人工智能技術(shù)在數(shù)控CAPP系統(tǒng)中的應(yīng)用

農(nóng)安鋒

摘要：數(shù)控加工技術(shù)在人機(jī)智能研究中具有顯著作用。根據(jù)人機(jī)一體化的基本思想，提出了人機(jī)智能數(shù)控CAPP系統(tǒng)。著重闡述了人機(jī)智能數(shù)控CAPP系統(tǒng)中的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)模塊、人機(jī)智能化決策模塊和數(shù)控加工方法模塊等組成部分。通過(guò)人機(jī)決策任務(wù)分配，將適合于計(jì)算機(jī)的決策任務(wù)交給計(jì)算機(jī)去做；將適合于人的決策任務(wù)交給人去做；適合于人機(jī)協(xié)同決策將共同完成。在人機(jī)智能數(shù)控CAPP系統(tǒng)中，數(shù)控加工工藝的知識(shí)獲取，采取人主機(jī)輔的策略；數(shù)控在線檢測(cè)系統(tǒng)，采用“機(jī)主人輔”策略實(shí)現(xiàn)；數(shù)控加工過(guò)程仿真等技術(shù)要人機(jī)智能決策來(lái)實(shí)現(xiàn)。人機(jī)智能數(shù)控CAPP系統(tǒng)具有人機(jī)交互功能、工藝規(guī)劃的實(shí)時(shí)智能技術(shù)和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：人工智能；數(shù)控CAPP系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)算機(jī)及控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)，朝著高速、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。智能化數(shù)控系統(tǒng)具有擬人智能特征，在數(shù)控系統(tǒng)中具有模擬、延伸、擴(kuò)展的智能行為的知識(shí)處理活動(dòng)。由于數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化機(jī)床，數(shù)控加工設(shè)計(jì)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，為了實(shí)現(xiàn)加工的穩(wěn)定性，同時(shí)又要保證質(zhì)量和安全，必須將人工智能技術(shù)引入到 CAPP系統(tǒng)中來(lái)。

1 CAPP系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP：Computer AidedProcessPlanning）是通過(guò)向計(jì)算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息（圖形）和加工工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過(guò)程。CAPP屬于工程分析與設(shè)計(jì)的范疇，是重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作之一。CAPP上接計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），下連計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），是設(shè)計(jì)與制造的中間環(huán)節(jié)，CAPP是實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵。目前的CAPP系統(tǒng)的工作原理、產(chǎn)品對(duì)象、規(guī)模大小不同而有較大的差異。 CAPP系統(tǒng)基本的構(gòu)成模塊如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 數(shù)控系統(tǒng)在線檢測(cè)

數(shù)控系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)主要是利用數(shù)控系統(tǒng)的監(jiān)控檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工件、刀具、冷卻、排屑、潤(rùn)滑等情況，為數(shù)據(jù)庫(kù)提供時(shí)間驅(qū)動(dòng)調(diào)度和資源分配算法，保證數(shù)控加工的正常運(yùn)行。在線監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：①在加工之前，檢測(cè)內(nèi)容包括工件、工裝的自動(dòng)定位，工件坐標(biāo)系及工件尺寸。②在加工過(guò)程中，檢測(cè)刀具的受力情況、磨損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)。③在加工結(jié)束后，對(duì)加工超差報(bào)警的記錄進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行分析。在面向數(shù)控加工的 CAPP 系統(tǒng)中，以人機(jī)交互式為基礎(chǔ)，以知識(shí)庫(kù)為核心，并采用動(dòng)態(tài)知識(shí)獲取等多種獲取方式，形成人機(jī)智能化CAPP 系統(tǒng)框架，滿足企業(yè)對(duì) CAPP 廣泛應(yīng)用與集成的需求。

2.2人機(jī)交互感知技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)與認(rèn)知心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)密切相關(guān)。在數(shù)控 CAPP系統(tǒng)中，人機(jī)交互技術(shù)主要是工藝設(shè)計(jì)人員與計(jì)算機(jī)的交互感知，主要體現(xiàn)在以下三方面：①工藝設(shè)計(jì)人員通過(guò)感覺器官感知制造系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種信息，為零件的初始工藝設(shè)計(jì)及之后的工藝規(guī)程修改提供依據(jù)；②計(jì)算機(jī)通過(guò)掃描儀、傳感器等物理設(shè)備感知圖紙、零件及數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)信息，并對(duì)其歸納整理，從中提取所需的信息為工藝設(shè)計(jì)所用；③計(jì)算機(jī)利用 CIMS集成系統(tǒng)感知有關(guān)工藝設(shè)計(jì)的信息，并對(duì)獲取的信息進(jìn)行加工處理，然后將其傳輸給工藝設(shè)計(jì)人員。通過(guò)人機(jī)交互感知，使系統(tǒng)獲得更準(zhǔn)確及更可靠的工藝設(shè)計(jì)信息。

2.3 知識(shí)獲取

知識(shí)獲取是將人類專家的知識(shí)轉(zhuǎn)換為專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)?，F(xiàn)代數(shù)控加工是一個(gè)基于知識(shí)和獲取知識(shí)的過(guò)程。在數(shù)控 CAPP 系統(tǒng)中，知識(shí)獲取的主要途徑有人工知識(shí)獲取、半自動(dòng)化知識(shí)獲取和自動(dòng)知識(shí)獲取。有些工藝知識(shí)比較復(fù)雜，如工序的選擇、特殊工序的安排、定位裝夾方案等，因?yàn)槠渚哂休^強(qiáng)的模糊性，因此采取“以人為主，機(jī)器為輔”的原則，實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取。自動(dòng)知識(shí)獲取主要是利用系統(tǒng)中的工藝知識(shí)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)獲取。同時(shí)，知識(shí)庫(kù)也需要不斷進(jìn)行更新，進(jìn)而不斷完善豐富知識(shí)。

3 知識(shí)庫(kù)的建立和管理

在面向數(shù)控的 CAPP 系統(tǒng)中，智能決策模塊主要通過(guò)工藝知識(shí)庫(kù)、工藝決策方法庫(kù)及綜合知識(shí)庫(kù)完成各種任務(wù)決策。系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)包括工藝設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)和工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1 工藝設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)

工藝設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)存放的是與工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的、包括數(shù)控加工尺寸精度的確定、數(shù)控加工工序安排、數(shù)控機(jī)床的選型、特殊數(shù)控加工工藝流程等操作規(guī)則。而工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是為處理后的數(shù)據(jù)提供存放空間。在工藝設(shè)計(jì)中，這些數(shù)據(jù)是屬于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可直接新建數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以從原有的外部文件中導(dǎo)入。

3.2知識(shí)庫(kù)的管理

知識(shí)庫(kù)的管理工作主要由 CAPP 系統(tǒng)來(lái)完成。知識(shí)庫(kù)的管理分為知識(shí)庫(kù)的測(cè)試和修改兩個(gè)方面。知識(shí)庫(kù)的修改指的是當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境改變時(shí)，用戶可以通過(guò)修改知識(shí)庫(kù)的方式對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行增刪或修改。而測(cè)試指的是在運(yùn)行實(shí)例中發(fā)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)的缺陷，并通過(guò)相關(guān)措施加以修改，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

人機(jī)智能數(shù)控 CAPP 系統(tǒng)的以人機(jī)交互技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)時(shí)智能技術(shù)，完成數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、工藝決策方法庫(kù)及加工資源庫(kù)等。具體如下：（1）工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。本系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)采用交互式工藝設(shè)計(jì)的方式，系統(tǒng)提供了工藝設(shè)計(jì)向?qū)б暂o助用戶進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)加工，并創(chuàng)建數(shù)控加工 BOM 樹，工藝設(shè)計(jì)向?qū)е槐４孀罱K的方案。它提供了工藝設(shè)計(jì)資料的查詢功能；為了滿足實(shí)際使用，需要對(duì)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行增刪等操作；此外系統(tǒng)還能夠?qū)?bào)表進(jìn)行輸出，打印各類工藝文件，包括各種工藝管理文件及工藝過(guò)程卡等。（2）工藝決策方法庫(kù)。工藝決策方法庫(kù)的管理包括對(duì)工藝決策方法的內(nèi)容進(jìn)行瀏覽及維護(hù)。常用的維護(hù)方式包括更新數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)及增加數(shù)據(jù)等。（3）加工資源庫(kù)。加工資源庫(kù)主要愛用于存儲(chǔ)數(shù)控加工制造信息。具體來(lái)說(shuō)，它包括材料信息，加工工藝操作流程，工藝術(shù)語(yǔ)，刀具、夾具、量具輔具等。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于CAPP系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)采取以人為中心，人機(jī)一體的技術(shù)路線，建立一種新型的面向人的CAPP人機(jī)一體化智能系統(tǒng)。人與計(jì)算機(jī)相互合作，各自執(zhí)行自己最擅長(zhǎng)的工作。人類智能與人工智能相互補(bǔ)充，共同感知，共同思維、協(xié)同決策，以合理的代價(jià)實(shí)現(xiàn)較高的智能，使CAPP系統(tǒng)達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和最佳的整體效益。

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