计算机辅助工艺过程设计.ppt
机械工程CAD/CAM基础第七章 计算机辅助工艺过程设计,河海大学机电工程学院二九年十一月,机械专业课程,主要内容 1.概述 2.零件信息的描述与输入 3.CAPP系统的基本原理和方法 4.CAPP专家系统,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,一、CAPP概述 1.计算机辅助工艺过程概述 工艺设计和CAPP概念 CAPP含义 CAPP类型和要素 CAPP优点 2.CAPP系统的结构组成,工艺参数库,跳过,第七章 计算机辅助工艺过程设计,计算机辅助工艺过程设计概述,计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning),即 CAPP,通常指机械零件制造工艺过程的计算机辅助设计。什么是机械加工工艺？,第七章 计算机辅助工艺过程设计,工艺过程卡,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,工序卡,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,工艺资源库,第七章 计算机辅助工艺过程设计,CAPP含义传统上CAPP是狭义的，它只面向零件，主要是机械加工工艺的设计，而且常常是车间一级的。逐步扩充到各种专业的工艺过程设计乃至工艺信息管理。CAPP类型：依据工艺决策方式，两大类：派生式(Variant)CAPP系统创成式(Generative)CAPP 系统混合式系统，兼容上述两种方法人工智能（AI）及专家系统（ES）技术的CAPP专家系统，近期则有交互式（或智能交互式）系统出现实用性CAPP,第七章 计算机辅助工艺过程设计,CAPP要素：产品（实体模型，特征模型，二维工程图）工艺知识材料（工程塑料，金属）制造资源（柔性制造系统、加工中心、数控机床、传统制造设备、夹具、量具）制造环境（大批量生产、单件小批量）CAPP优点：解放工艺设计人员的繁琐和重复性劳动缩短工艺设计周期 有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行总结和继承 有利于工艺设计的最优化和标准化 为实现企业信息集成（CIMS）创造条件便于加工时间预测和成本统计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,CAPP系统的结构组成,零件信息的获取：人机交互输入和从CAD造型系统所构造的产品数据模型中直接获取工艺决策：按预先规定的决策逻辑，调用相关的知识和数据，进行比较、推理和决策，生成加工工艺规程,人机交互界面,工艺文件管理与输出,工艺决策,零件信息获取,CAD系统,零件信息库,工艺数据库知识库,工艺文件库,第七章 计算机辅助工艺过程设计,零件信息的获取工艺决策工艺数据库知识库工艺数据（如加工方法、加工余量、切削用量、机床、刀具、夹具、量具、辅具以及材料、工时、成本核算等多方面的信息）规则（包括工艺决策逻辑、决策习惯、加工方法选择规则、工序工步归并与排序规则等）人机界面工艺文件管理/输出,第七章 计算机辅助工艺过程设计,二、零件信息的描述与输入法 1.零件信息描述的要求和内容 2.零件信息描述的基本方法零件分类编码描述方法形状特征描述法语言描述法知识表示描述法,第七章 计算机辅助工艺过程设计,零件信息的要求与内容,交互输入时，对零件信息描述的要求描述的信息要准确、完整，以适合计算机的处理，并与实际生产应用相一致；描述的信息要简洁，易于被工程技术人员所理解和掌握，便于输入操作；零件信息的数据结构要合理，利于计算机处理效率的提高，便于信息的集成和并行处理,零件信息描述内容几何信息是指零件的几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑关系，如零件表面的形状、各表面间的相互位置 工艺信息是指零件的加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处理要求、配合和啮合关系等多种信息,第七章 计算机辅助工艺过程设计,零件信息描述的基本方法,零件分类编码描述法 基于成组技术原理，制订一套编码系统，用该编码系统根据零件的几何形状和工艺特征对零件进行编码，然后编码输入计算机来粗略描述零件的形状、尺寸、精度等信息。优点：方法简单易行适用于检索式与派生式CAPP系统，缺点：对零件信息的描述过于简略对零件的具体形状、尺寸、精度等无法描述得十分清楚，使得CAPP系统不能得到足够的零件信息来详细、合理地进行工艺决策。当码位太长时，还会引起编码效率低、容易输入出错等缺陷。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,JLBM-1编码,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第七章 计算机辅助工艺过程设计,形状特征描述法,任何零件都由若干个形状特征组成，这些形状特征可以是圆柱面、圆锥面、平面、异型曲面等各种型面，也可以是附着于这些型面上的螺纹、孔、槽、花键等特征要素将组成零件的各个形状特征按一定顺序逐个地输入到计算机中去，并按事先确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成一种供CAPP作业调用的零件信息模型零件上的特征元素是与加工方法是相对应的，计算机可以根据零件特征元素的组成，方便地从工艺知识库中搜索出相应特征的加工方法，从而逐步推出整个零件的加工工艺；零件的形状特征包括了尺寸、公差、粗糙度乃至热处理等众多信息，从而为工序设计、尺寸链计算以及工艺路线的合理安排提供了方便。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,特征模型的概念特征：几何元素组合成有意义的工程对象零件特征模型：特征图,第七章 计算机辅助工艺过程设计,实体模型和特征模型作为CAPP的输入,直接将CAD作业结果作为CAPP的输入？基于特征的造型系统直接用制造特征进行设计特征识别法 从设计模型中识别出加工特征,第七章 计算机辅助工艺过程设计,语言描述法该方法是用一种能由计算机识别的语言来对零件信息进行描述。用户首先用这种语言规定的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后通过相应的计算机编译系统对描述结果进行编译，形成计算机能够识别的零件信息代码。这种方法需要用户学习语言，而且描述过程繁琐。知识表示描述法在人工智能（AI）领域，信息就是一种知识表示，因而可用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。有些CAPP系统尝试采用了如框架表示法、产生式规则表示法和谓词逻辑表示法等知识表示方法来描述零件信息，这些方法为整个系统的智能化提供了良好的前提和基础。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,一个立体视图的框架表,图中，最高层的框架，用isa槽说明它是一个立方体，并由region槽指示出它所拥有的3个可见面A、B、E。而A、B、E又分别用3个框架来具体描述。用must be槽指示出它们必须是一个平行四边形。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,三、CAPP系统的基本原理和方法 1.派生式CAPP 2.创成式CAPP 3.综合式CAPP 4.实用型CAPP,第七章 计算机辅助工艺过程设计,派生式CAPP派生式CAPP系统工作原理 成组技术利用零件的相似性来检索相似零件的现有成功的工艺规程。修改现有的工艺规程得到新的工艺规程将创新的工艺规划存盘派生式CAPP系统四个环节：编码、检索、修改、存储,第七章 计算机辅助工艺过程设计,派生式CAPP系统的特点和应用派生式CAPP系统是以成组技术为理论基础，理论上比较成熟；派生式CAPP系统问世较早，应用范围比较广泛，有较好的实用性；主要适用于结构比较简单的零件，在回转类零件中应用尤为普遍；与常规手工工艺设计方法类似，继承和应用了企业较成熟的传统工艺，但系统的柔性较差；对于复杂零件和相似性较差的零件，由于难以用编码描述，难以形成零件族，不适宜采用派生式CAPP系统。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,创成式CAPP系统的工作原理 创成式CAPP系统能够根据工艺数据库的信息和零件模型，在没有人工干预的条件下，系统自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床、刀具的选择和加工过程的优化，通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程，自动创成新的零件加工工艺规程。,还没有一个大家一致公认的创成式CAPP工作原理图！,第七章 计算机辅助工艺过程设计,创成式CAPP系统的开发过程,(1)确定系统的对象范围：回转体零件、非回转体零件，或其它类型的零件；(2)确定零件信息描述方法：型面单元谓词描述、体素组合语言描述、或其它描述方法；(3)确定和建立工艺决策模型；(4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等各类工艺数据库；(5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件的生成和输出系统模块。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,创成式CAPP系统的特点,通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程，无需人为的技术性干预；具有较高的柔性，适应范围广；便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成；由于系统自动要求高，应用范围广，系统实现较为困难，目前只能简单地处理特定环境下的某些特定零件。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,综合式CAPP(半创成式CAPP系统、混合式CAPP),采取派生与自动决策相结合的方法、兼顾了派生式CAPP与创成式CAPP两者的优点，克服各自的不足，既具有系统的简洁性，又具有系统的快捷和灵活性，有很强的实际应用性,一种混合式CAPP工作原理图,第七章 计算机辅助工艺过程设计,实用型CAPP,面向具体生产环境，面向实际应用，面向最基本的需求，利用成熟的技术，建立各种计算机辅助功能模块，帮助工艺人员更快、更好的完成工艺任务，意在通过广泛的实际应用促进其方展，这是一种实用化趋势,第七章 计算机辅助工艺过程设计,第四节 CAPP专家系统 1.专家系统的基本组成 2.知识表示及推理知识表示方法知识库和推理方式,第七章 计算机辅助工艺过程设计,专家系统的基本组成知识库数据库推理机解释部分知识获取部分,第七章 计算机辅助工艺过程设计,知识表示方法逻辑表示法产生表示法语义网络表示法框架表示法,第七章 计算机辅助工艺过程设计,需要有关的事实知识、规则知识、控制知识和元知识。事实：常以“.是.”的形式出现。如事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等，在知识库中属于低层的知识。如雪是白色的、鸟有翅膀。规则：是有关问题中与事物的行动、动作相联系的因果关系知识，常以“如果.那么.”形式出现。控制：是有关问题的求解步骤，技巧性知识，告诉怎么做一件事。也包括当有多个动作同时被激活时应选哪一个动作来执行的知识。元知识：是有关知识的知识，是知识库中的高层知识。包括怎样使用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。,知识的表示,第七章 计算机辅助工艺过程设计,逻辑表示法设在一个房间里，有一个机器人ROBOT，一个壁室ALCOVE，一个积木块BOX，两个桌子A和B。机器人可把积木块BOX从一种状态变换成另一种状态。引入谓词：TABLE（A）表示A是桌子EMPTYHANDED（ROBOT）表示机器人双手是空的AT（ROBOT，A）表示机器人在A旁HOLDS（ROBOT，BOX）表示机器人拿着积木块ON（BOX，A）表积木块BOX在A上,第七章 计算机辅助工艺过程设计,产生式表示法一般使用三元组（对象，属性，值）或（关系，对象1，对象2）来表示事实，其中对象就是语言变量，若考虑不确定性就成了四元组表示（增加可信度）。如事实“老李年龄是35岁”，便写成（Lee,age,35）事实“老李、老张是朋友”，可写成（friend,Lee,Zhang）对于规则是表示事物间的因果关系，以下列形式表示：condition-action,第七章 计算机辅助工艺过程设计,语义网络表示法,一个语义网络是由一些以有向图表示的三元组（结点1，弧，结点2）连接而成。结点表示概念、事物、事件、情况等。弧是有方向的有标注的。方向体现主次，结点1为主，结点2为辅。弧上的标注表示结点1的属性或结点1和结点2之间的关系。,结点间的关系有isa，a-part-of，is型ISA链用来表示具体-抽象关系，或说表示一种隶属关系 a-part-of链用来表示部分-全体关系，或说表示包含关系。is链用于表示一个结点是另一个结点的属性,第七章 计算机辅助工艺过程设计,语义网络表示法是依匹配和继承来进行推理的,语义网络表示法,第七章 计算机辅助工艺过程设计,框架表示法,框架由框架名和一些槽（slot）组成，每个槽有一些值，槽值可以是逻辑的、数字的，可以是程序、条件、默认值或是一个子框架。槽值含有如何使用框架信息、下一步可能发生的信息、预计未实现该如何做的信息等。框架的一般格式：FRAMEWORK：:value.:value:value.:value.,例：framework:类属：学历：（学士，硕士，博士）专业：职称：（助教，讲师，副教授，教授）外语：语种：（英，法，德，.）默认：英 水平：（优、良、中、差）默认：良,第七章 计算机辅助工艺过程设计,框架表示法没有固定的推理机理。但框架系统的推理和语义网络一样遵循匹配和继承的原则，而且框架中如if-needed、if-added等槽的槽值是附加过程，在推理过程中起重要作用。,框架表示法,第七章 计算机辅助工艺过程设计,知识库由规则库和数据库组成。规则库是产生式规则的集合，数据库是事实的集合。,数据库中存放着初始事实、外部数据库输入的事实、中间结果事实和最后结果事实。推理机是一个程序，控制协调规则库与数据库的运行，包含推理方式和控制策略，产生推理的方式有正向推理、反射推理和双向推理,知识库和推理机,第七章 计算机辅助工艺过程设计,推理机是一个程序，控制协调规则库与数据库的运行，包含推理方式和控制策略。产生式系统的推理方式有正向推理、反向推理和双向推理 正向推理：从已知事实出发，通过规则库求得结论，或称数据驱动方式。推理过程是:规则集中的规则前件与数据库中的事实进行匹配，得匹配的规则集合。从匹配规则集合中选择一条规则作为使用规则。执行使用规则的后件。将该使用规则的后件送入数据库中,重复这个过程直至达到目标.,第七章 计算机辅助工艺过程设计,反向推理 从目标（作为假设）出发，反向使用规则，求得已知事实，或称目标驱动方式，推理过程是：规则集中的规则后件与目标事实进行匹配，得匹配的规则集合；从匹配的规则集合中选择一条规则作为使用规则；将使用规则的前件作为子目标；重复这个过程直至各子目标均为已知事实成功结束.如果目标明确，使用反向推理方式效率较高。双向推理：同时使用正向推理又使用反向推理。采用双向推理的常见做法是先根据事实库中的一些原始数据，利用正向推理帮助人们选择假设，然后再利用反向推理进一步证明这些假设是否成立，并以此反复以上过程，直至最后得出结论。,第七章 计算机辅助工艺过程设计,谢谢大家！,第七章 计算机辅助工艺过程设计,
