（光學(xué)工程專業(yè)論文）基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件capp系統(tǒng)研究.pdf

基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零什c a p p 系統(tǒng)研究 y 2 5 7 _ 9 摘要 c a e e 是聯(lián)系c a d 和c a m 的橋梁，正目益受到人們的關(guān)注，是目前的一 個(gè)研究熱點(diǎn)。由于c a p p 本身的一些關(guān)鍵問題還沒有完全解決，其在實(shí)際生產(chǎn) 中的應(yīng)用卻不盡人意。 本文敘述了課題的來源、目的和意義，分析了c a p p 技術(shù)的現(xiàn)狀，提出了 一種構(gòu)建實(shí)用型綜合式c a p p 系統(tǒng)的方法。文中詳細(xì)論述了基于成組技術(shù)分類 代碼和基于特征的零件信息輸入法，特征組合與排序的工藝決策方法，工藝卡 片的編輯和工序圖的輸出以及數(shù)據(jù)庫的維護(hù)。在系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)上，采用關(guān)系 數(shù)據(jù)庫m ss q l s e r v e r 為數(shù)據(jù)庫平臺，前端開發(fā)語言為面向?qū)ο蟮恼Z言- - v i s u a l b a s i c ，圖形平臺為a u t o c a d 。 ， 帙鍵詞：c a p p ，特鑷，數(shù)據(jù)庫，t 藝 、 南京理 ：人學(xué)碩士學(xué)位論文第1 頁 ，一、 - 基r 成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 a b s t r a c t c a p pb r i d g e st h ec a da n dc a ma n di t i s g i v e ni n c r e a s i n g l y c o n c e m i t b e c o m e so n eo ft h er e s e a r c h i n gf o c u s e sn o w a d a y s b u ti t sa p p l i c a t i o ni np r a c t i c ei s n o tv e r yg o o d ，b e c a u s es o m eo fi t si n t r i n s i cp r o b l e m sa r en o ts o l v e dy e t t h i s p a p e r i n t r o d u c e dt h e s o u r c e ，p u r p o s e a n ds i g n i f i c a n c eo ft h i s p r o j e c t ， a n a l y z e dt h ec u r r e n ts t a t e o ft h ec a p p t e c h n o l o g y , a n dp u tf o r w a r dam e t h o dt o c o n s t r u c tau s e f u lc a p p s y s t e m t h eg r o u pt e c h n o l o g yc o d i n ga n df e a t u r eb a s e dp a r ti n f o r m a t i o ni n p u t t i n g m e t h o di sd e t a i l e ds t a t e di nt h i sp a p e r a sw e l la st h ef e a t u r ec o m b i n i n ga n ds o r t i n g p r o c e s s d e c i s i o nm e t h o dw a ss t a t e d a n dt h ee d i t i n g o ft h e p r o c e s s c a r da n d e x p o r t i n go f t h ep r o c e s sg r a p ht h ed a t a b a s em a i n t a i n i n gm e t h o dw a sp r o v i d e di nt h e c a p p s y s t e m t h er e l a t i o nd a t a b a s e - - - m ss q ls e r v e ri su s e da st h ed a t a b a s ep l a t f o r ma n dt h e f r o m - e n dd e v e l o p i n gl a n g u a g ei st h eo b j e c t o r i e n t e dl a n g u a g e - - v i s u a lb a s i ca n d t h e g r a p hp l a t f o r m i sa u t o c a d k e y w o r d ：c a p p ，f e a t u r e ，d a t a b a s e ，p r o c e s s 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 1 緒論 j l ，課題的提出 t i 1 制造業(yè)是基礎(chǔ)工業(yè)，它在國民經(jīng)濟(jì)中占著舉足輕重的地位并且和人民的生 活息息相關(guān)。制造業(yè)的發(fā)展將極大地推動(dòng)整個(gè)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高人民的生 活水平。歷史的車輪己把我們帶入了二十一世紀(jì)，中國已經(jīng)加入了世界貿(mào)易組 織，市場全球化，經(jīng)濟(jì)全球化的特征愈加明顯，市場競爭變得更加激烈。 在這樣的背景下，企業(yè)所面對的生產(chǎn)環(huán)境的特點(diǎn)是：生產(chǎn)周期縮短，產(chǎn)品 的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，品種增多，批量變小，用戶需求個(gè)性化和生產(chǎn)日益集成化。 因此，企業(yè)必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開始，就考慮到產(chǎn)品生命周期的各個(gè)過程，即產(chǎn) 品的制造、管理、銷售、使用。而工藝設(shè)計(jì)工作貫穿在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程中， 工藝設(shè)計(jì)不僅涉及到企業(yè)的生產(chǎn)類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)水平等， 還受到工藝人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，如果其中的一個(gè)因素發(fā)生改變，工藝 的結(jié)果也會相應(yīng)的調(diào)整和改變，可以說工藝設(shè)計(jì)是企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中最活躍的因 素。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在工業(yè)部門中的日益廣泛深入的應(yīng) 用，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝的輔助設(shè)計(jì)已成為可能。而另一方面，敏捷制造似g i l e m a n u f a c t u r i n g ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、智能制造( i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n g ) 、虛擬制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 等先進(jìn)制造生產(chǎn)模式的順利實(shí) 施，要求得到實(shí)用、先進(jìn)的c a p p 系統(tǒng)的充分支持。 c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 即計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)，它是 根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)所給出的信息進(jìn)行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設(shè)計(jì)，通常指 產(chǎn)品零件制造工藝過程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與文檔編制。它不僅僅是產(chǎn)品工藝設(shè) 計(jì)自動(dòng)化的重要手段，而且是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ) 和計(jì)算機(jī)輔助制造( c a m ) 之間的橋梁和紐帶，是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)( c i m s ) 的關(guān)鍵和核心，還是制造 企業(yè)各部門產(chǎn)品信息交匯的重要環(huán)節(jié)，企業(yè)生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度等部門也必須 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第1 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 依賴c a p p 系統(tǒng)輸出信息。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息只有通過工藝設(shè)計(jì)才能生成制造信 息，產(chǎn)品設(shè)計(jì)只有通過工藝設(shè)計(jì)才能與制造實(shí)現(xiàn)功能和信息的集成。由此可見 c a p p 在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化中的重要地位，是實(shí)現(xiàn)其它先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。因此， 對c a p p 研究有重要意義。 1 1 1 開展c a p p 研究的意義 工藝設(shè)計(jì)是優(yōu)化配置工藝資源，合理編排工藝過程的一門學(xué)問。它是生產(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)品制造的橋梁。以文件形式確 定下來的工藝規(guī)程是進(jìn)行零件加工和工裝制造的主要依據(jù)，它對組織生產(chǎn)、保 證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、縮短生產(chǎn)周期及改善勞動(dòng)條件等都有直 接的影響，因此工藝設(shè)計(jì)是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性工作。 工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是為被加工零件選擇合理的加工方法和加工順序，以 便能按照設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)出合格的零件。工藝設(shè)計(jì)處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的中 間，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)必須分析和處理大量信息，既要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣上有關(guān)零 件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又需要加工制造中有關(guān)加 工方法、加工設(shè)備、生產(chǎn)條件、加工成本及時(shí)問定額，甚至傳統(tǒng)習(xí)慣等方面的 信息。由于各種信息之間的關(guān)系極為復(fù)雜，工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須全面而周密地對這 些信息加以分析和處理?？梢哉f工藝過程的設(shè)計(jì)是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會諸方面因 素的整體過程。工藝設(shè)計(jì)過程中需要大量的決策，這些決策是由工藝設(shè)計(jì)人員 根據(jù)制造對象的結(jié)構(gòu)和工藝信息、生產(chǎn)環(huán)境和條件，科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展、 社會經(jīng)濟(jì)的需求等多方面因素，采用多種決策方法來實(shí)現(xiàn)【2 j 。 長期以來，工藝過程設(shè)計(jì)都是依靠工藝人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來編制的。同一個(gè) 零件的工藝如由不同的工藝人員來編制，會得出不同方案：甚至同一個(gè)工藝人 員在不同時(shí)期編出的工藝文件也不盡相同。由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的局限性，不能顧及 多方面的因素來優(yōu)化工藝過程，所以一般都不易給出最佳的工藝方案。 我國機(jī)械工業(yè)中的工藝過程設(shè)計(jì)，目前多用傳統(tǒng)的手工方式準(zhǔn)備各種工藝文 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 件。廣大工藝人員的工作主要是做、查手冊，計(jì)算數(shù)據(jù)和編寫報(bào)表等繁瑣和重 復(fù)的事務(wù)工作。設(shè)計(jì)效率低，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，從而影響了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速 度，難于適應(yīng)市場需求急劇變化的趨勢。 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)即c a p p 能迅速編制出完整而詳盡的工藝文件，工 藝人員無需重復(fù)查閱各種手冊和規(guī)范，不再用手工計(jì)算數(shù)據(jù)和編抄各種表格， 極大地提高了工藝人員的工作效率。由于制訂工藝準(zhǔn)備時(shí)間縮短，加快了新產(chǎn) 品的投產(chǎn)。c a p p 可以獲得符合企業(yè)實(shí)際條件的優(yōu)化工藝方案、給出合理的工時(shí) 定額和材料消耗。c a p p 產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是企業(yè)管理的基本依據(jù)。c a p p 對改革 我國工藝過程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及其現(xiàn)代化起著重要作用。用c a p p 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工藝設(shè) 計(jì)對于機(jī)械制造業(yè)具有重要意義，其主要表現(xiàn)如下： ( 1 ) 可以將工藝人員從大量繁重的、重復(fù)性的手工勞動(dòng)中解放出來，使他 們能從事新產(chǎn)品的開發(fā)、工藝裝備的改進(jìn)及新工藝研究等創(chuàng)造的工作； ( 2 ) 可以廣泛地應(yīng)用專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，從而降低對工藝人員技能的要求； ( 3 ) 可以顯著減少工藝設(shè)計(jì)的時(shí)間，縮短工藝準(zhǔn)備周期，保證工藝設(shè)計(jì)質(zhì) 量，提高產(chǎn)品在市場上的競爭力： ( 4 ) 能繼承有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，提高企業(yè)工藝的繼承性，特別 是在當(dāng)前國內(nèi)外機(jī)械制造企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員日益短缺的情況下，它具 有特殊意義； ( 5 ) 可以提高企業(yè)工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于工藝設(shè)計(jì)的最優(yōu)化工作； ( 6 ) 為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)( c i m s - c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 創(chuàng)造必要的技術(shù)基礎(chǔ)。 采用c a p p 能為企業(yè)帶來直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。如表1 1 1 1 所示【3 】： 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第3 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 表l1 1 1 采用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)的效益 采用c a p p 后采用c a p p 后占 費(fèi)用組成占總費(fèi)用的比例 減少的比例數(shù)總費(fèi)用的比例數(shù) 工藝過程設(shè)計(jì) 8 5 8 3 3 6 材料2 3 4 2 2 0 8 工時(shí)2 8 1 0 2 5 2 0 刀具 7 1 2 6 1 6 返修品和廢品 4 1 0 3 6 0 管理、利潤等 3 0 3 9 6 0 上表表示了在一個(gè)零件的成本中各項(xiàng)費(fèi)用所占的比例，當(dāng)采用了計(jì)算機(jī)輔助 工藝過程設(shè)計(jì)后，各項(xiàng)費(fèi)用都得到不同程度的減少，其中工藝過程設(shè)計(jì)費(fèi)用減 少了5 8 ，從表中可以看出，由于采用了c a p p 使零件生產(chǎn)成本降低了9 6 ， 該數(shù)字尚未包括其全部效益。而且有很多效益是不能直接用貨幣表達(dá)的，例如 減少工藝文件的抄寫和描校工作；避免人工計(jì)算和抄寫的錯(cuò)誤：從數(shù)據(jù)庫能及 時(shí)獲得信息；信息的一致性( 包括工藝規(guī)程的一致性) ：迅速編制工藝以快速響 應(yīng)產(chǎn)品的更新；編制的工藝規(guī)程詳細(xì)完整( 小批量生產(chǎn)時(shí)也能給出完善的工藝 規(guī)程) ；更有效地利用刀夾量具和促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化等。因此，c a p p 的研究和應(yīng)用， 可以改變我國工藝設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀、促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)的適應(yīng)能力與競爭 力。 另一方面，c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 一計(jì)算機(jī)集 成制造系統(tǒng)) 已被認(rèn)為是制造業(yè)未來的生產(chǎn)模式，作為一種在新的生產(chǎn)組織原理 和概念指導(dǎo)下形成的新型生產(chǎn)模式，它把各個(gè)分散獨(dú)立的自動(dòng)化孤島，通過相 關(guān)技術(shù)集成為一個(gè)優(yōu)化的整體。而c a d c a p p c a m 的集成正是c i m s 的關(guān)鍵。集 成對原來各個(gè)孤立的自動(dòng)化單元提出了新的要求，就c a p p 而言，其內(nèi)涵擴(kuò)大了， 它的功能不僅僅局限于工藝規(guī)程的編制，它的目標(biāo)也不僅僅是從工藝設(shè)計(jì)的全 部功能上盡可能地取消工藝設(shè)計(jì)人員，它是更廣意義上的c a p p 系統(tǒng)，即c i m s 環(huán)境下的c a p p 系統(tǒng)。在c i m s 環(huán)境下，c a p p 是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為各種加工、 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第4 頁 董王盛絲墊查坌耋垡旦量塹堡塑塑蘭量竺! ! ! 墨竺竺窒 管理信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖1 1 1 1 表示了c a p p 與c i m s 其它系統(tǒng)的信息流向。 圖1 1 1 1c i m s 環(huán)境下c a p p 信息流向 由圖可見，c a p p 對于保證c i m s 中信息流的暢通，實(shí)現(xiàn)集成是至關(guān)重要的。 即沒有一個(gè)完善、可靠的c a p p 系統(tǒng)，就不可能有一個(gè)成功的計(jì)算機(jī)集成制造系 統(tǒng)。 1 1 2c a p p 的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展 c a p p 的開發(fā)、研制是從6 0 年代后期開始的【4 】。在制造自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，它 是發(fā)展最遲的部分，世界上最早研究c a p p 的國家是挪威，始于1 9 6 6 年。在1 9 6 9 年挪威工業(yè)公司正式推出世界上第一個(gè)c a p p 系統(tǒng)a u t o p r o s ，1 9 7 3 年正式 推出商品化的a u t o p r o s 系統(tǒng)。而在c a p p 發(fā)展史上具有里程碑意義的是美 國國際計(jì)算機(jī)輔助制造公司( c a m i ) 于1 9 7 6 年推出的c a m i s a u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g 系統(tǒng)，取其字首的第一個(gè)字母，稱為c a p p 系統(tǒng)。我國從7 0 年 代末、8 0 年代初才開始研究c a p p 。同濟(jì)大學(xué)在1 9 8 2 年開發(fā)出國內(nèi)第一個(gè)c a p p 系統(tǒng)，即t o j i c a p 系統(tǒng)。至今國內(nèi)己開發(fā)出上百個(gè)c a p p 系統(tǒng)，其中有檢索式、 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文 第5 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 派生式、創(chuàng)成式，也有的是在人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的專家系統(tǒng)。 盡管c a p p 系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)過3 0 余年的研究，已取得了重大的發(fā)展，在理論體 系及生產(chǎn)過程實(shí)際應(yīng)用方面都取得了重大的成果。但是，到目前為止，能被工 廠、企業(yè)正式應(yīng)用的c a p p 系統(tǒng)還只是極少數(shù)，真正商品化的c a p p 系統(tǒng)幾乎 沒有。同c a d c a p p c a m 集成制造系統(tǒng)中的c a d ，c a m 兩個(gè)子系統(tǒng)相比，處于中 間環(huán)節(jié)的c a p p 技術(shù)發(fā)展還是比較緩慢，成為系統(tǒng)中的“短腿”1 5 1 。圖1 1 2 1 表示了c a p p 與c a d 和c a m 之間的關(guān)系。圖中向右的箭頭表示信息傳遞，向左的 箭頭表示信息反饋【6 j 。c a p p 是一個(gè)將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向制造的指令性數(shù)據(jù)的 重要環(huán)節(jié)，起到了承上( 產(chǎn)品設(shè)計(jì)) 啟下( 加工制造與管理) 、連接c a d 與c a m 等應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁作用7 ，8 1 。 圖1 1 2 1c a p p 與c a d 、c a m 之間的關(guān)系 美國機(jī)械工程師協(xié)會( s m e ) 曾統(tǒng)計(jì)，自8 0 年代后期到9 0 年代，美國的制 造業(yè)有9 0 需要使用c a p p ，但是直到今天，仍只有5 的企業(yè)使用c a p p ，而且很 少成功。而據(jù)1 9 9 3 年統(tǒng)計(jì)，c a p p 系統(tǒng)已開發(fā)了數(shù)百個(gè)，但應(yīng)用效果并不理想， 幾乎8 5 的工藝仍靠手工設(shè)計(jì)【9 】。尤其是當(dāng)今和c a d 、c a m 向集成化、智能化方 面發(fā)展，追求并行工程模式，這樣都對c a p p 技術(shù)提出新的要求，也賦予它新的 涵義。由于c a p p 對生產(chǎn)環(huán)境的依賴性及本身的復(fù)雜性，現(xiàn)有的c a p p 系統(tǒng)存在 著“實(shí)用的不先進(jìn)，先進(jìn)的不實(shí)用”的狀況【l0 1 ，從技術(shù)的角度來看，c a p p 仍是 一個(gè)復(fù)雜和困難的問題【1 1 】，具體表現(xiàn)在下面的一些問題： ( 1 ) 柔性差。傳統(tǒng)的c a p p 系統(tǒng)大多數(shù)是針對特定產(chǎn)品零件和特定制造環(huán)境 進(jìn)行開發(fā)的，因而它不具備一定的柔性。 ( 2 ) 集成性差。c a d 、c a p p 、c a m 沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型。不同的c a d 與 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第6 頁 基1 ：成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 c a p p 系統(tǒng)使用不同的數(shù)據(jù)模式，不能實(shí)現(xiàn)c a d 、c a p p 、c a m 之間數(shù)據(jù)的順暢傳遞、 交換與共享，因而c a p p 不能真正擔(dān)負(fù)起在c i m s 中的橋梁作用。 ( 3 ) 智能化低。系統(tǒng)沒有學(xué)習(xí)功能。知識庫中的知識不能隨著新技術(shù)、新工 藝的出現(xiàn)而更新，更不能自組織、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化，從而限制了c a p p 系統(tǒng)的求 解能力和應(yīng)用范圈。 ( 4 ) 自動(dòng)化程度低。系統(tǒng)功能弱，導(dǎo)致系統(tǒng)需人為干預(yù)來獲得啟發(fā)式信息， 并需人為干預(yù)把某些工藝計(jì)劃信息反饋給c a d 系統(tǒng)。系統(tǒng)質(zhì)量定程度上依賴 用戶經(jīng)驗(yàn)和】水平，從而影響了c a p p 系統(tǒng)的功能和自動(dòng)化程度。 ( 5 ) 由于基于符號的知識表達(dá)方法和知識推理方法的局限性，存在工藝知識 獲取的“瓶頸”問題與推理過程中出現(xiàn)的“匹配沖突”或“組合爆炸”等問題。 ( 6 ) 傳統(tǒng)的c a p p 系統(tǒng)丌發(fā)多以手工、小生產(chǎn)方式進(jìn)行，丌發(fā)周期長、效率 低。系統(tǒng)丌發(fā)從基本功能模塊出發(fā)，起點(diǎn)低，軟件研制中存在著大量的重復(fù)性 勞動(dòng)，周期長，使c a p p 系統(tǒng)很難迅速發(fā)揮效益。 ( 7 ) 傳統(tǒng)的c a p p 系統(tǒng)大多是封閉式系統(tǒng)，它不支持一般用戶對系統(tǒng)功能的 擴(kuò)充和修改，很難再丌發(fā)，難以達(dá)到實(shí)用化。 目前，雖然c a p p 的應(yīng)用面還不廣，而且主要應(yīng)用在零件的機(jī)械加工方面， 但已逐漸向其他工藝領(lǐng)域擴(kuò)展，如熱處理、鍛造、沖壓和裝配等，其應(yīng)用前景 是廣闊的。 綜觀世界3 0 余年來和我國2 0 年來的c a p p 發(fā)展情況，可以對c a p p 研究發(fā) 展情況歸納如下幾點(diǎn)i ”1 ： ( 1 ) 出派生式系統(tǒng)向創(chuàng)成式系統(tǒng)發(fā)展。 ( 2 ) 從傳統(tǒng)的c a p p 系統(tǒng)向智能化c a p p 系統(tǒng)發(fā)展。 ( 3 ) 出回轉(zhuǎn)類零件c a p p 系統(tǒng)向復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)類零件c a p p 系統(tǒng)發(fā)展。 ( 4 ) 從孤立的c a p p 系統(tǒng)向c a p p n c 和c a d c a p p c a m 一體化方向發(fā)展。 ( 5 ) 從開發(fā)專用c a p p 系統(tǒng)進(jìn)展到c a p p 開發(fā)系統(tǒng)和專家系統(tǒng)工具的丌發(fā)， 南京理r 人學(xué)碩十學(xué)位論文 第7 頁 基j 成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)u f 究 使c a p p 系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用逐步普及并提高到一個(gè)新的水平。 由于工藝設(shè)計(jì)中的多樣性和復(fù)雜性，工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)極為復(fù)雜的智能過程， 是特征識別、邏輯決策、組合最優(yōu)化等多種過程復(fù)合體，不可能只采用單一的 數(shù)學(xué)模型，使c a p p 的研究今后主要向以下幾個(gè)方向發(fā)展： 1 并行化 并行工程是一種新型生產(chǎn)和管理模式，強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段時(shí)就考慮下 游各過程，盡早暴露并修改設(shè)計(jì)中存在的問題，從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提 高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。這包括c a d 與c a p p 的并行、c a p p 和p p s ( 生產(chǎn)計(jì)劃與 調(diào)度) 的并行，c a p p 與c a f p ( 計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)) 的并行，c a p p 與c a t p ( 計(jì) 算機(jī)輔助刀具設(shè)計(jì)) 的并行以及c a p p 和n c 的并行等。 2 工具化 通用性是c a p p 面臨的最主要的難點(diǎn)之一，也是制約c a p p 系統(tǒng)實(shí)用化和商 品化的重要因素。c a p p 開發(fā)工具的主要思想是：工藝設(shè)計(jì)的共性與個(gè)性分開處 理：工藝決策方式多樣化具有功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)與知識庫管理平臺。 3 分布式 分布式c a p p 系統(tǒng)是一些相對分散的c a p p 子系統(tǒng)的集合，其中每個(gè)子系 統(tǒng)都具有有限的功能和應(yīng)用范圍，這些子系統(tǒng)用全局管理程序有機(jī)地連接起來， 形成一個(gè)分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種全局管理程序能夠協(xié)調(diào)這些子系統(tǒng)之間的 交互及其它們之間的控制和數(shù)據(jù)流動(dòng)。 4 智能化 c a p p 專家系統(tǒng)的進(jìn)一步深入研究已經(jīng)成為人工智能技術(shù)應(yīng)用研究中的一個(gè) 相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。如北京航空航天大學(xué)的董家驤”1 ，將a n n ( 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)) 應(yīng)用于c a p p ，為人工智能和專家系統(tǒng)的研究注入了新的活力。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第8 頁 莖壁壘墊查坌耋垡堡皇塹堡塑監(jiān)主重壁! 竺! 墨絲塑壅 1 2 課題背景 本論文是基于與某汽車部件生產(chǎn)廠家的合作進(jìn)行的“離合器關(guān)鍵零部件設(shè) 計(jì)制造技術(shù)”項(xiàng)目進(jìn)行研究的。長期以來，該廠的工藝制訂全靠工藝人員手工 進(jìn)行，設(shè)計(jì)效率低，修改困難。所以，他們希望盡快地實(shí)現(xiàn)c a p p ，以提高工藝 設(shè)計(jì)的效率。正是在這樣的背景下，作者結(jié)合工廠實(shí)際，進(jìn)行了一個(gè)實(shí)用型的 c a p p 系統(tǒng)的研究與開發(fā)的研究工作。 奎童生堅(jiān)型整墾坌莖羔鯊芏塹童! 里墮姿圭雯堡! ! 堅(jiān)墨竺墮窒 2 系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)框架 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)框架 2 1 零件特點(diǎn) 該廠的關(guān)鍵零部件有幾個(gè)，主要有離合器壓盤，離合器壓盤蓋，膜片彈簧 等。企業(yè)的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中等批量。這些零件中，離合器壓盤蓋和膜片彈簧以及 離合器壓盤都屬于回轉(zhuǎn)體類或軸對稱類零件，而且，除了離合器壓盤，都屬于 薄壁殼體類零件，主要采用沖壓加工，因此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意到?jīng)_壓加 工的特點(diǎn)。 2 2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：建立零件信息的數(shù)據(jù)庫，使零件的數(shù)據(jù)信息能夠被 利用和共享；充分利用工藝人員的工藝經(jīng)驗(yàn)、工藝知識，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)和管理 的計(jì)算機(jī)化，提高工作效率和管理水平；建立制造資源和工藝參數(shù)及工藝決策 規(guī)則的數(shù)據(jù)庫，使工藝數(shù)據(jù)能共享查詢、修改和輸出：充分利用標(biāo)準(zhǔn)或典型工 藝生成新的工藝，建立實(shí)例工藝庫存放新生成的工藝；提供友好的人機(jī)界面和 操作方式。 開發(fā)該系統(tǒng)的原則： ( 1 ) 滿足用戶需求，實(shí)用性和先進(jìn)性相結(jié)合，提高工作效率和管理水平。 ( 2 ) 操作簡便，界面友好，便于使用。 ( 3 ) 考慮到產(chǎn)品的變化和工藝文件的修訂，在保證系統(tǒng)實(shí)用性的基礎(chǔ)上， 充分考慮系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性。 ( 4 ) 數(shù)據(jù)庫要有良好的安全性和完整性，可靠性。 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第1 0 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 2 3c a p p 系統(tǒng)的基本構(gòu)成和類型 從狹義的觀點(diǎn)來看，c a p p 是完成工藝過程設(shè)計(jì)并輸出工藝規(guī)程，但是為了 滿足與c a d 、c a m 集成及c i m s 發(fā)展的需要，對c a p p 認(rèn)識已經(jīng)有了進(jìn)一步的擴(kuò)展， “p p ”不再單純理解為“p r o c e s sp l a n n i n g ”，而含有“p r o d u c lp j a n n i n g ”的 涵義。c a p p 所包含的內(nèi)容是在原有的基礎(chǔ)上，向兩端發(fā)展，向上擴(kuò)展為生產(chǎn)規(guī) 劃最佳化及作業(yè)計(jì)劃最佳化，作為m r pi i 的一個(gè)重要組成部分，并為m r pi i 提供 所需的技術(shù)資料；向下擴(kuò)展為形成n c 控制指令，即將c a p p 系統(tǒng)技術(shù)前鑲后嵌 于m i s ( 管理信息系統(tǒng)) 、c a d 和c a m 之中。一般認(rèn)為，一個(gè)完整的c a p p 系統(tǒng)基 本構(gòu)成模塊有： ( 1 ) 控制模塊，其主要任務(wù)是協(xié)調(diào)各模塊的運(yùn)行，是人機(jī)交互窗口，實(shí)現(xiàn)人 機(jī)之間的信息交流，控制零件信息獲取方式： ( 2 ) 零件信息輸入模塊，獲取零件的信息以便能生成工藝，可以由c a d 系統(tǒng) 直接輸入或由其它方式輸入： ( 3 ) 工藝過程設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)行加工工藝流程的決策，產(chǎn)生工藝過程卡，供加 工及生產(chǎn)管理部門使用； ( 4 ) 工序決策模塊，其主要任務(wù)是生成工序卡，對工序間尺寸進(jìn)行計(jì)算，生 成工序圖： ( 5 ) 工步?jīng)Q策模塊，對工步內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定切削用量和其它工藝參數(shù)； ( 6 ) 工序圖與工藝卡片的編輯和輸出模塊，繪制工序圖和輸出工藝卡片。 目前已有的c a p p 系統(tǒng)基本上多是在派生式和創(chuàng)成式兩種原理上開發(fā)的， 劃分的原則是根據(jù)其工藝決策的方式。具體存在形式有六種，即檢索式，派生 式，創(chuàng)成式，綜合式，交互式和智能式。 1 檢索式c a p p 系統(tǒng) 這種系統(tǒng)屬于派生式c a p p 系統(tǒng)的一種，常應(yīng)用于工件的種類少，零件變 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第1 1 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 化不大且相似程度較高的情況。這是最簡單的c a p p 系統(tǒng)，但因其實(shí)用、方便， 所以受到t 廠的歡迎。 2 派生式c a p p 系統(tǒng) 這種c a p p 系統(tǒng)也叫變異式c a p p 系統(tǒng)，它是建立在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上， 將零件按幾何形狀及工藝相似性分類、歸族，每一族有一個(gè)典型樣件，并為此 樣件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的典型工藝文件。派生式c a p p 系統(tǒng)原理簡單，針對性和實(shí)用 性強(qiáng)，可以大幅度地提高工藝編制速度，避免人的重復(fù)勞動(dòng)，能在一定程度上 保持工藝設(shè)計(jì)的一致性。 3 創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng) 創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)是由系統(tǒng)中的工藝決策邏輯與算法對加工工藝進(jìn)行一系 列的決策，從無到有自動(dòng)地生成零件的工藝規(guī)程。創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)基本上排 除了人的干預(yù)，從而使工藝規(guī)程的編制不會因人而異，容易保證零件工藝規(guī)程的 一致性，它還具有設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化程度高、易實(shí)現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)。但 由于零件結(jié)構(gòu)多樣性，工藝決策隨環(huán)境變化的多變性及復(fù)雜性等諸多因素，設(shè) 計(jì)這樣的系統(tǒng)技術(shù)難度大，開發(fā)費(fèi)用高，并且還有一些技術(shù)上的問題尚待解決。 到目前為止，還沒有一個(gè)成功的商業(yè)化的創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)，其主要原因是大 部分系統(tǒng)只涉及某一類零件或一個(gè)具體的生產(chǎn)環(huán)境，在決策時(shí)采用了固定的 邏輯機(jī)制，所以這些系統(tǒng)在應(yīng)用中缺乏柔性 1 5 。因此，真正的純創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)用于生產(chǎn)實(shí)際尚有一段艱苦的路要走。 4 綜合式c a p p 系統(tǒng) 綜合式c a p p 系統(tǒng)又稱為半創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)，它介于派生式c a p p 系統(tǒng)和 創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)之間，將派生和創(chuàng)成結(jié)合起來，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，避開各自 的缺點(diǎn)。在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，將工藝設(shè)計(jì)過程中一些成熟的、變化少的內(nèi)容 用派生式的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，將經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，變化大的內(nèi)容用創(chuàng)成的原理進(jìn)行決策。 避免了派生式系統(tǒng)的局限性和創(chuàng)成式系統(tǒng)的高難度。我國發(fā)展的c a p p 系統(tǒng)多 為這類系統(tǒng)。 5 交互式c a p p 系統(tǒng) 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第1 2 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 交互式c a p p 系統(tǒng)以人機(jī)對話的方式完成工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，實(shí)際l 是按派生 式+ 創(chuàng)成式+ 人工干預(yù)的方式開發(fā)的一種c a p p 系統(tǒng)。它比綜合式c a p p 系統(tǒng)更 靈活、方便，將一些經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、模糊的、難確定的問題留給用戶，簡化了系統(tǒng) 的開發(fā)難度，有可能開發(fā)出較通用的c a p p 系統(tǒng)。但系統(tǒng)的運(yùn)行效率低，工藝 規(guī)程設(shè)計(jì)的質(zhì)量對用戶的工藝知識依賴性大，對用戶界面的要求較高。考慮到 我國各企業(yè)工藝設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，目前它仍是一種受廣大工藝設(shè)計(jì)人員歡迎的c a p p 系統(tǒng)。 6 智能式c a p p 系統(tǒng) 智能式c a p p 系統(tǒng)是將人工智能技術(shù)用來解決工藝設(shè)計(jì)中的問題，即用專家 系統(tǒng)技術(shù)來解決工藝設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、模糊的、難確定的問題，它是c a p p 發(fā) 展的一個(gè)方向。但它與創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)是有一定區(qū)別的。雖然創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)和c a p p 專家系統(tǒng)都可自動(dòng)地生成工藝規(guī)程，但創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)是以邏 輯算法加決策表為其特征：而智能式c a p p 系統(tǒng)則以推理加知識為其特征。智 能式c a p p 系統(tǒng)無論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用上，都還有許多工作要做，但 智能式c a p p 系統(tǒng)是c a p p 系統(tǒng)發(fā)展的方向。 2 4 系統(tǒng)類型的選擇 c a p p 系統(tǒng)是面向?qū)嶋H生產(chǎn)的，應(yīng)根據(jù)企業(yè)的類別、產(chǎn)品的類型，零件類別 生產(chǎn)組織狀況，工藝基礎(chǔ)，工人技術(shù)水平及企業(yè)的工藝資源等各種因素，選擇 合適的系統(tǒng)類型和方法。評價(jià)c a p p 系統(tǒng)性能的第一要素就是實(shí)用性，同時(shí)在 減輕工藝人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，融合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù) 和管理思想，減少丌發(fā)工作量，提高軟件生命力，是c a p p 系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)、的目標(biāo)， 也是符合我國企業(yè)實(shí)際情況，滿足企業(yè)需求的可行之道【1 6 】。 d l i u ，q d u a n ，n l e i 和j 一s w a n g 7j 認(rèn)為派生式c a p p 中，目標(biāo)零件被限 制在和先前零件相似的范圍內(nèi)：而創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)中對于具體的零件，仍需 要有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員對標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行修改；在綜合式c a p p 系統(tǒng)中，如果 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第1 3 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 沒有附加的工藝設(shè)計(jì)，不能用于全自動(dòng)化制造系統(tǒng)。為了提高工藝設(shè)計(jì)的效率， 擴(kuò)展c a p p 在工業(yè)中的應(yīng)用范圍，以及避免巨大的系統(tǒng)開發(fā)工作，許多研究者 開始試圖開發(fā)通用的c a p p 系統(tǒng)，其中一個(gè)方向是c a p p 開發(fā)工具，它提供了 不同用戶建立其自己具體的c a p p 系統(tǒng)的手段。如董家驤開發(fā)的一個(gè)基于s t e p 的非回轉(zhuǎn)體零件集成化c a p p 開發(fā)工具系統(tǒng)- - b h p p t t ”】。雖然c a p p 開發(fā)工具 能避免一些低水平、重復(fù)性的工作：但對一個(gè)具體的企業(yè)來說，目前的狀況是， 即使采用了c a p p 開發(fā)工具，仍需要對其進(jìn)行二次開發(fā)才能應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際， 這是因?yàn)檫€沒有商品化的c a p p 開發(fā)工具，因此不如直接開發(fā)實(shí)用的c a p p 系 統(tǒng)。所以，這里是進(jìn)行的一個(gè)具體的c a p p 系統(tǒng)的丌發(fā)，而非c a p p 丌發(fā)工具。 創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)的功能最強(qiáng)大，但是開發(fā)難度大，目前還有許多關(guān)鍵問 題未解決。大部分創(chuàng)成式c a p p 系統(tǒng)還只是處于研究階段，用于實(shí)際的很少， 而且局限于軸類和其它的一些回轉(zhuǎn)類零件。根據(jù)所給零件的幾何特點(diǎn)和企業(yè)的 生產(chǎn)規(guī)模，加工能力與實(shí)際情況，如果完全采用創(chuàng)成式，系統(tǒng)的開發(fā)成本會很 高，而且與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系會不太緊密。由于綜合式c a p p 系統(tǒng)具有創(chuàng)成式和 派生式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又避開了各自的缺點(diǎn)，而且丌發(fā)難度和開發(fā)成本都比較低， 容易實(shí)現(xiàn)。 一些c a p p 開發(fā)人員過分追求自動(dòng)化，要讓沒有任何工藝知識的人也能使 用。雖然擁有通過最少的人的介入而自動(dòng)生成制造零件的工藝過程的能力是自 動(dòng)工藝造成的夢想【1 引。但現(xiàn)階段還不可能實(shí)現(xiàn)而且目前每個(gè)企業(yè)都有自己的工 藝人員，所以應(yīng)該好好地利用現(xiàn)有工藝人員的才能，讓他們參與到c a p p 的過 程中去，使工藝人員作為c a p p 系統(tǒng)中的一個(gè)部分，充分發(fā)揮人的智能優(yōu)勢， 彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)在創(chuàng)造性思維上的不足，可以以合理的代價(jià)實(shí)現(xiàn)較高的智能，這樣 還能降低c a p p 系統(tǒng)的開發(fā)成本。a m l u s c o m b e 和d j t o n c i c h 在針對c n c 機(jī) 床進(jìn)行的c a p p 研究中，強(qiáng)調(diào)c a p p 中的“a ”是“輔助( a i d ) ”而不是“自 動(dòng)化( a u t o m a t i c ) ”1 1 9 】，因此，現(xiàn)階段開發(fā)綜合式c a p p 系統(tǒng)是比較符合現(xiàn)階段 情況的。綜合前述，決定采用綜合式c a p p 系統(tǒng)。 南京理t 人學(xué)碩十學(xué)位論文 第1 4 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 幽2 4 1 系統(tǒng)各功能模塊 由于采用綜合式c a p p 系統(tǒng)，v n c a p p ( 取合作單直與學(xué)校名稱的拼音首 字母，本系統(tǒng)命名為v n - - c a p p ) j 暮有檢索式、派生式和創(chuàng)成式的特點(diǎn)，因此系 統(tǒng)相應(yīng)地分為三個(gè)子系統(tǒng)，由以下幾個(gè)功能模塊組成，包括控制模塊、零件信 息輸入模塊、工藝設(shè)計(jì)模塊、工藝卡片編輯輸出模塊、工序圖編輯和輸出模塊 和系統(tǒng)維護(hù)模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2 4 _ 2 所示。 圖2 4 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能框圖 南京理工火學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 5 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 3 v n c a p p 的零件信息描述和輸入 3 1c a p p 中常用的零件信息描述方法 零件信息輸入是實(shí)現(xiàn)c a p p 的前提，這個(gè)模塊是整個(gè)c a p p 系統(tǒng)的關(guān)鍵模 塊之一，也是c a p p 系統(tǒng)開發(fā)的重要內(nèi)容之一，難度較大，而且工作量也大。 它是對零件的幾何信息和工藝信息進(jìn)行描述，以便讓計(jì)算機(jī)識別所給零件，只 有這樣，爿+ 能進(jìn)行工藝生成等功能。長期以來，許多專家學(xué)者致力于這方面的 研究，也提出了不少方法，常見的零件信息描述的方式有如下幾種： 1 ) 零件分類編碼描述法 這種方法適合于檢索式，派生式系統(tǒng)，其方法簡單易行。它是建立在成組 技術(shù)的基礎(chǔ)上的，是成組技術(shù)原理的重要組成部分，也是有效實(shí)施成組技術(shù)的 重要手段，利用零件的相似性對零件進(jìn)行分組，從而能夠采用成組工藝設(shè)計(jì)方 法完成工藝路線的設(shè)計(jì)。但這種方法對零件的具體形狀、尺寸及精度等信息無 法比較精確地描述。 2 ) 形面要素描述法 這種方法是把一個(gè)零件看作是由若干個(gè)基本的幾何要素所組成，將這些幾 何要素分為主要形面要素、次要形面要素和輔助形面要素。將各種形面要素任 意組合，對零件的各個(gè)形面要素進(jìn)行編號，以便能正確地輸入零件各形面要素 的尺寸、位置、精度及粗糙度等工藝信息。這種方法雖然可以較完善、準(zhǔn)確地 輸入零件的信息，但是比較繁瑣、費(fèi)時(shí)。 3 ) 圖論描述法 這種方法是利用圖論的基本原理來描述零件的結(jié)構(gòu)形狀。其缺點(diǎn)也是輸入 太繁瑣、費(fèi)時(shí)。 4 ) 面向零件特征要素法 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 6 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 這種方法可以用來描述比較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)類零件。 5 ) 拓?fù)涿枋龇?根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)的觀點(diǎn)，三維的零件包括有限數(shù)量的元素，如點(diǎn)、線、面、體， 這些元素可以看成是一些單元，因此一個(gè)零件可以用一組單元柬表示。這種方 法描述時(shí)很不方便，描述的信息太過詳細(xì)，很多信息是c a p p 不需要的，因此 主要用于c a d 系統(tǒng)。 6 ) 知識表示描述法 隨著知識工程( k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ) 的發(fā)展，零件信息描述采用了知識 表示方法，如框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、謂詞邏輯表示法等。零件信息 描述采用知識表示為整個(gè)系統(tǒng)的智能化提供了良好的前提和基礎(chǔ)。知識表示描 述法主要用于c a p p 專家系統(tǒng)。 7 ) 直接與c a d 系統(tǒng)相連 通過與c a d 系統(tǒng)相連，c a p p 系統(tǒng)所需的各種信息可直接來源于c a d 系 統(tǒng)，避免了繁瑣的手工輸入。直接與c a d 系統(tǒng)集成的方法是解決零件信息輸入 問題的主要途徑【2 0 】。 8 ) 基于零件特征的方位兀素描述法，例如柔性編碼系統(tǒng)辦是基于零件特征 的方位元素描述法【2 l 】； 在集成制造系統(tǒng)環(huán)境下，從c a d 系統(tǒng)中提取零件工藝信息是最直接的方 式，也是符合系統(tǒng)集成的本義的，也體現(xiàn)c a p p 的橋梁作用。但是，由于c a d 與c a p p 是各自獨(dú)立發(fā)展起來的兩個(gè)系統(tǒng)，在c a d 系統(tǒng)發(fā)展時(shí)未考慮到與c a p p 系統(tǒng)的集成，c a d 偏重于產(chǎn)品的幾何和拓?fù)湫畔?，c a p p 則偏重于產(chǎn)品的工藝 信息，所以二者間不一定有對應(yīng)的映射關(guān)系，c a d 的信息中不一定有零件的工 藝信息，所以不能直接被c a p p 所利用。因此要實(shí)現(xiàn)二者的集成，還有許多工 作要做。隨著s t e p ( s t a n d a r df o re x c h a n g eo f p r o d u c td a t a 一產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范) 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展成熟和廣泛應(yīng)用，大部分c a d 產(chǎn)品都支持s t e p 標(biāo)準(zhǔn)。以s t e p 為 代表的第二代產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)，其目標(biāo)是建立一種不依賴于人工解釋的、能 被產(chǎn)品生命期各階段的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)自動(dòng)理解的完整的產(chǎn)品模型。在此基礎(chǔ) 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)交換現(xiàn)有的c a d c a p p 集成系統(tǒng)基本上都是基于p d e s ( p r o d u c td a t ae x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 或s t e p 開發(fā)的。如東南大學(xué)的開發(fā)了 一個(gè)基于s t e p 的裝配c a d c a p p 集成系統(tǒng)，浙江大學(xué)在這方面也做了很多工 作，劉乃若、李善平、董金祥【2 2 】，開發(fā)了一個(gè)比較通用的具有“即插即用”特 點(diǎn)的c a d c a p p 的集成工具一a p i t o o l 。e k j a i n 和s h a r v a nk u m a r l 2 3 】提出了 s l s a ( s i z e l o c a t i o n - s h a p ea l g o r i t h m ) 算法，通過a u t o c a d 生成的d x f 文件 從a u t o c a d 的線框模型中提取特征信息。 由于合作企業(yè)還不具備與c a p p 系統(tǒng)集成的條件，因此不能從c a d 直接提 取信息，只能選擇其它的零件信息輸入法。各種方法都是從某些側(cè)面對零件加 以描述，適用范圍有一定的局限性，但若適當(dāng)選擇兩種不同的方法，將其結(jié)合 起來使用，將會更好地解決零件信息輸入問題。根據(jù)零件的幾何特點(diǎn)以及企業(yè) 的現(xiàn)狀和實(shí)際情況，v n - - c a p p 系統(tǒng)采用了基于成組技術(shù)的分類編碼和基于特 征的方位描述法結(jié)合的零件信息輸入法。 3 1 1 成組技術(shù)簡介 成組技術(shù)( g r o u pt e c h n o l o g y ) 是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)，它是5 0 年代 初由前蘇聯(lián)的c n 米特洛凡諾夫( m nrp0 出ah 0b ) 首先提出來的l ”】，當(dāng)時(shí)稱 為“成組加工”( fpy n1 70baaobpab0rka ) 。成組技術(shù)的基本原理是依 靠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化而有效地保持不同產(chǎn)品之間的結(jié)構(gòu)一工藝?yán)^承性：通過工藝標(biāo)準(zhǔn) 化而充分利用零部件之間的結(jié)構(gòu)一工藝相似性。結(jié)構(gòu)一工藝的繼承性是設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)化的前提，結(jié)構(gòu)一工藝的相似性則是工藝標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。成組技術(shù)通過分類 編碼系統(tǒng)把設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和工藝標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)系起來。分類編碼系統(tǒng)為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化提 供了設(shè)計(jì)信息檢索和反饋的手段，從而保證不同產(chǎn)品之間具有良好的繼承性。 分類編碼系統(tǒng)也為工藝標(biāo)準(zhǔn)化提供了將零部件分類成組的工具，因而能充分利 用零部件之間的相似性。而且在實(shí)施成組技術(shù)的步驟中，建立符合企業(yè)生產(chǎn)特 點(diǎn)的零件分類是第一步。利用分類編碼可以對零件進(jìn)行分組分類，還能搜集和 南京理工火學(xué)碩士學(xué)位論文 第18 頁 基丁成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 檢索有關(guān)零件從設(shè)計(jì)、工藝到生產(chǎn)的各種信息。零件分類編碼的作用主要有 ( 1 ) n 用零件分類編碼結(jié)果，可以得出企業(yè)的零件頻譜。 ( 2 ) 零件分類編碼的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一工藝標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。 ( 3 ) 零件分類編碼的結(jié)果，提供了有效的檢索手段。 ( 4 ) 零件分類編碼系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，有利于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)。 ( 5 ) 零件分類編碼系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于生產(chǎn)信息管理和使用的合理化。 3 1 2 零件分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 零件分類編碼系統(tǒng)是由代表零件的設(shè)計(jì)和制造的特征符號所組成，在成組 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，有三種基本編碼結(jié)構(gòu)。 ( 1 ) 層次結(jié)構(gòu) 在層次結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的相鄰橫向分類環(huán)節(jié)之間在從屬關(guān)系而互相關(guān)聯(lián)，通 常是每一個(gè)后級符號的意義取決于前級符號的值。由層次代碼組成的層次結(jié)構(gòu) 具有相對密實(shí)性，能以有限個(gè)位數(shù)傳遞大量有關(guān)零件信息。也稱為樹狀結(jié)構(gòu)或 單碼結(jié)構(gòu)。 ( 2 ) 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) 在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，在系統(tǒng)內(nèi)各橫向分類環(huán)節(jié)之間彼此完全獨(dú)立而互不相干， 所以這些有序符號的意義是固定的，而與前級符號無關(guān)：這種結(jié)構(gòu)也稱為多碼 結(jié)構(gòu)。它比層次結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些，因而可以方便地處理具有特殊屬性的零件，有 助于識別具有工藝相似要求的零件。 ( 3 ) 混合結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)是兼有層次結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)，它具有單碼結(jié)構(gòu)和多碼 結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。典型的混合結(jié)構(gòu)是由一系列較小的多碼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。這些結(jié)構(gòu)鏈 中的數(shù)字都是獨(dú)立的，但整個(gè)混合代碼中，需要有一個(gè)或幾個(gè)數(shù)字用來表示零 件的類別，如同層次結(jié)構(gòu)一樣?；旌辖Y(jié)構(gòu)能較好地滿足設(shè)計(jì)和制造的需要，工 業(yè)上大多數(shù)商業(yè)零件編碼系統(tǒng)部是混合結(jié)構(gòu)。 南京理工人學(xué)碩士學(xué)位論文第1 9 頁 基于成組技術(shù)分類代碼與特征的汽車零件c a p p 系統(tǒng)研究 第1 佗第1 i 位第1 i i 位第1 位第1 i 伉第1 1 1 4 市第1 何第1 i 何第i 1 1 4 i 7 ： a ) 層次結(jié)構(gòu) b ) 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)c ) 混合結(jié)構(gòu) 圖3 i 1 1 三種基本碼位結(jié)構(gòu) 3 1 3 特征技術(shù)簡介 特征是零件工藝模型的核心部分。自7 0 年代末提出特征概念以來，雖然對 于特征至今還沒有一個(gè)統(tǒng)一的、嚴(yán)格的定義，但一般認(rèn)為，特征是具有某種公 認(rèn)形狀與功能特點(diǎn)