)的主要特征是檢索預(yù)置的零件工藝規(guī)程，實(shí)現(xiàn)零件工藝設(shè)計(jì)的借鑒與編輯。根據(jù)零件工藝規(guī)程預(yù)置的方式不同，可以分為基于GT技術(shù)的CAPP系統(tǒng)和基于特征技術(shù)的CAPP系統(tǒng)兩種主要形式，其他形式的系統(tǒng)是這兩種形式的延伸。派生式CAPP系統(tǒng)的工作原理如圖6-11所示。1.基于GT技術(shù)的CAPP系統(tǒng)基于GT的工藝生成是在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，按照零件結(jié)構(gòu)、尺寸和工藝的相似性，把零件劃分為若干零件組，并將一個(gè)零件組中的各個(gè)零件所具有的型面特征合成為主樣件，根據(jù)主樣件制定出其典型工藝過程。主樣件和典型工藝是開發(fā)基于GT的CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵。主樣件的設(shè)計(jì) 主樣件工藝過程

29、設(shè)計(jì) （1）工藝的覆蓋性 （2）工藝合理性 主樣件的設(shè)計(jì)一個(gè)零件組通常包含若干個(gè)零件，把這些零件的所有型面特征“復(fù)合”在一起的零件稱為復(fù)合零件，也稱主樣件。復(fù)合零件是組內(nèi)有代表性、最復(fù)雜的零件，它可能是實(shí)際存在的某個(gè)零件，但更多的是組內(nèi)零件所有特征合理組合而成的假想零件。主樣件的設(shè)計(jì)步驟是：先將產(chǎn)品的所有零件分為若干零件組，在每個(gè)零件組中挑選一個(gè)型面特征最多、工藝過程最復(fù)雜的零件作為參考零件；再分析其他零件，找出參考零件中沒有的型面特征，逐個(gè)加到參考零件上，最后形成該零件組的主樣件。主樣件工藝過程設(shè)計(jì) 主樣件工藝過程設(shè)計(jì)的合理性直接影響到基于GTGT的CAPPCAPP系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量。主樣件的工

30、藝過程至少應(yīng)符合兩個(gè)原則： 工藝的覆蓋性主樣件工藝過程應(yīng)能滿足零件組內(nèi)所有零件的加工，即零件組內(nèi)任一零件全部加工工藝過程的工序和工步都應(yīng)包括在典型工藝過程中。在設(shè)計(jì)該組中某個(gè)零件的工藝規(guī)程時(shí)，CAPP系統(tǒng)只需根據(jù)該零件的信息，對典型工藝過程的工序或工步作刪減，就能設(shè)計(jì)出該零件的工藝規(guī)程。 工藝合理性主樣件工藝過程應(yīng)符合企業(yè)特定的生產(chǎn)條件和工藝設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)規(guī)范，能反映先進(jìn)制造工藝與技術(shù)，以保證生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高效和低成本。 根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)的主樣件及其工藝過程如表6-1所示。 表6-1 套類零件組主樣件及其工藝過程零 件典 型 零 件 簡 圖工藝過程車磨外圓車鉆模鉆孔磨內(nèi)孔車鉆模鉆孔磨內(nèi)孔磨外圓鍛

31、車鉆模鉆孔磨內(nèi)孔磨平面磨外圓主樣件鍛車鉆模鉆孔磨內(nèi)孔磨平面磨外園2.基于特征的工藝生成 基于特征的工藝生成是在特征分類的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)每一個(gè)特征的工藝規(guī)程和特征工藝規(guī)程的迭加規(guī)則，根據(jù)輸入特征自動(dòng)匹配出零件的工藝規(guī)程。 基于特征的標(biāo)準(zhǔn)工藝庫設(shè)計(jì) 基于特征的工藝檢索 工藝編輯環(huán)境 幾何特征0101幾何特征0102幾何特征5204幾何特征5302幾何特征5402零件01015204零件01025204零件01015302零件01025302零件01015402工序11002074工序12003084工序11002076工序12003086工序11002078鏈接鏈接圖6-12 標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程庫結(jié)構(gòu)表6

32、-2 基本特征系列庫（表名：feature_table）屬性名稱屬性名稱數(shù)據(jù)類型備注特征大類FeatureroughChar特征細(xì)分FeaturedetailChar特征代碼FeaturecodeChar表6-3 零件組成庫（表名：parts_table）屬性名稱屬性名稱數(shù)據(jù)類型備注零件名稱PartnameChar零件圖號PartdrawingnumChar零件數(shù)量PartquantityInt材料名稱MaterialnameChar標(biāo)準(zhǔn)代號StandardChar特征組合代碼 FeaturecombinumChar表6-4 工藝規(guī)程庫（表名：procedure_table）屬性名稱屬性名稱數(shù)

33、據(jù)類型備注工序名稱WorkingprocedurenumChar工序代號WorkingprocedurecodeChar作業(yè)內(nèi)容TaskcontentChar作業(yè)要求TaskdemandChar加工機(jī)床MachinetoolChar加工刀具ProcesstoolChar基于特征的工藝檢索采用特征作為零件的輸入手段，可以使系統(tǒng)輸入的信息單元化，在特征提取過程中，相關(guān)的尺寸已全部定位，以特征作為檢索條件，檢索到某個(gè)特征組合的工藝規(guī)程后，可以將尺寸信息替換到相應(yīng)的工藝條件中去。CAPP是在企業(yè)范圍內(nèi)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模式的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的查詢速度是衡量數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。在提高數(shù)據(jù)庫查詢速度上，除

34、遵循常規(guī)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則外，還需要采取下列措施：（1）盡量減少數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量和屬性。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量調(diào)用存儲過程（Procedure）來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。（3）系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要減少對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的訪問次數(shù)。 工藝編輯環(huán)境 工藝編輯環(huán)境是在PDMPDM數(shù)據(jù)管理功能的基礎(chǔ)上，以工藝編輯為核心的工藝集成環(huán)境。 在此環(huán)境下，工藝設(shè)計(jì)人員針對本企業(yè)或車間的制造資源狀況，對各個(gè)實(shí)體類型的具體數(shù)據(jù)項(xiàng)和實(shí)體類型下的具體實(shí)例進(jìn)行審核，并對它們的工序順序和過程計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行校對，需要在工藝編輯過程中反復(fù)查詢各類工藝數(shù)據(jù)和相關(guān)的制造資源信息。與此同時(shí)，工藝設(shè)計(jì)人員還需要瀏覽零件圖，并通過修改零

35、件圖達(dá)到繪制工藝簡圖的目的。 工藝知識庫 工藝規(guī)程庫 圖檔管理庫 系統(tǒng)支持文件PDM系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫工 藝規(guī) 程編 輯窗 口工 藝簡 圖編 輯窗 口管理查詢替換統(tǒng)計(jì)瀏覽縮放剪取繪制圖6-13 工藝編輯基本環(huán)境四四、創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPPCAPP系統(tǒng)系統(tǒng) 創(chuàng)成式CAPPCAPP系統(tǒng)可以定義為一個(gè)能綜合加工信息，自動(dòng)為一個(gè)新零件制定出工藝過程的系統(tǒng)。 創(chuàng)成式CAPPCAPP系統(tǒng)的核心是工藝決策的推理機(jī)和知識庫。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工作原理 面向?qū)ο蟮墓に囍R表達(dá) 面向?qū)ο蟮奶卣魍评頇C(jī)制 規(guī)則庫的存儲與擴(kuò)充 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工作原理面向?qū)ο蟮墓に囍R表達(dá)工藝知識是指支持CAPP系統(tǒng)工藝決策所需要的規(guī)

36、則。 根據(jù)知識的使用性可以分為選擇性規(guī)則和決策性規(guī)則兩大類。 Rule #：IF Conditions THEN Conclusion它表示當(dāng)Conditions為真時(shí)，Conclusion為可成立的結(jié)論或可進(jìn)行的操作。Rule為規(guī)則號，規(guī)則庫中的單條產(chǎn)生式規(guī)則作為最小的知識單元，它們同推理相對獨(dú)立，可方便地在規(guī)則庫中增加、刪除和修改。產(chǎn)生式規(guī)則表達(dá)工藝知識的一般形式為：規(guī)則規(guī)則規(guī)則規(guī)則規(guī)則規(guī)則規(guī)則庫規(guī)則庫規(guī)則庫規(guī)則庫字典字典對象對象A A對象對象A1A1對象對象AnAn對象對象A11A11對象對象A12A12對象對象AnnAnn知識庫系統(tǒng)模型 工藝知識庫的構(gòu)造包括工藝推理規(guī)則、工序排序規(guī)則的

37、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表達(dá)等，具體見表6-5和表6-6。 表6-5 6-5 工藝決策規(guī)則表12000001粗車無關(guān)無關(guān)無關(guān)全1250020011000074粗車-半精車-粗磨-精磨-超精磨無關(guān)型材無關(guān)黑色金屬20.0120100備注工序鏈編號加工方法生產(chǎn)批量毛坯形式尺寸范圍材料類型精度等級表面粗糙度特征代號表6-6工序排序規(guī)則表序 號特征代號精度區(qū)間工 序備 注60100粗粗車槽210100精精車倒角面向?qū)ο蟮奶卣魍评頇C(jī)制 對象與對象之間的推理是通過對象間的消息通訊來實(shí)現(xiàn)的。 加工方法選擇的過程 特征規(guī)則匹配匹配器規(guī)則零件黑板規(guī)則庫加工鏈字典讀寫黑板規(guī)則集加載規(guī)則推理讀寫黑板讀寫黑板讀寫黑板查閱字典加工方

38、法的推理過程如下：Class Reasoning Machine / 推理機(jī)構(gòu)類 public：Reasoning Machine ( )； Reasoning Machine ( )； BOOL init_BB( )； / 初始化黑板信息 Protected： BOOL Load_control_information( )； / 裝入決策控制信息 BOOL Load_decision( )； / 裝入決策結(jié)果信息 BOOL Load_KB( )； / 裝入知識庫信息 Void do_reasoning( )； / 推理決策函數(shù) Control_info* inference_meta_ob

39、ject( )； / 子任務(wù)推理 Rule_set* Load_rule_set(object_class.methed)； / 調(diào)入規(guī)則集 Void sort_rule(rule_set*)； / 規(guī)則集排序Void instance_object(object*)； / 調(diào)入對象類信息，實(shí)例化BOOL match_rule(rule*)； / 規(guī)則匹配函數(shù) Void execute_rule(rule*)； / 規(guī)則執(zhí)行函數(shù)Void free_rule_set( )； / 釋放規(guī)則集Void free_KB( )； / 釋放知識庫Void free_product_information( )； / 釋放產(chǎn)品信息Void free_status( )； / 釋放狀態(tài)信息Void save_decision( )； / 存儲決策信息Void save_control_information( )； / 存儲控制信息 ； Void Reasoning Machine ：do_reasoning( ) control_infor* current_con_