基于實例的工藝決策方法的ecCAPP應(yīng)用

李晶晶，仲梁維，石海林，范光耀

（上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院，上海200093）

1 基于實例的工藝決策方法概述

基于實例的工藝決策方法主要由實例信息管理、實例匹配與抽取、實例篩選與修改、實例獲取、實例管理五部分組成。其基本流程由圖1所示。當(dāng)有新零件需要設(shè)計工藝路線時，首先需要工藝人員交互地輸入零件信息，繼而利用推理算法找到實例庫內(nèi)相似的實例零件，對其工藝文件進(jìn)行必要的修改，最后得到新零件的工藝路線。在整個過程中，實例庫是核心數(shù)據(jù)庫，主要負(fù)責(zé)實例匹配后進(jìn)行實例抽取以及隨時獲取新的實例。實例管理是一個最重要的模塊，其主要任務(wù)是創(chuàng)建實例庫，并對實例庫進(jìn)行擴充、更新和修改，而且實例的抽取方式與實例的管理方式有密切關(guān)系。

圖1 基于實例的工藝決策方法基本流程

2 零件信息描述方法

2.1 零件信息

零件信息是指工藝設(shè)計系統(tǒng)所需的有關(guān)工作對象的規(guī)范化描述，是派生式CAPP進(jìn)行工藝設(shè)計的重要依據(jù)。由于計算機尚不能智能地識別圖紙上所有的信息，因此有必要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述零件信息。零件信息的描述就是把零件的幾何形狀、技術(shù)要求和其他相關(guān)設(shè)計信息轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的信息過程。只有零件信息描述得完整、準(zhǔn)確，派生式CAPP在決策和推理過程中才有較高的精確度。因此它是整個系統(tǒng)的質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素。

一種好的零件信息描述方法可以增強CAPP系統(tǒng)的實用性，提高工藝設(shè)計的工作效率。其應(yīng)該滿足以下要求：（1）無歧義，即信息描述要準(zhǔn)確、簡明；（2）完整，即信息描述要完整、無遺漏；（3）統(tǒng)一，即輸入的零件信息能被后續(xù)的各種工藝決策程序識別和處理；（4）簡易，即易于用戶理解和掌握；（5）可擴充，即用戶可以根據(jù)需要進(jìn)一步地組織和擴充。

2.2 零件信息模型

ecCAPP系統(tǒng)以特征分類為前提，以特征為基本單元，建立了層次化零件特征模型。由圖2可見，零件總體信息中包括材料類型、熱處理以及毛坯類型，這些信息的內(nèi)容隨著企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的不同而不同，工藝人員需要交互式的輸入這些信息。當(dāng)然，總體信息中還包括產(chǎn)品名稱和圖號、零件名稱和圖號等基本信息，這些信息是隨著PDM系統(tǒng)導(dǎo)入零件信息時同時導(dǎo)入的，不需要做過多的處理。

圖2 零件信息模型

3 編碼庫

建立零件信息模型的目的是為新零件與典型零件做匹配打下基礎(chǔ)，但是如果零件信息以復(fù)雜的文字來表述，會給零件匹配帶來很大困難，同時也不利于零件信息的標(biāo)準(zhǔn)化。零件在做匹配時，系統(tǒng)內(nèi)部實際是兩個零件的編碼互相做匹配，可以節(jié)省大量的匹配時間。工藝管理人員可以在編碼庫中隨意添加各類信息的內(nèi)容，并對其自由編碼和自主管理。當(dāng)為一個新零件添加零件信息的時候，工藝人員就不必費時費力地輸入中文字符，系統(tǒng)會自動從編碼庫中調(diào)出所對應(yīng)零件信息類型的所有內(nèi)容，工藝人員只需要在下拉框中點選，選擇完畢以后，系統(tǒng)在后臺自動轉(zhuǎn)換成編碼形式，等待匹配。

圖3是編碼庫熱處理內(nèi)容管理的用戶界面。界面左邊將庫內(nèi)已經(jīng)存在的熱處理方式顯示出來。以第一條為例，調(diào)質(zhì)是熱處理方式的名稱，括號中的數(shù)字就是調(diào)質(zhì)的編碼。界面左邊用于添加新的內(nèi)容，用戶在代碼欄中輸入數(shù)字，在描述欄中輸入具體內(nèi)容，單擊“提交”，即添加成功。圖4是零件信息的輸入界面。用戶點擊熱處理的下拉框，就可以看到存在于編碼庫中的5種熱處理方式及其相對應(yīng)的編碼。編碼庫的存在極大地方便了用戶的操作，同時有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)范化。

圖3 編碼庫

圖4 零件信息輸入界面

4 主輔特征的匹配方法

在進(jìn)行主特征和輔特征的匹配時，可以被判定為“匹配”的條件是：（1）新零件和實例零件所對應(yīng)的特征類型相同，例如同為圓柱面或退刀槽等。（2）新零件和實例零件所對應(yīng)的特征的粗糙度相同。

圖5 主輔特征匹配算法示意圖

根據(jù)圖5，以兩個雙向階梯軸零件為例，說明整個匹配過程的具體步驟：

（1）將新零件最左邊的01號的主特征及輔特征與實例零件最左邊的01號主特征及輔特征進(jìn)行匹配。

（2）將新零件最右邊的n號的主特征及輔特征與實例零件最右邊的n號主特征及輔特征進(jìn)行匹配。

（3）將新零件的最大即m號主特征及輔特征與實例零件的最大即m號主特征及輔特征進(jìn)行匹配。

（4）從新零件的02號主特征開始，到最大主特征的前一個即m-1號主特征為止，逐一與實例零件相對應(yīng)的主特征和輔特征進(jìn)行比較。

（5）從新零件最右邊倒數(shù)第二個即n-1號主特征開始，到最大特征的后一個即m+1號主特征為止，逐一與實例零件相對應(yīng)的主特征和輔特征進(jìn)行比較。

在進(jìn)行匹配時，首先將新零件的主特征與實例零件相對應(yīng)的主特征進(jìn)行匹配，如果主特征匹配成功，再進(jìn)行兩個輔特征的匹配；如果主特征不匹配，則從屬于該主特征的輔特征就不匹配。

5 從SolidWorks中直接獲取零件特征信息

隨著機械設(shè)計類三維軟件的廣泛應(yīng)用，許多企業(yè)在設(shè)計產(chǎn)品時都會繪制產(chǎn)品的三維零件圖，一般使用的軟件包括SolidWorks、CATIA、Pro／E等等。在這些三維設(shè)計軟件中，特征是建模的基礎(chǔ)。在繪制用于工藝設(shè)計的三維零件圖時要站在工藝設(shè)計的角度上創(chuàng)建特征，各個特征的組合體就形成了零件，這就是基于特征的造型準(zhǔn)則。創(chuàng)建零件的三維零件圖，實際上就是把提取零件特征信息的問題轉(zhuǎn)變成了提取零件三維圖的特征樹的問題。在此以SolidWorks例，說明此方法的整個過程。

圖6描述了從SolidWorks中直接獲取零件特征信息的基本流程。首先在SolidWorks中建立某個零件的三維圖。這里要注意的是，繪制零件圖時要站在工藝設(shè)計的角度上，即順著特征的生成順序來建立零件，這樣就可以保證SolidWorks零件樹中包含所有的特征。接下來就需要修改特征樹中的特征名字。在SolidWorks中生成一個特征時，特征樹中的特征名是自動生成的，例如“拉伸1”、“拉伸切除2”等。這里要將這些特征名重命名，修改成符合本系統(tǒng)規(guī)定的命名原則。本系統(tǒng)的特征命名原則是：“主特征號，是否主特征，特征名，粗糙度”。其中，“主特征號”即主特征編號。如果該特征是輔特征，則輸入其依附的主特征編號。“是否主特征”用于判斷該特征是主特征還是輔特征，若是主特征則輸入“0”，若是輔特征則輸入“1”。“特征名”即為該特征在編碼庫中相對應(yīng)的名稱?！按植诙取本褪窃撎卣鞯拇植诙?，若是輔助特征則缺省不填這一項。在產(chǎn)品設(shè)計階段將特征樹中的特征名字重命名不但有助于CAPP系統(tǒng)直接提取零件的特征信息，同時也可以幫助產(chǎn)品設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計時隨時可以考慮到該零件的工藝性。完成以上步驟以后，用戶可以運行一個執(zhí)行性文件，該程序負(fù)責(zé)將SolidWorks文件特征樹中的特征名字提取出來，并將這些內(nèi)容保存在一個TXT文檔中。CAPP系統(tǒng)導(dǎo)入這個TXT文檔，讀取其中的內(nèi)容，然后得到該零件的特征信息并將其轉(zhuǎn)換為編碼庫中對應(yīng)的編碼。其最后的結(jié)果與用戶交互式地輸入零件特征是一樣的。

圖6 從SolidWorks中直接獲取零件特征信息基本流程

Set sw App=CreateObject（"sldworks.application"）＼＼創(chuàng)建sldworks對象

Set Part=sw App.OpenDoc6（Text1.Text，sw-DocPART，0，""，fileerror，filewarning）＼＼創(chuàng)建文件對象

sw App.OpenDoc6 Text1.Text，sw DocPART，0，""，fileerror，filewarning＼＼打開指定文件對象

Set Feature=Part.FirstFeature（）獲取特征樹各級名稱

Open"D：＼JSP＼project＼capp-ss-struts＼Solid-Worksfiles＼1.txt"For Output As＃1 Do While Not Feature Is Nothing

If Feature.Get TypeName2（）="Chamfer"Then Print＃1，F(xiàn)eature.Name＼＼判斷是否為特征

If Feature.Get TypeName2（）="Fillet"Then Print＃1，F(xiàn)eature.Name

……

Set Feature=Feature.GetNextFeature（）’Get the next feature＼＼讀取特征名稱

6 操作過程

下面介紹從SolidWorks中直接獲取零件特征信息的整個界面操作過程。

首先在SolidWorks中建立零件的實體模型，同時修改特征樹中的特征名稱，如圖7所示。

圖7 在SolidWorks中建模并修改特征名稱

然后打開瀏覽器，進(jìn)入ecCAPP系統(tǒng)，單擊某零件，進(jìn)入添加特征信息的頁面，如圖8。單擊“導(dǎo)入特征信息”按鈕，網(wǎng)頁上會顯示如圖9示的界面。單擊“運行”按鈕，即運行VB程序，提取選定的SolidWorks文件中的相關(guān)特征名稱。在圖10的界面中選取要操作的SolidWorks文件后，單擊“確定”按鈕。當(dāng)出現(xiàn)如圖11中的提示信息，即表示提取完成，單擊“是”按鈕，回到原來的頁面中。所有該文件的特征名稱被保存在了一個TXT文檔，見圖12。

導(dǎo)入完成以后，單擊“讀入TXT文檔”按鈕，系統(tǒng)自動讀入TXT文檔中的內(nèi)容，并將特征名稱轉(zhuǎn)換為特征編碼，最后把這些編碼賦給該零件并顯示在頁面上，如圖13。

圖8 添加特征信息

圖11 導(dǎo)入完成

圖12 TXT文檔中的特征名稱

圖13 顯示零件特征編碼

7 結(jié)束語

本文實現(xiàn)了計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成和直接從SolidWorks中獲取零件特征信息。最后通過實例再現(xiàn)系統(tǒng)的使用及操作過程，論證了系統(tǒng)的可行性和實用性。

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