計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日毛坯設(shè)計(jì)工藝路線工序設(shè)計(jì)工時定額工裝設(shè)計(jì)余量分配切削用量工時定額機(jī)床刀具選用工序圖繪制6.1CAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成工藝設(shè)計(jì)：生產(chǎn)準(zhǔn)備工作第一步，是連接設(shè)計(jì)與制造的橋梁，工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果是完成加工工藝規(guī)程。工藝規(guī)程：決定零件加工方法、加工路線，是工裝設(shè)計(jì)制造的主要依據(jù)。CAPP第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日CAPP技術(shù)的發(fā)展：

交互式CAPP→派生式CAPP→

創(chuàng)成式CAPP→智能型CAPP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）第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日CAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

零件信息獲取模塊有人機(jī)交互、由CAD模型轉(zhuǎn)換等方法。工藝決策按預(yù)定的決策邏輯，進(jìn)行比較、推理和決策加工工藝規(guī)程。工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫包含工藝設(shè)計(jì)所要求的工藝數(shù)據(jù)和規(guī)則。工藝數(shù)據(jù)：加工方法、加工余量、切削用量、刀夾量具等；規(guī)則：決策規(guī)則、加工方法選擇、工序工步歸并規(guī)則等、人機(jī)交互界面是用戶的操作環(huán)境。工藝文件管理與輸出包括工藝文件格式化顯示和打印輸出等。CAPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日零件信息描述要求：

①描述應(yīng)準(zhǔn)確、完整，與實(shí)際生產(chǎn)要求相一致，適合計(jì)算機(jī)處理；②應(yīng)簡潔易懂，易于理解和掌握，便于輸入操作；③數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要合理，利于提高處理效率，便于信息集成。零件信息描述內(nèi)容：①零件幾何信息：包括零件幾何形狀、尺寸、以及各幾何元素間的拓?fù)潢P(guān)系。方法：可從零件三維模型進(jìn)行描述；也可將結(jié)構(gòu)分解，對分解的形體或型面單元分別進(jìn)行描述。②零件工藝信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、熱處理等。③生產(chǎn)管理信息：加工批量、生產(chǎn)周期等。6.2零件信息的描述與輸入

第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日CAPP零件信息描述基本方法1）零件分類編碼描述法原理：基于成組技術(shù)原理，制訂或選用一套編碼系統(tǒng)，對零件進(jìn)行編碼，通過編碼實(shí)現(xiàn)對零件幾何信息和工藝信息進(jìn)行描述的目的。特點(diǎn)：簡單易行，但零件描述粗糙，無法對零件形狀、尺寸、精度進(jìn)行詳細(xì)描述，沒有足夠信息進(jìn)行決策。應(yīng)用：適用于派生式CAPP系統(tǒng)。目前CAPP系統(tǒng)很少單獨(dú)使用該方法。第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日2）形狀特征描述法

原理：將零件形狀特征按順序輸入計(jì)算機(jī)，按設(shè)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，形成供CAPP調(diào)用的零件信息模型。優(yōu)點(diǎn)：

①零件特征與加工方法相對應(yīng)，便于推導(dǎo)加工工藝；②零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，為工序設(shè)計(jì)、尺寸鏈計(jì)算、工藝路線的安排提供了方便。應(yīng)用：在眾多CAPP系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。回轉(zhuǎn)體零件加工二叉樹結(jié)構(gòu)表示第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日3）語言描述法用計(jì)算機(jī)能夠識別的語言對零件形狀和工藝特征進(jìn)行描述，需要用戶學(xué)習(xí)掌握所選用語言的詞法和語法，描述過程比較繁瑣。4）知識表示描述法用人工智能中的知識表示方法來描述零件信息，包括人工智能框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則法和謂詞邏輯表示法等。5）直接將CAD作業(yè)結(jié)果作為CAPP的輸入將CAPP系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)直接相連，使CAPP操作所需的各種工藝信息直接來源于CAD系統(tǒng)，避免繁雜和枯燥的手工信息輸入。

在眾多零件信息描述中，適合軸類零件的方法較多，箱體類等復(fù)雜零件信息描述仍是一個薄弱環(huán)節(jié)。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.3CAPP系統(tǒng)的基本原理和方法1、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工作原理第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日零件族特征矩陣庫第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日派生式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(shí)現(xiàn)各功能模塊。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日派生式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(shí)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。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日派生式CAPP舉例CAM－I派生式CAPP系統(tǒng)工作流程（美國計(jì)算機(jī)輔助制造公司）第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日2、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)工作原理第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日創(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(jì)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(shí)現(xiàn)較為困難，目前只能處理特定環(huán)境下的特定零件。第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日SIP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：由制造資源模塊、零件特征定義模塊、工藝決策以及主控模塊組成，其中工藝決策模塊是系統(tǒng)核心，零件信息是決策對象，制造資源信息是決策約束。創(chuàng)成式CAPP舉例（上海交大SIP系統(tǒng)）第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日制造資源的構(gòu)成車間層資源

包括粗加工、精加工、熱處理、裝配等生產(chǎn)車間。設(shè)備層資源

包括不同的機(jī)床和工藝裝備。

知識層資源

包括決策規(guī)則、切削參數(shù)、加工余量和工時定額等工藝數(shù)據(jù)。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日工藝決策知識的表示決策表決策樹第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日3、綜合式CAPP原理：綜合派生式CAPP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(jì)采用派生法，工序設(shè)計(jì)則采用創(chuàng)成決策方法產(chǎn)生。特點(diǎn)：綜合派生式與創(chuàng)成式CAPP兩者優(yōu)點(diǎn)，具有系統(tǒng)簡潔、快捷、靈活、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日7.4CAPP專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)：是一種求解問題的智能軟件系統(tǒng)，它把人類專家的經(jīng)驗(yàn)和知識表示成計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的符號形式，采用專家的推理和控制策略，處理和解決只有專家才能解決的問題。

通常軟件系統(tǒng)＝數(shù)據(jù)＋算法專家系統(tǒng)＝知識＋推理專家系統(tǒng)組成：第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日l

知識庫

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。數(shù)據(jù)庫

用于存儲用戶輸入的原始數(shù)據(jù)（事實(shí)）和推理過程的動態(tài)數(shù)據(jù)。推理機(jī)

是一種具有推理能力的計(jì)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。知識獲取模塊

將人類專家的專門知識提取出來，經(jīng)整理轉(zhuǎn)化為計(jì)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。用戶接口模塊

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。專家系統(tǒng)組成第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日專家系統(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。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日專家系統(tǒng)的知識表示產(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)生式規(guī)則法是最常用的知識表示方法，其一般形式為：

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>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。第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日1）正向推理

從已知事實(shí)出發(fā)，按照給定控制策略，利用生產(chǎn)式規(guī)則最終推斷出結(jié)論。在CAPP系統(tǒng)中，由毛坯一步步推導(dǎo)出最終零件的整個加工工藝過程。正向推理機(jī)應(yīng)具有的功能：

能夠根據(jù)已知的事實(shí)，知道運(yùn)用知識庫中哪些知識；

能將推理后得到的結(jié)論存入數(shù)據(jù)庫，并記錄整個推理過程；

能夠判斷何時結(jié)束系統(tǒng)推理；必要時向用戶提問，要求用戶補(bǔ)充輸入所需的推理?xiàng)l件。專家系統(tǒng)推理方式正向推理不足－盲目推理，求解了許多與目標(biāo)解無關(guān)的子目標(biāo)；第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日2）反向推理先提出假設(shè)，然后反向?qū)ふ抑С旨僭O(shè)的證據(jù)。在CAPP系統(tǒng)中，由最終零件通過逐步加上加工余量，使之最終成為毛坯的推理過程。反向推理機(jī)應(yīng)具有的功能：

能夠提出假設(shè)，并運(yùn)用知識庫中的知識判斷假設(shè)的真假；

若為真，則記錄使用了哪些知識（以備解釋之用）；

若為假，則系統(tǒng)應(yīng)重新提出新的假設(shè)，再進(jìn)行判斷；

能夠判斷何時結(jié)束推理；

必要時能夠向用戶提出補(bǔ)充條件要求。反向推理不足－盲目選擇目標(biāo)，求解了許多假設(shè)的子目標(biāo)。第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

3）雙向推理：綜合利用正向推理和反向推理優(yōu)點(diǎn)，克服其不足。先根據(jù)事實(shí)庫中一些原始數(shù)據(jù)，利用正向推理幫助人們選擇假設(shè)，再利用反向推理進(jìn)一步證明這些假設(shè)是否成立，如此反復(fù)，直至最后得出結(jié)論。第二十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日

專家系統(tǒng)開發(fā)語言：Lisp、Prolog等智能型程序設(shè)計(jì)語言，