基于實例的機床零件工藝設(shè)計

劉保華

摘 要：本文是采用基于實例的推理方法開發(fā)了機床零件CAPP系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括實例表示、實例管理和相似實例抽取等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：基于實例;機床零件;CAPP

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A

0 前言

CAPP是生產(chǎn)制造的重要組成部分，它是連接產(chǎn)品設(shè)計和加工的橋梁，它是一個具有豐富的經(jīng)驗性的決策過程，隨著制造環(huán)境的變化而變化。CAPP不僅是產(chǎn)品過程自動化和CAD與CAM連接的重要工具，企業(yè)不同部門可以通過它完成產(chǎn)品信息的交流，CAPP系統(tǒng)的生產(chǎn)信息同時傳遞到企業(yè)的管理和調(diào)度部門，因此CAPP在企業(yè)的生產(chǎn)自動化中起著不可替代的作用。

目前，智能型CAPP系統(tǒng)通常使用符號規(guī)則的表達方法和推導方法，但難免地存在一些不足之處，例如不容易獲取工藝知識，推理過程中的沖突等。人們把一種新的方法-CBR（基于實例的推理）技術(shù)應用到CAPP領(lǐng)域中去，CBR的關(guān)鍵思想是把過去的知識經(jīng)驗用來解決現(xiàn)在的問題[1-2]。

1 基于實例推理（CBR）介紹

1.1 推理過程

CBR的核心思想是在案例庫中訪問和調(diào)整過去類似問題的解決方法，而不是從頭開始，從而獲得當前問題的解決策略[3]。

（1）輸入需要加工零件的要求和有關(guān)信息。

（2）根據(jù)當前零件的要求和條件，從實例數(shù)據(jù)庫中搜索與當前問題相似的實例。

（3）按照實例匹配算法來獲取當前零件的工藝流程。

1.2 典型工藝

一般來說，工藝流程設(shè)計不是從零開始的。面對新的工藝設(shè)計要求，工程師通常會結(jié)合早期設(shè)計中出現(xiàn)的類似設(shè)計案例，發(fā)現(xiàn)它們之間的差異，并以此作為確定新設(shè)計方案的依據(jù)。CBR通過與標準設(shè)計準則的聯(lián)系，反映了人類知識推理過程時基于經(jīng)驗和學習的論證特點，找到了處理傳統(tǒng)知識問題的一種優(yōu)先方法。典型流程如圖1所示。

2 實例的表達和提取

實例是過去在特定設(shè)計要求下獲得的優(yōu)化結(jié)果或令人滿意的結(jié)果，它本身包含了大量的設(shè)計經(jīng)驗和知識，相似實例是具有相同屬性和屬性的實例或具有相似設(shè)計任務的實例。

如何構(gòu)建實例的分類、索引和動態(tài)記憶模型是第一步，在工藝設(shè)計領(lǐng)域，企業(yè)現(xiàn)有的工藝和圖紙反映了豐富的實踐經(jīng)驗，并顯示出與設(shè)想目標的許多相似之處，因此，在所有這些學習方法中，基于實例歸納的過程設(shè)計方法仍然是積極有效的。

2.1 實例的表達[4]

在CAPP系統(tǒng)中，實例通常由屬性描述部分和求解方法組成，前者主要用于搜索。在機床零件的加工過程中，描述零件屬性的屬性集，可分為定性部分和定量部分，后者通常指工藝規(guī)范。機床零件的加工工藝多，結(jié)構(gòu)復雜。為了實現(xiàn)實例的標準化表示，有必要對汽車零件進行分類，以實現(xiàn)實例的標準化表達。圖2是建立面向?qū)ο蟮臋C床零件工藝實例表達模型。

2.2 實例的提取[5]

數(shù)控加工中，刀具在起點和終點之間連續(xù)移動。因此，加工不同形狀或尺寸的機床零件時可以采用相同的刀具和切削參數(shù)，在提取相似工藝實例后，可以按照已有加工設(shè)備的信息對實例進行適當修改。例如使用同一刀具加工形狀相同的普通鋼和不銹鋼零件，可根據(jù)普通鋼和不銹鋼的不同切削參數(shù)制定相應的切削參數(shù)修改規(guī)則：

如果材料=不銹鋼材料

則切削深度保持不變

進給量一定

切割速度/1.4

2.3 工藝設(shè)計部分

工藝設(shè)計是系統(tǒng)的核心部分，它基于實例推理，包括零件特征編碼，工藝實例庫檢索，提取相似實例進行修改和編輯等功能。它還提供了良好的人機交互接口，在工藝設(shè)計過程中，系統(tǒng)可隨時調(diào)用資源庫來查詢機床的設(shè)備、刀具、工裝等情況，能夠充分利用企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備來完成新的零件的工藝設(shè)計工作。

2.4 工藝流程生成和反饋錯誤處理

如果通過實例庫沒有發(fā)現(xiàn)與要設(shè)計零件類似的實例，那么在工藝生成模塊中可以產(chǎn)生新的工藝流程規(guī)范。此外，工藝流程生成模塊還檢查工藝流程的一致性，以確保其準確性和完整性。如果加工出來的零件有錯誤，錯誤信息將反饋給系統(tǒng)，調(diào)整原始工藝規(guī)范，使加工零件符合設(shè)計要求。工藝文件是工藝設(shè)計的必要部分，主要包括工藝流程卡、工序卡和工步卡，可以選用合適的報表輸出工具。

3 基于實例的機床零件工藝輔助系統(tǒng)

對機床零件的工藝實例庫進行了一定程度的劃分，使實例知識模塊化，這一方法有利于數(shù)據(jù)庫的存儲和實現(xiàn)相似性計算方法。為了便于實例庫的管理和應用，更加符合實際的加工場景，基于實例的CAPP系統(tǒng)可以調(diào)用典型流程進行工藝流程設(shè)計，設(shè)計方法基于企業(yè)常用的典型工藝流程，采用分組編碼技術(shù)，功能描述方法可直接用于實例系統(tǒng)，具有更高的零件表達能力和更大的靈活性。圖3是一個基于實例的機床零件設(shè)計系統(tǒng)的基本原理示意圖。

4 結(jié)束語

基于實例的方法更適合于難以表達的經(jīng)驗性較強知識的問題，如機床零件加工技術(shù)，尤其是基于實例的知識表達方法促進了工藝流程設(shè)計系統(tǒng)的使用效能和工具性，可以開發(fā)出較為完善的機床零部件工藝系統(tǒng)。綜合利用了計算機圖形的處理技術(shù)，有效地利用了以往加工零件的工藝流程，繼承了工藝工程師的經(jīng)驗和知識，提高了工藝設(shè)計的質(zhì)量和水平，提高了制造部門設(shè)計工藝流程的效率。

參考文獻：

[1]王秀倫.現(xiàn)代工藝管理技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]黃國青，李建峰.CAPP系統(tǒng)中典型工藝知識的應用研究[J].機械科學與技術(shù)，2006（4）：455-457.

[3]鄧瑞清，蔡穎.基于實例推理在CAPP系統(tǒng)開發(fā)中的應用[J].農(nóng)機化研究，2005（6）：241-243.

[4]劉長安，楊志宏.基于實例歸納的工藝設(shè)計知識獲取[J].中國機械工程，1998（1）：46-48+8.

[5]晁代章，王林琳.基于知識的CAPP中工藝知識管理與應用策略研究[J].制造業(yè)自動化，2007（6）：92-94.