畢業(yè)設計（論文）創(chuàng)成式CAPP箱體工藝分析

1、摘要自動創(chuàng)成capp系統(tǒng)是目前計算機輔助工藝設計系統(tǒng)研究和開發(fā)的熱點，我了箱體零件創(chuàng)成工藝的關鍵技術，即箱體零件信息自動提取、工藝數(shù)據(jù)庫的建立等等，并且開發(fā)了一套箱體類零件創(chuàng)成capp系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)工藝鏈的自動生成。系統(tǒng)的工作原理包括獲取零件特征信息、零件特征分析、工藝鏈特征的生成、工序排序、工藝路線的生成等。通過訪問數(shù)據(jù)庫里的信息，將零件信息與庫中的規(guī)則進行匹配推理完成工藝設計。系統(tǒng)運行后，生成的加工鏈和工藝過程驗證了系統(tǒng)的總體設計思想。主控界面完成了零件信息的輸入和工藝決策兩大模塊的數(shù)據(jù)傳遞，構成了箱體創(chuàng)成capp系統(tǒng)開發(fā)工具的基本框架。本系統(tǒng)還可以與其他生產(chǎn)計劃系統(tǒng)進行有效集成。關鍵

2、詞：創(chuàng)成式capp 箱體 工藝abstractautomatic generative capp system is the focus of computer aided process planning system currently.i research the key technologies of box parts generative process,that automatic extraction of box parts information,establishment of technology database and so on,and develop a gen

3、erative capp system of box parts,the system can achieve automatic generation of process chain. the work principle of the system includes get parts characteristics information,part characteristics analysis,generation of the characteristics of the process chain,process sort,generation of the routing a

4、nd so on.by accessing information in the database to complete the process design by matching and reasoning the part information and the rules in the database. after the system is running,generated the process and the processing chain test the overall design of the system.master interface completes t

5、he data transfer of part information input and process decision,constitute the basic framework of box generative capp system development tools.the system can also make effective integration with other production planning systems.keywords：generative type capp；box；craft26目錄摘要iabstractii目錄i第1章 緒論11.1 發(fā)

6、展capp的目的及意義11.2 capp的基本原理及基本結構21.2.1 capp基本原理21.2.2 capp系統(tǒng)的基本結構41.3 capp的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢41.3.1 capp的發(fā)展現(xiàn)狀41.3.2 capp的發(fā)展趨勢5第2章 箱體類零件特征的定義和分類62.1 零件特征的定義和分類62.1.1 零件特征的定義62.1.2 零件特征的分類62.2 箱體類零件特征的定義和分類72.2.1 箱體類零件的特征定義72.2.2 箱體類零件特征的分類82.3 箱體類零件特征造型方法82.4 面向對象技術在特征描述中的應用92.4.1 面向對象技術92.4.2 面向對象技術在特征描述中的應用9第3章

7、 基于特征的箱體類零件信息的描述103.1 零件信息描述的目的103.2 零件信息描述方法和輸入方法簡述103.2.1 零件信息描述方法103.2.2 零件信息輸入方法11第4章 基于特征的箱體零件capp系統(tǒng)設計134.1 總體結構設計134.2 capp系統(tǒng)各模塊的功能及其關系14第5章 基于特征的箱體零件capp系統(tǒng)各模塊的設計165.1 capp系統(tǒng)各模塊的設計165.1.1 工藝知識建模模塊165.1.2 工藝決策模塊175.1.3 生成工藝手冊模塊18第6章 基于特征的箱體零件的capp系統(tǒng)的實現(xiàn)196.1 基于特征的箱體零件的capp系統(tǒng)概述196.2 microsoft off

8、ice access 2003軟件的功能特點196.3 主要系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成后的用戶界面20第7章 基于特征的箱體零件的capp系統(tǒng)的應用217.1 運用access 2003編輯數(shù)據(jù)庫21結論23參考文獻24致謝26第1章 緒論1.1 發(fā)展capp的目的及意義工藝設計是生產(chǎn)技術準備工作的第一步，也是連接產(chǎn)品設計與產(chǎn)品制造之間的橋梁。工藝規(guī)程是進行工裝設計制造和決定零件加工方法與加工路線的主要依據(jù)，其質量之優(yōu)劣及設計效率的高低，對組織生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質量、提高勞動生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本、縮短生產(chǎn)周期及改善勞動條件等都有著直接的影響，因此工藝設計是生產(chǎn)中的關鍵工作。傳統(tǒng)工藝設計是由工藝師手工逐件

9、設計的，因此工藝文件的內(nèi)容、質量以及編制時間主要取決于工藝師的經(jīng)驗和熟練程度。一個有經(jīng)驗的工藝師必須具備：1、具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗；2、熟悉企業(yè)內(nèi)部各種加工方法及相應的設備使用情況；3、熟悉企業(yè)內(nèi)部各種生產(chǎn)加工規(guī)范和有關規(guī)章制度；4、能與各方面保持友好合作。這樣的工藝師需要20年左右的工作實踐，國內(nèi)外企業(yè)都缺乏這樣的工藝設計人員。而且這種狀況不可避免地會存在以下幾方面的問題：1、每個工藝人員的經(jīng)驗有限，習慣不同，技術水平也不一樣，所以由人工設計工藝規(guī)程的一致性差、質量不易穩(wěn)定、難以達到優(yōu)化目標和不便于工藝規(guī)程的標準化；2、手工設計工藝規(guī)程設計效率低下，存在大量的重復勞動；3、手工設計工藝規(guī)程不便

10、于計算機對工藝技術文件進行統(tǒng)一的管理和維護；4、手工設計工藝規(guī)程不便于將工藝專家的經(jīng)驗和知識集中起來加以充分地利用；5、當代機械制造領域中，由于新技術額飛速發(fā)展，社會需求趨向多樣化。市場競爭激烈，迫使產(chǎn)品更新日益縮短。多品種小批量生產(chǎn)的企業(yè)大量增加，制造系統(tǒng)正逐漸從剛性的高效率大工業(yè)批量生產(chǎn)模式轉向柔性的高效率多品種小批量生產(chǎn)模式，這要求將計算機貫穿于產(chǎn)品策劃、設計、工藝規(guī)劃、制造與管理的全過程。顯然，傳統(tǒng)的手工工藝設計方法已不能滿足上述要求。為了解決這些問題，必須尋找一種可行的方法來編寫工藝規(guī)程。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展及其在機械制造業(yè)中的廣泛應用，出現(xiàn)了計算機輔助工藝設計(capp, co

11、mputer aided process planning)技術。一個capp系統(tǒng)可以完成以下的基本功能：1、自動選擇毛坯和材料；2、自動選擇加工方法；3、自動選擇機床；4、自動選擇裝夾定位方法(基準和夾具)；5、自動確定加工順序(工序、安裝和工步)；6、自動選擇刀具、量具；7、自動確定切削用量和制造公差；8、自動確定工時定額。capp的出現(xiàn)，為縮短生產(chǎn)準備周期，提高工藝文件質量，并使廣大工藝人員從繁重和重復的勞動中解放出來提供了一條切實可行的途徑，capp系統(tǒng)的使用，不僅可以大大提高工藝規(guī)程的生成速度和質量，而且capp系統(tǒng)對操作人員的工藝設計水平的要求可以較低，即使一般技術水準的工藝人員也

12、能借助于capp系統(tǒng)設計出較高質量的工藝規(guī)程。與傳統(tǒng)的工藝設計方法比較，顯而易見可得到以下應用capp系統(tǒng)的效益：1、實踐經(jīng)驗較少的工藝人員能應用lapp系統(tǒng)設計出較好的工藝過程，這樣不僅可以彌補有經(jīng)驗的高級工藝師的難求和不足，而且能使大量有經(jīng)驗的工藝師從目前繁瑣的重復勞動中解放出來，去從事不斷研究新工藝和改進現(xiàn)有工藝的工作，促進工廠技術進步，提高生產(chǎn)率。2、采用capp系統(tǒng)不僅可以充分發(fā)揮計算機高速處理信息的能力，而且由于將工藝專家的集體智慧融合在capp系統(tǒng)中，所以保證了高速質量優(yōu)化的工藝規(guī)程。3、應用capp系統(tǒng)還可獲得綜合的經(jīng)濟效益。capp是一種通過計算機技術來輔助工藝人員以系統(tǒng)化方

13、法確定工件從毛坯到成品的制造方法的技術，是公認的將企業(yè)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)轉換為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的關鍵性技術環(huán)節(jié)。它是連接cad和cam的橋梁和紐帶，是實現(xiàn)cims的關鍵技術之一。capp的研究和應用，對改革我國的工藝設計現(xiàn)狀、促進企業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)的適應能力和競爭能力有著重要的作用。1.2 capp的基本原理及基本結構1.2.1 capp基本原理用計算機生成工藝的基本原理，是將經(jīng)過標準化或優(yōu)化的工藝、或編制工藝的邏輯思想(長期以來工藝師們積累的知識和經(jīng)驗)，通過capp系統(tǒng)存入計算機，在計算機生成工藝時，capp軟件首先讀取有關零件的信息，然后識別并檢索一個零件族的復合工藝和有關工序，經(jīng)過刪減和編輯(

14、派生方式).或按工藝決策邏輯進行推理(生成方式)自動生成具體零件的工藝1。自從niebel于1965年首次探討用計算機來輔助工藝規(guī)劃，以及1976年第一個變異式capp系統(tǒng)誕生以來，世界各國對工藝規(guī)程的自動設計方法進行了大量的研究，并取得了一定的成果。目前研制的capp系統(tǒng)，按其工作原理可以分為以下幾種派生式、創(chuàng)成式和專家系統(tǒng)方法等。一、派生式(變異式)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(gt)的派生式capp和基于特征的派生式capp?；诔山M技術的派生式capp系統(tǒng)是將零件分類編碼并按零件族編制

15、出標準工藝文件，存入計算機的存儲設備或數(shù)據(jù)庫中。當需要時只要輸入零件的編碼就可以調(diào)用相應零件族的標準工藝規(guī)程，然后按照一定的工藝決策模型對工件的結構、形狀、尺寸參數(shù)的特點進行分析和判斷，選擇出標準工藝文件，并進行切削參數(shù)的計算，最后輸出零件的工藝規(guī)程，得到相應的工藝文件。它是用gt碼來描述零件的?；谔卣鞯呐缮絚app系統(tǒng)是用基于特征的零件信息模型來取代gt代碼，用工序一工步二叉樹(或其他模型)來描述零件的工藝規(guī)程和標準工藝規(guī)程。它只對工廠現(xiàn)有的產(chǎn)品、零件進行分類。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)，在基于特征標準工藝規(guī)程中自動匹配和篩選出當前零件的工藝規(guī)程。派生式capp系

16、統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)原理簡單、容易開發(fā)，在應用中有一定優(yōu)勢。但它的柔性差、可移植性差。二、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系代碼化，依靠系統(tǒng)中自身的決策邏輯以及有關的制造工程數(shù)據(jù)信息進行工藝規(guī)劃。決策邏輯不需要進行預先的準備工作，它采用內(nèi)裝式的算法對工藝規(guī)程的內(nèi)容進行選擇和優(yōu)化，這些算法主要有決策樹、決策表、數(shù)學算法等.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實用的數(shù)學模型和通用算法，實現(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。因此創(chuàng)成式capp系統(tǒng)發(fā)展還不很成熟。三、專家系統(tǒng)方

17、法將人工智能技術(ai)應用于工藝自動設計中，給capp的研究帶來了新的活力，其中最成功的是專家系統(tǒng)方法。專家系統(tǒng)方法主要由知識庫和推理機構成，在知識表達方式上以產(chǎn)生式規(guī)則使用最廣，后來框架、面向對象等知識表示方法也漸漸被采用。除了專家系統(tǒng)方法，一些在ai領域最新研究成果也己在工藝規(guī)劃中局部地得到應用(如模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡等)?；谌斯ぶ悄芗夹g的專家系統(tǒng)，代表一種新的發(fā)展趨勢，具有較強的生命力，但由于知識表達的“瓶頸”與推理的“匹配沖突”至今沒有很好地解決，自優(yōu)化和自完善功能差，capp的專家系統(tǒng)方法仍停留在理論研究和簡單應用階段?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡的思想方法，具有并行處理、信息分布式存儲、自組織、

18、自學習及實時處理特征。但此類capp系統(tǒng)開發(fā)工具的研究剛剛起步，成功的前景有待人們的努力2。1.2.2 capp系統(tǒng)的基本結構盡管capp系統(tǒng)的種類很多，但其基本結構都離不開零件信息的輸入、工藝決策、工藝數(shù)據(jù)/知識庫、人機界面與工藝文件輸出/編輯等五大部分3。1、零件信息的輸入 零件信息是系統(tǒng)進行工藝設計的對象和依據(jù)，計算機目前還不能象人一樣識別零件圖上的所有信息，所以在計算機內(nèi)部必須有一個專門的數(shù)據(jù)結構來對零件信息進行描述，如何輸入和描述零件信息是capp最關鍵的問題之一。2、工藝決策 工藝決策是系統(tǒng)的控制指揮中心，它的作用是以零件信息為依據(jù)，按預先規(guī)定的順序或邏輯，調(diào)用有關工藝數(shù)據(jù)或規(guī)則，

19、進行必要的比較、計算和決策，生成零件的工藝規(guī)程。3、工藝數(shù)據(jù)/知識庫 工藝數(shù)據(jù)/知識庫是系統(tǒng)的支撐工具，它包含了工藝設計所要求的所有工藝數(shù)據(jù)和規(guī)則，如何組織和管理這些信息，并便于使用、擴充和維護，使之適用于各種不同的企業(yè)和產(chǎn)品，是當今capp系統(tǒng)需要迫切解決的問題。4、人機界面 人機界面是用戶的工作平臺，包括系統(tǒng)菜單、工藝設計數(shù)據(jù)/知識的輸入和管理界面，以及工藝文件的顯示、編輯與管理界面等。5、工藝文件管理與輸出 一個系統(tǒng)可能有成百上千個工藝文件，如何管理和維護這些文件既是capp系統(tǒng)的重要內(nèi)容，也是整個cad/capp/cam集成系統(tǒng)的重要組成部分。1.3 capp的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1.3.1

20、 capp的發(fā)展現(xiàn)狀從技術發(fā)展的角度看，capp結合現(xiàn)代計算機、信息、數(shù)據(jù)庫等相關技術的進展，采用新的決策算法、發(fā)展新的功能，并且在并行、智能、分布、面向對象等方面進行著有益的嘗試。從工程應用的角度看，我國capp產(chǎn)業(yè)在中低端應用方面已經(jīng)擁有了相當?shù)氖袌龇蓊~，但在高端功能的開發(fā)和應用方面，還存在較大的差距。現(xiàn)代capp的發(fā)展正在逐步體現(xiàn)先進制造思想，成為以信息繼承和工藝知識為主體并融合多種技術的快速工藝設計。進一步發(fā)展基于產(chǎn)品全生命周期工藝設計與信息管理一體化系統(tǒng)的開發(fā)與應用成為目前研究的熱點。從系統(tǒng)設計的角度看，capp系統(tǒng)正在從創(chuàng)成式、派生式、半創(chuàng)成式過渡到結合人工智能技術，且具有檢索、修

21、訂、生成、交互等各種功能綜合的融入智能決策的系統(tǒng)模式，以便充分發(fā)揮計算機和工藝人員的特點和特長，最大限度地提高工藝設計效率和質量。1.3.2 capp的發(fā)展趨勢一種趨勢是在原有capp的開發(fā)模式和體系結構框架內(nèi)，結合現(xiàn)代計算機技術、信息技術等相關技術的進展，采用新的決策算法，發(fā)展新的功能，并已在并行、智能、分布和面向對象等方面進行有益的嘗試。另一種趨勢則是跳出capp傳統(tǒng)模式，面向具體生產(chǎn)環(huán)境，面向實際應用，面向最基本的需求，利用成熟的技術，建立各種計算機輔助功能模塊，幫助工藝人員更快、更好的完成工藝任務，意在通過廣泛的實際應用促進其發(fā)展，這是一種實用化趨勢。實用化capp趨勢，逐步體現(xiàn)了現(xiàn)代

22、先進制造思想，它實際上是capp技術在經(jīng)過20多年前期發(fā)展之后，一個新階段的開始，在自動化方向退一步、向通用化、集成化、實用化方向進一步。第2章 箱體類零件特征的定義和分類2.1 零件特征的定義和分類2.1.1 零件特征的定義自提出特征的概念以來，關于特征的定義就有多種說法。根據(jù)應用領域和條件不同，特征定義可完全不同。研究者們圍繞特征的定義提出了很多觀點：(1)對一個或多個設計和制造活動有意義的幾何形體和幾何實體；(2)具有工程意義的一般幾何形狀；(3)一定的幾何形狀或實體，用來實現(xiàn)至少一個cim的功能，可以作為基本單元進行設計和處理；(4)特征是產(chǎn)品模型的一組相關單元素，該元素遵從一系列的識

23、別與分類規(guī)則；(5)特征是具有一定的幾何模式，并對應特定機械功能的零部件。盡管出現(xiàn)了很多不同的特征定義，但都有一些共同的特點：(1)特征直接反映零件的功能，與設計、制造聯(lián)系緊密；(2)特征是一個帶約束和參數(shù)的幾何實體，用規(guī)則和屬性封裝了幾何實體的行為；(3)特征是構造產(chǎn)品模型的基本元素，即特征將作為一個不可分割的整體出現(xiàn)在零件模型中；(4)特征提供了類似于工程術語的高層次的設計概念和手段，即特征表達了零件幾何體或裝配的工程意義?？梢钥闯?，特征除包括幾何/拓撲信息外，還包括一些非幾何的屬性信息，如尺寸公差、粗糙度、材料等。它是工程環(huán)境中能運用幾何和功能信息進行產(chǎn)品零件造型的關鍵要素，是集成環(huán)境中

24、高層語義信息的載體和基本傳輸單位4。2.1.2 零件特征的分類零件特征描述的是其設計和制造等方面的信息。特征分類的主要目的是對零件結構信息的抽象化、形式化，以便于靈活、有效地組織和處理零件有關信息。不同的應用領域和不同的工廠，特征的抽象和分類方法有所不同。通過分析機械產(chǎn)品大量的零件圖紙信息和加工工藝信息，可將構成零件的特征分為五大類：(1)管理特征與零件管理有關的信息集合，包括標題欄信息、零件材料信息、未注粗糙度信息等；(2)技術特征描述零件的性能和技術要求的信息集合；(3)材料熱處理特征與零件材料和熱處理有關的信息集合；(4)精度特征描述零件幾何形狀、尺寸的許可變動量的信息集合，包括公差和表

25、面粗糙度；(5)形狀特征與描述零件幾何形狀、尺寸相關的信息集合，包括功能形狀、加工工藝形狀、裝配輔助形狀。除上述五個特征外，針對箱體類零件提出方位面特征；工藝特征模型中提出尺寸鏈特征，還有裝配特征等。以上這些特征中，形狀特征和精度特征是與零件建模直接相關的特征，其中形狀特征還是描述零件或產(chǎn)品的最主要的特征。而管理特征、材料熱處理特征、裝配特征雖不直接參與零件的建模，但對于實現(xiàn)cad/capp的集成亦是必不可少的?？紤]當前特征的應用主要是面向制造領域，而在此階段需要將產(chǎn)品零件的設計特征與制造及裝配約束相關聯(lián)，從而保證產(chǎn)品的可制造性與可裝配性。因此我們可以認為零件的特征模型如圖所示5。圖1 零件特

26、征模型圖2.2 箱體類零件特征的定義和分類箱體類零件特征的定義和分類是主要針對箱體類零件的一些常見形狀和功能結構進行的。由于箱體類零件與其他零件類不同，所以特征定義和分類方式有其獨有的特點。2.2.1 箱體類零件的特征定義特征作為構成零件信息的基本單元，它包含了幾何形狀及相應的工程語義。一個零件就是由不同形狀和不同功能的特征經(jīng)過一定的布爾運算和組合構成，一個零件從幾何造型的角度可以定義為： 零件 = 基體 + 正特征集 - 負特征集正特征集：指除基體外所有正特征的集合。負特征集：指要被切除的特征的集合。箱體類零件特征可以表達為： 零件特征 = 形狀特征 + 屬性零件特征：具有一定屬性的幾何實體

27、。形狀特征：是一組與零件的形狀描述相關的有意義的信息集合。它通過幾何和拓撲信息來描述，表示零件的某種功能形狀，一般由隱式表達的變量尺寸參數(shù)來驅動其造型。對形狀特征的進一步描述是通過顯示表示的面、環(huán)、邊和點等低層次的幾何拓撲信息。屬性：指的是描述特征屬性的數(shù)據(jù)，特征的功能和行為，特征間的相互關系。在本設計中，屬性主要包括精度和材料屬性，精度屬性是建立在形狀特征模型基礎上，它表達零件的精度信息，由尺寸公差、形狀公差，位置公差和表面粗糙度等組成；材料屬性主要包括材料種類、機械性能、熱處理方式、總體表面處理和局部表面處理等。2.2.2 箱體類零件特征的分類在零件的產(chǎn)品建模中，形狀特征是產(chǎn)品定義模型中最

28、主要的內(nèi)容，是其他非幾何信息所依附的載體，是區(qū)分零件特征之間區(qū)別的主要依據(jù)?？梢赃@么說，對箱體類零件特征的分類主要是對箱體類零件形狀特征的分類。因為屬性只相當于形狀特征的附屬，是大部分特征所共有的6。零件的加工特征作為制造階段特征的主要形式，其形狀特征可以由零件幾何模型提取到，但缺乏產(chǎn)品加工過程中需要的功能信息。因此為了彌補幾何造型中高層語義信息的不足，提出面向制造的加工特征的分類原則： 從加工制造的觀點而不是從描述零件結構的觀點來描述特征； 特征的層次結構； 特征參數(shù)的設置依照cad下游系統(tǒng)對特征的需求而定； 按照特征的屬性建立支持各特征族的機制而不是每種特征建立方法。依照以上的分類原則，箱

29、體類零件按照層次關系將加工特征分類如下： 面特征(face)，包括普平面、臺階面等； 孔特征(hole)，包括通孔、盲孔、螺紋孔、錐孔等； 槽特征(slot)，包括鍵槽、開口槽、t型槽等； 輪廓特征(contour)，包括方形輪廓、弧形輪廓等； 組特征(group)，包括矩形矩陣孔系及環(huán)形矩陣孔系等。2.3 箱體類零件特征造型方法特征造型法(macro modeling)是為了實現(xiàn)cad/capp/cam技術的集成化而發(fā)展起來的，它把信息分成兩部分：主要形素(macro feature)指幾何形狀的分類，如立方體、圓柱體、球體等，也稱低級形素(low-level feature)；補充形素也稱

30、高級形素(high-level feature)，指的是在主要形素上的補充，即制造所需信息。因此這種造型方法不但可以提供幾何信息，同時還可提供進行制造的可行性方案評價、功能分析、過程選擇、工藝過程設計等所需信息，把設計和生產(chǎn)過程緊密地聯(lián)系在一起，從而具有良好的發(fā)展前景。2.4 面向對象技術在特征描述中的應用2.4.1 面向對象技術面向對象技術起源于60年代末，它把世界看成是獨立對象的集合，對象將數(shù)據(jù)和操作封閉在一起，提供有限的外部接口，其內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)、數(shù)據(jù)結構及對它們的操作是外部不可見的，對象之間通過消息相互通信，當一個對象為完成其功能需要請求另一個對象的服務時，前者就向后者發(fā)出一條消息，后

31、者在接收到這條消息后，識別消息并按照自身的適當方式予以響應。面向對象技術有以下特點：(l)面向對象技術強調(diào)把問題域的概念直接映射到對象以及對象之間的接口，符合人們通常的思維方式。(2)面向對象技術從分析到設計再到編碼采用一致的模型表示，后一階段可以直接復用前一階段的工作成果。(3)在客觀世界以及它的映射軟件系統(tǒng)中，實體的結構是相對穩(wěn)定的。面向對象技術通過把屬性和服務封裝在“對象”中，當外部功能發(fā)生變化時，保持了對象結構的相對穩(wěn)定，使改動局限于一個對象的內(nèi)部，減少了改動所引起的系統(tǒng)波動效應。所以，按照面向對象技術開發(fā)的軟件，具有易于擴充、修改和維護的特性。(4)面向對象技術具有的繼承性和封裝性，

32、支持軟件復用，并易于擴充，能較好地適應復雜大系統(tǒng)不斷發(fā)展和變化的要求。2.4.2 面向對象技術在特征描述中的應用特征本身的內(nèi)容以及特征之間的各種關系都是用戶操作的對象。所以如何組織特征本身所具有的各種信息以及特征之間的相互關系，是特征技術走向應用關鍵性的一步。由于面向對象思想是一種圍繞真實世界的概念來組織系統(tǒng)的一種全新思考問題的方法，在面向對象的系統(tǒng)設計中，對象是構成系統(tǒng)的唯一的單元，對象將數(shù)據(jù)結構與行為都合并在單一的實體中，各對象之間存在著一定的聯(lián)系。對象既是信息的存儲單元，又是信息的處理單元，它具有一定的內(nèi)部結構和處理能力。這就為實現(xiàn)用特征來構造零件模型的系統(tǒng)提供了可能。我們可以把特征當作

33、對象，把具有相同特征的對象歸并為一個類，一個基于特征的零件模型可用各種特征通過聚積關系得到，各特征之間存在著一定的聯(lián)系，從而使面向對象技術走向應用。 第3章 基于特征的箱體類零件信息的描述3.1 零件信息描述的目的工藝過程設計的目標是編制零件的詳細而合理的工藝規(guī)程。它的主要依據(jù)是產(chǎn)品零件的設計圖。眾所周知，在生產(chǎn)實際中，零件圖紙上的信息，通常是圖形、字母、數(shù)字以及各種特征符號，它們都是不便于原樣地在計算機內(nèi)部傳輸，也不可能原樣被計算機系統(tǒng)接收、識別和處理。由此可見，capp系統(tǒng)首先要解決零件特征信息的描述和輸入問題。零件信息的描述問題，其關鍵是要對零件特征信息的標識即如何解決以數(shù)據(jù)代替問題(代

34、碼化)；零件信息的輸入問題，其關鍵是設計友好的人機界面和數(shù)據(jù)存貯結構。總的來說，也就是解決零件信息在計算機系統(tǒng)內(nèi)的傳遞、存儲和識別問題。所以，零件信息的描述和輸入是capp系統(tǒng)設計的前提條件3。capp系統(tǒng)對零件信息輸入的最理想方式是直接從cad系統(tǒng)中提取，它也是cad/capp集成的關鍵技術.目前此項技術還不成熟，世界各國技術界正在深入研究和開發(fā)。特征建模cad技術和特征識別技術的研究正是為這一目的而發(fā)展起來的，籍以實現(xiàn)cad/capp/cam系統(tǒng)的集成，但目前也不成熟，離實用相差還很遠.因此，建立實用的capp輸入信息方法，不但是當前需要，而且在今后相當長一段時間內(nèi)，仍是用來解決零件信息輸

35、入capp系統(tǒng)的主要手段。3.2 零件信息描述方法和輸入方法簡述3.2.1 零件信息描述方法capp系統(tǒng)的首要工作就是如何描述零件，以便使系統(tǒng)處理必要的數(shù)據(jù)，自動輸出工藝方案。零件的特征信息包括兩方面，即零件的幾何信息和工藝信息，零件的幾何信息也就是零件的圖形信息，即零件的形狀、尺寸等，而其工藝信息則包含有零件各表面的精度、粗糙度、零件所需的熱處理、表面處理、零件所用的材料以及毛坯的類型及形狀等.capp系統(tǒng)對零件特征信息的描述有兩個基本要求，一是描述零件的各組成表面的形狀、尺寸、精度、粗糙度等，二是明確說明各組成表面的相互關系與連接次序。有了這兩方面的內(nèi)容，就便于確定各加工表面采用的加工方法

36、以及它們的加工順序。當今世界上出現(xiàn)了各種各樣的capp系統(tǒng)，按其工藝路線的生成方法，不外乎為檢索式和創(chuàng)成式兩類。但是這些系統(tǒng)中的零件特征信息的描述與輸入方法則各具特色，為了滿足各自系統(tǒng)的要求，出現(xiàn)了許多信息描述的方法。一、零件分類編碼描述法在早期的lapp系統(tǒng)中，一般采用零件分類編碼系統(tǒng)，輸入零件的編碼以及一些補充信息。用零件編碼來粗略描述零件的形狀、尺寸、精度等信息，并且由此形成零件族，根據(jù)此零件族以數(shù)據(jù)檢索的方式查找事先以零件族為基礎存入的相似零件的標準工藝過程，然后通過人工編輯后形成新零件的工藝過程.這種信息輸入方式比較適用于檢索式capp系統(tǒng).但該方法對零件的描述過粗，對零件的具體形狀

37、、尺寸及精度等無法描述，使capp系統(tǒng)不能得到足夠的信息來詳細、合理地進行工藝決策。二、圖形要素描述法為了能夠詳細地描述零件的形狀、尺寸等信息，人們把一個零件看成由若干個基本的幾何體所組成，并且將這些幾何體分為主要素和輔助要素.主要素必須按它們在零件上出現(xiàn)的位置依次進行描述，這是由計算機確定粗加工的加工順序，重新說明零件形狀的需要，而輔助要素則包括倒角、圓角、輔助孔、環(huán)槽、直槽等，它一般僅在零件精加工時才考慮，因此它們在零件上的確切位置并不重要，且相同的幾個要素可在一起加以描述，這樣輸入時間就可大大縮短。這種輸入方法雖然比較繁瑣、費時，但它畢竟可以比較完整、準確地輸入零件的設計信息。然而這類方

38、法對于非回轉零件的特征描述則比較困難。三、圈論描述法從capp系統(tǒng)對零件結構形狀描述的基本要求出發(fā)，lapp需要的是零件的圖紙信息，而不一定需要cad幾何文件，因此我們可以利用圖論的基本原理來描述零件的結構形狀。這種描述方法是用結點表示零件的形狀要素，而這些形狀要素均以固定代碼表示，邊則用來表示兩個相鄰表面的連接情況，邊上賦值，以表示兩個相鄰表面的夾角。若兩表面完全無關時，則無邊。這樣零件的結構可用“圖”加以描述。由于這種方法是用結點、邊及其關聯(lián)關系來描述零件特征的，這樣必然導致信息輸入的繁瑣、費時。因此它只適用于結構形狀比較簡單的零件。四、拓撲描述法拓撲學是一種現(xiàn)代數(shù)學方法。拓撲學的觀點認為

39、一個零件就是一個三維物體和三維復合形。三維的零件包括有限數(shù)量的元素，如點、線、面、體，這些元素可以看作是一些單元;因此一個零件就可以用一組單元來表示.這種描述方法雖然可以詳細地描述零件的信息，但是對于獨立的capp系統(tǒng)來說，用于工藝決策的信息并不需要如此詳細地描述。況且描述時不方便，很不實用。因此這種方法適于在cad系統(tǒng)中應用。五、面向零件特征要素法此方法只要描述零件由哪些特征組成，然后根據(jù)零件特征作出工藝決策。當然系統(tǒng)中也少不了由經(jīng)驗得出的工藝決策邏輯.這種方法適合于描述形狀比較復雜的零件，如箱體類零件。3.2.2 零件信息輸入方法要用計算機來輔助零件工藝規(guī)程設計，就必須把零件的特征信息輸入

40、到計算機內(nèi)，讓計算機對零件的特征信息進行處理，以編輯出合適的工藝規(guī)程。目前零件特征信息輸入方法主要有以下幾種：(1)人機交互式輸入：這種方法是通過人來對零件圖紙進行識別和分析，然后把零件的信息通過計算機界面引導輸入到計算機內(nèi)。這種輸入過程繁瑣、費時、易出錯，有時甚至還不如手工編制工藝文件來得快，所以在生產(chǎn)實際中有些工藝人員不大愿意使用這種方法。(2)從cad系統(tǒng)直接輸入零件信息：這種方法是在對零件進行建模時，創(chuàng)建一個特征庫，除了輸入零件的形狀信息外，還將零件的其他特征信息也輸入到計算機內(nèi)，存放在特征庫中，供下游系統(tǒng)共享使用。這種方法的關鍵是要建立基于特征的統(tǒng)一的cad/lapp/cam的零件信

41、息模型，并對特征進行總結分類，建立便于用戶擴充與維護的特征類庫?；蛘邽楫a(chǎn)品建立一個完整的、語義一致的產(chǎn)品信息模型，以滿足產(chǎn)品生命期各階段(產(chǎn)品需求分析、工程設計、產(chǎn)品設計、加工、裝配、測試、銷售和售后服務)對產(chǎn)品信息的不同需求和保證對產(chǎn)品信息理解的一致性，使得各應用領域(如cad, capp, cam, cnc, mis等)可以直接從該模型抽取所需信息。這種方法是cad/capp集成的關鍵技術，是一種比較有前途的方法。(3)圖形掃描輸入方式：這種方法是用圖形掃描儀將工程圖紙上的信息掃描輸入到計算機中，然后對掃描所得到的信息進行一定的分析與處理，在計算機上還原出工程圖紙，并形成相應的圖形文件，然

42、后再對圖形文件進行分析與識別，抽取出capp系統(tǒng)能識別的幾何形狀信息與加工信息。這種方法要解決兩個方面的問題：第一是工程圖形的掃描與識別技術，第二是特征識別技術。這兩個問題是計算機輔助設計與制造領域的難題之一，國內(nèi)外的研究工作者都在努力地研究。最常用的研究方法有以下兩種，(1)圖象級的處理方法，(2)矢量化的識別處理法。但目前這兩種方法都有其弊端，所以目前圖形掃描及識別技術的輸入方式也還沒有達到與capp等系統(tǒng)的直接集成的水平。我在設計中更多的采用人機交互輸入。第4章 基于特征的箱體零件capp系統(tǒng)設計4.1 總體結構設計依據(jù)箱體類零件特征建模子系統(tǒng)輸出的特征信息文件，采用專家系統(tǒng)技術設計基于

43、特征的箱體類零件capp子系統(tǒng)，在企業(yè)制造環(huán)境及可制造性評價的約束下，生成最后的工藝文件，再結合零件模型提取工序圖，匯總輸出工藝手冊。它主要分以下三部分：一、接口該接口是用來讀取零件特征信息模型里的信息，并將其轉變?yōu)楸綾app子系統(tǒng)能夠識別的信息模型結構。二、生成工藝規(guī)程通過交互方式對輸入的特征信息進行推理、計算，最后生成工藝文件，它主要包括以下幾個部分：(1)各特征加工方法推理依據(jù)接口部分提供的capp輸入信息，按照一定的控制策略和沖突消解策略，在當前制造環(huán)境及評價領域知識的約束下，在工藝知識庫中獲取本特征的加工方法。(2)工序間尺寸計算在各特征加工方法推理成功的條件下，依據(jù)各加工方法的加工

44、余量及零件圖紙上的最終尺寸要求，按照反向推理策略，解算零件各加工工序的工序尺寸.(3)工藝路線及工序內(nèi)容生成加工路線的制定是以加工階段的劃分為依據(jù)的，這些加工階段所包含的內(nèi)容在知識庫中體現(xiàn)，它們在工藝路線中的順序在推理規(guī)則中表示。其中根據(jù)工序集中原則，還要進行適當工序合并，在工序內(nèi)容生成時，系統(tǒng)充分考慮所加工特征的精度等級、表面粗糙度、機床效率、交貨期限、生產(chǎn)批量等的匹配關系。具體來說主要有以下三個部分：(1)工藝路線的排序排序的工作原理是:將各特征的加工路線分解為單個工序，然后判斷各工序所屬加工階段和范疇。(2)工序合并完成排序后，如果相鄰兩個或幾個工序采用相同的加工裝夾方式、相同的機床，則

45、這些工序就可以合并在同一工序中。按合并后的工序序號進行重新調(diào)整，使之具備連續(xù)的工序號。(3)工序內(nèi)容確定主要包括機床、刀夾量輔具選擇，基準確定，定位夾緊方式確定，切削參數(shù)選擇，工時定額及工序尺寸確定等。(4)capp黑板系統(tǒng)它實現(xiàn)設計過程各階段的綜合管理。它控制和協(xié)調(diào)各功能子模塊的執(zhí)行以及當各子模塊不能成功輸出結果時，給出問題及建議，供設計者參考及選擇.(5)輸出工藝文件根據(jù)系統(tǒng)的自動推理以及設計者的選擇，得到零件的工藝規(guī)程文件，然后以一定的格式輸出。三、生成工藝手冊輸入零件實體模型及工藝文件，經(jīng)內(nèi)部程序自動處理，生成工藝手冊，它主要包括：(1)生成工序圖從零件三維實體模型直接生成二維工程圖，

46、避免了傳統(tǒng)的工藝設計要多次重復畫相同的二維工程圖。(2)輸出工藝手冊將工藝文件和工序圖匯總，自動填寫到定制(或標準)工藝卡片中，最后以卡片的格式輸出。4.2 capp系統(tǒng)各模塊的功能及其關系1、推理規(guī)則模塊此模塊的運作是以特征建模模塊產(chǎn)生的特征信息集合為條件。它是由原始的特征信息數(shù)據(jù)庫出發(fā)，按一定的策略運用工藝規(guī)則知識庫等推斷出結論.是整個系統(tǒng)的控制部分。以特征名稱、特征類型及特征的一些精度約束等工藝信息作為依據(jù)來進行推理。設計推理機時還運用了專家系統(tǒng)技術。推理過程采用的是比較傳統(tǒng)的在程序中進行判斷的方式。通過特征建模獲得的信息，來進行判斷采用工藝規(guī)則知識庫中的哪一條知識.2、推理規(guī)則交互模塊

47、此交互模塊能夠使用戶改變推理規(guī)則模塊中的推理條件，用戶可以通過界面按照所要求的格式去填寫新的推理條件，然后可以把新的推理規(guī)則再存入庫中，這樣就豐富了庫中的推理知識。3、工藝規(guī)則知識庫模塊工藝規(guī)則知識庫的知識不是簡單的工藝規(guī)程。而是包括判斷語句和工藝規(guī)程的復合體，其通過推理規(guī)則模塊去訪問工藝規(guī)則知識庫，具體提取出的那一套知識，不僅要通過推理規(guī)則中的判斷語句而且還要通過知識庫中的判斷語句來判斷。工藝規(guī)則知識庫是由控制程序和數(shù)據(jù)庫構成.控制程序是由數(shù)據(jù)庫和推理規(guī)則模塊之間的聯(lián)結部份構成.而數(shù)據(jù)庫由工藝規(guī)程知識和判斷語句的條件部分組成?？刂瞥绦虮煌评硪?guī)則模塊調(diào)用去讀取數(shù)據(jù)庫中的帶有條件的工藝規(guī)程知識.

48、工藝規(guī)則知識庫模塊是與用戶交互性最強的模塊.它允許用戶通過交互模塊修改、添加工藝規(guī)則知識。通過控制程序與交互模塊聯(lián)結，進行交互，修改數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。圖2 工藝規(guī)則模塊框架圖4、工藝規(guī)則知識庫交互模塊顧名思義，其功能也是通過交互界面增刪/編輯工藝規(guī)則知識庫中的知識。5、輸出模塊本模塊是把動態(tài)數(shù)據(jù)庫中暫時由推理規(guī)則模塊排列好的工藝規(guī)程，按照一定格式輸出給用戶。6、生成工藝手冊模塊本模塊匯總工序圖和工藝規(guī)程文件，卡片的形式輸出。自動填寫到定制(或標準)工藝卡片中，以卡片的形式輸出。 第5章 基于特征的箱體零件capp系統(tǒng)各模塊的設計5.1 capp系統(tǒng)各模塊的設計本系統(tǒng)主要完成從特征建模子系統(tǒng)建立的特征

49、信息庫中讀取特征信息，在一定的條件允許下，在一定的規(guī)則約束下對工藝知識進行選擇，確定每個特征所用的加工方法等，然后按一定的規(guī)則排列成加工工序路線，計算各工序、工步的工藝尺寸，最后以卡片等格式輸出，即輸出機械加工工藝手冊。因此本系統(tǒng)中包括以下幾個模塊：工藝知識建模模塊、工藝決策模塊、生成工藝手冊模塊。5.1.1 工藝知識建模模塊工藝知識是后續(xù)工藝決策模塊的依據(jù)，為后續(xù)模塊提供可用數(shù)據(jù)等。因此構建一個工藝知識/數(shù)據(jù)庫，存放各種工藝知識。工藝知識庫的結構如圖所示：圖3 工藝知識庫結構框架規(guī)則是工藝知識庫的核心，它反映了機械加工工藝選擇的基本規(guī)律，采用產(chǎn)生式規(guī)則表示，規(guī)則中允許與（ado）等布爾型操作

50、的任意連接形式，對不精確規(guī)則采用人機交互方式，由用戶根據(jù)實際情況來確定。事實知識是表示具體零件的特征、工藝設計、機床、刀具等已知的源知識，在本模塊中主要是指加工鏈，因此可設計工藝知識數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結構如下： 加工方法 加工鏈 精度范圍 、加工鏈作為事實知識，精度范圍等可以作為工藝知識中的規(guī)則，推理機以此規(guī)則來確定特征的加工方法。為了方便用戶對工藝知識數(shù)據(jù)庫內(nèi)的知識和規(guī)則進行添加、修改、刪除和查看等操作，本模塊利用面向對象編程技術為用戶提供了一個友好的界面，用戶可以通過該界面對數(shù)據(jù)庫進行各項操作，操作過程如圖所示：圖4 工藝知識建模操作示意圖5.1.2 工藝決策模塊工藝決策模塊主要完成對每一個制造

51、特征進行選擇加工方法、排列加工鏈以及各種參數(shù)，最后將各制造特征的加工鏈按一定的規(guī)則排列成工藝路線，再按規(guī)定的格式輸出工藝規(guī)程文件。該模塊是capp系統(tǒng)的核心部分，而推理機又是該模塊的核心部分，因此設計一個自動化程度高且使用的推理機是本模塊設計的關鍵。在本模塊的設計中，采用人工智能、專家系統(tǒng)技術來設計推理機，將其建立在黑板框架基礎上，推理過程中的黑板框架內(nèi)容如圖所示：圖5 推理機中的黑板內(nèi)容推理機通過ado接口首先從數(shù)據(jù)庫中讀入特征信息庫名稱、知識庫名稱、制造資源庫名稱等信息，然后將對應知識庫、特征信息庫、制造資源庫內(nèi)容載入黑板，推理機通過數(shù)據(jù)庫管理、黑板代理功能，建立推理與知識的關聯(lián)，具體工作

52、過程為：系統(tǒng)首先從特征信息庫里讀取一條特征信息，再根據(jù)該特征信息里的一些主要約束參數(shù)(如粗糙度、孔徑、精度、有否底孔、材料等等)到工藝知識庫里查詢，得到相應的加工方法鏈以及機床設備，系統(tǒng)自動將它們保存到臨時數(shù)據(jù)庫中，如此反復，直到讀完所有的制造特征為止。由于工藝設計過程的復雜性，有時一種求解狀態(tài)下，可供選用的知識有好幾種，本模塊采用人機交互的方式，由用戶根據(jù)實際情況在系統(tǒng)推理出來的結果中選擇比較適合的一種。這樣雖然降低了系統(tǒng)的自動化程度，但提高了系統(tǒng)的柔性和實用性。確定了每個加工特征的加工方法鏈和所用的制造資源后，便要對所有特征的加工方法鏈進行排序，以形成一條合適的工藝路線。本模塊的排序思想是

53、:首先優(yōu)選工位，然后優(yōu)選此工位下的待加工特征，接著安排此特征各工步的加工順序，上述工作均采用邏輯決策的方法來實現(xiàn)，其依據(jù)同樣是根據(jù)實際加工中的考慮所提取出來的一系列規(guī)則，如：(1)先加工基準特征后加工一般特征；(2)若孔在面上，則先加工面后加工孔；(3)同一裝夾下，采用相同刀具加工的特征應集中安排加工；(4)若有單方向加工的孔，且此孔的出端平面要加工，則盡可能優(yōu)選其出端平面方位為先加工的工位；(5)待加工特征的一般優(yōu)選順序為：大平面、臺階面、窗口、及輪廓面、其它面、槽類、大孔、小孔等；(6)各工步的加工順序一般為：面類：粗銑、半精銑、精銑；孔類：中心鉆、鉆、擴、粗幢、半精幢、精銼、攻絲、鉸孔倒

54、角鉆、銑槽孔等。以上這些規(guī)則在本模塊中是用編程語言來實現(xiàn)約束的，即將這些排序規(guī)則封裝在一程序段內(nèi)，該程序段相當于一個小模塊，能實現(xiàn)在此規(guī)則約束下對一些加工工步進行排序，生成一條或幾條工藝路線。系統(tǒng)根據(jù)一定的約束規(guī)則自動推薦一條工藝路線給用戶，同時通過一個界面顯示給用戶看，該界面還允許用戶對工藝路線進行重新排序。因此如果用戶覺得系統(tǒng)自動提供的工藝路線不夠理想，用戶可以對工藝路線進行調(diào)整，直到排列出滿意的工藝路線為止。5.1.3 生成工藝手冊模塊生成工藝手冊模塊是capp系統(tǒng)的最后輸出模塊，其主要功能是將工藝決策模塊推理出來的工藝規(guī)程文件和工序圖填寫到標準(或定制)的工藝卡片模板上，以卡片的形式輸

55、出。工藝卡片上的內(nèi)容包括兩部分.一是表頭信息(總體信息)、工序內(nèi)容；二是工序圖。表頭信息、工序內(nèi)容由工藝規(guī)程文件提供，工序圖則必須要另行處理。因此本模塊的設計思想是一個個工序逐一完成，在每一個工序中是先生成工序圖，再將工序圖和工藝規(guī)程文件中相應工序內(nèi)容一起填寫到定制的工藝卡片模板上。如此反復，直到完成所有的工序為止，最后形成工藝手冊。第6章 基于特征的箱體零件的capp系統(tǒng)的實現(xiàn)6.1 基于特征的箱體零件的capp系統(tǒng)概述本系統(tǒng)主要使用visual c+語言開發(fā)而成。以visual c+ builder 6.0軟件作為主要開發(fā)系統(tǒng)，以microsoft office access 2003數(shù)據(jù)

56、庫編輯軟件作為數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)。6.2 microsoft office access 2003軟件的功能特點access 是微軟公司推出的基于windows的桌面關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（rdbms，即relational database management system），是office系列應用軟件之一。它提供了表、查詢、窗體、報表、頁、宏、模塊7種用來建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的對象；提供了多種向導、生成器、模版，把數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、界面設計、報表生成等操作規(guī)范化；為建立功能完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了方便，也使得普通用戶不必編寫代碼，就可以完成大部分數(shù)據(jù)管理的任務。之所以選擇access 2003作為數(shù)據(jù)庫編輯軟件，主要是因為它有如下幾條優(yōu)點：(1)存儲方式簡單，易于維護管理 access管理的對象有表、查詢、窗體、報表、頁、宏和模塊，以上對象都存放在后綴為（.mdb或.accdb）的數(shù)據(jù)庫文件中，便于用戶的操作和管理。 (2)面