農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)的零件工序參數(shù)式生成技術(shù)

屠立

摘要：從農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計對CAPP（Computer Aided Process Planning）系統(tǒng)要求的角度，提出了零件工序參數(shù)式生成的實現(xiàn)關(guān)鍵。定義了工藝卡內(nèi)容間的約束關(guān)系和擴充工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分析了工藝數(shù)據(jù)的信息獲取途徑，引入了智能化語句合成技術(shù)，并基于約束關(guān)系模型實現(xiàn)了工藝內(nèi)容的參數(shù)式實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機產(chǎn)品；CAPP（Computer Aided Process Planning）；參數(shù)式；工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；語句合成

中圖分類號：TP391.7 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：0439-8114（2014）01-0208-03

Parts Process Parametric Generation of CAPP System for Agricultural

Machinery Products

TU Li

（Department of Mechanical Engineering， Zhejiang Mechanical & Electrical College， Hangzhou 310053， China）

Abstract： The key implement of parts process parametric generation was presented from the angle of CAPP system design requirement for agricultural machinery products. The constraint relations between process card contents and the extended process data structure were defined， the information achieving approach to process data was analyzed， the intelligent statement synthesis technique was introduced， and the parametric implement methods for process contents based on constraint relation model were realized.

Key words： agricultural machinery product； Computer Aided Process Planning（CAPP）； parametric； process data structure； statement synthesis

收稿日期：2013-06-25

基金項目：2011年浙江省博士后科研項目擇優(yōu)資助項目

作者簡介：屠 立（1966-），男，陜西西安人，教授，博士，從事產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、制造業(yè)信息化的研究，（電話）0571-87773069（電子信箱）

tu_li22@aliyun.com。

采用參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，目前的農(nóng)機企業(yè)可以基于已有的成熟產(chǎn)品，通過對關(guān)鍵尺寸的修改產(chǎn)生新的設(shè)計，促進了企業(yè)產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準化，極大地縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期[1]。但由此引發(fā)出一個新的問題，即參數(shù)化的設(shè)計必然要求有參數(shù)化的工藝與之相適應(yīng)，使得設(shè)計尺寸數(shù)據(jù)的改動能夠觸發(fā)現(xiàn)有工藝的自動修改，生成相應(yīng)的新工藝，以進一步縮短農(nóng)機產(chǎn)品的制造準備周期。而每一張工藝卡片都是工藝師創(chuàng)造性勞動的結(jié)晶，在農(nóng)機產(chǎn)品的工藝設(shè)計過程中，應(yīng)能借鑒已有的成熟工藝，對它進行一些修改與完善，快速高效地得到新的工藝卡片用于指導(dǎo)生產(chǎn)。同時，工藝設(shè)計本身是一個多變量非線性深度大反饋的系統(tǒng)，其不確定的因素很多[2]。工藝人員在編制零件工藝時難免要對零件的工藝尺寸進行調(diào)整，參數(shù)式的CAPP（Computer Aided Process Planning）系統(tǒng)可以自動觸發(fā)與之相關(guān)聯(lián)的工藝內(nèi)容，如車間、設(shè)備、工裝、工時等，對它們進行自動調(diào)整，并實時地反映在工藝人員面前，為他們提供工藝決策的支持[3]。

1 農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)參數(shù)式工序生成的實現(xiàn)關(guān)鍵

傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)之所以不支持參數(shù)化設(shè)計，關(guān)鍵在于它們對工藝卡內(nèi)容描述的單一性，即只孤立地記錄了工藝卡各組成部分的內(nèi)容，如產(chǎn)品代號、材料、加工方法、工步內(nèi)容、設(shè)備工裝、工時定額等。它們彼此之間缺乏任何關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)沒有反映出它們之間本應(yīng)具有的約束關(guān)系。實現(xiàn)CAPP參數(shù)式工序生成的關(guān)鍵是建立工藝卡組成內(nèi)容之間的約束關(guān)系，具體見圖1。

1.1 擴充的工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)采用一套擴充的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存實現(xiàn)零件的參數(shù)式特征信息。這些零件特征信息包括：幾何特征，如零件的尺寸規(guī)格；加工特征，如加工方法、加工精度；材料特征，如零件材料、毛坯件數(shù)；求解特征，如工時求解方式；其他特征，如附加因數(shù)等。

1.2 工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息獲取途徑

獲得零件特征信息的主要途徑見圖2。

1）零部件明細表。從零部件明細表中可以獲得零件件號、件數(shù)、材料牌號等信息，即直接從CAD系統(tǒng)將零部件明細表信息通過中間數(shù)據(jù)文件自動轉(zhuǎn)入CAPP系統(tǒng)。

2）零部件編碼。系統(tǒng)采用計算機輔助編碼方式，利用“向?qū)А保╓izard）技術(shù)自動生成零部件編碼。根據(jù)零部件編碼可以確定零件族，從而確定零件的加工工序等內(nèi)容。

3）對話框交互輸入。由于CAD特征自動提取技術(shù)尚不完善，完全依靠從CAD系統(tǒng)自動獲取零件加工特征是不現(xiàn)實的。因此在CAPP系統(tǒng)中可采用對話框[4]參數(shù)式交互輸入獲得一些必要的加工特征信息，輸入界面見圖3。由于這些特征信息都保存在系統(tǒng)的擴充數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，所以當(dāng)用戶修改工藝參數(shù)時可以直接在對話框中方便地進行改動，而無需重新輸入。

4）CAD系統(tǒng)的幾何特征輸入。CAPP系統(tǒng)可采用COM技術(shù)，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關(guān)系模型的建立是實現(xiàn)參數(shù)式CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內(nèi)容中的敘述性文字轉(zhuǎn)化為具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)意義的參數(shù)數(shù)據(jù)，并直接為其他CAX系統(tǒng)和企業(yè)ERP等系統(tǒng)所共享。此外，修改工藝任何參數(shù)即可自動得到新的工步內(nèi)容，從某種意義上來說，實現(xiàn)了工藝卡的參數(shù)化。

2 零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關(guān)系，農(nóng)機CAPP系統(tǒng)采用以下方法實現(xiàn)零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農(nóng)機產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎(chǔ)上進行增刪調(diào)整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設(shè)計得到的零件），工藝路線的確定主要根據(jù)設(shè)計人員的思路、各加工分廠的設(shè)備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統(tǒng)提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設(shè)計。

2.2 工藝過程內(nèi)容說明

工序內(nèi)容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員的工作。對工序內(nèi)容說明的分析可以發(fā)現(xiàn)，每一句說明雖然內(nèi)容不同，但抽象地看無非是以下內(nèi)容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數(shù)目：即零件的件數(shù)；加工的要求：如油漆次數(shù)等。

可見工序內(nèi)容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內(nèi)容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數(shù)目，加工要求）

一旦這些因素之一發(fā)生變化，必然地要引起“工序內(nèi)容說明”的更新與修改。

農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)通過智能化語句合成技術(shù)實現(xiàn)了“工序內(nèi)容說明”描述的規(guī)范、準確、簡潔、統(tǒng)一。所謂“智能化語句合成技術(shù)”就是指，根據(jù)不同工種事先設(shè)計一系列標(biāo)準的描述性的語句，設(shè)備、尺寸、件號、件數(shù)、材料、規(guī)格等都是這些標(biāo)準語句的參數(shù)，系統(tǒng)自動優(yōu)化組合成相應(yīng)的“工序內(nèi)容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設(shè)備、工裝

零件的加工設(shè)備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當(dāng)工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設(shè)備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應(yīng)的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結(jié)

農(nóng)機產(chǎn)品制造過程如何快速實現(xiàn)工藝卡的生成以完成生產(chǎn)準備是農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中的重要一環(huán)，在產(chǎn)品設(shè)計時若設(shè)計參數(shù)的修改能自動觸發(fā)與之相關(guān)聯(lián)的工藝內(nèi)容，并對它們進行自動調(diào)整，則產(chǎn)品設(shè)計結(jié)束后，即能獲得相應(yīng)工藝過程卡直接指導(dǎo)企業(yè)進行生產(chǎn)準備和生產(chǎn)，這樣將大大降低中間環(huán)節(jié)所需要的時間。本研究給出了零件工序參數(shù)式生成技術(shù)，有效地實現(xiàn)了通過參數(shù)修改而自動修改工序內(nèi)容，進而生成新的工藝規(guī)程。

參考文獻：

[1] 董家驤.計算機輔助工藝過程設(shè)計系統(tǒng)智能開發(fā)工具[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.

[2] 趙汝嘉.計算機輔助工藝技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[3] 黃長林，苑舉林，胡樹根，等.基于數(shù)據(jù)庫的參數(shù)式CAPP系統(tǒng)研究[J].機電工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于參數(shù)式數(shù)據(jù)的CAPP系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數(shù)據(jù)挖掘和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設(shè)計與制造，2010（1）：232-234.

（責(zé)任編輯 王曉芳）

4）CAD系統(tǒng)的幾何特征輸入。CAPP系統(tǒng)可采用COM技術(shù)，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關(guān)系模型的建立是實現(xiàn)參數(shù)式CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內(nèi)容中的敘述性文字轉(zhuǎn)化為具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)意義的參數(shù)數(shù)據(jù)，并直接為其他CAX系統(tǒng)和企業(yè)ERP等系統(tǒng)所共享。此外，修改工藝任何參數(shù)即可自動得到新的工步內(nèi)容，從某種意義上來說，實現(xiàn)了工藝卡的參數(shù)化。

2 零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關(guān)系，農(nóng)機CAPP系統(tǒng)采用以下方法實現(xiàn)零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農(nóng)機產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎(chǔ)上進行增刪調(diào)整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設(shè)計得到的零件），工藝路線的確定主要根據(jù)設(shè)計人員的思路、各加工分廠的設(shè)備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統(tǒng)提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設(shè)計。

2.2 工藝過程內(nèi)容說明

工序內(nèi)容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員的工作。對工序內(nèi)容說明的分析可以發(fā)現(xiàn)，每一句說明雖然內(nèi)容不同，但抽象地看無非是以下內(nèi)容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數(shù)目：即零件的件數(shù)；加工的要求：如油漆次數(shù)等。

可見工序內(nèi)容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內(nèi)容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數(shù)目，加工要求）

一旦這些因素之一發(fā)生變化，必然地要引起“工序內(nèi)容說明”的更新與修改。

農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)通過智能化語句合成技術(shù)實現(xiàn)了“工序內(nèi)容說明”描述的規(guī)范、準確、簡潔、統(tǒng)一。所謂“智能化語句合成技術(shù)”就是指，根據(jù)不同工種事先設(shè)計一系列標(biāo)準的描述性的語句，設(shè)備、尺寸、件號、件數(shù)、材料、規(guī)格等都是這些標(biāo)準語句的參數(shù)，系統(tǒng)自動優(yōu)化組合成相應(yīng)的“工序內(nèi)容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設(shè)備、工裝

零件的加工設(shè)備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當(dāng)工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設(shè)備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應(yīng)的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結(jié)

農(nóng)機產(chǎn)品制造過程如何快速實現(xiàn)工藝卡的生成以完成生產(chǎn)準備是農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中的重要一環(huán)，在產(chǎn)品設(shè)計時若設(shè)計參數(shù)的修改能自動觸發(fā)與之相關(guān)聯(lián)的工藝內(nèi)容，并對它們進行自動調(diào)整，則產(chǎn)品設(shè)計結(jié)束后，即能獲得相應(yīng)工藝過程卡直接指導(dǎo)企業(yè)進行生產(chǎn)準備和生產(chǎn)，這樣將大大降低中間環(huán)節(jié)所需要的時間。本研究給出了零件工序參數(shù)式生成技術(shù)，有效地實現(xiàn)了通過參數(shù)修改而自動修改工序內(nèi)容，進而生成新的工藝規(guī)程。

參考文獻：

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[4] 屠 立，王建林.基于參數(shù)式數(shù)據(jù)的CAPP系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數(shù)據(jù)挖掘和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設(shè)計與制造，2010（1）：232-234.

（責(zé)任編輯 王曉芳）

4）CAD系統(tǒng)的幾何特征輸入。CAPP系統(tǒng)可采用COM技術(shù)，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關(guān)系模型的建立是實現(xiàn)參數(shù)式CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內(nèi)容中的敘述性文字轉(zhuǎn)化為具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)意義的參數(shù)數(shù)據(jù)，并直接為其他CAX系統(tǒng)和企業(yè)ERP等系統(tǒng)所共享。此外，修改工藝任何參數(shù)即可自動得到新的工步內(nèi)容，從某種意義上來說，實現(xiàn)了工藝卡的參數(shù)化。

2 零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關(guān)系，農(nóng)機CAPP系統(tǒng)采用以下方法實現(xiàn)零件工序內(nèi)容的參數(shù)式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農(nóng)機產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎(chǔ)上進行增刪調(diào)整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設(shè)計得到的零件），工藝路線的確定主要根據(jù)設(shè)計人員的思路、各加工分廠的設(shè)備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統(tǒng)提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設(shè)計。

2.2 工藝過程內(nèi)容說明

工序內(nèi)容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員的工作。對工序內(nèi)容說明的分析可以發(fā)現(xiàn)，每一句說明雖然內(nèi)容不同，但抽象地看無非是以下內(nèi)容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數(shù)目：即零件的件數(shù)；加工的要求：如油漆次數(shù)等。

可見工序內(nèi)容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內(nèi)容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數(shù)目，加工要求）

一旦這些因素之一發(fā)生變化，必然地要引起“工序內(nèi)容說明”的更新與修改。

農(nóng)機產(chǎn)品CAPP系統(tǒng)通過智能化語句合成技術(shù)實現(xiàn)了“工序內(nèi)容說明”描述的規(guī)范、準確、簡潔、統(tǒng)一。所謂“智能化語句合成技術(shù)”就是指，根據(jù)不同工種事先設(shè)計一系列標(biāo)準的描述性的語句，設(shè)備、尺寸、件號、件數(shù)、材料、規(guī)格等都是這些標(biāo)準語句的參數(shù)，系統(tǒng)自動優(yōu)化組合成相應(yīng)的“工序內(nèi)容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設(shè)備、工裝

零件的加工設(shè)備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當(dāng)工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設(shè)備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應(yīng)的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結(jié)

農(nóng)機產(chǎn)品制造過程如何快速實現(xiàn)工藝卡的生成以完成生產(chǎn)準備是農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中的重要一環(huán)，在產(chǎn)品設(shè)計時若設(shè)計參數(shù)的修改能自動觸發(fā)與之相關(guān)聯(lián)的工藝內(nèi)容，并對它們進行自動調(diào)整，則產(chǎn)品設(shè)計結(jié)束后，即能獲得相應(yīng)工藝過程卡直接指導(dǎo)企業(yè)進行生產(chǎn)準備和生產(chǎn)，這樣將大大降低中間環(huán)節(jié)所需要的時間。本研究給出了零件工序參數(shù)式生成技術(shù)，有效地實現(xiàn)了通過參數(shù)修改而自動修改工序內(nèi)容，進而生成新的工藝規(guī)程。

參考文獻：

[1] 董家驤.計算機輔助工藝過程設(shè)計系統(tǒng)智能開發(fā)工具[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.

[2] 趙汝嘉.計算機輔助工藝技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[3] 黃長林，苑舉林，胡樹根，等.基于數(shù)據(jù)庫的參數(shù)式CAPP系統(tǒng)研究[J].機電工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于參數(shù)式數(shù)據(jù)的CAPP系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數(shù)據(jù)挖掘和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設(shè)計與制造，2010（1）：232-234.

（責(zé)任編輯 王曉芳）