中北大學(xué)機械CADCAM技術(shù)第七章計算機輔助工藝設(shè)計

1、第七章第七章 計算機輔助工藝設(shè)計計算機輔助工藝設(shè)計 7.1 CAPP7.1 CAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 7.2 7.2 零件信息的描述與輸入零件信息的描述與輸入 7.3 CAPP7.3 CAPP系統(tǒng)的基本原理和方法系統(tǒng)的基本原理和方法 7.4 CAPP7.4 CAPP專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)毛坯設(shè)計工藝路線工序設(shè)計工時定額工裝設(shè)計余量分配切削用量工時定額機床刀具選用工序圖繪制7.1 CAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成工藝設(shè)計：工藝設(shè)計：生產(chǎn)準(zhǔn)備工作第一步，是連接設(shè)計與制造的橋梁， 工藝設(shè)計的結(jié)果是完成加工工藝規(guī)程。工藝規(guī)程：工藝規(guī)程：決定零件加工方法、加工路線，是工裝設(shè)計 制造的主要依據(jù)。

2、CAPP典型的工藝規(guī)程卡片典型的工藝規(guī)程卡片CAPP技術(shù)的發(fā)展：技術(shù)的發(fā)展： 交互式CAPP 派生式CAPP 創(chuàng)成式CAPP 智能型CAPP 面向零件CAPP 面向產(chǎn)品CAPP 面向企業(yè)CAPP PP：加工工藝過程編制（Process Planning） 生產(chǎn)過程編制（ Production Planning）CAPPCAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 零件信息獲取模塊零件信息獲取模塊 有人機交互、由CAD模型轉(zhuǎn)換等方法。工藝決策工藝決策 按預(yù)定的決策邏輯，進行比較、推理和決策加工工藝規(guī)程。工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫 包含工藝設(shè)計所要求的工藝數(shù)據(jù)和規(guī)則。 工藝數(shù)據(jù)：加工方法、加工余量、

3、切削用量、刀夾量具等； 規(guī)則：決策規(guī)則、加工方法選擇、工序工步歸并規(guī)則等、人機交互界面人機交互界面 是用戶的操作環(huán)境。工藝文件管理與輸出工藝文件管理與輸出 包括工藝文件格式化顯示和打印輸出等。CAPPCAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成零件信息描述要求零件信息描述要求： 描述應(yīng)準(zhǔn)確、完整，與實際生產(chǎn)要求相一致，適合計算機處理； 應(yīng)簡潔易懂，易于理解和掌握，便于輸入操作； 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要合理，利于提高處理效率，便于信息集成。零件信息描述內(nèi)容零件信息描述內(nèi)容：零件幾何信息零件幾何信息：包括零件幾何形狀、尺寸、以及各幾何元素間的拓撲關(guān)系。方法：可從零件三維模型進行描述；也可將結(jié)構(gòu)分解，對分解的形體或型面單元

4、分別進行描述。零件工藝信息零件工藝信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、熱處理等。生產(chǎn)管理信息生產(chǎn)管理信息：加工批量、生產(chǎn)周期等。7.27.2零件信息的描述與輸入零件信息的描述與輸入 CAPP零件信息描述基本方法零件信息描述基本方法1）零件分類編碼描述法）零件分類編碼描述法原理：原理：基于成組技術(shù)成組技術(shù)原理，制訂或選用一套編碼系統(tǒng)，對零件進行編碼，通過編碼實現(xiàn)對零件幾何信息和工藝信息進行描述的目的。特點：特點：簡單易行，但零件描述粗糙，無法對零件形狀、尺寸、精度進行詳細描述，沒有足夠信息進行決策。應(yīng)用：應(yīng)用：適用于派生式CAPP系統(tǒng)。目前CAPP系統(tǒng)很少單獨使用該方法。2）形狀特征

5、描述法）形狀特征描述法原理：原理：將零件形狀特征按順序輸入計算機，按設(shè)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進 行組織，形成供CAPP調(diào)用的零件信息模型。優(yōu)點：優(yōu)點： 零件特征與加工方法相對應(yīng)，便于推導(dǎo)加工工藝； 零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，為工序設(shè)計、尺 寸鏈計算、工藝路線的安排提供了方便。應(yīng)用：應(yīng)用：在眾多CAPP系統(tǒng)中得到了應(yīng)用?；剞D(zhuǎn)體零件加工回轉(zhuǎn)體零件加工二叉樹結(jié)構(gòu)表示二叉樹結(jié)構(gòu)表示3）語言描述法）語言描述法 用計算機能夠識別的語言對零件形狀和工藝特征進行描述，需要用戶學(xué)習(xí)掌握所選用語言的詞法和語法，描述過程比較繁瑣。4）知識表示描述法）知識表示描述法 用人工智能中的知識表示方法來描述零件信息，包括人

6、工智能框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則法和謂詞邏輯表示法等。5）直接將）直接將CAD作業(yè)結(jié)果作為作業(yè)結(jié)果作為CAPP的輸入的輸入 將CAPP系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)直接相連，使CAPP操作所需的各種工藝信息直接來源于CAD系統(tǒng)，避免繁雜和枯燥的手工信息輸入。 在眾多零件信息描述中，適合軸類零件的方法較多，箱體在眾多零件信息描述中，適合軸類零件的方法較多，箱體類等復(fù)雜零件信息描述仍是一個薄弱環(huán)節(jié)類等復(fù)雜零件信息描述仍是一個薄弱環(huán)節(jié)。7.3CAPP系統(tǒng)的基本原理和方法系統(tǒng)的基本原理和方法1、派生式、派生式CAPP工作原理：工作原理：利用零件相似性檢索現(xiàn)有工藝的一種軟件系統(tǒng)。要求先對零件編碼，根據(jù)編碼確定所屬零件族，

7、調(diào)用該族零件標(biāo)準(zhǔn)工藝，經(jīng)過編輯修改，最終獲得零件工藝規(guī)程。派派生生式式CAPP工工作作原原理理零件族特征矩陣庫零件族特征矩陣庫派生式派生式CAPP開發(fā)過程開發(fā)過程 1)根據(jù)產(chǎn)品特點與生產(chǎn)情況，確定編碼系統(tǒng)； 2)進行零件編碼； 3)對零件分類，形成若干零件族，建立零件族特征矩陣庫； 4)對各零件族構(gòu)造“典型零件”； 5)編制“典型零件”標(biāo)準(zhǔn)工藝和相應(yīng)的工序內(nèi)容； 6)建立工藝數(shù)據(jù)庫，存儲常用工藝數(shù)據(jù)和規(guī)范； 7)編制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)各功能模塊。派生式派生式CAPP特點特點 1)以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，理論上比較成熟； 2)應(yīng)用范圍比較廣泛，有較好的實用性； 3)適用于結(jié)構(gòu)比較簡單的零件，尤其回轉(zhuǎn)類零件

8、； 4)繼承企業(yè)較成熟的傳統(tǒng)工藝，但系統(tǒng)柔性度較差； 5)對于相似性較差的復(fù)雜零件，難以編碼描述。派生式派生式CAPP舉例舉例CAMI派生式派生式CAPP系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程（美國計算機輔助制造公司）2、創(chuàng)成式、創(chuàng)成式CAPP工作原理工作原理 ：根據(jù)零件模型和工藝信息，應(yīng)用決策邏輯，模擬工藝人員決策過程，自動創(chuàng)成加工工藝規(guī)程，完成機床刀具選擇和工藝過程優(yōu)化。創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPP開發(fā)過程開發(fā)過程 1)確定系統(tǒng)對象范圍，是針對回轉(zhuǎn)體零件還是非回轉(zhuǎn)體零件； 2)確定零件描述方法，是型面單元描述還是體素組合語言描述； 3)確定和建立工藝決策模型，用決策表

9、還是決策樹； 4)建立加工資源數(shù)據(jù)庫，包括機床、夾具、刀具、切削用量等； 5)設(shè)計系統(tǒng)主控模塊、人機接口模塊、工藝文件生成和輸出模塊。創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPP特點特點 1)通過邏輯推理，自動決策生成零件工藝規(guī)程，無需人為干預(yù)； 2)具有較高的柔性，適應(yīng)范圍廣； 3)便于與CAD和CAM系統(tǒng)的集成； 4)系統(tǒng)實現(xiàn)較為困難，目前只能處理特定環(huán)境下的特定零件。SIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：由制造資源模塊、零件特征定義模塊、工藝決策以及主控模塊組成，其中工藝決策模塊是系統(tǒng)核心系統(tǒng)核心，零件信息是決策對象，制造資源信息是決策約束決策約束。創(chuàng)成式創(chuàng)成式CAPP舉例舉例（上海交大（上海交大SIP系統(tǒng)）系統(tǒng)）制

10、造資源的構(gòu)成制造資源的構(gòu)成車間層資源車間層資源 包括粗加工、精加工、熱處理、裝配等生產(chǎn)車間。設(shè)備層資源設(shè)備層資源 包括不同的機床和工藝裝備。 知識層資源知識層資源 包括決策規(guī)則、切削參數(shù)、加工余量和工時定額等工藝數(shù)據(jù)。工藝決策知識的表示工藝決策知識的表示決策表決策表決策樹決策樹3、綜合式、綜合式CAPP原理：原理：綜合派生式CAPP采取派生與創(chuàng)成相結(jié)合的方法生成工藝規(guī)程，即工藝設(shè)計采用派生法，工序設(shè)計則采用創(chuàng)成決策方法產(chǎn)生。特點：特點：綜合派生式與創(chuàng)成式CAPP兩者優(yōu)點，具有系統(tǒng)簡潔、快捷、靈活、實用性強的特點。7.4 CAPP專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)：是一種求解問題的智能軟件系統(tǒng)，它

11、把人類專家的經(jīng)驗和知識表示成計算機能夠接受和處理的符號形式，采用專家的推理和控制策略，處理和解決只有專家才能解決的問題。 通常軟件系統(tǒng)通常軟件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 算法算法 專專 家家 系系 統(tǒng)統(tǒng) 知識知識 推理推理專家系統(tǒng)組成：專家系統(tǒng)組成：知識庫知識庫 專家系統(tǒng)核心，包含常識性知識和啟發(fā)性知識。 啟發(fā)性知識是專家系統(tǒng)邏輯推理的主要知識源。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 用于存儲用戶輸入的原始數(shù)據(jù)（事實）和推理過程的動態(tài)數(shù)據(jù)。推理機推理機 是一種具有推理能力的計算機軟件程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個 系統(tǒng)運行的軟件模塊。解釋模塊解釋模塊 對專家系統(tǒng)推理結(jié)果作出必要解釋，使用戶了解專家系統(tǒng) 推理過程，接受所推理的結(jié)果。知識

12、獲取模塊知識獲取模塊 將人類專家的專門知識提取出來，經(jīng)整理轉(zhuǎn)化為計算機 內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，是知識庫建立和維護的工具和手段。用戶接口模塊用戶接口模塊 將專家和用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以接受的形式， 同時把系統(tǒng)的推理結(jié)論轉(zhuǎn)換為人類易于理解的形式。專家系統(tǒng)組成專家系統(tǒng)組成專家系統(tǒng)特點專家系統(tǒng)特點啟發(fā)性啟發(fā)性 能使用判別性知識以及已確定的理論 知識進行推理；透明性透明性 能解釋其推理過程；靈活性靈活性 能把新知識不斷加入已有知識庫，使其 逐步完善和精練。專家系統(tǒng)的知識表示專家系統(tǒng)的知識表示 產(chǎn)生式規(guī)則法、語義網(wǎng)絡(luò)法和框架表示法是目前較產(chǎn)生式規(guī)則法、語義網(wǎng)絡(luò)法和框架表示法是目前較為流行的知識表示方法。

13、為流行的知識表示方法。產(chǎn)生式規(guī)則法產(chǎn)生式規(guī)則法 是最常用的知識表示方法，其一般形式為： IF AND/ORAND/ORAND/OR THEN 或， 或,或例： IF AND AND THEN 優(yōu)點：優(yōu)點： 產(chǎn)生式規(guī)則結(jié)構(gòu)接近人類專家思考問題方式； 各條規(guī)則相互獨立，易于查詢、修改和擴充； 容易添加解釋功能，以便觀察系統(tǒng)如何進行推理； 具有描述不確定知識的能力。1）正向推理）正向推理 從已知事實出發(fā)，按照給定控制策略，利用生產(chǎn)式規(guī)則 最終推斷出結(jié)論。在CAPP系統(tǒng)中，由毛坯一步步推導(dǎo)出最終零件的整 個加工工藝過程。正向推理機應(yīng)具有的功能正向推理機應(yīng)具有的功能： 能夠根據(jù)已知的事實，知道運用知識庫

14、中哪些知識； 能將推理后得到的結(jié)論存入數(shù)據(jù)庫，并記錄整個推理過程； 能夠判斷何時結(jié)束系統(tǒng)推理；必要時向用戶提問，要求用戶補充輸入所需的推理條件。專家系統(tǒng)推理方式專家系統(tǒng)推理方式正向推理不足正向推理不足盲目推理，求解了許多與目標(biāo)解無關(guān)的子目標(biāo)；2）反向推理）反向推理 先提出假設(shè)，然后反向?qū)ふ抑С旨僭O(shè)的證據(jù)。在CAPP系統(tǒng)中，由最終零件通過逐步加上加工余量，使之最終成為毛坯的推理過程。反向推理機應(yīng)具有的功能：反向推理機應(yīng)具有的功能： 能夠提出假設(shè)，并運用知識庫中的知識判斷假設(shè)的真假； 若為真，則記錄使用了哪些知識（以備解釋之用）； 若為假，則系統(tǒng)應(yīng)重新提出新的假設(shè)，再進行判斷； 能夠判斷何時結(jié)束推

15、理； 必要時能夠向用戶提出補充條件要求。反向推理不足反向推理不足盲目選擇目標(biāo)，求解了許多假設(shè)的子目標(biāo)。 3）雙向推理）雙向推理： 綜合利用正向推理和反向推理優(yōu)點，克服其不足。 先根據(jù)事實庫中一些原始數(shù)據(jù)，利用正向推理幫助人們選擇假設(shè)，再利用反向推理進一步證明這些假設(shè)是否成立，如此反復(fù)，直至最后得出結(jié)論。專家系統(tǒng)開發(fā)語言專家系統(tǒng)開發(fā)語言：Lisp、Prolog等智能型程序設(shè)計語言， 需逐個模塊開發(fā)，開發(fā)效率很低。 專家系統(tǒng)開發(fā)工具專家系統(tǒng)開發(fā)工具: 有骨架型、通用型、輔助型等。 EMYCIN為最早、最常用專家系統(tǒng)開發(fā)典型工具，它是將MYCIN專家系統(tǒng)中有關(guān)傳染病診斷知識和內(nèi)容移走，剩下專家系統(tǒng)專

16、家系統(tǒng)“骨架骨架”（Shell），包含不可缺少的推理機、知識獲取、解釋和控制功能模塊），包含不可缺少的推理機、知識獲取、解釋和控制功能模塊，被稱之為基本(Essential) 的MYCIN ，即EMYCIN。 這樣開發(fā)者僅需完成相關(guān)應(yīng)用知識庫的建立，便完成專家系統(tǒng)的開發(fā)，大大縮短專家系統(tǒng)開發(fā)周期。成組技術(shù)(GT)，就是用科學(xué)的方法，在多品種生產(chǎn)中將相似將相似零件組織在一起零件組織在一起( (成組成組) )進行生產(chǎn)進行生產(chǎn)，以相似產(chǎn)品零件的“疊加批量”取代原來的單一品種批量，采用近似大批量生產(chǎn)中的高效工藝、設(shè)備及生產(chǎn)組織形式來進行生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。成組技術(shù)是一門涉及多學(xué)科的綜合性技

17、術(shù)，其理論基礎(chǔ)是研究如何識別和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望的經(jīng)濟效益。成組技術(shù)的核心問題是成組工藝核心問題是成組工藝。成組工藝與計算機技術(shù)、成組工藝與計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、相似論和方法論等結(jié)合才形成了成組技術(shù)。數(shù)控技術(shù)、相似論和方法論等結(jié)合才形成了成組技術(shù)。 成組技術(shù)在機械加工中，成組工藝是把零件的幾何信息(形狀、尺寸、精度、表面粗糙度等)和工藝信息(材料、熱處理、批量等)相近似的零件組成一個個零件族零件族(組)，按零件族進行加工制造，從而減少了品種，擴大了批量，便于采用高效的生產(chǎn)方法，從而提高了勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。 零件的相似性是實現(xiàn)成組工藝的基本條件。工藝相似性是指可采用相同的工藝方法進行加工，采用相似的夾具進行裝夾，采用相似的量具進行檢測等。零件分類編碼系統(tǒng)零件分類編碼系統(tǒng)是實施成組技術(shù)的重要手段