基于特征匹配的CAPP系統(tǒng)工藝派生方法設(shè)計(jì)與應(yīng)用

左畤廷 趙紫薇 賴小昆 黃長(zhǎng)春 魏興 岑林

（1.重慶南方制冷工程有限公司，重慶 400000；2.三峽大學(xué)馬克思主義學(xué)院，宜昌 443000）

1 前言

對(duì)大批量生產(chǎn)的零件，將所有工藝文件合理分類并高速調(diào)取，對(duì)典型的工藝快速識(shí)別，是節(jié)省加工時(shí)間、提高生產(chǎn)效率的保證，為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，需要針對(duì)零件做特征分類，根據(jù)零件特征方可在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行相似度匹配得到相似工程文件，本文針對(duì)氣門(mén)零件，使用MATLAB 完成氣門(mén)零件特征分類、相似度計(jì)算、分類儲(chǔ)存、快速匹配。

2 氣門(mén)特征的分類

氣門(mén)按結(jié)構(gòu)來(lái)分可以分為整體和局部2 個(gè)部分，也可細(xì)分為盤(pán)端面、盤(pán)外圓、盤(pán)錐面、頸部、桿部，每個(gè)局部都涉及加工的精度、尺寸、形狀以及表面處理[1]，分別分析氣門(mén)局部的精度特征、尺寸特征和形狀特征就能具體描述出氣門(mén)的形狀，再通過(guò)表面處理特征描述氣門(mén)局部硬度就能完全的描述氣門(mén)整體的狀態(tài)，所以將氣門(mén)按結(jié)構(gòu)分類，如表1 所示。

表1 氣門(mén)部位特征分類

2.1 氣門(mén)零件各個(gè)特征與機(jī)加工的關(guān)系

進(jìn)行零件特征匹配，能夠清楚的知道新零件與存庫(kù)零件的特征區(qū)別，但還不能明確的知道其涉及的具體機(jī)加工的區(qū)別，為了能夠更加方便的得到新零件的加工工藝，需要繼續(xù)分析零件特征的機(jī)加工方法。

氣門(mén)類別是進(jìn)氣門(mén)還是排氣門(mén)與氣門(mén)是實(shí)心或空心對(duì)氣門(mén)后續(xù)加工方法的影響是很大，但所要求的機(jī)加工方式和方法并不復(fù)雜，具體機(jī)加工如表2 所示。氣門(mén)工作的強(qiáng)度和環(huán)境決定了氣門(mén)所需要使用的材料，其對(duì)應(yīng)的機(jī)加工處理方式可以分為整體類、對(duì)焊類、桿端焊片類3 類。桿徑的大小決定了加工的精細(xì)程度，桿徑越大，氣門(mén)桿加工時(shí)越穩(wěn)定，而桿越細(xì)需要的加工的精度會(huì)越高，對(duì)細(xì)長(zhǎng)的桿加工會(huì)導(dǎo)致定位基準(zhǔn)的變換。盤(pán)外圓倒角的加工涉及角度的變化，編制合理的數(shù)控程序即可，但出現(xiàn)圓弧角時(shí)需要更換成圓弧車刀。盤(pán)錐面角度的問(wèn)題可以通過(guò)調(diào)整角度加上圓弧補(bǔ)償完成。

頸部成型面形狀涉及的機(jī)加工、形狀如圖1 所示。

圖1 頸部成型面

頸部成型面的形狀一共有5 種，每一種所對(duì)應(yīng)的頸部過(guò)渡錐角都不同，不同的錐角所對(duì)應(yīng)的盤(pán)厚也不同，要形成不同形狀的頸部成型面只要改變成對(duì)應(yīng)的頸部過(guò)渡錐角即可。

鎖夾槽是控制氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部分，對(duì)應(yīng)的特征主要是圓弧和槽的數(shù)目，對(duì)于圓弧的機(jī)加工方式主要是進(jìn)行車加工，要求的圓弧光滑度越高加工精度就越高，此處主要涉及的是精車和粗車，槽加工主要使用90°的車刀進(jìn)行車加工，多圓弧和多槽的機(jī)加工方法只需要加上車刀的定位即可。

其它部位的加工類似，總結(jié)為表2 所示（表面處理涉及的方法不做論述，對(duì)應(yīng)表面處理使用對(duì)應(yīng)方法）。

表2 氣門(mén)零件特征及機(jī)加工

續(xù)表

2.2 氣門(mén)零件的特征編碼

為方便計(jì)算機(jī)識(shí)別特征信息，現(xiàn)將所有零件特征和對(duì)應(yīng)機(jī)加工方法按局部特征的順序依次排列，并以此順序作為計(jì)算機(jī)識(shí)別碼，如表2 所示。

特征順尋識(shí)別碼如表2 所示，若給出一個(gè)氣門(mén)零件特征信息即可得到對(duì)應(yīng)的特征識(shí)別碼，以供計(jì)算機(jī)識(shí)別氣門(mén)零件信息。例如給出氣門(mén)零件特征為：進(jìn)氣門(mén)、實(shí)心、整體奧氏體、7.5～9.5 mm、＞16 mm、≤5.5 mm、≤3.5 mm、圓弧+角度、直線角、75°、形狀2、除碳槽在桿中部、三圓弧、角度+圓弧+角度、Ra≤0.25 μm、Rz≤1.255 μm、圓柱度＞0.005 mm、有錐度、Ra＞0.25 μm、Rz＞25 μm、無(wú)特殊處理、無(wú)特殊處理、氮化+淬火、無(wú)特殊處理。對(duì)應(yīng)的零件編碼就應(yīng)為：1112211413224412125339。

3 氣門(mén)零件族劃分和新零件相似度匹配方法

要完成氣門(mén)分組程序，需要有氣門(mén)零件分組的知識(shí)，然后將知識(shí)代碼化。

3.1 氣門(mén)零件族劃分

3.1.1 成組技術(shù)方法概論

零件分類的主要方法有3 種：編碼分類法、生產(chǎn)流程分析法、視檢法[2]。

生產(chǎn)流程分析法，在研究生產(chǎn)過(guò)程特別是從原材料到產(chǎn)品的物料過(guò)程有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但在研究對(duì)象品種多、工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，分析法也會(huì)變的極其復(fù)雜。氣門(mén)對(duì)于其他零部件而言，有著結(jié)構(gòu)相似的特點(diǎn)，正好可以使用此種分析方法，下面運(yùn)用的是生產(chǎn)流程分析法中的聚類分析法對(duì)氣門(mén)零件零件族分類。

生產(chǎn)流程分析法的主要實(shí)施步驟如下。

a.數(shù)據(jù)采集；

b.工藝過(guò)程編碼；

c.建立原始零件——機(jī)床數(shù)據(jù)矩陣表；

d.生產(chǎn)流程分析。

具體問(wèn)題具體分析，c 步驟中建立原始零件-機(jī)床數(shù)據(jù)矩陣表在對(duì)應(yīng)的聚類分析法中可以使用2 個(gè)零件之間的相似度系數(shù)（類相似系數(shù)）來(lái)代替。

3.1.2 聚類分析法分組

相似系數(shù)的取值：相似系數(shù)是描述2 個(gè)樣品之間相似度的統(tǒng)計(jì)量。2 個(gè)氣門(mén)之間的相似度的值就是相似度系數(shù)。相似系數(shù)計(jì)算方法下一節(jié)會(huì)詳細(xì)描述，此間不再贅述。

類相似系數(shù)的取值：若現(xiàn)已分好2 個(gè)類分別有nw及ne個(gè)零件，此時(shí)要將2 類零件聚類成為一個(gè)新族r，新的族r與其他族q之間的類相似系數(shù)Srq的計(jì)算見(jiàn)公式（1）。

式中，Swq、Seq分別是原來(lái)類w與類q的類相似系數(shù)。

此方法的程序框圖如圖2 所示。

圖2 聚類算法程序流程

氣門(mén)零件聚類分析步驟如下。

a.假設(shè)對(duì)n個(gè)零件進(jìn)行聚類分析，他們兩兩之間的相似度用Sij進(jìn)行表示。建立相似度矩陣，如表3 所示。

表3 相似度矩陣

b.找到相似度最高的S值，如果S＞0.7(相似度閾值)，將S對(duì)應(yīng)的2 個(gè)零件歸為新的一組n+1 組，計(jì)算新組和其他零件的類相似系數(shù)，形成新的相似系數(shù)矩陣。

假設(shè)相似度最大值為Sn-1,2，則將零件n-1 與零件2 歸為n+1 組。

新的n+1 組與其他零件q之間的類相似系數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（2）。

由于編程問(wèn)題，對(duì)零件聚類方法做了一些改變，如若覺(jué)得繁復(fù)可以參考原方法《成組技術(shù)》，如圖3 所示[3]。

圖3 聚類分組算法實(shí)現(xiàn)[3]

建立迭代后的新類相似度矩陣，如表4 所示。

表4 類相似度矩陣

c.重復(fù)步驟b，直至S（相似度閾值）＜0.7 為止，期間所產(chǎn)生的分組即為聚類分組結(jié)果。

3.1.3 聚類分析算法實(shí)現(xiàn)

根據(jù)表2 列出所有零件的特征編碼信息，每個(gè)零件的特征編碼信息用數(shù)組的形式儲(chǔ)存，將零件1與零件2（數(shù)組1 與數(shù)組2）中每個(gè)特征編碼信息代入公式3、公式4 得到其相似度S2，1，以此類推得到零件兩兩之間的相似度，按順序填入表3 之中建立相似系數(shù)矩陣，檢索出相似矩陣中的最大值Smax并判斷最大值是否大于閥值S（0.7）。是則將對(duì)應(yīng)兩個(gè)零件分為一組并代入公式2 修正系數(shù)矩陣，重新檢索相似矩陣中的最大值Smax重復(fù)循環(huán)，直至Smax小于閥值S（0.7）結(jié)束循環(huán)，并反饋出所有分類的結(jié)果。

4 新零件基于特征的相似度匹配

要實(shí)現(xiàn)零件進(jìn)行特征匹配后不僅返回出數(shù)據(jù)庫(kù)中最相似的零件而且將相對(duì)應(yīng)機(jī)加工方法也反映出來(lái)，首先要實(shí)現(xiàn)的是基于零件特征的相似度匹配工作。

氣門(mén)零件擁有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝較少、品種多樣的特點(diǎn)，根據(jù)氣門(mén)零件的特征能夠較為容易地寫(xiě)出氣門(mén)的工藝流程，所以相似度匹配的核心就放在了對(duì)于不同品種的氣門(mén)進(jìn)行相同特征的統(tǒng)計(jì)，特征相同的數(shù)目多就意味著氣門(mén)越相似[4]。

4.1 相似度權(quán)重賦予

若按每個(gè)氣門(mén)特征進(jìn)行權(quán)重的賦予，會(huì)使整個(gè)氣門(mén)特征計(jì)算相似度時(shí)顯的繁瑣復(fù)雜，加大了工作量而且容易混淆。如若將特征歸類簡(jiǎn)化成對(duì)氣門(mén)各個(gè)部位（盤(pán)端面、盤(pán)錐面、頸部、桿部）分別賦予權(quán)重，不能體現(xiàn)對(duì)于氣門(mén)精度、氣門(mén)尺寸、表面處理等情況不同對(duì)氣門(mén)工藝流程產(chǎn)生的影響，如此分配權(quán)重會(huì)顯的結(jié)果模糊不清。既然氣門(mén)尺寸、表面處理、精度等能夠比較清晰的分析出對(duì)氣門(mén)工藝的影響，不妨就按尺寸特征、表面處理特征、精度特征、形狀特征、材料特征進(jìn)行分類，如表5 所示。

表5 特征分類

在權(quán)重賦予中氣門(mén)的類型、結(jié)構(gòu)不必考慮，氣門(mén)結(jié)構(gòu)分為空心氣門(mén)和實(shí)心氣門(mén)，如果工藝處理中用刀具對(duì)氣門(mén)進(jìn)行鉆孔形成空心，氣門(mén)的各方面的屬性就會(huì)大幅變化，特別是氣門(mén)材料屬性中應(yīng)力的變換，必然使隨后工藝流程不同，所以氣門(mén)結(jié)構(gòu)不同對(duì)氣門(mén)工藝的影響太大，不同的氣門(mén)結(jié)構(gòu)的氣門(mén)沒(méi)有可比性。氣門(mén)類型不同對(duì)工藝的影響上文以清晰表述，這2 個(gè)特征不用分配權(quán)重，直接當(dāng)做判斷條件即可，如若是不同的氣門(mén)結(jié)構(gòu)或者是不同的氣門(mén)類型則氣門(mén)不進(jìn)行相似度比較。

經(jīng)過(guò)分類的特征屬性對(duì)于氣門(mén)工藝的影響是不同的，材料特征屬性由于材料的選擇不同，會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)硬度、質(zhì)地不同，不同的硬度質(zhì)地的材料加工時(shí)刀具的選擇都會(huì)有變化，對(duì)整個(gè)工藝流程的影響是很大的，屬于較大權(quán)重的第1 個(gè)級(jí)別。形狀特征是局部特征，形成面的加工特征就有5 種，5種不同的特征加工方法也有很大的區(qū)別，盤(pán)端面凹槽形狀也是5 種，平底凹槽能夠減少氣流阻力，反圓弧有很好的廢氣清潔功能，兩者的加工方法完全不同，平底凹槽車削即可完成，但反圓弧產(chǎn)生球形部分受力面積增大，質(zhì)量慣性同比增大，工藝更加復(fù)雜，形狀特征屬性對(duì)于機(jī)加工的方法影響極大，權(quán)重也放在第1 個(gè)級(jí)別。精度特征屬性涉及氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的磨損和閉合性，在機(jī)加工中主要影響粗加工、精加工、半精加工的選擇，雖然對(duì)與氣門(mén)功能影響較大，但在加工部分影響并不太大，所以權(quán)重大小放在第2 位。尺寸特征屬性對(duì)氣門(mén)機(jī)加工的主要影響還是在于定位基準(zhǔn)的選擇，影響程度并不大，權(quán)重大小應(yīng)該放在第3 位。表面處理特征屬性中氣門(mén)不同部位對(duì)于表面處理的需求不同，雖然對(duì)于氣門(mén)功能影響較大，但也只屬于局部屬性，對(duì)整個(gè)氣門(mén)機(jī)加工影響不大，權(quán)重大小也放在第3 位。

由上述分析結(jié)果，分別給予形狀特征屬性、材料特征屬性、精度特征屬性、表面處理特征屬性、尺寸特征屬性的權(quán)重值分別為0.3、0.3、0.2、0.1、0.1。

4.2 相似度的計(jì)算

以精度特征屬性計(jì)算為例，精度特征屬性中有盤(pán)錐面粗糙度、桿外圓形位公差、桿外圓錐度、桿外圓粗糙度4 種不同的子屬性特征，記為Njd=4。

零件對(duì)比時(shí)，需要分別對(duì)比4 個(gè)子屬性是否相同，如果1 個(gè)子屬性相同則記njd=1，2 個(gè)子屬性相同則記為njd=2，以此類推。

精度部分的相似度Sjd計(jì)算見(jiàn)公式（3）。

若2 個(gè)零件除了桿外圓形位公差相同，其它均不同，則njd=1，那么精度部分的相似度就是1/4。

以此類推把各個(gè)部分的相似度都對(duì)比計(jì)算出來(lái)，乘以對(duì)應(yīng)權(quán)重（權(quán)重用K表示）。尺寸特征、表面處理特征、精度特征、形狀特征、材料特征的相似度分別為Scc、Sbm、Sjd、Sxz、Scl?？傁嗨贫扔?jì)算見(jiàn)公式（4）。

值得注意的是，材料特征屬性只有一類特征屬性，但在材料特征屬性具體特征中整體馬氏體、整體奧氏體的機(jī)加工重合部分較多，整體氣門(mén)的成型技術(shù)和工藝相同，后續(xù)工藝大同小異，所以不能說(shuō)這兩類完全不同，其他類似的情況還有對(duì)焊操作的材料。所以材料部分分為3 大類：整體、對(duì)焊、桿端焊片，如果材料加工的大類相同則相似度為0.6，比如同為一個(gè)整體，但一個(gè)為整體馬氏體、一個(gè)為整體奧氏體，相似度為：Scl=0.6。

4.3 相似度匹配算法實(shí)現(xiàn)

利用MATLAB 為基礎(chǔ)，將氣門(mén)零件特征通過(guò)計(jì)算機(jī)編碼的形式輸入并使用大量IF（條件判斷語(yǔ)句）對(duì)兩氣門(mén)進(jìn)行相似度判斷如圖4 所示，根據(jù)相對(duì)應(yīng)公式得出答案。

圖4 相似度匹配算法代碼

4.4 零件特征屬性對(duì)應(yīng)的機(jī)加工算法實(shí)現(xiàn)

任意的輸入一個(gè)新的零件，與上一章成組技術(shù)已經(jīng)分好的組別進(jìn)行相似度匹配，將與之相似度最高組別的特征信息與輸入零件特征信息對(duì)比，標(biāo)出不同特征，并反映出不同特征所對(duì)應(yīng)的機(jī)加工的信息，具體代碼如圖5 所示。

圖5 零件特征對(duì)應(yīng)機(jī)加工代碼

5 氣門(mén)零件族劃分與特征比對(duì)原型系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

5.1 開(kāi)發(fā)背景

目前，重慶某公司研發(fā)的氣門(mén)零件CAPP 系統(tǒng)雖然能夠按要求運(yùn)行，但由于汽車行業(yè)的進(jìn)步改革，氣門(mén)行業(yè)制造類型、制造工藝也隨之變化，企業(yè)主要生產(chǎn)的氣門(mén)零件也會(huì)隨之變化，CAPP 系統(tǒng)中的典型零件庫(kù)應(yīng)隨時(shí)更新，為了實(shí)現(xiàn)CAPP 系統(tǒng)對(duì)行業(yè)變化的適應(yīng)能力，開(kāi)發(fā)了原系統(tǒng)的補(bǔ)充系統(tǒng)氣門(mén)零件族劃分與特征比對(duì)原型系統(tǒng)，以達(dá)到隨時(shí)更新典型零件庫(kù)以及更加便捷的設(shè)計(jì)新氣門(mén)零件的工藝文件。

5.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為了解決輸入零件標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題以及利用及計(jì)算機(jī)輔助來(lái)方便的得出相似匹配的結(jié)果，以MATLAB 為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了零件族劃分與計(jì)算新零件相似度的系統(tǒng)。

系統(tǒng)分為2 個(gè)主要功能，第1 個(gè)功能是零件族劃分，通過(guò)輸入多組氣門(mén)零件的特征，對(duì)輸入的零件進(jìn)行聚類分組最后得出分組結(jié)果。第2 個(gè)功能是氣門(mén)零件的相似比對(duì)，通過(guò)輸入新的氣門(mén)零件與已經(jīng)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的典型零件進(jìn)行相似度的比較，得出相似度最大的氣門(mén)零件并將不相同的特征的標(biāo)紅并機(jī)加工方式調(diào)出。

其中零件標(biāo)準(zhǔn)化的輸入通過(guò)Switch 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，加上GUI（圖形用戶界面）的面板和單選按鈕可以實(shí)現(xiàn)界面輸入，具體代碼如圖6 所示，實(shí)現(xiàn)界面如圖7 所示。

圖6 零件標(biāo)準(zhǔn)輸入

圖7 零件標(biāo)準(zhǔn)輸入界面實(shí)現(xiàn)

5.3 分組程序應(yīng)用過(guò)程

為達(dá)到某公司隨時(shí)更新典型零件庫(kù)的要求，現(xiàn)隨機(jī)輸入5 組氣門(mén)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣門(mén)零件族劃分，以驗(yàn)證程序正確性并進(jìn)行程序運(yùn)行演示，具體特征數(shù)據(jù)如表6 所示。

將5 組氣門(mén)零件輸入計(jì)算機(jī)，分組程序運(yùn)行結(jié)果如圖8 所示。

圖8 分組結(jié)果

氣門(mén)5、氣門(mén)3 被為6 組，氣門(mén)4、氣門(mén)1 為7 組。最終結(jié)果為3 組：第1 組：氣門(mén)5、氣門(mén)3，第2 組：氣門(mén)1、氣門(mén)4，第3 組：氣門(mén)2。

根據(jù)氣門(mén)特征信息，分別計(jì)算兩兩零件的相似 度。S2,1=0.453 6、S3,1=0.185 7、S3,2=0.528 6、S4,1=0.744 3、S4,2=0.471 4、S4,3=0.203 6、S5,1=0.321 5、S5,2=0.621 4、S5,3=0.764 3、S5,4=0.253 6，建立相似度矩陣，如表7所示。

表7 相似度矩陣

取最大值S5,3=0.764 3，S5,3＞0.7(相似度閾值)，將S對(duì)應(yīng)的氣門(mén)5、氣門(mén)3 分6 組，計(jì)算新組和其他零件的類相似系數(shù)，形成新的相似系數(shù)矩陣。

新的6 組與其他零件q之間的類相似系數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（5）。

計(jì)算結(jié)果為S6,1=0.253 6、S6,2=0.575 0、S6,3=0.000 0、S6,4=0.228 6、S6,5=0.000 0，根據(jù)結(jié)果建立新的類相似度矩陣，如表8 所示。

表8 類相似度矩陣

取最大值S4,1=0.744 3，S4,1＞0.7(相似度閾值)，將S對(duì)應(yīng)的氣門(mén)1、氣門(mén)4 分為7 組，計(jì)算新組和其他零件的類相似系數(shù)，形成新的相似系數(shù)矩陣。

新的7 組與其他零件q之間的類相似系數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（6）。

計(jì)算結(jié)果為S7,1=0.000 0、S7,2=0.462 5、S7,3=0.000 0、S7,4=0.000 0、S7,5=0.000 0、S7,6=0.241 1，根據(jù)結(jié)果建立新的類相似度矩陣，如表9 所示。

表9 類相似度矩陣

取最大值S6,2＜0.575 0，S6,2＜0.7(相似度閾值)，無(wú)0.7 以上值，分組結(jié)束。

分組結(jié)果：第1 組，氣門(mén)5、氣門(mén)3；第2 組，氣門(mén)1、氣門(mén)4；第3 組，氣門(mén)2。與計(jì)算機(jī)程序計(jì)算結(jié)果相同。

5.4 新零件的特征匹配

由于氣門(mén)零件信息不足，難以拿到大量企業(yè)實(shí)際數(shù)據(jù)，新零件匹配所比對(duì)的典型零件庫(kù)是由20 個(gè)氣門(mén)零件分組形成的9 組典型零件，因庫(kù)存數(shù)據(jù)過(guò)低，在特征匹配時(shí)只提取相似度最大值，而不去設(shè)定最小相似度。輸入新零件與9 組典型零件對(duì)比相似度分別用S1,1、S2,1、S3,1、S4,1、S5,1、S6,1、S7,1、S8,1、S9,1表示。

輸入新零件的特征，零件輸入過(guò)程如圖9所示。

圖9 零件特征輸入

計(jì)算機(jī)特征計(jì)算結(jié)果如圖10 所示，與新零件最相似的典型零件為第4 組零件，相似度為0.585 7，并將典型零件4 與新零件不同特征標(biāo)紅，提出新零件需要改進(jìn)的工藝步驟。

圖10 計(jì)算結(jié)果

由公式（4）分別計(jì)算出9 個(gè)典型零件與新零件相似度的值。

式中，Scc、Sbm、Sjd、Sxz、Scl分別為尺寸特征、表面處理特征、精度特征、形狀特征、材料特征的相似度。乘以對(duì)應(yīng)權(quán)重（權(quán)重用K表示）。

新零件與典型零件1，材料完全不同，Scl=0，尺 寸1 處相同，ncc=1，Scc=1/4，形 狀5 處相同，nzx=5，Scc=5/7，精度3 處相同，njd=3，Sjd=3/4，表面處理2 處相同nbm=2，Sbm=2/4。由公式（7）經(jīng)計(jì)算得，S1,1=0.496 4。以此類推算出9 個(gè)典型零件與新零件的相似度，計(jì)算結(jié)果為S1,1=0.439 3、S2,1=0.221 4、S3,1=0.421 4、S4,1=0.585 7、S5,1=0.465 7、S6,1=0.496 4、S7,1=0.285 7、S8,1=0.271 4、S9,1=0.353 6，由計(jì)算結(jié)果可知與新零件最相似的零件為第4 組典型零件，與計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果相符合，新零件與典型零件的對(duì)比如表10所示。

表10 特征表

5.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.5.1 氣門(mén)特征分組

將工程文件配套儲(chǔ)存的氣門(mén)零件按特征輸入50 組氣門(mén)數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)，分為19 組。結(jié)果如圖11

圖11 分組結(jié)果

5.5.2 零件的匹配

輸入新氣門(mén)零件數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配得到結(jié)果如圖12 所示。

5.5.3 運(yùn)用結(jié)果

經(jīng)過(guò)測(cè)試應(yīng)用后，測(cè)試結(jié)果如表11 所示。發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)大量氣門(mén)零件數(shù)據(jù)成組分組后得到典型氣門(mén)零件，按分組的結(jié)果對(duì)氣門(mén)零件工藝文件、工程文件進(jìn)行儲(chǔ)存，可以針對(duì)特征快速?gòu)南到y(tǒng)中找出原先氣門(mén)零件數(shù)據(jù)，解決了對(duì)冗雜數(shù)據(jù)不易保存和查找的問(wèn)題。對(duì)于新產(chǎn)品的氣門(mén)零件，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)比對(duì)可以從庫(kù)中找出最相似的氣門(mén)零件，如圖12 所示，只需要對(duì)相應(yīng)部分進(jìn)行適當(dāng)修改就可以上線生產(chǎn)，極大的減少了設(shè)計(jì)人員重復(fù)工作的時(shí)間。

圖12 相似結(jié)果

表11 氣門(mén)零件的平均設(shè)計(jì)時(shí)間改善前后效果對(duì)比 h

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)查閱、學(xué)習(xí)成組技術(shù)的概念方法、相似度計(jì)算改進(jìn)方法，應(yīng)用于氣門(mén)零件的零件族劃分、氣門(mén)特征比對(duì)中，實(shí)現(xiàn)了氣門(mén)零件高效快速的進(jìn)行零件族劃分與特征比對(duì)。學(xué)習(xí)了MATLAB 的編程方法與GUI 界面的實(shí)現(xiàn)方法，最終實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)計(jì)算機(jī)算法與系統(tǒng)的可視化運(yùn)行。

對(duì)于氣門(mén)零件分組程序的開(kāi)發(fā)代碼部分還是過(guò)于復(fù)雜，目前只能支持50 組數(shù)據(jù)的同時(shí)輸入并且不能記錄數(shù)據(jù)，新零件匹配程序中零件特征屬性對(duì)應(yīng)的機(jī)加工的表還不夠詳盡，新零件進(jìn)行匹配后會(huì)得到最相似零件的特征但是程序中并沒(méi)有寫(xiě)入相似零件的控制計(jì)劃，目前狀態(tài)編寫(xiě)新工藝文件還無(wú)從談起，必須與現(xiàn)氣門(mén)零件CAPP 系統(tǒng)中的工藝文件知識(shí)庫(kù)連接才能真正的完成新氣門(mén)零件的工藝文件設(shè)計(jì)。本文并未涉及加工余量的計(jì)算，存在改進(jìn)的部位如何對(duì)具體的新零件加工余量的具體數(shù)值進(jìn)行設(shè)置的問(wèn)題。

針對(duì)上述存在的不足，期望可以將原型系統(tǒng)中加入氣門(mén)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和典型氣門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)將氣門(mén)零件分組程序處理過(guò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)入典型零件庫(kù)以供相似度匹配時(shí)調(diào)出運(yùn)用，并將知識(shí)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的工藝文件與新進(jìn)入典型零件庫(kù)中的零件進(jìn)行對(duì)接才能在匹配之后進(jìn)一步完成新零件的工藝文件，后續(xù)研究方向?yàn)殛P(guān)于加工余量的計(jì)算。