軸類零件計算機輔助工藝設計的數據庫管理系統研究

江西贛州恒力機械有限公司主要生產汽車配件和摩托車配件。該公司初步開發出了回轉類零件的計算機輔助設計(CAD)系統和以交互式為主的回轉類零件的計算機輔助工藝設計(CAPP)系統。這兩個計算機輔助設計系統投入使用以來，基本運行良好，性能穩定。但隨著業務量的增加以及機械產品市場朝多品種、小批量、產品更新周期縮短的方向發展，兩個系統難于滿足當前的發展要求。為解決此問題，筆者以軸類零件為對象，采用特征建模的方法構建了零件信息模型，設計了相應的數據表結構。以AutoCAD2000為平臺，應用ActiveX技術和參數化技術，用VB作為系統開發語言，實現了軸類零件圖形的參數化繪制。采用專家系統的反向推理方法生成了軸類零件的工藝流程，完成了工藝過程的計算機輔助設計并實現了對工藝知識的有效管理。

一、開發軸類零件計算機輔助工藝的數據庫管理系統的主要目的

1．通過增加回轉類零件的型面種類，以滿足不同結構的回轉類零件的計算機輔助設計。

2．分別在CAD系統和CAPP系統中，建立零件幾何信息數據庫和工藝信息數據庫，為實現CAD/CAPP的集成創造條件。

3．根據CAD系統中設計的零件圖形所提供的幾何信息、工藝信息和表頭信息等，在CAPP系統中生成與該零件相對應的工藝流程和工序文件。

4．通過專家系統中的人工智能(Artificial Intelligence)簡稱Al技術，建立獨立于應用程序的工藝規程及工序設計的知識庫，實現回轉類零件的工藝規程及工序設計的自動創成，即實現了CAD/I-CAPP系統的集成。

二、系統的主要功能

1．零件的信息輸入模塊：為系統提供一個交互輸入、編輯和維護零件諸如型面的幾何參數、部分工藝參數、表頭信息的窗口。

2．參數化繪圖模塊：建立構成零件幾何形狀的各種型面特征的參數化模型。構建參數化圖形的拼接機制，實現型面圖形的自動繪制以及零件圖形的生成。

3．知識庫管理模塊：實現工藝知識的輸入、工藝知識的標準化和規范化，提供知識庫的規則以及典型加工工藝小規程的輸入、修改和維護等操作。

4．毛坯選擇模塊：選擇毛坯的類型、材料類型、批量、毛坯預處理方法等。

5．工藝規程決策模塊：利用知識庫中的知識和零件幾何信息和工藝信息生成主工藝流程。

三、系統結構設計

在CAD模塊中，輸入型面特征的幾何信息與工藝信息，同時通過接口程序生成并提供系統的各種數據文件，使CAD模塊能方便地獲取零件型面特征的幾何信息和工藝信息，并實現圖形的快速繪制。

在I-CAPP模塊中，完成管理信息和工藝信息的輸入，生成零件的準加工鏈和符合零件要求的主工藝規程。這樣，設計的系統結構框圖如圖1所示。

通過以上分析，可以得出軸類零件計算機輔助工藝設計的數據庫管理系統的結構組成框圖，如圖2所示。

四、系統實現

1．零件信息輸入模塊的實現

(1)基于特征的零件信息描述和特征分類。本文采用基于形狀特征的描述與輸入法，特征主要從形狀特征、材料特征、精度特征、技術特征和管理特征等方面進行分類。

(2)零件信息的內容。零件的幾何信息亦即零件的圖形信息包括零件的幾何形狀、尺寸等；工藝信息，包括零件各個表面的精度等級、粗糙度、熱處理要求、材料和毛坯類型等多種信息。

{3)主要數據表結構。本論文建立了系統所需的零件表頭信息數據表和零件主要特征型面的數據表，主要用來存貯零件的幾何信息和工藝信息。同時，按照系統信息描述的要求，規定了信息輸入步驟，并在Visual BASIC6.0環境中進行了零件信息輸入界面的設計。

2．CAD參數化繪圖的實現

(1)軸類零件的CAD繪圖。軸類零件的參數化繪圖使用了分型面特征要素的方法，采用了ActiveX技術，通過變量聲明、VB和AutoCAD的連接和圖形參數化程序的編寫，實現了在AutoCAD2000開發平臺下圖形的參數化繪制。

(2)參數化圖素拼裝的工作過程。將復雜的零件可能具有的結構定義為相應的形狀特征。然后用戶以交互式的方式輸入各個特征的參數，再調入程序生成相應的形狀特征，最后將若干形狀特征拼裝為零件圖；在圖素拼裝上，每個圖素的拼裝都根據上一圖素的右邊的中點作為插入基點，并通過數學運算及繪圖命令的結合來完成圖素的插入，同時將下一個圖素的插入基點計算并作為下一圖素的插入提供基點；按照從左到右順序繪制零件圖時，自動生成每個型面特征圖素編號。

(3)數據獲取。本系統從CAD參數化繪圖模塊中獲取的數據，包括各個特征型面的幾何參數(直徑、長度等)和少量的工藝參數(表面粗糙度、尺寸精度和熱處理要求等)，按圖元要素進行分類，以陳述的形式存儲在分別以“特征型面+temp-+軸段序號”命名的txt類型文件中。I-CAPP系統可以方便地從以“特征型面+temp-+軸段序號”命名的txt類型文件中獲取數據。

3．知識庫管理模塊的實現

知識庫是用來存放工藝設計所需的各種規則的數據庫，由于本系統要將人工智能中的專家系統技術引入到零件的工藝設計中來，因此，需要建立工藝知識庫。

本系統利用數據庫技術將知識庫與數據庫結合，構造成知識數據庫。知識數據庫中不僅存放事實，而且還存放規則，事實和規則通過推理又可獲得新的信息即虛數據。對虛數據進行推理分析后也最終提供給知識庫。另外系統還可以將工藝實踐經驗以產生式規則納入知識庫中，成為系統推理的依據，使系統實用性更強。

知識數據庫的管理方式是：首先通過VB中的可視化數據管理器直接管理知識庫，然后通過ActiveX數據對象的ADO接口訪問Mi-crosoft Access數據庫。

本文還設計了知識庫的表結構和知識庫的輸入界面，構建了內孔加工方法的知識庫、毛坯選擇知識庫等。

4．毛坯選擇模塊的實現

毛坯選擇模塊主要是用來對毛坯的類型、材料類型、批量、毛坯預處理方法等進行選擇，本文對毛坯選擇的知識庫也進行了設計，采用IF—THEN—結構實現對毛坯的選擇。

5．工藝流程決策模塊的實現

本系統運用專家系統的反向推理策略來實現軸類零件加工工藝流程的自動創成。它是從用戶或系統提供的假設和結論出發，從知識庫中搜索出與知識數據庫一致的事實的方法，即從零件加工的最終狀態開始，逐步選擇合適的加工方法，直至得出無需加工的毛坯狀態為止。從而確定加工計劃。

推理機的具體工作是：根據用戶繪出的零件圖形的設計要求，選用適當的規則，確定出能滿足零件要求的最終加工方法和工藝參數，將已確定了的本工序的工藝參數存入到相關的動態數據庫中，以本工序的尺寸精度和加工余量等工藝參數為基礎，確定前一道工序的加工方法、尺寸、加工余量等工藝參數。以此作為新的要求，如此循環反復，直到確定第一道工序乃至毛坯的類型為止，這樣就確定了零件的主工藝流程。

(作者單位：1．江西理工大學南昌校區；2．江西理工大學)