基于實例的機床零件工藝設計

劉保華

摘 要：本文是采用基于實例的推理方法開發(fā)了機床零件CAPP系統(tǒng)，系統(tǒng)實現的關鍵技術包括實例表示、實例管理和相似實例抽取等內容。

關鍵詞：基于實例;機床零件;CAPP

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A

0 前言

CAPP是生產制造的重要組成部分，它是連接產品設計和加工的橋梁，它是一個具有豐富的經驗性的決策過程，隨著制造環(huán)境的變化而變化。CAPP不僅是產品過程自動化和CAD與CAM連接的重要工具，企業(yè)不同部門可以通過它完成產品信息的交流，CAPP系統(tǒng)的生產信息同時傳遞到企業(yè)的管理和調度部門，因此CAPP在企業(yè)的生產自動化中起著不可替代的作用。

目前，智能型CAPP系統(tǒng)通常使用符號規(guī)則的表達方法和推導方法，但難免地存在一些不足之處，例如不容易獲取工藝知識，推理過程中的沖突等。人們把一種新的方法-CBR（基于實例的推理）技術應用到CAPP領域中去，CBR的關鍵思想是把過去的知識經驗用來解決現在的問題[1-2]。

1 基于實例推理（CBR）介紹

1.1 推理過程

CBR的核心思想是在案例庫中訪問和調整過去類似問題的解決方法，而不是從頭開始，從而獲得當前問題的解決策略[3]。

（1）輸入需要加工零件的要求和有關信息。

（2）根據當前零件的要求和條件，從實例數據庫中搜索與當前問題相似的實例。

（3）按照實例匹配算法來獲取當前零件的工藝流程。

1.2 典型工藝

一般來說，工藝流程設計不是從零開始的。面對新的工藝設計要求，工程師通常會結合早期設計中出現的類似設計案例，發(fā)現它們之間的差異，并以此作為確定新設計方案的依據。CBR通過與標準設計準則的聯系，反映了人類知識推理過程時基于經驗和學習的論證特點，找到了處理傳統(tǒng)知識問題的一種優(yōu)先方法。典型流程如圖1所示。

2 實例的表達和提取

實例是過去在特定設計要求下獲得的優(yōu)化結果或令人滿意的結果，它本身包含了大量的設計經驗和知識，相似實例是具有相同屬性和屬性的實例或具有相似設計任務的實例。

如何構建實例的分類、索引和動態(tài)記憶模型是第一步，在工藝設計領域，企業(yè)現有的工藝和圖紙反映了豐富的實踐經驗，并顯示出與設想目標的許多相似之處，因此，在所有這些學習方法中，基于實例歸納的過程設計方法仍然是積極有效的。

2.1 實例的表達[4]

在CAPP系統(tǒng)中，實例通常由屬性描述部分和求解方法組成，前者主要用于搜索。在機床零件的加工過程中，描述零件屬性的屬性集，可分為定性部分和定量部分，后者通常指工藝規(guī)范。機床零件的加工工藝多，結構復雜。為了實現實例的標準化表示，有必要對汽車零件進行分類，以實現實例的標準化表達。圖2是建立面向對象的機床零件工藝實例表達模型。

2.2 實例的提取[5]

數控加工中，刀具在起點和終點之間連續(xù)移動。因此，加工不同形狀或尺寸的機床零件時可以采用相同的刀具和切削參數，在提取相似工藝實例后，可以按照已有加工設備的信息對實例進行適當修改。例如使用同一刀具加工形狀相同的普通鋼和不銹鋼零件，可根據普通鋼和不銹鋼的不同切削參數制定相應的切削參數修改規(guī)則：

如果材料=不銹鋼材料

則切削深度保持不變

進給量一定

切割速度/1.4

2.3 工藝設計部分

工藝設計是系統(tǒng)的核心部分，它基于實例推理，包括零件特征編碼，工藝實例庫檢索，提取相似實例進行修改和編輯等功能。它還提供了良好的人機交互接口，在工藝設計過程中，系統(tǒng)可隨時調用資源庫來查詢機床的設備、刀具、工裝等情況，能夠充分利用企業(yè)現有的設備來完成新的零件的工藝設計工作。

2.4 工藝流程生成和反饋錯誤處理

如果通過實例庫沒有發(fā)現與要設計零件類似的實例，那么在工藝生成模塊中可以產生新的工藝流程規(guī)范。此外，工藝流程生成模塊還檢查工藝流程的一致性，以確保其準確性和完整性。如果加工出來的零件有錯誤，錯誤信息將反饋給系統(tǒng)，調整原始工藝規(guī)范，使加工零件符合設計要求。工藝文件是工藝設計的必要部分，主要包括工藝流程卡、工序卡和工步卡，可以選用合適的報表輸出工具。

3 基于實例的機床零件工藝輔助系統(tǒng)

對機床零件的工藝實例庫進行了一定程度的劃分，使實例知識模塊化，這一方法有利于數據庫的存儲和實現相似性計算方法。為了便于實例庫的管理和應用，更加符合實際的加工場景，基于實例的CAPP系統(tǒng)可以調用典型流程進行工藝流程設計，設計方法基于企業(yè)常用的典型工藝流程，采用分組編碼技術，功能描述方法可直接用于實例系統(tǒng)，具有更高的零件表達能力和更大的靈活性。圖3是一個基于實例的機床零件設計系統(tǒng)的基本原理示意圖。

4 結束語

基于實例的方法更適合于難以表達的經驗性較強知識的問題，如機床零件加工技術，尤其是基于實例的知識表達方法促進了工藝流程設計系統(tǒng)的使用效能和工具性，可以開發(fā)出較為完善的機床零部件工藝系統(tǒng)。綜合利用了計算機圖形的處理技術，有效地利用了以往加工零件的工藝流程，繼承了工藝工程師的經驗和知識，提高了工藝設計的質量和水平，提高了制造部門設計工藝流程的效率。

參考文獻：

[1]王秀倫.現代工藝管理技術[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]黃國青，李建峰.CAPP系統(tǒng)中典型工藝知識的應用研究[J].機械科學與技術，2006（4）：455-457.

[3]鄧瑞清，蔡穎.基于實例推理在CAPP系統(tǒng)開發(fā)中的應用[J].農機化研究，2005（6）：241-243.

[4]劉長安，楊志宏.基于實例歸納的工藝設計知識獲取[J].中國機械工程，1998（1）：46-48+8.

[5]晁代章，王林琳.基于知識的CAPP中工藝知識管理與應用策略研究[J].制造業(yè)自動化，2007（6）：92-94.