農機產品CAPP系統的零件工序參數式生成技術

屠立

摘要：從農機產品設計對CAPP（Computer Aided Process Planning）系統要求的角度，提出了零件工序參數式生成的實現關鍵。定義了工藝卡內容間的約束關系和擴充工藝數據結構，分析了工藝數據的信息獲取途徑，引入了智能化語句合成技術，并基于約束關系模型實現了工藝內容的參數式實現方法。

關鍵詞：農機產品；CAPP（Computer Aided Process Planning）；參數式；工藝數據結構；語句合成

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：B 文章編號：0439-8114（2014）01-0208-03

Parts Process Parametric Generation of CAPP System for Agricultural

Machinery Products

TU Li

（Department of Mechanical Engineering， Zhejiang Mechanical & Electrical College， Hangzhou 310053， China）

Abstract： The key implement of parts process parametric generation was presented from the angle of CAPP system design requirement for agricultural machinery products. The constraint relations between process card contents and the extended process data structure were defined， the information achieving approach to process data was analyzed， the intelligent statement synthesis technique was introduced， and the parametric implement methods for process contents based on constraint relation model were realized.

Key words： agricultural machinery product； Computer Aided Process Planning（CAPP）； parametric； process data structure； statement synthesis

收稿日期：2013-06-25

基金項目：2011年浙江省博士后科研項目擇優資助項目

作者簡介：屠 立（1966-），男，陜西西安人，教授，博士，從事產品優化設計技術、制造業信息化的研究，（電話）0571-87773069（電子信箱）

tu_li22@aliyun.com。

采用參數化設計技術，目前的農機企業可以基于已有的成熟產品，通過對關鍵尺寸的修改產生新的設計，促進了企業產品的系列化和標準化，極大地縮短了產品設計周期[1]。但由此引發出一個新的問題，即參數化的設計必然要求有參數化的工藝與之相適應，使得設計尺寸數據的改動能夠觸發現有工藝的自動修改，生成相應的新工藝，以進一步縮短農機產品的制造準備周期。而每一張工藝卡片都是工藝師創造性勞動的結晶，在農機產品的工藝設計過程中，應能借鑒已有的成熟工藝，對它進行一些修改與完善，快速高效地得到新的工藝卡片用于指導生產。同時，工藝設計本身是一個多變量非線性深度大反饋的系統，其不確定的因素很多[2]。工藝人員在編制零件工藝時難免要對零件的工藝尺寸進行調整，參數式的CAPP（Computer Aided Process Planning）系統可以自動觸發與之相關聯的工藝內容，如車間、設備、工裝、工時等，對它們進行自動調整，并實時地反映在工藝人員面前，為他們提供工藝決策的支持[3]。

1 農機產品CAPP系統參數式工序生成的實現關鍵

傳統的CAPP系統之所以不支持參數化設計，關鍵在于它們對工藝卡內容描述的單一性，即只孤立地記錄了工藝卡各組成部分的內容，如產品代號、材料、加工方法、工步內容、設備工裝、工時定額等。它們彼此之間缺乏任何關聯，系統沒有反映出它們之間本應具有的約束關系。實現CAPP參數式工序生成的關鍵是建立工藝卡組成內容之間的約束關系，具體見圖1。

1.1 擴充的工藝數據結構

農機產品CAPP系統采用一套擴充的數據結構來保存實現零件的參數式特征信息。這些零件特征信息包括：幾何特征，如零件的尺寸規格；加工特征，如加工方法、加工精度；材料特征，如零件材料、毛坯件數；求解特征，如工時求解方式；其他特征，如附加因數等。

1.2 工藝數據結構的信息獲取途徑

獲得零件特征信息的主要途徑見圖2。

1）零部件明細表。從零部件明細表中可以獲得零件件號、件數、材料牌號等信息，即直接從CAD系統將零部件明細表信息通過中間數據文件自動轉入CAPP系統。

2）零部件編碼。系統采用計算機輔助編碼方式，利用“向導”（Wizard）技術自動生成零部件編碼。根據零部件編碼可以確定零件族，從而確定零件的加工工序等內容。

3）對話框交互輸入。由于CAD特征自動提取技術尚不完善，完全依靠從CAD系統自動獲取零件加工特征是不現實的。因此在CAPP系統中可采用對話框[4]參數式交互輸入獲得一些必要的加工特征信息，輸入界面見圖3。由于這些特征信息都保存在系統的擴充數據結構中，所以當用戶修改工藝參數時可以直接在對話框中方便地進行改動，而無需重新輸入。

4）CAD系統的幾何特征輸入。CAPP系統可采用COM技術，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關系模型的建立是實現參數式CAPP系統的關鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內容中的敘述性文字轉化為具有產品數據意義的參數數據，并直接為其他CAX系統和企業ERP等系統所共享。此外，修改工藝任何參數即可自動得到新的工步內容，從某種意義上來說，實現了工藝卡的參數化。

2 零件工序內容的參數式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關系，農機CAPP系統采用以下方法實現零件工序內容的參數式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農機產品參數化設計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎上進行增刪調整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設計得到的零件），工藝路線的確定主要根據設計人員的思路、各加工分廠的設備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設計。

2.2 工藝過程內容說明

工序內容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導現場操作人員的工作。對工序內容說明的分析可以發現，每一句說明雖然內容不同，但抽象地看無非是以下內容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數目：即零件的件數；加工的要求：如油漆次數等。

可見工序內容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數目，加工要求）

一旦這些因素之一發生變化，必然地要引起“工序內容說明”的更新與修改。

農機產品CAPP系統通過智能化語句合成技術實現了“工序內容說明”描述的規范、準確、簡潔、統一。所謂“智能化語句合成技術”就是指，根據不同工種事先設計一系列標準的描述性的語句，設備、尺寸、件號、件數、材料、規格等都是這些標準語句的參數，系統自動優化組合成相應的“工序內容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設備、工裝

零件的加工設備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結

農機產品制造過程如何快速實現工藝卡的生成以完成生產準備是農機產品設計中的重要一環，在產品設計時若設計參數的修改能自動觸發與之相關聯的工藝內容，并對它們進行自動調整，則產品設計結束后，即能獲得相應工藝過程卡直接指導企業進行生產準備和生產，這樣將大大降低中間環節所需要的時間。本研究給出了零件工序參數式生成技術，有效地實現了通過參數修改而自動修改工序內容，進而生成新的工藝規程。

參考文獻：

[1] 董家驤.計算機輔助工藝過程設計系統智能開發工具[M].北京：國防工業出版社，1996.

[2] 趙汝嘉.計算機輔助工藝技術[M].北京：機械工業出版社，1995.

[3] 黃長林，苑舉林，胡樹根，等.基于數據庫的參數式CAPP系統研究[J].機電工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于參數式數據的CAPP系統設計與實現[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數據挖掘和面向對象技術的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設計與制造，2010（1）：232-234.

（責任編輯 王曉芳）

4）CAD系統的幾何特征輸入。CAPP系統可采用COM技術，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關系模型的建立是實現參數式CAPP系統的關鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內容中的敘述性文字轉化為具有產品數據意義的參數數據，并直接為其他CAX系統和企業ERP等系統所共享。此外，修改工藝任何參數即可自動得到新的工步內容，從某種意義上來說，實現了工藝卡的參數化。

2 零件工序內容的參數式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關系，農機CAPP系統采用以下方法實現零件工序內容的參數式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農機產品參數化設計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎上進行增刪調整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設計得到的零件），工藝路線的確定主要根據設計人員的思路、各加工分廠的設備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設計。

2.2 工藝過程內容說明

工序內容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導現場操作人員的工作。對工序內容說明的分析可以發現，每一句說明雖然內容不同，但抽象地看無非是以下內容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數目：即零件的件數；加工的要求：如油漆次數等。

可見工序內容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數目，加工要求）

一旦這些因素之一發生變化，必然地要引起“工序內容說明”的更新與修改。

農機產品CAPP系統通過智能化語句合成技術實現了“工序內容說明”描述的規范、準確、簡潔、統一。所謂“智能化語句合成技術”就是指，根據不同工種事先設計一系列標準的描述性的語句，設備、尺寸、件號、件數、材料、規格等都是這些標準語句的參數，系統自動優化組合成相應的“工序內容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設備、工裝

零件的加工設備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結

農機產品制造過程如何快速實現工藝卡的生成以完成生產準備是農機產品設計中的重要一環，在產品設計時若設計參數的修改能自動觸發與之相關聯的工藝內容，并對它們進行自動調整，則產品設計結束后，即能獲得相應工藝過程卡直接指導企業進行生產準備和生產，這樣將大大降低中間環節所需要的時間。本研究給出了零件工序參數式生成技術，有效地實現了通過參數修改而自動修改工序內容，進而生成新的工藝規程。

參考文獻：

[1] 董家驤.計算機輔助工藝過程設計系統智能開發工具[M].北京：國防工業出版社，1996.

[2] 趙汝嘉.計算機輔助工藝技術[M].北京：機械工業出版社，1995.

[3] 黃長林，苑舉林，胡樹根，等.基于數據庫的參數式CAPP系統研究[J].機電工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于參數式數據的CAPP系統設計與實現[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數據挖掘和面向對象技術的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設計與制造，2010（1）：232-234.

（責任編輯 王曉芳）

4）CAD系統的幾何特征輸入。CAPP系統可采用COM技術，提供直接從CAD獲取部分零件幾何信息的功能。

約束關系模型的建立是實現參數式CAPP系統的關鍵。采用以上特征信息獲取方法將通常工藝內容中的敘述性文字轉化為具有產品數據意義的參數數據，并直接為其他CAX系統和企業ERP等系統所共享。此外，修改工藝任何參數即可自動得到新的工步內容，從某種意義上來說，實現了工藝卡的參數化。

2 零件工序內容的參數式生成

基于上述零部件特征及其相互約束的關系，農機CAPP系統采用以下方法實現零件工序內容的參數式生成過程。

2.1 工藝路線

對于農機產品參數化設計得到的零件，依照零部件的成組編碼，檢索出同一零件族的模板工藝，從而得到工藝路線的雛形，在此基礎上進行增刪調整得到最終加工路線[5]。

對于沒有模板工藝的零部件（即變型配置設計得到的零件），工藝路線的確定主要根據設計人員的思路、各加工分廠的設備布置、零件的加工成本人為確定從而形成工藝過程卡的大致基本框架。

系統提供部件工藝的加工路線粗框架，方便工藝人員的設計。

2.2 工藝過程內容說明

工序內容說明是一張工藝卡的主體，它用敘述性的文字，有時再加上工藝簡圖，描述了零件加工過程中具體某一步的實施方案，用以指導現場操作人員的工作。對工序內容說明的分析可以發現，每一句說明雖然內容不同，但抽象地看無非是以下內容的組合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的對象：即零件的件號；對象的數目：即零件的件數；加工的要求：如油漆次數等。

可見工序內容說明并不是一個獨立變量，它受到上述各個因素的約束，約束方程如下：

工藝過程內容=f（加工的方法，加工的對象，對象的數目，加工要求）

一旦這些因素之一發生變化，必然地要引起“工序內容說明”的更新與修改。

農機產品CAPP系統通過智能化語句合成技術實現了“工序內容說明”描述的規范、準確、簡潔、統一。所謂“智能化語句合成技術”就是指，根據不同工種事先設計一系列標準的描述性的語句，設備、尺寸、件號、件數、材料、規格等都是這些標準語句的參數，系統自動優化組合成相應的“工序內容說明”，填寫在工藝卡中，詳見圖4。

2.3 車間、設備、工裝

零件的加工設備直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影響。當工藝人員修改了零件的尺寸后必須重新對加工設備和工裝進行選擇，如有變化則在工藝卡上作相應的修改，提高工藝編制的水平。

3 小結

農機產品制造過程如何快速實現工藝卡的生成以完成生產準備是農機產品設計中的重要一環，在產品設計時若設計參數的修改能自動觸發與之相關聯的工藝內容，并對它們進行自動調整，則產品設計結束后，即能獲得相應工藝過程卡直接指導企業進行生產準備和生產，這樣將大大降低中間環節所需要的時間。本研究給出了零件工序參數式生成技術，有效地實現了通過參數修改而自動修改工序內容，進而生成新的工藝規程。

參考文獻：

[1] 董家驤.計算機輔助工藝過程設計系統智能開發工具[M].北京：國防工業出版社，1996.

[2] 趙汝嘉.計算機輔助工藝技術[M].北京：機械工業出版社，1995.

[3] 黃長林，苑舉林，胡樹根，等.基于數據庫的參數式CAPP系統研究[J].機電工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于參數式數據的CAPP系統設計與實現[J]. 機械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭師虹.基于數據挖掘和面向對象技術的CAPP工藝知識模型的研究[J].機械設計與制造，2010（1）：232-234.

（責任編輯 王曉芳）