以回轉類零件為對象，......



以回轉類零件為對象，將功能－特征－工藝－制造環境等有機結合，建立工藝咨詢及評價的知識、信息模型，從而實現產品與工藝的并行設計。
1　系統的體系結構功能及信息需求
該咨詢系統不僅可以與CAD系統聯接進行產品設計以及生成加工工藝，而且能給設計者提供有關工藝與制造環境方面的咨詢，幫助設計者更快地設計出能被方便加工的零件或產品，還可以隨時對上游設計依據本領域的專家知識進行可制造性評價并反饋評價意見和修改建議。
1.1　系統的體系結構與功能需求
系統包括零件建模及圖形顯示、工藝咨詢、可制造性與經濟性評價、工藝設計、工藝數據/知識庫、咨詢知識庫、特征庫與用戶界面等， 系統的總體結構如圖1所示。①零件建模。建立滿足并行設計的零件信息模型，不僅能接收咨詢信息，而且可以接收可制造性評價的反饋信息，并且可以進行零件模型的修改。②咨詢模塊。其功能是從工藝角度分層次就所設計零件的單一特征或組合特征的工藝性能進行咨詢，為設計者提供工藝與設備資源方面的知識與經驗。③評價模塊。其功能之一是從工藝角度對所設計零件的可制造性及工藝結構的合理性進行評價，并提出修改意見，功能之二是對所生成的多套工藝路線進行時間、成本的綜合評價，推薦優選方案。④工藝設計。用于生成同一零件的多套工藝路線，并可根據評價信息修改工藝路線。⑤控制與協調管理。是實現CE/DFM的關鍵環節，具有控制零件建模、工藝生成、咨詢與評價之間并行交互的進程、協調各模塊的作業等功能。
1.2　系統的信息需求
(1)零件信息
除常規的零件尺寸、公差及精度要求外，還需要與制造有關的功能、材料及加工信息，它們是并行設計依據。
(2)決策信息
工藝知識，包括領域數據庫和領域知識庫；咨詢信息，主要是工藝咨詢知識，包括功能－特征映射規則、特征－加工方法映射規則、加工 方法－設備資源映射規則及備選加工方法和設備資源規則等；評價知識，包括結構工藝性、經濟精度、結構可制造性及軸向尺寸檢查等信息。
(3)操作控制信息
是控制各模塊協調作業的信息，包括設計與咨詢、設計與評價及并行設計的操作信息。
圖1　DFM工藝咨詢系統的體系結構
2　系統的關鍵技術
2.1　工藝性評價
在零件設計過程中，通過評價模塊檢驗特征是否具有工藝可行性，判斷所設計零件是否滿足設計、工藝及制造環境的約束，以及它們之間 是否存在有沖突等。如果發現所設計零件與設計要求、工藝要求及制造環境存在有沖突或不滿足，設計者可以根據該模塊產生的評價意見和建議修改零件模型，直到零件設計與工藝設計都滿足約束為止。
(1)結構工藝性評價
在結構工藝性評價中，我們主要考慮：①中心孔、退刀槽、倒角、過渡圓角的設置是否合理；②錐體或呈弧形面的零件是否有便于裝夾的 工藝圓柱面或中心孔；③同軸孔系排列，其孔徑應向一個方向或中間遞減；④避免出現深孔(L/D＞5)加工；⑤盲孔、螺紋孔、階梯孔、有階梯的螺紋孔是否應設置退刀槽。
(2)特征可制造性評價
在滿足功能的前提下，根據零件信息，檢查零件的各特征是否符合當前生產環境下的工藝、資源及工裝的約束，使零件具有較好的可制造 性。如果某特征不滿足約束或可制造性不好，設計者可自行進行修改，若需要系統也可提出修改建議。
(3)經濟精度評價
經濟精度評價主要考慮下面兩個問題：①根據零件的特征功能及設計要求評價所設計特征的精度；②根據特征的精度判斷是否超過現有生 產環境下機床的加工能力。
(4)尺寸檢查
該模塊可以檢驗零件主特征是否出現錯誤的軸向尺寸——過定位或欠定位。其判斷方法是：當尺寸鏈圖為一棵樹時，尺寸鏈正確；若存在 有環，為過定位；若為森林(即多棵樹)，表示為欠定位。圖2為傳動軸的軸向尺寸鏈檢查。
圖2　傳動軸的軸向尺寸鏈檢查
若多尺寸13，為過定位；若少尺寸73，為欠定位；若無尺寸13，有尺寸73，為正確定位
(5)工藝方案評價
對于一個被加工零件，可以擬定多套滿足技術與功能要求、且具有不同經濟性的工藝方案；傳統CAPP只考慮單一工藝過程的最優，很少涉 及多方案和綜合評價指標。該模塊可以依據低工藝成本和少加工時間等對并行設計所產生的多套工藝方案進行評價，推薦出給定生產環境下經濟、高效的方案。
2.2　工藝性咨詢
在設計產品中，設計者常常根據各自的經驗和習慣構造產品，很少考慮特征在現有制造環境下的加工能力，不可避免地會增加加工成本， 延長開發周期。本研究旨在建立適合DFM的咨詢層次模型；該模型清楚表達特征－加工方法－設備資源的層次和隸屬關系，構成咨詢信息模型，圖3為工藝性咨詢模塊的功能圖。
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圖3　工藝性咨詢模塊的功能圖
在工藝咨詢過程中，主要考慮以下因素：備選特征、特征的加工方法、特征的加工設備來構造工藝咨詢模糊函數，使該函數反映所咨詢對象(即被設計的特征)與上述因素的模糊映射關系，其工藝咨詢模糊函數
式中：p1＝｛Uf｝——特征替代規則集；
p2＝｛Us｝——特征的設備資源規則集；
p3＝｛Um｝——特征的加工方法規則集。
F、Pi（i＝3）在產品建模的不同階段都可以發揮一定的作用。
(1)特征的替代性咨詢
特征的替代由零件功能所決定。任一零件的總功能都可分解成多個分功能，用零件功能集描述，Fun＝｛fun1，fun2，……，funn｝；同 樣，任一零件的總體形狀特征也可以有很多特征組成(即用零件特征集描述)，Fea＝｛fea1，fea2，……，fean｝，零件功能集｛funi｝與零件特征集｛feai｝之間存在非唯一的映射關系，可能出現某一功能有多種可選特征，或滿足某一功能要求出現組合特征等，如傳動軸的某分功能“支承傳動件”和“軸向定位”，其映射關系為：“支承傳動件”圓柱面或圓錐面，“軸向定位”圓錐面或臺階面/端面；但是，對于某零件特征，其具有相同功能的多種可選特征的適合程度不同，可替代性沒有十分明顯的界限，具有一定的模糊性，給設計者選擇替代特征帶來一定的困難。因此，為了更好地通過零件功能咨詢零件特征，運用模糊數學方法處理零件功能與特征之間的映射關系，實現功能向特征的轉換，
圖4是特征替代咨詢模塊。
(2)特征的加工方法與設備資源咨詢
圖4　特征替代咨詢
不管從特征角度，還是從加工方法角度，其一種特征可能對應多種加工方法，一種加工方法可能對應多種設備資源，它們之間可以用一種較復雜的網絡及層次結構描述(圖5)。因此，根據特征咨詢加工方法和根據加工方法咨詢設備資源均是一個復雜的工作。為簡化這一過程，可以建立特征－加工方法、加工方法－設備資源之間的模糊關系矩陣，將零件特征被選擇的可能性變換成加工方法的候選性、將加工方法的候選性變換成設備資源的可用性，并把它們之間已知的、可以羅列的事實以文件或數據庫形式存放。