基于成組技術(shù)的派生式CAPP系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1、CAPP 課 程 論 文題 目：基于成組技術(shù)的派生式CAPP 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： -學(xué)生姓名： -指導(dǎo)教師： -2010 年 12 月基于成組技術(shù)的派生式CAPP系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1概述1.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)概述信息集成是 CIMS的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。做為連接設(shè)計(jì)與制造的紐帶 , 計(jì)算機(jī)輔助工 藝設(shè)計(jì)， 即CAPP技術(shù), 在其中更占有十分重要的地位。這是因?yàn)?CAD的設(shè)計(jì)信息 只有經(jīng)過(guò) CAPP系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)化為 CAM的制造信息；企業(yè)的 MIS系統(tǒng)和 PPS系統(tǒng)也必須 依靠 CAPP系統(tǒng)為其提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源。 CAPP對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量、 縮短生產(chǎn) 周

2、期、降低制造成本和提高經(jīng)濟(jì)效益都具有極為重要的作用。CAPP主 要有三種方式 : 檢索式、派生式和創(chuàng)成式。派生式通過(guò)檢索或修定 典型件庫(kù)零件所制定的標(biāo)準(zhǔn)工藝來(lái)確定自己所需要的工藝路線和工序。派生式 CAPP 依賴于零件族的劃分 , 它需要利用成組技術(shù)的概念和采用合適的分類編碼 系統(tǒng)。成組技術(shù) ( GT ) 利用的是零件相似性。分類編碼系統(tǒng)是根據(jù)零件的特征 ( 設(shè)計(jì)特征和制造特征 ) 對(duì)零件進(jìn)行識(shí)別和分類的系統(tǒng)。 由此可見(jiàn) , 開(kāi)發(fā)派生式 CAPP 系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題是采用合適的編碼系統(tǒng) , 正確利用成組技術(shù)的概念和 方法。本文在開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的 CAPP系統(tǒng)的同時(shí) , 對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行了比較詳細(xì)的

3、分 析 , 而且對(duì)成組技術(shù)的有關(guān)算法做了改進(jìn)。1.2市場(chǎng)上已有 CAPP產(chǎn)品分析國(guó)外從 60年代末開(kāi)始研究 CAPP技術(shù)。第一個(gè) CAPP系統(tǒng)是挪威于 1969年發(fā)表的 AUTOPRO系S統(tǒng)。它是根據(jù)成組技術(shù)原理。 利用零件的相似性去檢索和修改標(biāo)準(zhǔn)工 藝來(lái)制定相應(yīng)的零件規(guī)程。美國(guó)的 CAM-I公司于1976年推出的CAM-I Autoamted Process Planning 系統(tǒng)具有里程碑意義 , 它屬于派生式系統(tǒng)。 70年代中期開(kāi)始了 創(chuàng)成式系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，很快被認(rèn)為是理想的發(fā)展模式，但其技術(shù)至今仍不 完善，因此人們又提出了半創(chuàng)成式系統(tǒng)。 進(jìn)入80年代以來(lái)， 隨著人工智能與專家 系統(tǒng)技

4、術(shù)在 CAPP領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)生了所謂 CAPP專家系統(tǒng)。我國(guó)研究CAPP系統(tǒng)是始于 70年代末，從1982年上海同濟(jì)大學(xué)正式發(fā)表了我國(guó) 第一個(gè) CAPP系統(tǒng)TOJICAP，至今已開(kāi)發(fā)各類 CAPP有近百種，幾乎遍及所有行業(yè)的 機(jī)械制造部門(mén)。在CAPP二十多年的發(fā)展歷史中， 世界各國(guó)的學(xué)者都做了大量的研究， 并取得 了一定的成果， 在這一領(lǐng)域發(fā)表的論文已有數(shù)百篇， 但其中大多數(shù)是介紹某一特定的 CAPP系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中大多數(shù)又屬于派生式系統(tǒng)， 只是最近幾年半創(chuàng)成式 和創(chuàng)成式系統(tǒng)才較多地開(kāi)發(fā)出來(lái)。1.3結(jié)論用GT開(kāi)發(fā) CAPP系統(tǒng)，重要的是利用零件的相似性， 利用分類編碼把零件分類 成組。對(duì)派

5、生式 CAPP系統(tǒng)而言就是要利用成組技術(shù)按零件組制定標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程。 由于我田 CAPP技術(shù)的一些關(guān)鍵問(wèn)題如工藝決策邏輯的收集、 整理和模型化。 各種 制造工程數(shù)據(jù)的收集、 描述和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及系統(tǒng)集成化、 標(biāo)準(zhǔn)化等工作 尚未真正展開(kāi)。因此當(dāng)前開(kāi)發(fā)的 CAPP系統(tǒng)應(yīng)綜合各種模式的優(yōu)點(diǎn)。采用多層次、 多種決策方式并存的分布式結(jié)構(gòu)， 綜臺(tái)應(yīng)用成組技術(shù) (GT) ，專家系統(tǒng)技術(shù)等多種 技術(shù)手段的綜臺(tái)式系統(tǒng)，這才能有效解決多品種生產(chǎn)企業(yè)的問(wèn)題。2 系統(tǒng)功能需求分析2.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概述系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) , 其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示。系統(tǒng)的工作流程如 圖 2-2 所示。輸入零件的信息， 判

6、斷是否為典型零件， 是典型零件則直接由檢索 式 CAPP系統(tǒng)檢索出工藝文件。否則，繼續(xù)對(duì)它判斷是否能匹配已有檢索庫(kù)工藝 文件中的任一零件族，若能則送入派生式 CAPP系統(tǒng)，并進(jìn)行工藝派生。否則把它作為特殊零件處理。 由用戶根據(jù)零件知識(shí)庫(kù)中的信息輸入知識(shí)， 補(bǔ)充輸入零件 的詳細(xì)信息，再轉(zhuǎn)入創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝創(chuàng)成。為了能更好的適應(yīng)工廠的 實(shí)際生產(chǎn)情況。 允許人機(jī)交互， 對(duì)輸出的工藝文件進(jìn)行修改編輯。 否則對(duì)經(jīng)過(guò)實(shí) 踐檢驗(yàn)的工藝文件典型化并保存工藝文件至典型工藝庫(kù)， 以備后用。 系統(tǒng)中的零 件知識(shí)庫(kù)和工藝知識(shí)庫(kù)及典型工藝庫(kù)由知識(shí)維護(hù)模塊統(tǒng)一進(jìn)行維護(hù)。 通過(guò)多次反系統(tǒng)管理模塊控制模塊工藝管理

7、模塊零件信息輸入模塊工藝輸出模塊幫助模塊工藝文件數(shù)據(jù)庫(kù) 工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù) 工藝文件管理庫(kù)復(fù)使用，系統(tǒng)中零件的典型工藝越來(lái)越多，系統(tǒng)逐步得到完善工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模塊圖 2-1 總體結(jié)構(gòu)框圖圖2-2 系統(tǒng)流程圖2.2系統(tǒng)功能分析2.2.1 系統(tǒng)管理模塊該模塊提供用戶登錄安全檢查 , 確保了系統(tǒng)的用戶安全性。系統(tǒng)管理員可以 注冊(cè)/ 注銷用戶。可以對(duì)不同的用戶或角色授予系統(tǒng)訪問(wèn)的不同權(quán)限 , 如檢索、 增、刪和改等。而普通用戶可以修改密碼、對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)在線切換。2.2.2控制模塊用戶通過(guò)此模塊調(diào)用各子模塊的功能 , 是系統(tǒng)各模塊的紐帶 , 從總體上負(fù) 責(zé)系統(tǒng)各功能模塊之間的相互協(xié)調(diào)和調(diào)用。2.2.3工藝過(guò)程設(shè)

8、計(jì)模塊本模塊在工藝編制時(shí) , 由零件編碼檢索零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程數(shù)據(jù)庫(kù) , 進(jìn)行 加工工藝流程的決策、 生成工藝過(guò)程卡。 通過(guò)選優(yōu)處理調(diào)出最佳工藝進(jìn)行編輯修 改并選擇機(jī)床設(shè)備和刀具、夾具、量具等工藝裝備。2.2.4工藝管理模塊本模塊主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊和工藝規(guī)程管理模塊兩部分 : a. 基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)管理模塊 : 對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù) , 包括創(chuàng)建、增加、刪除及修改等 ; b. 工藝 規(guī)程管理模塊 : 對(duì)工藝規(guī)程庫(kù)里的工藝文件進(jìn)行查詢、編輯等。2.2.5零件信息輸入模塊本系統(tǒng)采用基于成組技術(shù) (GT) 的零件分類編碼法輸入零件總體信息。 在CAPP 系統(tǒng)中 , 零件的信息包括兩方面的內(nèi)容 : 零件

9、的幾何信息和工藝信息。 零件的幾 何信息及零件的圖形信息 , 包括零件的幾何形狀、尺寸等 ; 工藝信息則包括零件 各表面的精度、粗糙度、熱處理要求、材料和毛坯類型等各種信息。對(duì)回轉(zhuǎn)體零 件信息的描述方法 , 較常用的是 GT代碼描述法和對(duì)零件待加工表面進(jìn)行詳細(xì)描 述的特征表面描述法 , 本系統(tǒng)采用 GT代碼描述法中的 JLBM- 1系統(tǒng)編碼原理。2.2.6工藝輸出模塊完成零件工藝文件的輸出 , 打印等工作 , 并提供頁(yè)面預(yù)覽功能。2.2.7幫助功能主要向用戶提供操作過(guò)程中所需的信息。2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)CAPP系 統(tǒng)中利用和生成的工程數(shù)據(jù)不僅數(shù)量大 , 而且內(nèi)容廣泛。 既有工裝、 材料、工藝圖表

10、、線圖等類型的大量靜態(tài)數(shù)據(jù) , 也有設(shè)計(jì)過(guò)程中生成的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) , 所以建立功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)是保證系統(tǒng)生成可靠工藝規(guī)程的重要方面。 本系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫(kù)主要有工藝文件數(shù)據(jù)庫(kù)、工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝文件管理數(shù)據(jù)庫(kù)等組成 : 工 藝文件數(shù)據(jù)庫(kù) : 存儲(chǔ)基于 GT 技術(shù), 按照復(fù)合零件設(shè)計(jì)編制的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程 , 供 進(jìn)行新零件工藝編制時(shí)檢索調(diào)用 , 工藝查詢時(shí)瀏覽。 工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù) : 存儲(chǔ)工藝設(shè)計(jì)時(shí)用的工藝參數(shù)如設(shè)備、 工裝、 材料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 工藝文件管理數(shù)據(jù)庫(kù) : 對(duì) 工藝文件進(jìn)行管理 , 設(shè)計(jì)中可修改、存儲(chǔ) , 供工藝文件輸出時(shí)調(diào)用。3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具XML 是一種簡(jiǎn)單的可擴(kuò)展

11、標(biāo)記語(yǔ)言， 可進(jìn)行不同數(shù)據(jù)格式之間的互操作。 XML 的專長(zhǎng)是描述數(shù)據(jù)， 它以文本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 有非常靈活的格式， 可以實(shí)現(xiàn)表示與 數(shù)據(jù)的分離 。XML 的自描述性使得 XML本身非常適用于異構(gòu)應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交換， 而且這種交換不以預(yù)先規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為前提， 因此具備很強(qiáng)的開(kāi)放性和廣 闊的應(yīng)用前景。XML 使用文檔來(lái)表現(xiàn)實(shí)體，而文檔中的元素代表實(shí)體的實(shí)例。利用XML 技術(shù)，可以設(shè)計(jì)一套描述工藝卡片表格的通用 XML 詞匯表，在此基礎(chǔ)上，用戶可 以基于這套詞匯表和 DTD 靈活構(gòu)建所需表格。構(gòu)建好的表格 (XML 文檔 ) 經(jīng)過(guò) 表格生成引擎的解析處理之后，展現(xiàn)在客戶端瀏覽器上。采用 XML

12、對(duì)類型繁多 的 CAPP 工藝卡片進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，可以建立各工藝卡片之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，易于 實(shí)現(xiàn)與 CAD/ CAM/ PDM等 應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享，使 CAPP 系統(tǒng)具有較強(qiáng) 的兼容性和可擴(kuò)展性3.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)利用 SQL Server 2000 提供的組件“在 IIS 中配置 SQL XML 支持”，可 定義并注冊(cè)新的虛擬目錄， 從而實(shí)現(xiàn) SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索，檢索結(jié)果以 XML 行集的形式返回。 SQL Server 2000 還引入了其它對(duì) XML 的支持：(1)支持 XML - Data 架構(gòu)并能在這些架構(gòu)上指定 Xpath 查詢；(2)能夠檢索并寫(xiě)入 XML 數(shù)

13、據(jù)，能使用 SELECT語(yǔ)句和 FOR XML 子句檢索 XML 數(shù)據(jù)，也能使用 OpenXML行 集提供程序?qū)懭?XML 數(shù)據(jù)；(3)增強(qiáng)了Microsoft SQL Server 2000 OLE DB 提供程序( SQLOLEDB，)使 得可以將 XML文檔設(shè)置為命令文本并以流的形式返回結(jié)果集。綜合以上優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)選用 SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫(kù)。XML 信息是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。 XML 信息和數(shù)據(jù)庫(kù)之間需要實(shí)現(xiàn)直接的映射 關(guān)系，主要方式是從 XML的DTDSchema來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)。 Schema支持多種數(shù) 據(jù)類型，包括布爾型、數(shù)字、日期時(shí)間等，而且還支持由這些簡(jiǎn)單類型生

14、成的復(fù) 雜類型。用戶可以直接描述數(shù)據(jù)類型，而不需要通過(guò)字符串來(lái)化成需要的類型。 此外 Schema支持對(duì)數(shù)據(jù)的限制，使得基于 XML的應(yīng)用具備結(jié)構(gòu)完整性。因此選用 Schema來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)。 XML文檔中最常見(jiàn)的元素、子元素和屬性可以對(duì)數(shù) 據(jù)庫(kù)進(jìn)行雙向的映射。3.3后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)及介紹CAPP工藝卡片類型繁多，如何將工藝卡片的數(shù)據(jù)保存到工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中是 一個(gè)難題。一種原始的方法就是在數(shù)據(jù)庫(kù)中為每張工藝卡片建立一張表。這 種方法易于實(shí)現(xiàn)， 缺點(diǎn)是將加大數(shù)據(jù)庫(kù)中表的數(shù)量。 一種可行的方法是將工藝卡 片中的不同區(qū)域抽象出來(lái)存儲(chǔ)。由于每張工藝卡片均可以看成是方框型單元格 的集合，按照區(qū)域分治的原則

15、對(duì)其進(jìn)行抽象，可以將一張卡片劃分成5個(gè)區(qū)域：表頭區(qū)、表中區(qū)、版本區(qū)、編校區(qū)和附件區(qū)。這樣只需在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立 5 張對(duì)應(yīng)的表，就可以將全部的工藝卡片中的數(shù)據(jù) 保存到工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中。工藝設(shè)計(jì)完成之后，必須保存工藝設(shè)計(jì)結(jié)果。 XML數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)有 2 種方式： 一種稱為“ Native XML數(shù)據(jù)庫(kù)”形式，即以 XML原始的格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；另 一種稱為“ XMLEnabled 數(shù)據(jù)庫(kù)”，其內(nèi)部不是以 XML格式存儲(chǔ)的，它包括 XML 文檔與它的源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的交換。對(duì)比 2種方式，前者存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是數(shù)據(jù)量 大，因而增加了檢索的難度；后者則減少了數(shù)據(jù)庫(kù)的容量，而且方便檢索，但是 增加了存儲(chǔ)過(guò)程的

16、難度。針對(duì)2種不同存儲(chǔ)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，系統(tǒng)采用一種綜合了兩者優(yōu)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)的 方式進(jìn)行存儲(chǔ)。這種方式類似“ Native XML數(shù)據(jù)庫(kù)”，大部分信息是以 XML 原 始格式存儲(chǔ)的， 將一些重要的關(guān)鍵信息抽取出來(lái)， 以字段的形式存儲(chǔ)。 表中區(qū)數(shù) 據(jù)量龐大，而且包括多行數(shù)據(jù)記錄，因此直接以 XML 的格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中； 版本區(qū)、編校區(qū)和表頭區(qū)的數(shù)據(jù)以字段的形式直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中； 附件區(qū)中包 含圖片信息，因而以 OLE對(duì)象的形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。利用這種存儲(chǔ)方式，不僅 減少了存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的難度，而且減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)擔(dān)，提高了檢索的效率。圖3所示為數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)工藝卡片 5個(gè)區(qū)域的表的關(guān)系圖。 CardHea

17、d存儲(chǔ)卡片 表頭區(qū)的數(shù)據(jù)， CardBody、CardAppdix 、CardEdition 和CardRevision 分別存儲(chǔ) 表中區(qū)、附件區(qū)、版本區(qū)和編校區(qū)的數(shù)據(jù)。在打開(kāi)一張保存過(guò)的工藝卡片時(shí)，系統(tǒng)首先讀取卡片的 CardHead信息，并根據(jù) CardHead中的編號(hào)值找到其余 4 張表 的信息，從而將整張工藝卡片的信息讀取出來(lái)。工藝卡片中的關(guān)鍵信息往往是匯總時(shí)檢索數(shù)據(jù)源的主要條件， 因此要求在設(shè) 計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表時(shí)應(yīng)使具有相同意義的名稱在數(shù)據(jù)庫(kù)表中的字段名相同， 以建立 工藝卡片之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 , 保證匯總及檢索的準(zhǔn)確性以及與其它 CIMS 系統(tǒng)的 集成。CAPP系統(tǒng)中利用 XML技術(shù)進(jìn)行客戶端與服務(wù)器端的信息交互，提高了系統(tǒng)的 交互效率。將工藝卡片的數(shù)據(jù)分成 5個(gè)部分存儲(chǔ)，大大減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)擔(dān)。在 SQL Server 2000 系統(tǒng)中引入對(duì) XML的支持，實(shí)現(xiàn) XML和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間正確的映 射，有助于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完整、準(zhǔn)確和可靠，可以方便、快捷地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù) 進(jìn)行檢索，為 CAPP系統(tǒng)中的信息集成提供了保障。參考文獻(xiàn)1.張振明、許建新等現(xiàn)代