计算机辅助工艺过程设计方案课件

1、计算机辅助工艺过程设计方案课件计算机辅助工艺过程设计方案课件发展现状发展现状设计对象的变化、涉及的工艺范围、系统功能设计对象的变化、涉及的工艺范围、系统功能由由“孤岛孤岛”到到“集成集成”、系统设计上、系统设计上系统开发上：系统开发上：CAPPCAPP的研究开始注重工艺基本数据结的研究开始注重工艺基本数据结构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向从整个产品工艺设计的角度，为工艺动生成，转向从整个产品工艺设计的角度，为工艺设计人员提供辅助工具，同时为企业的信息化建设设计人员提供辅助工具，同时为企业的信息化建设服务。这直接导致了服务。这直

2、接导致了CAPPCAPP软件产品的迅速发展，产软件产品的迅速发展，产生了人机交互为主的新一代生了人机交互为主的新一代CAPPCAPP工具系统，并在企工具系统，并在企业实际应用中取得了良好的成效。业实际应用中取得了良好的成效。问题问题虽然经过了二十年的发展历程，但至今虽然经过了二十年的发展历程，但至今仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和企业实施推广企业实施推广CIMSCIMS的瓶颈所在。的瓶颈所在。究其原因，传统究其原因，传统CAPPCAPP过分强调对零件信过分强调对零件信息的自动获取，过份强调工艺决策的自息的自动获取，过份强调工艺决策的自动化。动化。成功应用成功

3、应用CAPPCAPP的企业还不多见。的企业还不多见。通用通用CAPPCAPP的难度的难度涉及的范围广，用到的信息量大涉及的范围广，用到的信息量大不同企业、不同制造环境、不同产品类不同企业、不同制造环境、不同产品类型、不同生产管理模式、产品工艺信息型、不同生产管理模式、产品工艺信息模型及其表现形式（工艺卡片格式）、模型及其表现形式（工艺卡片格式）、工艺设计知识不尽相同工艺设计知识不尽相同同一企业、同一制造环境，随着工艺水同一企业、同一制造环境，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其表现形式、工艺设计工艺信息模型及其表现形式、工艺设计知识可能

4、发生变化知识可能发生变化随着随着CAPPCAPP集成化的要求及应用水平的提高，对集成化的要求及应用水平的提高，对CAPPCAPP的的功能会提出更高的要求功能会提出更高的要求随着随着CAPPCAPP工作平台的改变，工作平台的改变，CAPPCAPP的应用需求也会发的应用需求也会发生变化生变化上述因素中的任何变化，都将导致工艺设计方案的改上述因素中的任何变化，都将导致工艺设计方案的改变，因此说工艺在各个方面都充满着变，因此说工艺在各个方面都充满着“个性个性”通用通用CAPPCAPP的难度的难度意义意义可以代替工程师繁重的劳动，工艺人员可以代替工程师繁重的劳动，工艺人员可以更多地投入工艺试验和工艺攻关

5、，可以更多地投入工艺试验和工艺攻关，而且可以保证工艺设计的一致性、规范而且可以保证工艺设计的一致性、规范化，有利于推进工艺的标准化化，有利于推进工艺的标准化提高工艺过程设计的效率和质量、缩短提高工艺过程设计的效率和质量、缩短生产准备周期，提高生产率生产准备周期，提高生产率减少工艺过程设计费用及制造费用减少工艺过程设计费用及制造费用在在CIMSCIMS中，中，CAPPCAPP是连接是连接CADCAD与与CAMCAM的桥梁。的桥梁。CIMSCIMS环境下的环境下的CAPPCAPPCAPPCAPPCADCADCAMCAMCAQCAQMASMASCATCATMISMIS一般的工艺编制过程一般的工艺编制

6、过程工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件品零件按设计白图、零件清单进行工艺会审（工艺评按设计白图、零件清单进行工艺会审（工艺评定、工艺试验），制定工艺方案，按零件清单定、工艺试验），制定工艺方案，按零件清单划分工艺路线划分工艺路线按设计蓝图、零件清单编制工艺规程，选择加工按设计蓝图、零件清单编制工艺规程，选择加工方法，排出加工工序过程，选择各工序的加工余方法，排出加工工序过程，选择各工序的加工余量、参数、刀具、工艺装备，绘制必要的工序简量、参

7、数、刀具、工艺装备，绘制必要的工序简图，编制工艺卡片，计算工时定额，材料定额，图，编制工艺卡片，计算工时定额，材料定额，编制工装汇总、工艺关键件明细表、外协件明细编制工装汇总、工艺关键件明细表、外协件明细表、焊接件明细表、锻件明细表、热处理明细表表、焊接件明细表、锻件明细表、热处理明细表等工艺文件。等工艺文件。一般的工艺编制过程一般的工艺编制过程工艺过程设计的内容工艺过程设计的内容毛坯的选择及毛坯图生成毛坯的选择及毛坯图生成定位夹紧选择定位夹紧选择加工方法选择加工方法选择加工顺序安排（先后顺序、工序、工位、工步、加工顺序安排（先后顺序、工序、工位、工步、走刀等）走刀等）通用机床、刀具、夹具、量

8、具等工艺装备选择通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备选择工艺参数计算：切削用量、加工余量、时间定额工艺参数计算：切削用量、加工余量、时间定额专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出的提出工艺文件的输出工艺文件的输出工艺过程设计的内容工艺过程设计的内容典型的复杂问题典型的复杂问题工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息

9、，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。工艺因素错综复杂，工艺理论又惯等方面的信息。工艺因素错综复杂，工艺理论又不成熟，因此说工艺是一个典型的复杂问题。不成熟，因此说工艺是一个典型的复杂问题。CAPPCAPP系统的基本组成系统的基本组成产品设计信息输入产品设计信息输入 人机交互输入人机交互输入 直接从直接从CADCAD系统读去系统读去工艺决策工艺决策 修订式方法修订式方法 生成式方法生成式方法产品工艺信息输出产品工艺信息输出CAPPCAPP系统中零

10、件信息描述系统中零件信息描述零件分类编码法零件分类编码法 优点：简单、直观优点：简单、直观 缺点：不能详细描述零件缺点：不能详细描述零件零件表面元素描述法零件表面元素描述法零件特征描述法零件特征描述法CAPPCAPP系统原理与开发应用系统原理与开发应用交互式交互式CAPPCAPP系统系统 交互式交互式CAPPCAPP系统采用人机对话的方式基于标系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行工艺设计，工艺规程的设准工步、典型工序进行工艺设计，工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。计质量对人的依赖性很大。变异型变异型CAPPCAPP系统系统变异型变异型CAPPCAPP系统亦称派生式系统亦称派生式C

11、APPCAPP系统。它是利用成系统。它是利用成组技术将工艺设计对象按其相似性（例如，零件按组技术将工艺设计对象按其相似性（例如，零件按其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能和装配工艺相似性等）分类成组（簇），为每一组和装配工艺相似性等）分类成组（簇），为每一组（簇）对象设计典型工艺，并建立典型工艺库。当（簇）对象设计典型工艺，并建立典型工艺库。当为具体对象设计工艺时，为具体对象设计工艺时，CAPPCAPP系统按零件（部件或系统按零件（部件或产品）信息和分类编码检索相应的典型工艺，并产品）信息和分类编码检索相应的典型工艺，并根据具体对象的结构和工

12、艺要求，修改典型工艺，根据具体对象的结构和工艺要求，修改典型工艺，直至满足实际生产的需要。直至满足实际生产的需要。创成型创成型CAPPCAPP系统系统创成式创成式CAPPCAPP系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它是从无到有自动生成具体对象的工艺过程设计的，它是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。规程。创成式创成式CAPPCAPP系统工艺决策时不需人工干预，因此易系统工艺决策时不需人工干预，因此易于保证工艺规程的一致性。但是，由于工艺决策随于保证工艺规程的一致性。但是，由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等因素，对于结构制造环境变化的多变

13、性及复杂性等因素，对于结构复杂、多样的零件，实现创成式复杂、多样的零件，实现创成式CAPPCAPP系统非常困难。系统非常困难。综合式综合式CAPPCAPP系统系统综合式综合式CAPPCAPP是将派生式、创成式和交互式是将派生式、创成式和交互式CAPPCAPP的优的优点集为一体的系统。目前，国内很多点集为一体的系统。目前，国内很多CAPPCAPP系统采系统采用这类模式。用这类模式。CAPPCAPP专家系统专家系统CAPPCAPP专家系统是一种基于人工智能技术的专家系统是一种基于人工智能技术的CAPPCAPP系系统，也称智能型统，也称智能型CAPPCAPP系统。系统。专家系统和创成式专家系统和创成

14、式CAPPCAPP系统都以自动方式生成工艺系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式规程，其中创成式CAPPCAPP系统是以逻辑算法加决策表系统是以逻辑算法加决策表为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的。的。应用情况应用情况CAPP CAPP 类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来看，以派生式为基础的看，以派生式为基础的CAPPCAPP设计方法较为适用，其设计方法较为适用，其主要原因是正在开展或准备推行主要原因是正在开展或准备推行CAPPCAPP的工厂大都为的工厂大都为几十年以上的老厂，产品种类比较固定

15、，发展方向几十年以上的老厂，产品种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制定出派生式完善，可制定出派生式CAPPCAPP系统需要的产品典型工系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。艺和确定各工艺要素的规则知识。应用情况应用情况而一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的而一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的大量的行之有效的工艺方案弃之不用，在系统的开大量的行之有效的工艺方案弃之不用，在系统的开发技术、开发费用及系统

16、开发的耗费时间等诸方面发技术、开发费用及系统开发的耗费时间等诸方面将会出现极大的困难，使将会出现极大的困难，使CAPPCAPP系统难以见效、普系统难以见效、普及和推行，更难以实现及和推行，更难以实现CAPPCAPP系统软件的商品化。系统软件的商品化。 修订式修订式CAPPCAPP系统的结构系统的结构零件族零件族搜索搜索标题数标题数据输入据输入标准工艺标准工艺路线路线检索文件检索文件工序计划工序计划检索编辑检索编辑零件族零件族矩阵文件矩阵文件零件分零件分类代码类代码标准工艺标准工艺路线文件路线文件工序工序计划文件计划文件工艺规程工艺规程存贮存贮工艺规程工艺规程格式格式输出装置输出装置工艺工艺规程

17、规程修订式修订式CAPPCAPP系统的开发系统的开发选择分类编码系统选择分类编码系统划分零件族划分零件族编制标准工艺规程编制标准工艺规程标准工艺规程数据库结构设计标准工艺规程数据库结构设计系统程序设计、编码、调试与试运行系统程序设计、编码、调试与试运行修订式修订式CAPPCAPP系统的应用系统的应用零件编码零件编码检索所属零件族检索所属零件族调出标准工艺规程调出标准工艺规程编辑、修订、补充编辑、修订、补充存储、打印存储、打印生成式生成式CAPPCAPP系统原理系统原理将人们设计工艺过程时用的推理与决策方法转换成将人们设计工艺过程时用的推理与决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码

18、，从计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺规程。而依靠系统决策，自动生成零件的工艺规程。生成式生成式CAPPCAPP系统原理系统原理零件输入零件输入零件识别零件识别工艺创成工艺创成输出工艺文件输出工艺文件工艺工艺数据库数据库规则库规则库事实库事实库动态动态数据库数据库生成式生成式CAPPCAPP系统的开发系统的开发明确零件对象及应用环境明确零件对象及应用环境零件结构与工艺分析零件结构与工艺分析建立基础数据库建立基础数据库工艺决策模型及功能实现模型的建立工艺决策模型及功能实现模型的建立系统程序设计、编码、调试与运行系统程序设计、编码、调试与运行工艺决策模型

19、化工艺决策模型化工艺过程设计各阶段的决策是多种多样的，既工艺过程设计各阶段的决策是多种多样的，既包括加工方法选择、加工设备选择等各类选择包括加工方法选择、加工设备选择等各类选择性问题，又包括工序安排、工序排序、工步安性问题，又包括工序安排、工序排序、工步安排等规划性决策，同时也包括工序尺寸计算、排等规划性决策，同时也包括工序尺寸计算、工时定额计算等计算性问题。工时定额计算等计算性问题。选择性问题：反向设计法。一是从后往前逐个选择性问题：反向设计法。一是从后往前逐个选择加工工序的方法；一是直接选择出特征的选择加工工序的方法；一是直接选择出特征的加工工序序列加工工序序列计算性问题：可以建立数学模型

20、计算性问题：可以建立数学模型决策性问题：无成熟的解决方法，许多决策性问题：无成熟的解决方法，许多CAPPCAPP系统都在系统都在限定的条件下给出决策模型限定的条件下给出决策模型工艺决策模型化工艺决策模型化工艺决策逻辑判定树与判定表工艺决策逻辑判定树与判定表判定树（决策树）判定树（决策树）由结点和分支（边）构成，常用结点表示一次测由结点和分支（边）构成，常用结点表示一次测试（判断），得出的结论或拟采取的动作一般放试（判断），得出的结论或拟采取的动作一般放在终端结点（叶子结点）上。在终端结点（叶子结点）上。分支（边）连接两次测试。测试条件得到满足分支（边）连接两次测试。测试条件得到满足时，则沿分支

21、向前传递，以实现逻辑与（时，则沿分支向前传递，以实现逻辑与（ANDAND）的关系；的关系；判定树判定树若测试条件不满足时则转向出发结点的另一分支，若测试条件不满足时则转向出发结点的另一分支，以实现逻辑或（以实现逻辑或（OROR）的关系。）的关系。最后，由树的根结点到终端结点的一条路径可最后，由树的根结点到终端结点的一条路径可以表示一条决策规则。以表示一条决策规则。判定树表示简单、直观，很容易将它直接转换成判定树表示简单、直观，很容易将它直接转换成逻辑流程图，并用程序设计语言中的逻辑流程图，并用程序设计语言中的“IFIFTHENTHEN.ELSE.ELSE”的结构实现。的结构实现。判定树判定树表

22、面表面孔孔位置度位置度沟槽沟槽铣铣内螺纹内螺纹攻丝攻丝0.25 位置度位置度精镗精镗位置度位置度精镗精镗公差公差公差公差公差公差半精镗半精镗公差公差0.25公差公差钻钻公差公差孔加工方法的判定树孔加工方法的判定树判定表（决策表）判定表（决策表）直径直径12TTTTFFFFFFFF12直径直径25FFFFTTTTTFFF2550FFFFFFFFF位置度位置度0.05FFFFFFTFF0.050.25TTFFTTFFFT公差公差0.05FFTFFTTFFT0.050.25TFFTFFFFTFF钻孔钻孔111111111111铰孔铰孔2半精镗半精镗2222精镗精镗23223323快速返回快速返回34

23、34CAPPCAPP工艺决策专家系统工艺决策专家系统专家系统专家系统(Expert System)(Expert System)是一种在特定领域内具有专家水平的计算机程序系统，是一种在特定领域内具有专家水平的计算机程序系统，它将人类专家的知识和经验以知识库的形式存入计算它将人类专家的知识和经验以知识库的形式存入计算机，并模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程，机，并模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程，运用这些知识和经验对现实中的问题作出判断和决策。运用这些知识和经验对现实中的问题作出判断和决策。专家系统特点专家系统特点专家系统所要解决的是复杂而专门的问题。专家系统所要解决的是复杂而专门

24、的问题。专家系统突出了知识的价值。专家系统突出了知识的价值。专家系统采用的是人工智能的原理与技术，如符专家系统采用的是人工智能的原理与技术，如符号表示、符号推理、启发式搜索等，这是与一般号表示、符号推理、启发式搜索等，这是与一般的数据处理系统的不同之处。的数据处理系统的不同之处。专家系统注重于知识本身而不是确定的算法，专家系统注重于知识本身而不是确定的算法，专家系统的优劣很大程度上取决于它所具有的专家系统的优劣很大程度上取决于它所具有的专门知识，因此也被称为知识基系统专门知识，因此也被称为知识基系统(Knowledge (Knowledge Based System)Based System)

25、。专家系统结构专家系统结构人机接口人机接口解释机构解释机构推理机推理机知识获取知识获取动态动态数据库数据库知识库知识库工艺决策知识获取工艺决策知识获取知识获取就是抽取领域知识并将其形式化的过程。知识获取就是抽取领域知识并将其形式化的过程。它被公认为是专家系统建造中的它被公认为是专家系统建造中的“瓶颈瓶颈”问题。问题。知识获取的方法步骤：分析、讨论、提问、整理知识获取的方法步骤：分析、讨论、提问、整理与概括。与概括。工艺知识表示工艺知识表示知识表示知识表示( (Knowledge Representation)Knowledge Representation)，就是以就是以一定的形式对所获取的领

26、域知识进行规范化表一定的形式对所获取的领域知识进行规范化表示，即知识的符号化过程。示，即知识的符号化过程。目前常用的知识表示方法有规则、框架、谓词逻辑、目前常用的知识表示方法有规则、框架、谓词逻辑、语义网络等。语义网络等。基于规则的知识表示基于规则的知识表示规则表示的一般形式为：规则表示的一般形式为： IF IF THEN THEN IF 特征是孔特征是孔 AND 孔径孔径20 AND 精度等级精度等级=7 AND 精度等级精度等级=0.8 AND 表面粗糙度表面粗糙度THEN 选择加工链选择加工链 钻钻扩扩铰铰框架是一种描述事物形态或概念的数据结构。框架是一种描述事物形态或概念的数据结构。框

27、架表示是将关于对象、事件、状况等在语义上有框架表示是将关于对象、事件、状况等在语义上有联系的知识显式地抽象出来，并将其结构化的表示联系的知识显式地抽象出来，并将其结构化的表示方法方法框架由框架名和槽组成，具有如下的基本数据结构：框架由框架名和槽组成，具有如下的基本数据结构： （ ) () ()1) ( ()2)基于框架的知识表示基于框架的知识表示一把铣刀可用框架表示为一把铣刀可用框架表示为 1 1号铣刀号铣刀 直径直径:20:20 刃长刃长:40:40 底齿转角半径底齿转角半径:1:1 刀具材料刀具材料: :高速钢高速钢基于框架的知识表示基于框架的知识表示语义网络语义网络所谓语义网络实际上是一

28、种基于网络结构来表示所谓语义网络实际上是一种基于网络结构来表示知识的方法，也就是说它是知识的图解表示。知识的方法，也就是说它是知识的图解表示。它是由节点和连接节点间的弧（带箭头的线）所它是由节点和连接节点间的弧（带箭头的线）所组成。组成。节点可用来表示各种事物、概念、属性及实体等，而节点可用来表示各种事物、概念、属性及实体等，而弧表示所连节点间的关系。弧表示所连节点间的关系。语义网络语义网络车床语义网络车床语义网络机床机床车床车床C620最大回转直径最大回转直径200mmPart ofPart ofInstance ofInstance ofIs a工艺决策知识的组织与管理工艺决策知识的组织与

29、管理工艺决策涉及大量的知识，因此必须合理地安排这工艺决策涉及大量的知识，因此必须合理地安排这些知识，并建立起逻辑上的联系，即知识的组织问些知识，并建立起逻辑上的联系，即知识的组织问题。题。推理推理推理是按某种策略由已知事实推出另一事实的思推理是按某种策略由已知事实推出另一事实的思维过程。维过程。在专家系统中，推理以知识库中已有的知识为在专家系统中，推理以知识库中已有的知识为基础，是一种基于知识的推理，由计算机程序基础，是一种基于知识的推理，由计算机程序实现构成推理机。实现构成推理机。正向演绎推理、反向演绎推理、正反向混合演正向演绎推理、反向演绎推理、正反向混合演绎推理绎推理工艺决策专家系统的应

30、用工艺决策专家系统的应用多为原型系统，知识数量少、功能有限，难以多为原型系统，知识数量少、功能有限，难以满足实用化要求，仅有很少系统获得了实际应满足实用化要求，仅有很少系统获得了实际应用。用。CAPPCAPP技术的发展技术的发展集成化集成化智能化智能化实用化实用化工具化工具化集成化集成化面向数控编程自动化的特征基面向数控编程自动化的特征基CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM集成应用集成应用面向产品数据共享的面向产品数据共享的CAD/CAPP/PDM/ERPCAD/CAPP/PDM/ERP集成应用集成应用面向面向CECE和和AMAM等全过程集成应用等全过程集成应用PDMMRP-IIMIS生生产产对对象象人财物人财物采购计划采购计划生产计划生产计划发货计划发货计划产产供供销销CADCAMCATCAECAPPEDA销售销售计划计划财务财务人事人事物资物资车间车间CIMSCIMS的企业全局信息集成的企业全局信