炮尾的智能式工藝路線設(shè)計方法研究

孫勝利，郝　博，梁振剛，劉　明

(1.沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽110159；2.遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院，遼寧 丹東118009)

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炮尾的智能式工藝路線設(shè)計方法研究

孫勝利1，郝博2，梁振剛1，劉明1

(1.沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽110159；2.遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院，遼寧 丹東118009)

摘要：以三維CAD軟件和智能式工藝設(shè)計為平臺，提出一種炮尾的智能式工藝路線設(shè)計方法.通過智能式工藝路線設(shè)計系統(tǒng)，首先利用在三維CAPP系統(tǒng)中二次開發(fā)的專家系統(tǒng)工具ESDK，將領(lǐng)域內(nèi)專家的知識與經(jīng)驗封裝于專家系統(tǒng)中，通過推理實現(xiàn)工藝路線的智能式設(shè)計；其次基于三維CAD-CAPP平臺進行工藝方案設(shè)計，將工藝設(shè)計結(jié)果保存到工藝信息庫，并以工藝文件的形式進行輸出；最終完成炮尾的智能式工藝路線設(shè)計.

關(guān)鍵詞：炮尾；CAPP；專家系統(tǒng)；智能工藝路線設(shè)計

隨著信息化數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，以CAPP為平臺的工藝設(shè)計技術(shù)得到了普及和大力發(fā)展.工藝作為設(shè)計與制造的中間環(huán)節(jié)，在整個產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中起著舉足輕重的作用.20 世紀 70 年代中后期，美國學者首次提出了智能式 CAPP系統(tǒng).該系統(tǒng)的主要思想是根據(jù)輸入的零件信息，通過一定的邏輯推理、公式和算法自動生成零件的工藝規(guī)程.然而，制造過程的離散性、產(chǎn)品的復雜性和多樣性、制造環(huán)境的差異性等因素，導致其工藝設(shè)計過程非常復雜.國內(nèi)的張金遠[1]提出了一種基于成組技術(shù)和零件特征的智能型CAPP系統(tǒng)，對零件的創(chuàng)成給出了OPTZI編碼和特征組合相結(jié)合的零件信息輸入方法.

傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)基于二維CAD系統(tǒng),在生成工序卡片方面,雖然具有提取工序圖的功能，但當CAD模型更改時,難以自動更新工序圖形. 而利用三維CAD-CAPP集成系統(tǒng)和智能式工藝路線設(shè)計系統(tǒng)則不僅可以擺脫以上不足，而且減少了人的參與度，簡化工藝設(shè)計過程，從而提高了工藝設(shè)計效率.

炮尾作為復雜武器系統(tǒng)火炮的一個重要組成部分[2]，主要用于安裝炮閂，發(fā)射時與炮閂一起閉鎖炮膛并連接身管和反后坐裝置.鑒于炮尾的幾何形狀較復雜[3]，本文對一些細微特征如凸臺、小孔、倒角等進行了隱藏和抑制.

在CAPP二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，提取基于三維零件模型的專家系統(tǒng)工藝信息，通過知識推理得出最優(yōu)的工藝路線，可完成炮尾智能式工藝路線設(shè)計.

基于三維CAD-CAPP[4]集成系統(tǒng)的工藝設(shè)計方案、工藝規(guī)劃技術(shù)，通過對CATIA和Office二次開發(fā)，實現(xiàn)工藝卡片中工序簡圖和工藝要求的可視化瀏覽與修改，可完成智能式工藝路線的文件輸出.炮尾的智能式工藝路線總體設(shè)計方案如圖1所示.

圖1　總體設(shè)計方案

1炮尾智能式工藝路線設(shè)計

炮尾按其結(jié)構(gòu)分為楔式和螺式炮尾.

本文以一種立楔式炮尾為研究對象驗證整個技術(shù)方案的可行性.智能式工藝路線設(shè)計系統(tǒng)通過VBScript對CAPP進行二次開發(fā)完成工藝路線的智能式設(shè)計.首先創(chuàng)建腳本引擎對象(VBScript腳本引擎)，并設(shè)置必要的參數(shù)，然后裝入腳本文件，再啟動引擎，使引擎進入連接狀態(tài)(即運行腳本狀態(tài))，通過點擊在工藝編輯菜單中生成的加載項即Menu_ESDK來完成啟動操作.在引擎連接狀態(tài)，當激發(fā)特定的事件時，腳本文件中相應的事件控制函數(shù)會被執(zhí)行.腳本文件包含實現(xiàn)用戶指定功能的程序代碼.系統(tǒng)采用的Sub過程包含一組在Sub和End Sub 語句之間的VBScript語句.通過COM接口可建立應用程序和腳本引擎之間的關(guān)系.其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2　二次開發(fā)結(jié)構(gòu)

智能式工藝路線設(shè)計采用專家系統(tǒng)開發(fā)工具ESDK[5].基于目標分析及推理機制的知識庫和推理機是專家系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和驅(qū)動力.加工工藝知識庫中存儲著大量的標準加工方法和規(guī)范，以及制造工藝領(lǐng)域?qū)＜邑S富的經(jīng)驗知識.知識庫結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3　知識庫結(jié)構(gòu)

從知識庫中選擇可匹配的規(guī)則，最終可完成對炮尾工藝路線的智能式生成.首先，建立框架，框架主要包括零件名稱、毛坯信息、零件主要設(shè)計參數(shù)、零件結(jié)構(gòu)特征、加工方法推理、炮尾的表面加工和輸出結(jié)果；其次，表達方法，主要是用來控制推理過程的；最后，建立規(guī)則，指選擇一種標準[6].

對XTCAPP二次開發(fā)，使其在工藝文件編輯模塊中打開專家系統(tǒng)工具ESDK.圖4為炮尾智能式專家系統(tǒng)設(shè)計界面.點擊加載工程，輸入毛坯的基本信息(包括毛坯形狀、毛坯材料)，零件的基本信息(包括零件基本尺寸、結(jié)構(gòu)特征等)，零件的主要設(shè)計參數(shù)，選擇的加工方法等，然后選擇編譯與推理，得出工藝路線，并以Word形式輸出結(jié)果.

2炮尾工藝設(shè)計方案

2.1炮尾工藝路線規(guī)劃

基于炮尾模型的工藝規(guī)劃技術(shù)通過規(guī)劃工藝路線、產(chǎn)品工藝子系統(tǒng)設(shè)計，可輸出工藝文件.工藝路線規(guī)劃以三維工藝設(shè)計BOM展開，包括工藝路線定制、工藝路線編輯、工藝路線管理、制造BOM等.

2.1.1工藝路線定制

它主要是對工藝路線進行定制和維護，包括建立模版，管理子單元，屬性集定制.編輯工藝路線模板，序號由系統(tǒng)自動生成，分類號為模板分類的序號，對話框右部分從“子單元”到“刪除”按鈕都是用來修改模板組成的.組成單元內(nèi)容為子單元或模板，直接從子單元或模板列表里選擇.組成單元順序可以自由調(diào)換、刪除.

圖4　智能式專家系統(tǒng)設(shè)計界面

工藝路線子單元管理，用來快速創(chuàng)建工藝路線的子單元.子單元管理功能可以在任意節(jié)點上實現(xiàn).

通過上述工藝路線的設(shè)置和查詢，就可以完成工藝路線的定制.

2.1.2工藝路線編輯與管理

三維CAPP系統(tǒng)提供了多工藝路線和子工藝路線編輯，能夠調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、參數(shù)表、編碼等模塊.

初始界面會顯示當前選中零部件下的所有路線，支持多路線，支持子路線，而且會根據(jù)BOM樹上當前選中零部件的變化而更新.子路線包括單純的子路線、子單元與子路線結(jié)合兩種方式.選擇炮尾工藝路線，點擊編輯頁面“擴展”按鈕，彈出子單元屬性集編輯器，對子單元的工藝進行各種設(shè)置和編輯.

進入圖5所示的工藝路線編輯界面，在“新建-子單元結(jié)構(gòu)樹”中選擇所需的工藝，或者通過已建立的工藝路線模板(典型工藝路線)，在其基礎(chǔ)上修改，生成產(chǎn)品的工藝路線.對于相似零部件工藝路線，可通過典型工藝路線快速建立，避免了重復性勞動，提高了效率.

2.2產(chǎn)品工藝設(shè)計子系統(tǒng)

目前企業(yè)所用的基于二維圖工序模型的CAPP系統(tǒng)，其中的二維圖可以瀏覽，但卻不能編輯.因此，需要對CAPP系統(tǒng)中工藝文件編輯模塊進行二次開發(fā)(圖6)，采用三維產(chǎn)品模型雙向驅(qū)動模式，在CAPP系統(tǒng)中打開三維CAD平臺查看三維模型的同時，實現(xiàn)對模型的編輯和修改，進而完成對CAPP系統(tǒng)中工序模型的修改.

通過對CATIA、Office軟件二次開發(fā)，利用OLE(Object Linking and Embedding)技術(shù)即可實現(xiàn)在三維工藝卡片中直接對工序簡圖、工藝要求的瀏覽和修改.OLE自動化的工作方式是：通訊被動方(CATIA、Office)應用程序向通訊主動方(CAPP)提供一個可供調(diào)用的OLE自動化對象類型，OLE客戶機即CAPP通過引用這些對象實現(xiàn)對OLE服務器即CATIA、Office的調(diào)用，然后通過設(shè)置對象的屬性和使用對象的方法操縱OLE服務器應用程序，完成兩者之間的通訊.

在產(chǎn)品工藝設(shè)計子系統(tǒng)中，工序簡圖、工藝要求和源文件互不影響，達到“所改即所得”的效果.OLE應用于CAPP系統(tǒng)，實現(xiàn)了工藝設(shè)計中工序圖與工序內(nèi)容的相輔相成，解決了CAPP系統(tǒng)中“圖”與“文”相統(tǒng)一的問題[7].對工藝文件的修改，需要對用戶授權(quán)才可.用戶是指系統(tǒng)的使用者，類似于操作系統(tǒng)的用戶概念.

圖5　工藝路線編輯與管理

圖6　三維工藝設(shè)計子系統(tǒng)

2.3炮尾工藝文件輸出

企業(yè)使用的工藝文件(如機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片、鍛造工藝卡片等)應轉(zhuǎn)換成CAPP系統(tǒng)能夠識別的文件模板.經(jīng)過定制的工藝文件模板，可以在編輯模塊中直接調(diào)用、編輯，并生成相應的工藝文件.

通過定制工藝文件，既滿足了不同行業(yè)、企業(yè)的標準需要；又使工藝人員能夠在熟悉的文件格式上完成工藝文件編制任務.

定制工藝文件模板之前，首先要劃分卡片的標題區(qū)和明細區(qū).標題區(qū)是指需輸入某些特定屬性信息的表頭填寫框；明細區(qū)是指某一類數(shù)據(jù)信息按一定順序或者屬性，匯總在一起形成的一種列表關(guān)系.用戶可根據(jù)工藝文件的需要自行定義各區(qū)域為何種類型.

三維CAD-CAPP系統(tǒng)提供了強大易用的工藝文件編輯及工藝卡片生成功能[8]，可以完成新建/打開工藝卡片、插入特殊符號以及調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)等各項工作，最終完成三維產(chǎn)品的編輯.將生成的工藝卡片集中成冊，進行排序、設(shè)置統(tǒng)一的編碼、優(yōu)化排版、集中輸出，并打印.

3結(jié)束語

與傳統(tǒng)方法相比,本文提出的工藝信息處理方法實現(xiàn)了三維CAD與CAPP有效信息集成,當零件模型改動時,通過人工簡單輔助操作，相關(guān)工藝信息隨之更新,保證了數(shù)據(jù)的一致性;同時,所有零件工藝信息直接保存在 Oracle 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中,而不需開辟另外的存儲文件,保證了數(shù)據(jù)的完整性.另外,零件信息描述簡明、完整,用戶操作方便；通過對CAPP二次開發(fā)，利用專家系統(tǒng)工具完成炮尾的智能式工藝路線設(shè)計；基于三維CAD-CAPP通過對工藝文件定制與編輯，輸出工藝文件，為以后車間組織生產(chǎn)管理和指導生產(chǎn)提供依據(jù).

參考文獻:

[1]張金遠.基于成組技術(shù)的智能型 CAPP 系統(tǒng)的研究[D].天津:河北工業(yè)大學，2005.

[2]趙旅.炮尾炮閂結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化及穩(wěn)健設(shè)計[D].南京：南京理工大學，2008.

[3]翟建龍.某滑炮尾強度有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計[J].機械管理開發(fā),2006(2),15-16.

[4]Chu X N,Tso S K,Tu Y L.A Novel Methodology for Computer-Aided Process Planning[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2000,16(10):714-719.

[5]殷方雷.基于知識集成的工藝設(shè)計技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽理工大學,2011.

[6]鄧燕麗.彈箭三維工藝設(shè)計及仿真[D].沈陽：沈陽理工大學,2014.

[7]王東，劉智瓊.OLE技術(shù)及其在基于Delphi平臺上CAPP系統(tǒng)中的應用[J].計算技術(shù)與自動化,1998,17(3):145-147.

[8]姜北北.基于全三維模型工藝設(shè)計技術(shù)[D].沈陽：沈陽理工大學，2013.

收稿日期：2015-12-23

基金項目：遼寧省教育廳科學技術(shù)研究資助項目(L2014076)

作者簡介：孫勝利(1989-)，男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向為數(shù)字化網(wǎng)絡化設(shè)計與制造.

文章編號：1006-3269(2016)02-0011-05

中圖分類號：TP391.7

文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.02.003

Study on Design Method of the Intelligent Process Route of the Cannon Tail

SUN Sheng-li1,HAO Bo2,LIANG Zhen-Gang1, LIU Ming1

(1.School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China;2.Liaoning Mechatronics College, Dandong 118009,China)

Abstract：At present, most methods of information processing in CAPP system are developed by the two dimensional CAD platform. The process chart and CAD are non relational, which can not be realized by using these methods to realize the sharing and organic integration of CAPP and CAD system information. In this paper, a kind of intelligent process route design method based on 3D CAD software and intelligent process design is presented. Through the intelligent process route design system, the expert system tool ESDK which is used in the two development of the CAPP system is encapsulated in the expert system. The intelligent design of the process route is realized by the inference engine. Secondly, based on the 3D CAD-CAPP platform, the process design is saved to process information database and export by the way of technological document and finally finishes the intelligent process route of the canon tail.

Key words:cannon tail; CAPP; expert system; intelligent process route design