基于網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境的機(jī)床刀具動態(tài)選擇模型的研究

1、基于網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境的機(jī)床刀具動態(tài)選擇模型的研究 1 引言 工藝設(shè)計的目的是針對產(chǎn)品的明細(xì)表和可獲得的制造資源來定義工藝細(xì)則，因此工藝設(shè)計在連接設(shè)計和制造的環(huán)節(jié)上扮演著非常重要的角色。工藝設(shè)計包括以下過程:設(shè)計數(shù)據(jù)的解釋、加工機(jī)床和切削刀具的選擇、切削參數(shù)的決定、夾具的選擇、制造工時和費用的計算等等。 機(jī)床和刀具的選擇作為工藝設(shè)計過程的重要環(huán)節(jié)之一，常常被用來評估工藝的 target=_blank class=infotextkey經(jīng)濟(jì)性和可行性。機(jī)床和刀具的選擇幾乎影響到工藝設(shè)計的所有方面，鑒于機(jī)床和刀具選擇的重要性，旨在降低設(shè)計錯誤和偏差的計算機(jī)輔助機(jī)床刀具選擇方法就成了計算機(jī)輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)

2、(CAPP) 的關(guān)鍵要素之一。 然而，選擇刀具和機(jī)床是工序計劃和調(diào)度中一種動態(tài)的活動，不僅要求具備相應(yīng)的知識，還要求能夠與制造資源和環(huán)境的動態(tài)變化保持聯(lián)系。大多數(shù)現(xiàn)行CAPP 系統(tǒng)的重點是通過對生產(chǎn)知識進(jìn)行總結(jié)，設(shè)計出靜態(tài)的工藝規(guī)劃，因此不能與現(xiàn)有的生產(chǎn)資源柔性地聯(lián)系。目前，這種靜態(tài)的CAPP 系統(tǒng)難以對實時的車間狀況和動態(tài)的生產(chǎn)環(huán)境做出及時響應(yīng)和反饋。 除了輔助工藝設(shè)計外，對CATS 還不斷提出新的要求:即在網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品的可制造性評估時能與產(chǎn)品的設(shè)計問題進(jìn)行良好的交流。選擇刀具和機(jī)床能幫助設(shè)計者進(jìn)行可制造性評估，同時也在早期決定了生產(chǎn)成本的絕大部分。如果在現(xiàn)有的制造資源中沒有設(shè)計所

3、需的刀具或機(jī)床，那么從可制造性的角度上講就需要對生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整，因此要求CATS 系統(tǒng)能與設(shè)計有效地進(jìn)行交流，而且它們各自有獨立的平臺，并且能夠容易讓所有設(shè)計者理解。 本文討論的是在基于網(wǎng)絡(luò)的制造環(huán)境下進(jìn)行刀具和機(jī)床的選擇。介紹了基于網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)環(huán)境下的方法論，這種方法能夠 target=_blank class=infotextkey經(jīng)濟(jì)地對刀具和機(jī)床進(jìn)行選擇。本文構(gòu)建的系統(tǒng)滿足了以下的要求:刀具和機(jī)床的動態(tài)選擇，設(shè)計時高效的信息共享和交流以及與其它系統(tǒng)的協(xié)同。此外，該系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(VR) 技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)了可視化。通過這項功能幫助技術(shù)人員檢查選擇的刀具和機(jī)床是否合理，并且推斷是否存在機(jī)械加工問題

4、。 2 網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境的方法論 近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)，網(wǎng)絡(luò)化制造就是在這種背景下提出來的。其內(nèi)涵是:在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，采用政府調(diào)控、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的組織模式，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(包括因特網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng))和數(shù)據(jù)庫的支撐下，動態(tài)地集成區(qū)域內(nèi)的企業(yè)、高校、研究院所及其制造資源和科技資源，開展產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售、采購和 target=_blank class=infotextkey管理等一系列活動o 在制造企業(yè)中，車間作為物化中心，車間制造資源的狀態(tài)最終決定了一個企業(yè)的實際生產(chǎn)能力。因此，對車間的制造資源及制造過程的優(yōu)化 target=_blank class=info

5、textkey管理，是提高企業(yè)核心競爭力的的關(guān)鍵問題之一。機(jī)床和刀具是車間中很重要的資源，網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境和現(xiàn)代信息技術(shù)為機(jī)床和刀具這樣的制造資源的 target=_blank class=infotextkey管理提供了優(yōu)化和提升空間，并支持機(jī)床和刀具與其它的制造資源進(jìn)行集成和共享。 3 機(jī)床刀具動態(tài)選擇模型的描述 基于網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境的機(jī)床刀具動態(tài)選擇模型采用基于網(wǎng)絡(luò)的、開放的和模塊化的體系結(jié)構(gòu)(WTMSS ，見圖1)，它能夠通過因特網(wǎng)有效地與設(shè)計和工藝規(guī)劃進(jìn)行協(xié)作。為了實現(xiàn)刀具和機(jī)床的選擇，系統(tǒng)要求從工藝規(guī)劃的工序和設(shè)計的零件信息中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 WTMSS 主要由數(shù)據(jù)庫， java 小程序

6、以及一個虛擬現(xiàn)實建模語言(VRML) 的瀏覽器組成。Java 數(shù)據(jù)庫連通性(JDBC) 和EAI 是用來通過因特網(wǎng)將系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫連結(jié)，并且能與Java 和VRML 兩個不同的獨立平臺進(jìn)行有效地信息交流。在WTMSS 系統(tǒng)中，通過建立組織化和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫使系統(tǒng)能夠在基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)環(huán)境下集成共享所有的資源。為了滿足數(shù)據(jù)的完整性和提高查找速度，通過因特網(wǎng)在服務(wù)器和客戶終端之間采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(RDB) 和結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL) 定義和 target=_blank class=infotextkey管理數(shù)據(jù)。 作為VRML 的延伸接口， EAI 允許Java 程序與嵌入相同網(wǎng)頁的VRML 瀏覽器進(jìn)

7、行信息交流。因此，使用EAI 就可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對刀具和機(jī)床的動態(tài)選擇進(jìn)行模擬，從而對選擇的合理性做出評估。在客戶端，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(OODB) 由屬性和方法組成，它們用來處理從特征 target=_blank class=infotextkey管理模塊、外形 target=_blank class=infotextkey管理模塊、刀具和機(jī)床選擇模塊等生成的工序信息。 WTMSS 系統(tǒng)采用SQL server2000來有效地定義和 target=_blank class=infotextkey管理數(shù)據(jù)庫(如機(jī)床數(shù)據(jù)庫、刀具數(shù)據(jù)庫、知識數(shù)據(jù)庫、材料數(shù)據(jù)庫、幾何數(shù)據(jù)庫等)。在本文建立的動態(tài)選擇模

8、型中用了47 個表格來定義數(shù)據(jù)庫的關(guān)系，包括一對一、一對多、多對多、一對一的遞歸、以及一對多的遞歸的關(guān)系。 4 構(gòu)建模型的關(guān)鍵技術(shù)和算法的實現(xiàn) 4.1 提取零件信息算法 從DXF 文件中識別特征能夠增進(jìn)設(shè)計與WTMSS 系統(tǒng)之間的信息交流。根據(jù)特征決定加工的類型(如車削，鉆孔以及螺紋加工)，被決定的加工類型將影響機(jī)床和刀具的選擇。DXF 文件是商業(yè)CAD 軟件中廣泛采用的文件格式，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的CAD 文件格式，可以描述計算機(jī)圖形實體，如直線、曲線、表面。該方法在生產(chǎn)用工程圖繪制中占有主導(dǎo)地位。 為了從DXF 文件得到幾何信息，系統(tǒng)通過流程圖引人二維的DXF 文件，并在動態(tài)模型中建立了一種算法。如果要從DXF 文件中獲得一條直線就要包括數(shù)字42 ，它需要眼下一條直線進(jìn)行圓弧插補，因為DXF 不包括兩條直線間的圓弧信