前言 工藝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)......



前言
工藝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的第一步，也是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造之間的橋梁。工藝規(guī)程是進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)制造和零件加工路線的主要依據(jù)

，是生產(chǎn)中的關(guān)鍵。計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（Computer Aided Process Planning——CAPP) 指計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)人員制訂產(chǎn)品制造過程

的工藝規(guī)劃，包括制造所需的環(huán)境、條件、資源消耗、工作流程及時間節(jié)拍，如工藝路線卡、工序卡（含工序圖），檢驗(yàn)工序卡等，也叫工藝

設(shè)計(jì)自動化。為了適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)品品種多樣化、零件更新?lián)Q代頻繁與市場競爭激烈的生產(chǎn)形勢，現(xiàn)代制造業(yè)正從剛性自動化向柔性自動化轉(zhuǎn)變，

計(jì)算機(jī)將貫穿于產(chǎn)品策劃、設(shè)計(jì)、工藝、制造與管理的全過程。CAPP是實(shí)現(xiàn)CAD(Computer Aided Design)和CAM(Computer Aided

Manufacturing)技術(shù)集成的關(guān)鍵，是CIMS的信息交匯中心。工藝過程設(shè)計(jì)確定了加工過程、加工順序以及所需的機(jī)床、刀夾量具、切削用量、

生產(chǎn)時間等。它接收CAD的零件信息，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，以工藝文件和零件信息為依據(jù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮笾锰幚砩蒒C程序，從而實(shí)現(xiàn)

CAD/CAPP/CAM的集成。
采用CAPP技術(shù)，可以充分利用計(jì)算機(jī)高速處理信息的能力，減少工藝設(shè)計(jì)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)
工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量和交貨期。但是由于工藝設(shè)計(jì)涉及面廣、隨機(jī)性大、很難用簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析和決策，

使得工藝設(shè)計(jì)自動化發(fā)展較慢，成為CIMS的瓶頸問題。CAPP成為現(xiàn)代制造業(yè)急需解決的難題，各國都投入大量的人力物力對其進(jìn)行研究。我國

已把CAPP列入重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并作為我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展的一個重要方向。近年來國內(nèi)在CAPP的研究上取得了很大的成績。但一般都是針對某類

零件的專用CAPP系統(tǒng)，使用過程中存在通用性差的特點(diǎn)。基于以上分析，在設(shè)計(jì)BJCAPP系統(tǒng)中注重了系統(tǒng)的實(shí)用性。
1 BJCAPP系統(tǒng)的基本原理和要求
手工編制工藝規(guī)程是由工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)零件圖紙依靠個人經(jīng)驗(yàn)完成的。要實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)
計(jì)自動化，必須使計(jì)算機(jī)理解零件圖紙上的信息，把工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識系統(tǒng)化、理論化。目前研制的CAPP系統(tǒng)，按其工作原理可以分成以下

幾種：派生式、創(chuàng)成式、半創(chuàng)成式和專家系統(tǒng)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藝過程。派生式CAPP又分為基于成組技術(shù)（GT)的派生式CAPP和基于特征的

派生式CAPP。基于成組技術(shù)的派生式CAPP系統(tǒng)是將零件分類編碼，并按零件族編制出標(biāo)準(zhǔn)工藝文件，存入計(jì)算機(jī)的存儲設(shè)備或數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)需

要時只要輸入零件的編碼就可以調(diào)用相應(yīng)零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，然后按照一定的工藝決策模型對工件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸參數(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分

析和判斷，選擇出標(biāo)準(zhǔn)工藝文件，并進(jìn)行切削參數(shù)的計(jì)算，最后輸出零件的工藝規(guī)程，得到相應(yīng)的工藝文件。它是用GT碼來描述零件的。
基于特征的派生式CAPP系統(tǒng)是用基于特征的零件信息模型來取代GT代碼，用工序—工步二叉樹（或其他模型）來描述零件的工藝規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)工

藝規(guī)程。它只對工廠現(xiàn)有的產(chǎn)品、零件進(jìn)行分類。制訂樣件分類索引樹，以基于特征的零件信息模型為依據(jù)，在基于特征的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程中自

動匹配和篩選出當(dāng)前零件的工藝規(guī)程。
派生式CAPP的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)原理簡單、容易開發(fā)。在應(yīng)用中有一定優(yōu)勢。但它的柔性差、可移植性差。
1.2 創(chuàng)成式CAPP（Generative)
創(chuàng)成式CAPP的原理是將工件的幾何形狀要素及各表面間的關(guān)系代碼化，依靠系統(tǒng)中自身的決策邏輯以及有關(guān)的制造工程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行工藝規(guī)劃

。決策邏輯不需要進(jìn)行預(yù)先的準(zhǔn)備工作，它采用內(nèi)裝式的算法對工藝規(guī)程的內(nèi)容進(jìn)行選擇和優(yōu)化。這些算法主要有決策樹、決策表、數(shù)學(xué)算法

等。它接近于人類解決問題的思維方式、有利于工藝的優(yōu)化。但由于大多數(shù)工藝過程問題還不能建立實(shí)用的數(shù)學(xué)模型和通用算法，實(shí)現(xiàn)完全的

創(chuàng)成還很困難，它只能處理特定環(huán)境下的某類零件。
1.3專家系統(tǒng)方法
將人工智能技術(shù)（AI ）應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)中，給CAPP帶來了新的活力。它主要由知識庫和推理機(jī)組成，在知識表達(dá)上，以產(chǎn)生式規(guī)則使用最廣

，近來框架、面向?qū)ο蟮戎R表示方法也漸漸被采用。它代表了一種新的發(fā)展趨勢，具有較強(qiáng)的生命力。但由于知識表達(dá)的“瓶頸”與推理的

“匹配沖突”沒有很好的解決，其自優(yōu)化和自完善功能差。此類CAPP系統(tǒng)的開發(fā)剛剛起步。
綜合上述方案，在設(shè)計(jì)BJCAPP系統(tǒng)時，主要針對回轉(zhuǎn)體零件，采用創(chuàng)成式CAPP的思路，并在設(shè)計(jì)中采用了產(chǎn)生式規(guī)則知識表示方法和GT技術(shù)。
2 BJCAPP系統(tǒng)的內(nèi)容
BJCAPP系統(tǒng)的框圖如圖1所示。
圖1 BJCAPP系統(tǒng)的框圖
2.1 零件的信息輸入
零件的信息輸入是CAPP的關(guān)鍵問題。目前有多種輸入方法，BJCAPP從工藝加工角度出發(fā)，采用型面要素描述法輸入零件信息。把零件分解為基

本要素和輔助要素。基本要素包括內(nèi)、外圓柱表面和內(nèi)、外圓錐表面，它們構(gòu)成了零件的主體結(jié)構(gòu)。輔助要素包括螺紋、花鍵、鍵槽、齒輪、

倒角、光孔和螺紋孔等。它們依附于零件的基本表面要素上。零件的信息輸入模塊包括表頭信息、下料定額信息、零件信息等的輸入。輸入的

信息以TURBO PROLOG2.0的謂詞表示并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件中，由于謂詞可包含多個變元，很適于描述零件信息。采用人機(jī)交互界面進(jìn)行信息

輸入。
2.2 加工方法及機(jī)床的選擇
在輸入零件信息后系統(tǒng)根據(jù)零件的各個型面要素的工藝要求（如型面要素類型、加工精度、表面質(zhì)量、尺寸、形位公差、材料等）來確定各個

型面要素的加工方法。其原理為：根據(jù)零件各個型面元素的最終要求，把規(guī)則數(shù)據(jù)庫調(diào)入內(nèi)存，利用PROLOG的回溯和匹配機(jī)制對規(guī)則庫進(jìn)行深

度搜索，與規(guī)則庫中的規(guī)則逐一進(jìn)行匹配，選擇該型面要素的加工方法、余量和機(jī)床，其工作流程如圖2。最后得到組成零件的各個型面要素

的加工序列。
圖2規(guī)則選取流程圖
規(guī)則庫中的規(guī)則是根據(jù)工藝手冊等領(lǐng)域知識總結(jié)出來的有規(guī)律性的工藝知識，用產(chǎn)生式規(guī)則表示為
IF條件1
并且 條件2 等
THEN結(jié)果
用謂詞邏輯表示的結(jié)構(gòu)形式為
謂詞（條件1∧條件2∧條件3∧…∧條件n,結(jié)果）。
在BJCAPP系統(tǒng)中加工方法規(guī)則用謂詞rule來表示，存入規(guī)則庫，描述機(jī)床信息的知識用謂詞machinerule來表示存入機(jī)床庫等等。