（控制理论与控制工程专业论文）盘式刹车片capp技术的研究与应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 c a j p p ( c o m p u t e r 加d i e dp r o c e s sp l a 肌i n g ) 是计算机辅助工艺设计的简称。 工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与制造的桥梁。工 艺规程是工装设计、制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组 织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳 动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。 本课题从某盘式刹车片厂的实际生产情况出发，综合考虑系统的实用性和 先进性，将c a p p 设计方法的变异式和创成式结合起来，同时借鉴专家系统的 思想，开发出综合式r y c a p ps a b r l 系统。 论文通过分析目前国内外a 廿p 系统设计与应用技术的发展状况及其支撑 理论和技术的发展状况，进行了系统的总体结构设计和可行性分析，描述了系 统的各个功能模块的具体功能。基于产品的特征，对产品进行了分类编码。 阐述了数据库在c i m s 中的重要性，简单介绍了数据库设计的一般步骤；从 盘式刹车片c a j p p 系统应用的实际需要出发，建立了c a p p 系统数据库，包括 工艺规程数据库、加工余量选择数据库、设备选择数据库等。 简要介绍了专家系统及专家系统中知识的表示方法、知识表示方法的评价 标准及常用的推理方法，并着重介绍了产生式表示法，阐述了工艺决策的本质 和工艺决策的方法，并通过相应的程序实现了工艺规程的调用、加工余量的获 取及设备的选择，从而使得工艺决策过程最终得以完成。 基于计算机网络化的基本概念、计算机网络的分类、计算机网络拓扑结构 的种类，针对该厂的实际，建立了局域网络化c a p p 系统。 通过r y c a p p - s a b r l 系统的实施，规范了盘式刹车片产品的工艺设计、提 高了工艺设计的效率，可让技术人员有更多时间投入到新产品的开发和研究上 去，这对于我国刹车片产业摆脱受制于人的现状有着非常重要的意义。 关键词：盘式刹车片，c a _ p p ，工艺规程，成组技术，专家系统 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t 1 l ec a p pi ss h o n e n df o 册o fc o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a 肌i n g t h ep m c e s s p l a i l i l i n gi st h ef i r s ts t a g eo fp r e p 盯a t i o f o rm a n u f a c t u 咖g t e c h n i c a ld o c u m e n t a i l di t i st h cb r i d g cb e 觚e e np r o d u c td e s i 印a n dp r o d u c tm a 】1 u f a c l u n n g t h ep r o c c s si st l l e b a s eo ff r o c hd e s i g n ，m a i l u f a c t i l r i n g ，m em e t h o do fm a c h i n i n g 柚dm a c h j n i i 唱r o u t e n s f i l n c t i o ni sf o l l o w i n g ：o r g 孤_ i z i n gp d u c e ，c o n t r o m n gq u a l i t y ，e i l l i a n c i l l gp r o d u c t i v i t y ， r c d u c i n gc o s t ，r e d u c i n gp r o d u c ep e r i o d s ，i m p r o v i l l gw o r kc o n d m o n s ，e t c s o ，t h ep r o c e s s p l a n n i i l gi st h ec o r ep a r to fp r o d u c t i o n i ss u b j e c t ，j nv i e wo ft h ep r a c t i c eo fd j s cb r e a l 【p a de n t e r p r j s ec o n s j d e r s c o m p r e h e n s i v e l yt l l ea d v a l l c i i l ga n d 印p l y i go ft h es y s t e m ，c o m b i n e st h ev a r j a n t p a t t 锄a n dg e n e r a t i v ep a 仕e mo fc a p pp l a n n i n gm e m ) d a n dm e a n w l l i l ea p p l i e se s i d e a s ，d e v e l o p sc o m p r e h e n s i v er y c a p p s a b r ls y s t e m t i l i sa n i c l ei n t m d u c e st h ed e v c l o p m e n to fc a p pi nd o m e s t i ca i l da b r o a d n o w a d a y sa n dt i l ed e v e l o p m e mo fi t ss u p p o n i n gt h c o r ya i l dt e c h n i q u e i tp l a i l st l l e w h 0 1 es t m c t u r eo ft h es y s t e m ，a i l a l y z e st l l ef e a s i b i l i t ya i l dm e a n w h i l ci n t r o d u c e st l l e s p e c i f i cf i l i l c t i o no f r e s p e c t i v ef u n c t i o n a lm o d u l eo ft h cs y s t e m i tc l a s s 王f i e sa l l dc o d e s t h ep m d u c t sb a s i n go nt l l ec h a r a c | e r i s t i co f t h ep m d l l c t i o n ns e t sf o n ht h ei m p o n a n c eo fd a t a b a s ei nc i m s ，i n t r o d u c e sb r i e n yt h eg e n e r a l p r o c e d u r eo fd a t a b a s ep l a i l i l i n g i t e s t a b l i s h e st h es y s t 锄d a t a b a s ef o rs a t i s f i e d f r i c t i 衄m a t e r i a l sc o ，【工d i nv i e wo ft h cp r a c t i c a ln e e d so fi t sc a p pw h i c hi n c l u d e s c r a f tn l l e sd a t a b a s e ，p r o c e s sr e m a i n j n gd l o i c ed a t a b a s e ，e q u i p m e n tt o o lc h o i c e d a t a b a s ea n ds oo n i tb r i e n yi n t r o d u c e st l l ee x p o ns y s t e ma l l dt h ei n d i c a t i i l gw a y so f k n o w l e d g ei n t h es y s t e m ，a s s e s s j i l gs t a n d a r da n dr c a s o n i go fk i l o w l e d g ei n d i c a t ! i n gw a y s ，j ta l s o e m p h a t i c a l l yi i l 钾0 d u c e st h e 恤d i c a t i n gw a yo f 掣m e r a t i v ep a t t e m ns e t sf o r t ht h e e s s e n c ea n dt h em e t h o do fc r a f td e c i s i o n ，a n dr e a l i z e st h ea d j u s t i l l e n to fc r a f tr u l e s n u _ o u 曲r e l e v a n tp m 舒a m ，t h eo b t a i n i 芏l go fp r o c e s sr e m a i l l i n g ，a dt h ec h o i o f e q u i m e n tt of u l f i l lu n i m a t e l yt h ec r a f td e d s i o p r o c c s s 武汉理工大学硕士学位论文 f i n a l l y ，i ti n t r o d u c e st h eb 弱i cc o n c e p ta n dt h ed a s s i f ! i c a t i o n o fc o m p u t e r n e 呐o r ka i l dt h ev a r a t i o no fc o m p u t c rn e m o r kt o p o l o g ys t m c t u r e 1 ts e t s 印l o c a l n e t w o r kc a p p s y s t e md j r e c t e da g a i n s tt h ep r a c t i c eo ft h ee n t e r p r i s e b yw a yo fa p p l i c a t i o no fr y c 船p - _ s a b r ls y s t 锄，w es t a n d a r d i z et h ep r o c e s s d e s i g i lo fd i s cb r e a l 【p r o d u c t ，e l l h a n c ee f f i c i e n c ya n dm a k et h et e c l l n o l o g i s th a v e m o r ct i m et or c s e a r c ha n dd e v e l o pt h ee w p r o d u c t s t h e s ea d v a n t a g e s h a v e s i g l l i f i c a n c e f o ro u rc o u n t r y d e v e l 叩i i l g a u t o m o b i l eb r e a l 【 i i l d e p e n d e n t l y a n d c h 蛆g i i i gt l l ec o n d i t i o nt l l a tc h i i l ai nt l l ef i e l d0 fa u t o m o b i l eb r c a kh e a v l yd e p e n d0 n o t h e rc o u n t r i e s k e yw o 川s ：d i s cb r e a l cp a d ，c a p 只p r 0 s sp l a n l l i n g ，g f o u pt e c h n o l o g y ，e x p e f t s y s t e m m 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题概述 第1 章绪论 1 1 1 课题来源及研究的背景 计算机辅助工艺过程设计( c o m p u t e r 出d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，简称c a p p ) 是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判 断和推理等的功能来制定对象加工工艺过程。借助于o p 系统，可以解决手 工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。由于。廿p 这些优点，自诞生以来，一直受到工业界和学术界广泛重视，c i r p 、a s m e 等 的重要学术会议均把c a p p 研究作为重要议题。c a p p 是将产品设计信息转换 为各种加工制造、管理信息的关键环节，是连接a 圆、c a m 的桥梁，是制造业 企业信息化建设的信息中枢，是支撑c i m s ( c o m p u t e rh l t e 铲a t e dm a n u f a c i u 血g s v s t 锄) 的核心单元技术，作用和意义重大心 本文利用s a t i s f i e d 公司在刹车片制造领域比较成熟的工艺技术，依托满意 摩擦材料有限公司软硬件支撑环境，开发出1 w c a p ps a b r l 系统，该系统以高 性能微型计算机为硬件工作环境，围绕工艺中的重点和瓶颈环节，能够实现“工 艺路线辅助设计( o 心p ) ”、“工艺定额辅助编制”等功能，基本实现了利用计 算机完成工艺路线设计、工艺定额编制等各项工作。研究和完善该系统，对新 产品开发，对外招标及重大技术改造等项目的工艺准备和工艺、工装设计具有 非常重要的作用。 1 1 2 课题研究的目的及意义 进行c a p p 技术研究是机械、电子制造业发展的需要。 武汉理工大学硕士学位论文 首先，制造业在产品品种的多样性，制造过程的离散性，生产环境的复杂 性，大量事件的随机性等方面特别突出，因此导致工艺设计非常复杂。随着科 学技术进步和市场竞争的加剧，对产品更新换代的周期要求越来越短，从而要 求制造系统具有良好的适应性( 柔性和快速响应性) ，这就对工艺过程设计提出了 更高要求。而传统的工艺设计由人工编制，劳动强度大、效率低、设计周期长， 不能适应市场瞬息多变的要求，同时设计质量很大程度上依赖于工艺设计人员 的水平，而一个有丰富经验的工程师往往需要有专业知识的大学生经过十余年 摸索才能达到要求，而工作一段时间后，又将退休，这样周而复始，人才、时 间都造成巨大浪费，且满足不了工厂的需要。在这种情况下，人们迫切需要缩 短工艺设计过程周期，提高产品对市场的响应能力，并使设计更趋于标准化和 优化。因此，q 奸p 的开发是十分必要的【2 】， 其次，随着机械制造业出现计算机集成制造系统c d 江s ，对c a j 劲 a m 集成 化的要求越来越强烈，而c a p p 正是连接c a d 和c a m 间的一座桥梁：c a p p 能从c a d 系统中获取零件的各种信息，同时，又能输出c a m 所需的各种信息。 随着对生产模式的深入研究与推广应用，人们已经认识到c a p p 是先进生产模 式的主要技术基础之一，c a p p 的开发势在必行。 尽管c 舳p 在国内发展已有近3 0 年的历史，但由于工艺过程的复杂性，工 艺软件一直没有得到很好的发展，国内c a p p 主流开发厂商的产品并没有得到 有效的推广，国内9 0 以上的制造业企业还是依靠手工填写卡片，工艺管理水 平更是严重阻碍了企业新产品的上市时间、生产效率的提高和生产成本的降低 等。目前，现有的g 世p 系统尚不完善，人机交互过程繁冗，时间长，应用范围 局限，至今尚没有哪一个系统能够完全适合于各个不同的企业。 本课题旨在以满意摩擦材料有限公司为依托，借鉴其投资方s a t i s f j e d 公司 在刹车片制造领域比价成熟的工艺技术，设计出一套既符合满意摩擦材料有限 公司的实际情况又具有先进性的。谨p 系统，通过该系统的推广，使其能为国 内刹车片行业的发展起到推动作用。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 课题研究的内容 通过研究国内外c a p p 系统发展的现状以及应用情况，凸显计算机辅助工 艺设计。廿p 软件在加工制造业工艺设计中的重要作用，结合不同的系统类型 和。址p 系统设计理论基础，将变异式c a j p p 与创成式c a p p 原理相结合，开 发出适合企业产品特点的综合式c a p p 系统，主要研究内容如下： ( 1 ) 从满意摩擦材料有限公司的实际出发，将g t ( g m u pt e d m o l o g y ) 技 术和专家系统的知识应用于c a p p 领域，根据c a p p 系统中的层次关系、因果 关系进行分析工艺过程决策的研究。 ( 2 ) 研究面向产品工艺数据共享的c a p p 信息集成。 ( 3 ) 研究加工余量、工时定额和机床选择模块及功能实现方法。 ( 4 ) 研究工艺过程实现方法。 本章小节 本章主要介绍了。廿p 系统研究的背景、目的、意义以及该课题研究的现 状，简要阐述了当前。垤p 系统研究中所存在的问题以及重点要发展的方向。 最后，列出了本课题所要研究的内容。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章g 谨p 的发展与应用 2 1c a p p 的介绍 2 1 1c a p p 简述 a 妤p 是计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r 础d e dp r o c e s sp l a n n i l i n g ) 的缩写。 工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与制造之间的桥梁。 传统的工艺设计难以标准化、设计效率低、不利于统一管理与维护。在当代 机械制造领域中，由于新工艺新技术的飞速发展，社会需求趋向多样化。市场 竞争激烈，迫使产品更新周期日益缩短。多品种小批量生产的企业大量增加， 制造系统正逐渐从刚性( 高效率的大批量生产模式) 向柔性( 高效率多品种小 批量生产的模式) 转变，要求将计算机贯穿于产品的策划、设计、工艺规划、 制造与管理的全过程【3 】。显然，传统的手工工艺设计方法已不能满足发展的要求。 c a p p 系统不但能利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决策、自 动生成工艺规程，而且还能自动计算工序尺寸、绘制工序图、选择切削参数和 对工艺设计结果进行优化等，从而设计出一致性良好的、高质量的工艺规程， 也使工艺设计与c a d 、c a m 乃至m i s 等系统的集成成为可能。另外，由于计 算机中存储的信息可以反复利用，从而大大提高了工艺设计的效率。 2 1 2 基于成组技术的c a p p 成组技术是一门基于解决多品种多批量生产所存在的种种问题而产生的生 产技术应用性科学，它利用统计分析和相似性的理论，将分散的小生产量汇集 成较大的成组生产，把多品种转化为少品种，显著地提高了多品种多批量生产 的经济效益。成组技术的最初应用是在指导机械零件的制造工艺方面，把许多 4 武汉理工火学硕士学位论文 结构不同的零件按工艺相似性分类整理成零件族，设计出适合全组零件加工的 成组工艺，从而取得最佳的生产经济效益。随着成组技术理论体系的完善，成 组技术的应用不仅在制造工艺方面，而且在产品设计和生产组织管理方面也目 益广泛，特别是计算机技术的结合，使得成组技术的应用更加简单、实用。 成组技术( g t ) 利用的是零件相似性。分类编码系统是根据零件的特征( 设 计特征和制造特征对零件进行识别和分类的系统。在c a p p 系统中，运用成组 技术把工艺相似的零件归类成组，根据零件的g t 代码，我们就可以得到这类零 件的复合工艺。我国从2 0 世纪5 0 年代开始引进了典型工艺与成组技术的方法【4 l 。 2 1 3 特征造型技术 c a d 技术经历了二维绘图、曲面造型技术、实体造型技术，发展到了今天 的特征造型技术。传统c a p p 系统信息描述方法很多，有整体特征描述法、单 元几何要素描述法、图论法及从c a d 中直接获得零件信息的输入方法，这些方 法的共同缺点就是很难对零件的特征信息进行全面的具体的描述【5 】。而特征造型 技术可以解决这方面的缺点。所谓特征，通常是指具有一定设计或加工功能的 基本单元，用它拼成整个零件，一般将零件特征分为：结构特征、精度特征和 工艺特征，而零件结构特征又可分为形状特征和材料特征，前者反映了零件的 几何拓扑特征。 源于2 0 世纪7 0 年代末期的特征技术在对产品技术和生产管理信息的完整表 达上取得长足的进步，使得建立产品的集成信息模型成为可能，从而将设计人 员从原始线条和体素的操作上解放出来，以产品的功能要素( 如螺纹、键槽等) 为单位，兼以创造性的思维，从而实现设计意图。也正是由于特征技术的发展 成熟，才使得c a i ) c a p p c a m 的集成由理论成为现实，并由此引发了并行工程、 敏捷制造、精益生产等新技术的出现。不同的应用领域对特征的定义有不同的 理解，其中最有影响的首推p r a t t w i l s o n 的定义。特征是一个零件的表面上有 意义的区域，共分为通道特征、凹陷特征、凸起特征、过渡特征、域特征和变 5 武汉理工大学硕士学位论文 形特征等六类特征。这种基于形状特征分类的定义也被s 1 匝p 标准所采用【6 l 。目 前随着s t e p 标准的发展和逐步成熟，使主流q 姬产品都具备了支持s 1 1 弹标 准的基本能力，使特征造型和s t e p 结合很有发展前景。 目前，特征造型正处在研究阶段。它有很大的潜力，是c a d c a p p 集成的 根本方向。 2 2c p p 在国内外的发展 2 2 1 国外c a p p 发展状况 c a p p 的研究和开发最早出现在挪威，1 9 6 5 年挪威人n i k b e i 首先提出了 c a j p p 的概念，并于1 9 6 9 年正式推出了世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s 。 1 9 7 6 年美国的国际计算机辅助制造公司c a m i 所推出的。心p 系统最著名、应 用最广泛，在发展历史上具有里程碑意义川。此后，世界上有众多。廿p 系统问 世，l d c l 【l l e e d 公司的g e n p u n ( 1 9 8 0 ) ，o 瓜的m i p u 蝌( 1 9 8 0 ) ，m e t c u t 的 a u t o p l n ( 1 9 8 2 ) ，这些都是变异型c a p p 。 随着c a p p 进一步发展，出现创成型c a p p ，如西德a a a e n 工业大学的 a u t a p ，美国p u r d u c 大学的t l p p s 等。最近几年，国外研究人员对c 胛p 的理论与方法进行了广泛和深入的研究，围绕着c a d o 奸p 的集成，人们进行 了广泛的研究并提出了一些c 缱p 获取信息的方法，从i g l 孤文件转换、特征识 别到产品模型数据交换标准s t e p ，这些方法对于c a d c a p p 的集成均起到了 一定的作用，但还存在一些不足：( 1 ) i g e s 文件处理时间过长，交换的只是数据 而不是信息；( 2 ) 特征识别无法获得o d 中根本就不存在的面向制造的信息。美 国宾夕法尼亚大学h a m 教授和比利时b n l s s e l 教授领导的研究小组把研究目标瞄 向。如与。廿p 的集成，在概念设计阶段采用人工智能技术如机器学习、人工 神经元网络、几何推理等提供一个集成的c a d 环境，可识别零件的几何形状、 特征以及其它产品信息，以满足与c a p p 系统集成的需要，他们的研究取得初 6 武汉理工大学硕士学位论文 步成果，已在轴类和箱体类零件一体化设计中得以实现【8 】。以色列海法大学则认 为使用规则系统生成的零件工艺规程，比专家系统生成的效果更好，日本东京 大学机械工程系和德国阿亨工业大学机床及工业管理研究所研制c a p p 系统则 更注重于建模效应【9 】。 2 2 2 国内c a p p 发展状况 我国c a j p p 技术的研究起步于2 0 世纪8 0 年代初期，在国家8 6 3 c d 以s 计划 的支持与推动下，实现从无到有的开创性工作【1 0 】。 1 9 8 5 年至1 9 9 0 年可谓c a p p 系统的发展阶段，其间，北航、北工、南航、 西工大等一些高等学校开发出了具有一定水平的c a p p 系统。到第九届国际计 算机辅助生产工程学术会议在我国召开，标志着我国c a p p 的发展水平逐渐与 国际接轨。 在9 0 年代中后期，c a p p 引进系统优化思想和人工智能理论开发出了新一 代c 船p 系统。1 9 9 2 年，机械工业部制定的中华人民共和国机械行业标准j b t 7 7 0 1 9 5 计算机辅助工艺设计导则的颁布象征着我国c a p p 研究开发进入成熟 期 1 “。此后，国内几家从事制造业软件开发与系统集成服务的公司在消化吸收 c a p p 研究成果的基础上，并结合我国企业实际需求，陆续推出了不少商品化 的。廿p 系统，代表性的有西飞公司的“x a c c a p p ”、华工科技产业股份有限 公司的“开目。廿p ”、北京清华京渝天河软件的“t h o 址p ”、西北工业大学的 “o 垤p f r a m e w o r k ”、天喻信息产业责任有限公司的“h l t e c a _ p p ”，另外还有思 普c a p p 、金叶c a p p 、大天。奸p 、艾克斯特c a p p 等一系列产品问世，这些 c a p p 系统分别在企业得到了不同程度的应用。例如国家8 6 3 c i m s 重点推广应 用工程一西飞公司x a c c i m s 工程子项目x a c o 址p 系统的开发，提出了“以 交互式设计为基础，以工艺知识库为核心，在波音7 3 7 7 0 0 垂尾工艺设计和管理 上全部实现计算机化、信息化，并实现通过数据库系统同m i s ，m a s ，f m s 等对 产品工艺信息的共享集成”的a ”p 开发与应用模式【4 j 。 7 武汉理t 大学硕士学位论文 据不完全统计，从1 9 9 0 年至2 0 0 5 年在不同杂志、会议上发表c a p p 研究、 开发、应用成果的文章达近千篇，专著十多种；目前我国自行研制开发的不同 类型的c a p p 系统已达1 0 0 余套。国内c a p p 研究的深入程度、覆盖面和发展 水平尽管与国外还存在差距，但是发展的前景是喜人的n 。 图2 1c i a p p 系统分类示意图 8 武汉理工大学硕士学位论文 归纳起来，迄今为止所研究的c a p p 系统可分为如图2 1 所示的体系结构。 2 2 3 国内c a p p 系统存在的问题 从整体看，国内c a p p ，尤其是企业中的c a p p 还刚刚起步，理论研究的多， 今人信服的成果少。由于。垤p 对生产环境的依赖性及本身的复杂性，现有的 o p 系统存在着“实用的不先进，先进的不实用”的状况，存在的问题主要有： ( 1 ) 一般。廿p 系统通用性差，缺少柔性。 ( 2 ) 多数c a p p 系统属于“黑箱子”型，其内部的启发式推理规则或算法 对用户来说是不可知的，这样的系统难以令用户信服。 ( 3 ) 系统运作时人机交互过程繁冗，久而久之，工艺人员厌倦，特别是有 经验的老工程技术人员。 ( 4 ) 人工获取工艺知识的方法工作量大，准备时间长，效率低。 ( 5 ) c a d ，c a p p c 舢，c a q 等系统之间没有流畅的信息通道，这对生产系 统的有效集成产生了极大障碍。 ( 6 ) 并行化问题：设计、工艺和制造是串行进行的，设计者、规划者和制 造者间缺乏必要的沟通【”1 。 针对q 世p 存在的问题，其研究方向应着重于以下几点： ( 1 ) 开放性：充分提高c a p p 系统软件在时间和空间上的可集成性，使之 既经济又可靠，保证其内部推理路径与层次结构清晰，最终达到提高系统软件 的可靠性、可维护性与可移植性的目的。 ( 2 ) 智能性：由传统的c a p p 向智能的c a p p 发展。 ( 3 ) 集成性；由孤立的a 廿p 向集成化的c a p p 发展。 ( 4 ) 并行化：研究和开发面向并行工程的c a p p ( c e c a p p ) 。o m ，c a p p ， c 御讧之间的信息交互应是动态的、双向的。 9 武汉理j = 大学硕士学位论文 2 3c a p p 的主要功能 制造业的各种单元技术如c a d 、c a p p 、c a e 、c a m 等各自得到了广泛的 应用，为制造工业的发展和技术进步起了重要的作用。但它们仅仅优化了单个 过程，且由于各单元技术开始时是各自独立发展的，较少考虑到相互间的联系， 使得在解决c a d c a p p 肛a m 集成遇到困难【”】。对于现代制造业来说，面临着高 效率、产品多样化、更新换代快、市场竞争激烈的生产形式，亟需改变传统的 封闭式的设计与制造组织模式，实现产品设计、工艺规划和加工过程的全面计 算化和自动化，即实现c a d c a p p c a m 的集成。在c a d ，c a p p c a m 集成系统 中，c a p p 是连接c a d 和c m d 之间的桥梁和纽带。c a d 数据库信息只有经过 c a j p p 系统才能变成。蛳的加工信息。集成化的c a p p 系统直接接收c a d 的 零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件，并以工艺设计结果和零件信息 为依据，经过适当的后置处理，生成n c ( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 程序，从而实现 c a d c a j p p o m 的集成。现代制造系统要求设计、工艺、制造等部门之间，实 现适时的动态数据传输，在一个环境中协调运作，要求c a 酬c a p p g w 按并行 模式集成【”】。 2 4c a p p 的开发与实施 2 4 1c a p p 的开发 按照软件工程的要求，一个系统的发生、发展是按一定的生命周期开展的， 开发任何一个系统都必须经过系统调查、系统分析、系统实施及提高几个阶段。 按照建立一个计算机应用系统的统计，系统调查、系统分析和系统设计的工作 量往往占整个系统开发的三分之以上，而且c a p p 要处理的问题绝大多数是 非数值计算的逻辑规则的处理。在人工智能专家系统中，建立一个智能系统必 须解决知识的表示，知识的获取及知识的利用等问题，所以为。姬p 系统建立 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 提供优化、实用的工艺知识以及表达、处理方法是非常关键的。 动，工艺周期缩短。 图2 2c a p p 系统开发道路的分析 为了正确指导。址p 的开发、应用，根据国内外开发、应用c a p p 的情况 及1 9 9 5 年发布的中华人民共和国机械行业标准j b ，r 7 7 0 1 1 9 9 5 ，我国提出c a p p 系统开发、选型、应用指南。c a p p 系统开发道路的分析如图2 2 所示。 2 4 2c a p p 的实施 。廿p 是一个复杂系统而不是一个单一的应用系统，要全面实施c a p p 需要 较长的时间，需要与【( o d 、c a m 等) 系统共同协调，才能建立一个数 字化的工艺设计环境，实现产品工艺信息的数字化产品及工艺信息的数据管理， 为企业信息集成奠定基础，所以必须用系统开发方法制定一个全面的系统规则。 对系统规则的要求如下： 具有明确的总目标和各个阶段的分目标： 具有明确的总体解决方案； 具有明确的总体功能和各分系统的功能； 具有切实可行的实施计划，包括相关c a x 系统的实施计划； 具有实施计划所需的投资计划： 1 l 武汉理工大学硕士学位论文 具有实施计划所需的人才培训计划。 由于c a p p 的实施需要较长时问，还需要与其他系统紧密配合，所以其实 施过程必然要分布进行，只有这样c a p p 的实施才能有计划、有步骤、切合实 际地进行。 2 5c a p p 在企业中的应用 传统的c a p p 大都是针对特定产品零件和特定制造环境而开发的，为某一 特定企业开发的c a p p 系统很难移植到另一类型的企业，甚至在同一企业里当 产品或生产条件变化时，某些c a p p 系统也无法通用，所以柔性差；制造资源 状况的变化、生产习惯的不同和人员变动等偶然因素的发生等等方面的原因， 都严重地影响了c a p p 系统的实际应用效果。 随着国家科委“甩图板工程”的实施，二维c a d 技术在企业中的应用已很 普及，各部门之间通过电子图档进行交流，如果工艺设计部门仍采用人工方式 进行设计，则无法有效利用。蛐的图形和数据。所产生的工艺数据无法方便地 与其他部门进行交流和共享【1 7 】。在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中。工艺设 计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等， 甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素 发生变化，都可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺设计是企业生产活动 中最活跃的因素，工艺设计对使用环境的依赖就必然导致工艺设计的动态性和 经验性。 2 6c a p p 未来发展趋势 从c a p p 发展趋势总体来说，其发展具有三大趋势：集成化、工具化、智 能化。计算机上集成制造( c i m ) 是现代制造业的发展趋势。未来的c a p p 系统不 仅要与c a d 和c a m 集成，还要与制造自动化系统( m a s ) 、管理信息化系统( m i s ) 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 以及质量监测与控制系统( c a q ) 等集成m 】。要实现这种工程数据库上的高度集 成，需要进一步研究产品定义与产品数据交换规范，并需要相应的实用化的软 件系统。 信息描述与集成问题：零件信息的描述与输入问题直接关系到c a p p 系统 能否真正实用化与商品化，c a p p 发展至今，零件的信息描述已成为阻碍c a p p 发展的一个瓶颈。针对现有的c a p p 系统，一类是依靠人工输入零件信息的没 有集成的系统；另一类是己经应用了从零件分类编码到图形要素描述等诸多方 法之一的系统。前者人工输入费时费力，而且难以保证输入的正确性，c a p p 系 统的高效率和使用方便的优点被长时间的信息人工输入所湮灭，从而难以推广 应用，甚至有时候导致手工编程的时间比零件数据输入的时间还要短；后者从 原理上避免了长时间的零件信息的人工输入，但做法各异，采用成组编码或其 它编码形式的做法，虽然简单实用，能为c a p p 大多数功能提供所需信息，但 缺乏详细的零件几何描述与信息，从而不能实现与c a d 的集成。另类做法是 试图建立统一的产品信息模型，直接从c a d 中获取详细的零件几何描述，然后 提取出适合c a p p 功能实现的零件信息。如采用s t e p 的数据交换标准来实现， 但目前s t e p 尚未达到能直接使用的程度，离实际应用还有距离【1 8 】。 智能化和自动化问题：在2 0 世纪8 0 年代，专家系统( ( e s ) 思想被成功地引 入到。奸p 系统中，使a 心p 逐步摆脱了派生式系统对成组技术的依赖，突破 了早期创成式系统采用判断树、判断表的逻辑决策方法，进入知识处理的崭新 阶段。专家系统应用于c a p p 有着派生式和早期创成式无可比拟的优越性。o 廿p 按照工艺生成原理可分为派生式和创成式；按照系统的开发模式可分为专用型 和工具型。国内已开发的c a p p 的基本形态有派生型、创成型、交互型及综合 型等。目前人工智能技术也已越来越广泛地应用于各种类型的c a p p 系统中， 还有将人工神经网络理论、模糊理论、黑板推理与实例推理等方法用于c a p p 系统开发剖。c a p p 在生成原理、系统结构、决策方法等方面，己取得很大发 展。c a p p 专家系统它是将人工智能( a i ) 应用于工艺自动设计，其实质仍属创成 型。心p 。传统程序系统以数据为处理对象，以算法为主进行处理，处理中常用 1 3 武汉理工火学硕士学位论文 重复、迭代等方法。o 廿p 专家系统以知识为处理对象，以启发性方法为主进行 处理，处理中常用推理方法。o 廿p 专家系统主要由综合数据库( 状态库) 、知识 库( 规则集) 和推理机( 控制策略) 三部分组成，知识库和推理机严格分开。系统根 据输入的零件信息，通过推理机的控制策略频繁访问知识库，从中搜索能够处 理零件当前状态的规则，一旦搜索成功，就执行这条规则，并把每一次执行的 结果按先后次序记录下来，直到最终状态，该记录就成为零件的工艺规程【2 1w 。 国内的d c a p 就属智能型的c a p p 专家系统。 通用性和实用性问题：传统的c a p p 大都是针对特定产品零件和特定制造 环境开发的，为某一特定企业开发的c a p p 系统很难移植到另一类型的企业， 甚至在同一企业里当产品或生产条件变化时，某些c a p p 系统也无法通用，所 以柔性差；制造资源状况的变化、生产习惯的不同和人员变动等偶然因素的发 生等等方面的原因，都严重地影响了c a p p 系统的实际应用效果陋m 】。工艺设 计是一项经验性很强的工作，过去的实践经验是重要的资源。纯粹派生式系统 很突出的弱点就是没有利用过去解决问题所得到的经验、重用己有的成熟方案， 存在着重复劳动。近几年来，基于实例的推理技术已大量应用于c a p p 设计中， 基于实例的。廿p 系统具有一定的学习能力，从而提高了系统的智能化程度和 设计效率a 通用性问题是c a p p 系统中需要考虑和实现的最关键问题之一。为 了适应实际生产过程中变化多端的问题，应该尽力使。奸p 系统能象c a d 系统 一样具有通用性，为此借助c a p p 专家系统建造工具是实现a 廿p 的工具化的 趋势陋2 ”。 本章小节 本章主要论述了c a p p 的发展与应用，概述了c a p p 系统在当代机械制造领 域中所起的作用以及要实现的主要功能，并用两个小章节简单介绍了在c a p p 系统设计中起非常关键作用的成组技术和特征造型技术；在c a p p 国内外发展 现状一节的撰写中，本人广泛阅读资料，总结归纳了国内外c a p p 技术的发展 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 历史，并对迄今为止所研究的c a p p 系统体系结构进行了分类，接着对c a p p 系统开发、选用及实施分别做了详细的阐述：最后，针对c a p p 在企业中的应 用，说明了传统的c a j p p 系统柔性差，通用化程度低，已成为。址p 普及和深 入的瓶颈，由此可见，探索新的系统结构，综合应用多种c a p p 原理和开发技 术，加强c a p p 的适应性，使其真正在企业中发挥作用才是。廿p 系统研究开 发的目的。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章盘式刹车片介绍与q 钮p 系统总体设计 3 1 盘式刹车片介绍与发展前景 3 1 1 盘式刹车片介绍 刹车片是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料，其中的摩 擦衬片及摩擦衬块承受外来压力，产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。按 制动方式的不同刹车片可分为：鼓式制动刹车片和盘式制动刹车片两种。 盘式刹车片( 制动衬片) 有内侧和外侧两片，通过制动钳分别装在制动盘 的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩 擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。典型 的盘式制动器结构如图3 1 所示，标号8 ，9 分别对应内侧制动衬片和外侧制动 衬片。 1 上导向销螺栓2 下导向销螺栓3 上内衬套4 下内村套5 下橡胶套6 下外衬套 7 制动钳8 内侧制动衬片9 外侧制动衬片l o 制动盘n 上橡胶套1 2 上外村套 图3 1 典型盘式制动器结构图 盘式刹车片由背板、摩擦衬片、减振片、五金配件( 报警器，固定件，卡 簧等) 等零件组成，这些零件有一个显著的特点，就是其中占8 0 咀上的零件 1 6 武汉理t 大学硕士学位论文 可以利用成组技术归结为冲压件一类。 我国的刹车片行业正处于一种低级模仿阶段，还不能自主设计和开放高性 能的刹车片，对于研制一些要求较高的赛车用刹车片只能望尘莫及，为了推动 我国刹车片行业的发展，进行刹车片计算机辅助工艺设计的研究有着重要的意 义。 3 1 2 盘式刹车片发展前景 在2 0 世纪8 0 年代后期，我国汽车工业的发展方针和产业政策发生了重大 变化，我国汽车工业从强调“缺( 轻) 车少重( 车) ”发展为“以轿车为主”，并且强 调：今后中国的汽车工业如果不发展轿车，汽车工业就不可能成为国民经济的 支柱产业。因此，我国汽车工业在2 0 世纪8 0 年代末和2 0 世纪9 0 年代初，以 建设“三大”和“三小”轿车区为标志，中国的汽车工业布局开始实现向先进 工业国家轿车占汽车总产量6 0 - 7 0 的目标前进。 随着轿车产量在我国汽车工业比重中的增加，刹车片的制造工艺技术也将 得到飞速发展。从性能上来说，盘式刹车除了成本较高，基本上皆优于鼓式刹 车。一些轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的 方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热， 至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复 杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域 中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。 盘式刹车片的的规模产量预测： 如果以我国现年产汽车4 0 0 万辆( 其中轿车1 2 ) 和2 0 0 0 万辆的社会保有量预 测汽车盘式刹车片的配套量和更新配件量：其中轿车盘式刹车片配套量以每台 份按8 片计；其他车型按每台份4 片计；而汽车社会保有量以其1 3 计盘式刹车 片( 每台份按4 片计) 的更新配件量，要求全国的汽车制动器行业须具备有年产量 5 0 0 0 万片的能力。我国目前年产量在1 5 0 万片的汽车制动器专业厂家不到1 0 个。 1 7 茎