第三章計算機(jī)輔助工藝設(shè)計

見習(xí)機(jī)械設(shè)計工程師資格考試培訓(xùn)課程第3章計算機(jī)輔助工藝設(shè)計3.1計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的概念3.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的步驟3.3成組技術(shù)3.4半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)3.5人式智能技術(shù)3.6網(wǎng)絡(luò)化CAPP系統(tǒng)3.7網(wǎng)絡(luò)CAPP系統(tǒng)的實例考試內(nèi)容1）掌握CAPP的概念及與傳統(tǒng)工藝設(shè)計比較所具有的優(yōu)勢。2）熟悉CAPP的基本類型及特點(diǎn)。3）了解CAPP的步驟及內(nèi)容。4）掌握成組技術(shù)概念、分類，了解成組技術(shù)三種基本編碼結(jié)構(gòu)及常用的三種分類編碼系統(tǒng)。5）掌握半創(chuàng)成式CAPP概念和功能模塊組成。6）熟悉半創(chuàng)成式CAPP的工藝設(shè)計準(zhǔn)備的步驟及內(nèi)容。7）了解人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)的概念和構(gòu)成；知識表示方法及其推理。8）了解網(wǎng)絡(luò)化CAPP系統(tǒng)的組成。知識要點(diǎn)：1、CAPP概述①中英文定義②存在的優(yōu)點(diǎn)③6種基本類型、特點(diǎn)④5個設(shè)計步驟2、成組技術(shù)①定義②成組工藝③3種基本編碼結(jié)構(gòu)④常用分類編碼系統(tǒng)、分組方法3、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)①概念與功能模塊②工藝設(shè)計準(zhǔn)備步驟及內(nèi)容4、人工智能與專家系統(tǒng)①相關(guān)定義②人工智能研究領(lǐng)域③專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)④知識表示方法、推理5、網(wǎng)絡(luò)化CAPP系統(tǒng)①基本構(gòu)成：知識庫、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理模塊、工藝制定模塊、工藝管理模塊第3章3.1CAPP（ComputerAidedProcessPlanning)的概念隨著制造業(yè)信息化的推廣和應(yīng)用，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計已不能滿足要求，CAPP應(yīng)運(yùn)而生。CAPP——利用計算機(jī)技術(shù)輔助工藝師完成零件從毛坯到成品的設(shè)計和制造過程，是將產(chǎn)品的設(shè)計信息轉(zhuǎn)換成制造信息的一種技術(shù)。是通過向計算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計算機(jī)自動輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容的過程。概念工藝設(shè)計：生產(chǎn)準(zhǔn)備工作第一步，是連接設(shè)計與制造的橋梁，工藝設(shè)計的結(jié)果是完成加工工藝規(guī)程?！痰?章毛坯設(shè)計工藝路線工序設(shè)計工時定額工裝設(shè)計余量分配切削用量工時定額機(jī)床刀具選用工序圖繪制CAPP工藝規(guī)程：決定零件加工方法、加工路線，是工裝設(shè)計制造的主要依據(jù)。與傳統(tǒng)工藝設(shè)計相比：第3章CAPP概念1）縮短工藝設(shè)計周期，保證設(shè)計質(zhì)量。2）將工藝師從繁重的、重復(fù)性的手工勞動中解放。3）保存老工藝設(shè)計師的經(jīng)驗，保證工藝設(shè)計的可繼承性。4）有利于工藝設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化。5）為實現(xiàn)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代CAPP的發(fā)展趨勢：智能化、集成化、實用化√第3章CAPP在CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中的作用CAPP作用市場需求CADCAPPCAM產(chǎn)品輸出CAPP是CAD與CAM間的橋梁，設(shè)計信息只有通過工藝過程設(shè)計才能轉(zhuǎn)換成制造信息，從而實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM一體化。集成的目的：是實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字交換，為CAM技術(shù)提供制造數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，實現(xiàn)復(fù)雜技術(shù)的快速交換。第3章CAPP的基本類型（6種）1、檢索式CAPP系統(tǒng)

最簡單，用于大批量、工件種類少、變化不大且相似程度高的場合，不需編碼。2、派生式CAPP系統(tǒng)

建立在成組技術(shù)上；零件族；標(biāo)準(zhǔn)樣件；結(jié)構(gòu)簡單，易于建立、便于維護(hù)、可靠性高，應(yīng)用廣泛。3、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，有收集工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和工藝專家知識的知識庫；不完善。4、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

派生式與創(chuàng)成式的結(jié)合。實用性很強(qiáng)。5、廣義CAPP系統(tǒng)6、智能型CAPP系統(tǒng)面向零件CAPP→面向產(chǎn)品CAPP→面向企業(yè)CAPP

PP：加工工藝過程編制（ProcessPlanning）

→生產(chǎn)過程編制（ProductionPlanning）√第3章CAPP的基本構(gòu)成CAPP技術(shù)包括：成組技術(shù)（GroupTechnology)、零件信息的描述與獲取、工藝設(shè)計決策機(jī)制、工藝知識的獲取及表示、工序圖及其他文檔的生成、NC加工指令的自動生成及加工過程動態(tài)仿真、工藝數(shù)據(jù)庫的建立等?！痰?章CAPP基本模塊：1、控制模塊

協(xié)調(diào)各模塊運(yùn)行、通過人機(jī)交互窗口，實現(xiàn)人機(jī)交流，控制零件信息獲取。2、零件信息輸入模塊

有人機(jī)交互、由CAD模型轉(zhuǎn)換等方法。3、工藝過程設(shè)計模塊

形成加工工藝流程和工藝過程卡4、工序決策模塊

生成工序卡，對工序尺寸計算，生成工序圖。5、工步?jīng)Q策模塊

確定切削用量，形成NC加工的刀位文件。6、NC加工指令生成模塊

調(diào)用NC指令代碼系統(tǒng)，產(chǎn)生NC加工控制指令。7、輸出模塊

輸出形成工藝文件8、加工過程動態(tài)仿真

檢查工藝的正確性?！痰?章3.2CAPP的步驟1、產(chǎn)品圖樣的信息輸入

是CAPP的第一步。零件信息包括幾何信息和工藝信息。描述要準(zhǔn)確、科學(xué)、完整。2、工藝路線和工序內(nèi)容的擬定

包括：定位和夾緊方案的選擇，加工方法的選擇，加工順序的安排。是CAPP的關(guān)鍵步驟，主要方法人工智能和模糊決策等。3、加工設(shè)備和工藝裝備的確定4、工藝參數(shù)計算

切削用量、加工余量、時間定額、工序尺寸及其公差等的計算。最終生成零件的毛坯圖。5、輸出工藝文件

按工廠要求表格形式輸出，在工序卡中有工序簡圖。圖形可據(jù)零件信息輸入，也可由CAD得到?！?.3成組技術(shù)第3章1、概述成組技術(shù)是CAM的基礎(chǔ)。70年代后，成組工藝與計算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)結(jié)合，以成組技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性制造系統(tǒng)（FMS）運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝、生產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域，形成了以成組技術(shù)特色的CAD/CAPP/CAM計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。成組技術(shù)的理論基礎(chǔ)——相似性，核心——成組工藝計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、相似論、方法論、系統(tǒng)論等成組技術(shù)機(jī)械零件：復(fù)雜件或特殊件相似件（相似而具有一定通用性，數(shù)量大、品種多，占零件總數(shù)的70%)標(biāo)準(zhǔn)件（合理對零件分類編組，識別相似性，產(chǎn)生零件的分類編碼系統(tǒng)）√第3章成組技術(shù)成組工藝：把尺寸、形狀、工藝相似性的零件組成一個個零件族，按零件族制定工藝進(jìn)行生產(chǎn)。擴(kuò)大了批量，減少了品種，便于高效生產(chǎn)。為多品種、少批量生產(chǎn)開辟了一條經(jīng)濟(jì)性好、效益高的新途徑?；鞠嗨菩裕毫慵趲缀涡螤?、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性。二次相似性：在制造、裝配的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等方面導(dǎo)出的相似性。具有重要的理論和實用價值。意義：成組技術(shù)揭示和利用了基本相似性和二次相似性，使企業(yè)得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信息，獲得經(jīng)濟(jì)效益，并為建立集成信息系統(tǒng)打下基礎(chǔ)?！痰?章成組技術(shù)成組技術(shù)的分類編碼系統(tǒng)成組技術(shù)的關(guān)鍵——按一定規(guī)則分類編碼，實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化表示。分類編碼系統(tǒng)是用數(shù)字、字母或符號，將機(jī)械零件圖上的各種特征進(jìn)行描述和標(biāo)識的一套特定的法則和規(guī)定。特征包括：零件的幾何特征、加工形式、尺寸、精度、熱處理等。三種基本編碼結(jié)構(gòu)：層次結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)只使用數(shù)字表示三種常用字編碼系統(tǒng)：Opitz、KK—3、JLBM-1零件的分組方法按編碼系統(tǒng)將零件編碼后進(jìn)行分組，即采用不同的相似性標(biāo)準(zhǔn)，將零件劃分為具有不同屬性的零件族。1、視檢法（經(jīng)驗法）2、生產(chǎn)流程分析法（把工藝流程相似的零件歸為一類）3、編碼分類法（相似特征分類法，按照相似標(biāo)準(zhǔn)直接編碼分類）√√第3章派生式CAPP工作原理：利用零件相似性檢索現(xiàn)有工藝的一種軟件系統(tǒng)。要求先對零件編碼，根據(jù)編碼確定所屬零件族，調(diào)用該族零件標(biāo)準(zhǔn)工藝，經(jīng)過編輯修改，最終獲得零件工藝規(guī)程。派生式CAPP工作原理第3章零件族特征矩陣庫第3章

派生式CAPP開發(fā)過程1)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)與生產(chǎn)情況，確定編碼系統(tǒng)；2)進(jìn)行零件編碼；3)對零件分類，形成若干零件族，建立零件族特征矩陣庫；4)對各零件族構(gòu)造“典型零件”；5)編制“典型零件”標(biāo)準(zhǔn)工藝和相應(yīng)的工序內(nèi)容；6)建立工藝數(shù)據(jù)庫，存儲常用工藝數(shù)據(jù)和規(guī)范；

7)編制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)各功能模塊。派生式CAPP特點(diǎn)

1)以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，理論上比較成熟；2)應(yīng)用范圍比較廣泛，有較好的實用性；3)適用于結(jié)構(gòu)比較簡單的零件，尤其回轉(zhuǎn)類零件；4)繼承企業(yè)較成熟的傳統(tǒng)工藝，但系統(tǒng)柔性度較差；5)對于相似性較差的復(fù)雜零件，難以編碼描述。第3章創(chuàng)成式CAPP工作原理：根據(jù)零件模型和工藝信息，應(yīng)用決策邏輯，模擬工藝人員決策過程，自動創(chuàng)成加工工藝規(guī)程，完成機(jī)床刀具選擇和工藝過程優(yōu)化。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)工作原理第3章創(chuàng)成式CAPP開發(fā)過程

1)確定系統(tǒng)對象范圍，是針對回轉(zhuǎn)體零件還是非回轉(zhuǎn)體零件；2)確定零件描述方法，是型面單元描述還是體素組合語言描述；3)確定和建立工藝決策模型，用決策表還是決策樹；4)建立加工資源數(shù)據(jù)庫，包括機(jī)床、夾具、刀具、切削用量等；5)設(shè)計系統(tǒng)主控模塊、人機(jī)接口模塊、工藝文件生成和輸出模塊。創(chuàng)成式CAPP特點(diǎn)1)通過邏輯推理，自動決策生成零件工藝規(guī)程，無需人為干預(yù)；2)具有較高的柔性，適應(yīng)范圍廣；3)便于與CAD和CAM系統(tǒng)的集成；4)系統(tǒng)實現(xiàn)較為困難，目前只能處理特定環(huán)境下的特定零件。不完善。半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)第3章設(shè)計工藝時，系統(tǒng)首先設(shè)計工藝路線，再設(shè)計工序。元件工藝路線的設(shè)計是通過檢索其零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝，由計算機(jī)根據(jù)具體零件的幾何形狀、加工精度和工藝參數(shù)經(jīng)過一系列的刪除、選擇得到，而每一工序的內(nèi)容是根據(jù)零件的輸入?yún)?shù)經(jīng)過工序創(chuàng)成而得到的，較充分地體現(xiàn)了檢索與創(chuàng)成相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。原理：

半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，以單件、中小批量生產(chǎn)企業(yè)為應(yīng)用對象，采取派生與創(chuàng)成相結(jié)合的方法生成工藝規(guī)程，即工藝設(shè)計采用派生法，工序設(shè)計則采用創(chuàng)成決策方法產(chǎn)生。特點(diǎn)：具有系統(tǒng)簡潔、快捷、靈活、實用性強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)的基本構(gòu)成第3章半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)八個模塊：1、主程序模塊2、輔助編碼模塊3、輸入和編輯模塊4、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與工藝路線設(shè)計模塊5、工序設(shè)計模塊6、工序尺寸計算模塊7、編輯輸出模塊8、數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊基本工藝資源庫半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)——需大量的基本工藝數(shù)據(jù)第3章半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)工藝設(shè)計準(zhǔn)備：一、零件設(shè)計信息的輸入二、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備三、計算機(jī)輔助編碼與自動編碼第3章一、零件設(shè)計信息的輸入工藝設(shè)計準(zhǔn)備：半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)1、形面要素輸入2、軸向尺寸輸入3、其他信息輸入二、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備1、根據(jù)表面粗糙度和公差等級對主要形面要素進(jìn)行排序，建立磨削表面指針；2、根據(jù)各主要形面要素的徑向尺寸和相互位置關(guān)系構(gòu)造車削加工樹；3、建立各非車削加工形面要素的指針。三、計算機(jī)輔助編碼與自動編碼在CAPP中，零件編碼是檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝路線的間接關(guān)鍵字（直接關(guān)鍵字為零件所屬的零件族號）。在工藝設(shè)計前，必須確定零件的成組編碼，要配置一個自動編碼子系統(tǒng)，在零件信息輸入后，自動生成零件的成組編碼。第3章半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)工藝過程設(shè)計：一、工藝路線的確定零件工藝路線的最終形式——所屬零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝路線。它按照零件的成組編碼確定其所屬族別，再以該零件族的序號為關(guān)鍵字檢索得到。因為標(biāo)準(zhǔn)工藝路線是針對整個零件族而設(shè)計的，它考慮到零件族中可能出現(xiàn)的全部加工特征，其工序數(shù)量對族內(nèi)某一具體零件來說只多不少，必須經(jīng)過刪減整理才能使用。二、機(jī)床選擇由加工方法和標(biāo)準(zhǔn)工藝決定，機(jī)床型號的選擇根據(jù)零件的尺寸參數(shù)確定。如車床據(jù)零件的長度和最大直徑選定，鉆床據(jù)零件上待加工孔的最大孔徑選定，外圓磨床據(jù)零件的長度和最大直徑選定等。第3章人工智能AI（ArtificialIntellegence)：主要運(yùn)用知識進(jìn)行問題求解。它以知識為對象，研究知識的表示、知識的運(yùn)用和知識的獲取。專家系統(tǒng)（ExpertSystem)是人工智能的一個分支，它是一個智能的計算機(jī)程序，即運(yùn)用知識和推理步驟來解決只有專家才能解決的復(fù)雜問題。

隨著企業(yè)信息化對CAPP系統(tǒng)在集成化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化方面不斷增加的要求，基于知識的智能CAPP系統(tǒng)越來越引起人們興趣。目前國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)一些以專家系統(tǒng)為核心的智能型CAPP系統(tǒng)。3.5人工智能技術(shù)人工智能技術(shù)第3章通常軟件系統(tǒng)＝數(shù)據(jù)＋算法專家系統(tǒng)＝知識＋推理一、專家系統(tǒng)組成人工智能技術(shù)√第3章知識庫（KnowledgeBase)在專家系統(tǒng)中存放的專家知識、經(jīng)驗的集合。專家系統(tǒng)核心，包含常識性知識和啟發(fā)性知識。啟發(fā)性知識是專家系統(tǒng)邏輯推理的主要知識源。推理機(jī)(InferenceEngine)是一種具有推理能力的計算機(jī)軟件程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)運(yùn)行的軟件模塊。解釋模塊

對專家系統(tǒng)推理結(jié)果作出必要解釋，使用戶了解專家系統(tǒng)推理過程，接受所推理的結(jié)果。知識獲取系統(tǒng)

將人類專家的專門知識提取出來，經(jīng)整理轉(zhuǎn)化為計算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，是知識庫建立和維護(hù)的工具和手段。人機(jī)接口

將專家和用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以接受的形式，同時把系統(tǒng)的推理結(jié)論轉(zhuǎn)換為人類易于理解的形式。人工智能技術(shù)√第3章專家系統(tǒng)特點(diǎn)啟發(fā)性能使用判別性知識以及已確定的理論知識進(jìn)行推理；透明性能解釋其推理過程；靈活性能把新知識不斷加入已有知識庫，使其逐步完善和精練。人工智能技術(shù)第3章人工智能技術(shù)二、專家系統(tǒng)知識表示和推理系統(tǒng)的任務(wù)和問題的描述、知識經(jīng)驗的表示以及推理決策知識計算機(jī)模擬人類的智能行為如何以適當(dāng)模式在計算機(jī)中表示？知識表示：是對知識的一種描述或說是一組約定，是計算機(jī)可以接受的、用于描述知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便于計算機(jī)的存儲和利用。第3章人工智能技術(shù)知識表示的方法：謂詞邏輯表示法、語義網(wǎng)絡(luò)表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、框架表示法、狀態(tài)空間表示法、特征表示法、過程表示法和面向?qū)ο蠓ǖ?。一、產(chǎn)生式規(guī)則表示法產(chǎn)生式規(guī)則法、語義網(wǎng)絡(luò)法和框架表示法是目前較為流行的知識表示方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)（ProductionSystem)是用來描述以產(chǎn)生式規(guī)則或者產(chǎn)生式條件和操作為基礎(chǔ)的基本概念?！痰?章人工智能技術(shù)二、專家系統(tǒng)知識表示和推理◆產(chǎn)生式規(guī)則表示法在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，知識分兩部分：1、用事實表示的靜態(tài)知識知識，如事物、事件和它們間的關(guān)系。2、用產(chǎn)生式規(guī)則表示的推理過程和行為——基于規(guī)則的系統(tǒng)。產(chǎn)生式規(guī)則法是最常用的知識表示方法，其一般形式為：P→Q或者ifPthenQ(P為條件，Q為結(jié)論）

IF<條件1>AND/OR<條件2>AND/OR……AND/OR<條件n>THEN<結(jié)論1>或<操作1>，<結(jié)論2>或<操作2>,……<結(jié)論n>或<操作n>產(chǎn)生式的含義：如前提P被滿足，則可推出結(jié)論Q或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作。例：IF<表面為外圓柱面>AND<精度等級為IT8～I(xiàn)T10>AND<表面粗糙度為Ra≤0.8um>THEN<選用加工過程為：粗車→半精車→精車>優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生式規(guī)則結(jié)構(gòu)接近人類專家思考問題方式；各條規(guī)則相互獨(dú)立，易于查詢、修改和擴(kuò)充；容易添加解釋功能，以便觀察系統(tǒng)如何進(jìn)行推理；具有描述不確定知識的能力。第3章人工智能技術(shù)產(chǎn)生式系統(tǒng)包括：事實庫、規(guī)則庫和推理機(jī)三部分。第3章人工智能技術(shù)1、事實庫

又稱綜合數(shù)據(jù)庫或工作存儲器，存放當(dāng)前已知的知