（机械制造及其自动化专业论文）注塑模具cadcapp系统中零件信息模块的研究与开发.pdf

摘要 摘要 注塑模具c a d c a p p 技术的应用极大地提高了模具企业的生产效率和市场 竞争力，这也使得集成系统的研究与开发成为了一个热点。但是，由于c a d 系 统和c a p p 系统发展的不同步、不同生产阶段对零件信息的要求不同、系统间文 件格式的不同等多种原因，导致c a d 与c a p p 系统并未实现真正意义的集成。 零件信息贯穿于零件结构设计、工艺设计、生产制造及管理等整个生产流程。 在c a d c a p p c a m 一体化系统中，零件信息不仅是c a p p 系统进行工艺设计的 依据，也是后继c a m 系统参数设置的需要，可以说，零件信息是连接各个系统 的纽带，零件信息的集成是c a d 、c a p p 、c a m 等系统集成的关键，基于上述原 因，本文将零件信息管理作为研究重点。 首先，本文确立了基于特征的思想，并且将它贯穿系统开发始末。基于此思 想，本文采用基于特征的零件信息描述方法来描述零件信息；结合本次系统开发 的需要，分析了注塑模具零件信息的内容及分类，并建立了基于特征的零件信息 模型。 其次，在零件信息模型的基础上，进行了以下工作：研究了注塑模具零件的 结构特点、生产特点，完成零件分类编码规则的制定；分析了注塑模具零件成形 特征及其造型特点，给出成形特征代码、编码规则以及识别规则，并结合特征遍 历技术，完成特征识别系统设计；实现了零件信息模型中零件信息的提取、存储、 增删、调用与共享；系统能根据特征代码、粗糙度、加工精度等信息进行创成式 工艺推理，并结合管理特征信息库、成形特征信息库和工艺库完成工艺过程卡片 的填写。 最后，在理论研究的基础上，开发了基于s o l i d w o r k s 的零件信息管理系统原 型，并给出一实例，验证理论研究及系统开发的可行性。 关键词注塑模具c a d c a p p ；零件信息模型；分类编码；特征识别；工艺推理 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e a p p l i c a t i o no fi n j e c t i o nm o l dc a d c a p pt e c h n o l o g yg r e a t l yi m p r o v e sm o l d e n t e r p r i s e sp r o d u c t i v i t y a n dc o m p e t i t i v e n e s s ，i ta l s om a k e st h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e ds y s t e mb e c o m e sah o ts p o t h o w e v e r , b e c a u s eo ft h e d e v e l o p m e n to fc a ds y s t e ma n dc a p ps y s t e mi sn o ts y n c h r o n i z e d ，t h er e q u i r e m e n t s o np a r ti n f o r m a t i o ni sd i f f r i e n ti nd i v e r s ep r o d u c t i o np h a s e s ，t h ef i l ef o r m a ta m o n g d i v e r s es y s t e m si sd i f f r i e n t ，a n ds oo n ，w h i c hl e a dt or e a li n t e g r a t i o no fc a da n d c a p ps y s t e mh a sn o tr e a l i z e d p a r t si n f o r m a t i o nt h r o u g h o u tp a r ts t r u c t u r ed e s i g n ，p r o c e s sd e s i g n ，m a n u f a c t u r i n g a n dm a n a g e m e n to fw h o l ep r o d u c t i o np r o c e s s ，w h i c hi sn o to n l yab a s i sf o rp r o c e s s d e s i g n , b u ta l s ot h en e e d sf o rc a ms y s t e m sp a r a m e t e r ss e t t i n g ，i tc a nb es a i dt h a tp a r t i n f o r m a t i o ni st h eb o n do fs y s t e mc o n n e c t i o na n dt h ek e yo fs y s t e mi n t e g r a t i o no f c a d ，c a p p , c a m c o n s e q u e n t l y , t h em a n a g e m e n to fp a r ti n f o r m a t i o ni sh i g h l i g h t e di n t h es u b j e c ts t u d y f i r s t l y , t h et h o u g h to ff e a t u r e - b a s e di se s t a b l i s h e di nt h ep a p e r , w h i c hi sa p p l i e d t h r o u g h o u t w h o l es y s t e m s t u d y a n d d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，t h e m e t h o do f f e a t u r e - b a s e di sa d o p t e dt od e s c r i b ep a r ti n f o r m a t i o n ；a l s o c o m b i n e d 、舫t l lt h es y s t e m d e v e l o p m e n tn e e d s ，t h ec o n t e n t sa n dc l a s s i f i c a t i o n so fi n j e c t i o np a r t si sa n a l y z e d ，t h e n p a r ti n f o r m a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e d s e c o n d l y ，o nt h eb a s i so fp a r ti n f o r m a t i o nm o d e l ，f o l l o w i n gw o r k sh a v eb e e n f i n i s h e d ：r e s e a r c h e do ni n j e c t i o nm o l dp a r ts t r u c t u r ea n dp r o d u c t i o nt r a i t , a n d d e v e l o p e dp a r t sc l a s s i f i c a t i o nc o d i n gr u l e s ；a n a i y z e di n j e c t i o nm o l dp a r t sf o r m i n g f e a t u r ea n dt h e i rt r a i t s ，a n dp r o p o s e df o r m i n gf e a t u r ec o d e s ，f e a t u r ec o d i n gr u l e sa n d f e a t u r er e c o g n i t i o nr u l e s ，t h e nc o m b i n e d 、i t hf e a t u r et r a v e r s a lt e c h n o l o g y , t h ef e a t u r e r e c o g n i t i o ns y s t e mw a sc o m p l e t e d ；t h ea c q u i s i t i o n ，a o r a g e ，a d d i t i o n , d e l e t i o n ，c a l l i n g a n ds h a r i n go fp a r ti n f o r m a t i o nw e r ea c h i e v e d ；a c c o r d i n gt of o r m i n gf e a t u r ec o d e sa n d t h e i rp r o c e s si n f o r m a t i o n , g e n e r a t i v ep r o c e s sr e a s o n i n gw a sc o n d u c t e d ，a n dt h et h e 1 i i 山东大学硕十学位论文 r e a s o n i n gr e s u l t sw e r eo u t p m t ot e c h n i c a lp r o c e s s i n gc a r d l a s t l y , o nt h eb a s i so ft h e o r ys t u d y , t h ep a r t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m p r o t o t y p ei sd e v e l o p e do nt h ep l a t e f o r mo fs o l i d w o r k s ，a n d a l le x a m p l ei s 西v e nt o c h e c kt h e o r ys t u d ya n ds y s t e md e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：i n j e c t i o n m o l dc a d c a p p ；p a r ti n f o r m a t i o nm o d e l ； c l a s s i f i c a t i o nc o d i n g ；f e a t u r er e c o g n i t i o n ；t e c h n o l o g yr e a s o n i n g i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 注塑模具的重要地位 模具产业俗称“工业之母”，是制造业中最重要的基础性行业，被经济学家称 为“点铁成金”的磁力工业i l 】。近年来，模具行业结构调整步伐加快，表现之一 为塑料模和压铸模比例增大【2 1 。 中国塑料工业多年来持续增长，1 9 9 1 年仅为2 5 0 万吨，2 0 0 2 年达1 4 0 0 万吨， 超过日本而成为世界第3 大塑料原料生产国。同时，中国塑料制品持续走强，在 包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长。在 塑料制品成型的方法中，注塑生产是最主要的生产方式，注塑生产因其生产效率 高、产品质量好、材料消耗少、生产成本低而获得广泛应用。图1 1 所示为 2 0 0 3 2 0 0 8 年国内注塑模具产销量对比，图1 2 所示今后几年供需状况预测【3 1 。 o ! 鳓o j j 枷0 姗d | m u l 潍l l 聋1 霹2 0 i 霹2 0 1 4 1 t 图1 - 12 0 0 3 2 0 0 8 年国内注塑模具产销量对比图1 1 供需状况预测 1 1 2 注塑模具啪o h a p 集成系统研究的必要性 注塑模具生产有以下特点： 1 注塑模具生产为单件小批量、订单组织生产的全订货生产类型，随机性 强、计划性差，不便于组织大规模生产，由此造成了生产过程不易控制，机床的 利用率不均，生产管理工作困难。 2 注塑模具生产批量小，品种多。传统的模具加工工艺编制主要依赖于手 工编写，存在着工艺设计时间长、工艺设计繁琐、协同工作困难、工艺文档保存 山东大学硕十学位论文 困难、规范性差、工艺规程的质量难以保证等问题。同时，注塑模具生产的质量 与操作者的经验有很大关系，而传统的模具生产中，成熟的模具设计、工艺设计、 加工等方面的经验与知识难以保存和继承，这对企业来说是一种很大的损失。 3 注塑模具的结构与功能具有相似性，大多数注塑模具零件具有国家或行 业标准，如模架、顶针、导柱等都有专门的厂商生产。同时，由于注塑模具产品 的批量小、结构复杂和精度高等因素，大多注塑模具企业具有专一性，一般只生 产固定的几类产品，这使得成形零件也具有相似性 4 1 。正是由于相似性，传统注 塑模具零件的制造工艺编制工作，很大程度上是在进行重复性的设计工作，这无 论对设计者还是模具企业都是一种浪费。 4 注塑模具的工艺内容相对简单性。由于注塑模具零件( 特别是成形零件) 的复杂部分主要是由数控或特种加工技术来实现，其余部分主要依赖模具工艺设 计的经验，工艺描述比较粗略，一般不需要涉及到工步的内容。 同时，国内模具企业与国外模具企业存在很大的差距，表现在以下几点1 5 】： 1 标准化程度德国、日本模具的标准化率可达8 5 ，国内模具企业大型 模具的标准化程度约为2 5 3 0 ，标准化程度越高，意味着模具生产制造周期越 短，成本越低，市场竞争力也就越高，所以标准化程序较低严重制约着国内模具 的竞争力。 2 模具企业员工的素质德国、日本模具企业的员工大多有l o 年的工作经 验，绝大多数员工是大学毕业或经过专门训练的，素质较高。 3 加工与测量设备德国、日本模具企业的加工设备中，数控、高速切削、 单向走丝线切割及4 轴5 轴联动的高速加工机床占很大比例，而国内模具企业中 这些设备的比例有限，导致高光模具的加工质量与国外相比差距较大。 除此之外，企业的信息化管理和物流管理，新工艺、新材料研究和创新能力 上也有很大的差距。 进行注塑模具c a d c a p p 集成系统的研究与开发，是改变传统模具生产的缺 点，缩小与国外模具企业差距的可行措施之一。 2 第1 章绪论 1 2 研究现状及问题 1 2 1 国外c a p p 的研究现状 世界上第一个c a p p 系统是挪威于1 9 6 9 年推出的a u t o p r o s ，1 9 7 3 年正式 推出商品化的a u t o p r o s 系统，美国c a m i 公司于1 9 7 6 年推出c a m i a u t o m a t e dp r o e e s sp l a n n i n g 系统，被认为在c a p p 系统发展史上具有里程碑意义。 早期的c a p p 系统多为派生式( v a r i a n t ) c a p p 系统，1 9 7 7 年w y s k 提出了第 一个创成式c a p p 系统- a p p a s 【6 一，并致力于此方面的研究。人工智能技术 的发展，使c a p p 的智能化成为可能。从2 0 世纪8 0 年代开始，有学者开始 探索将人工智能、专家系统【引、遗传算法【9 1 ，人工神经网络【l o 】、模糊推理、基 于实例的推理等技术应用于c a p p 系统的研究中，进行混合式c a p p 系统的 开发f l l l 。 目前，国外商品化c a p p 系统有c i m x 公司的c s c a p p 系统，美国h m s 软件公司的h m s c a p p 系统，莫斯科工业大学研究开发的t e x h o t i p o 系统， 美国t h ei n s t i t u t eo f a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs c i e n c e s 的m e t c a p p 系统等。由 于国外制造业的自动化程度高，并且进行计算机辅助设计、制造研究相对较 早，使得制造业中计算机辅助体系较为健全，促进了制造业的发展。 1 2 2 国内c a p p 研究现状 我国对c a p p 的研究始于二十世纪8 0 年代初，1 9 8 2 年，同济大学推出了 第一个派生式系统t o j i c a p p ，8 0 年代中期至9 0 年代是我国c a p p 系统的高 速发展时期，北航、北工、南航、西工大等一些高等学校各自开发出了具有 一定水平的c a p p 系统。 目前，比较成功的商业化c a p p 系统有武汉开目有限公司的开目 c a p p 1 2 】、西北工业大学的c a p p f r a m e w o r k 、清华大学的x t c a p p 、京渝天 河软件公司的t h c a p p 、上海s i p m 公司的s i p m c a p p l l 3 】、浙江大学的大天 g s 。c a p p 及北航海尔的c a x a 工艺图表和c a x a 工艺汇总表等。 c a p p 系统经过几十年的发展，目前有修订式( 派生式) c a p p 系统、创 3 山东大学硕十学位论文 成式c a p p 系统、交互式c a p p 系统、综合式c a p p 系统、智能式c a p p 系 统等，各个类型系统有着各自的优缺点及各自的适用领域。 1 2 - 3o a p p 技术研究中存在的不足 智能化方面，虽然c a p p 智能化方面的研究已经持续了相当长的一段时 间，但c a p p 智能化研究成果的应用上仍然不足。 专业性方面，目前的商用c a p p 系统都存在着大而泛的特点，不是针对 某个行业特点而开发的，所以仍需要大量的人工操作，缺少智能性。 集成化方面，微观上来说，由于c a d 与c a p p 系统的发展不同步，使得 零件信息在c a d 与c a p p 系统之间的传递困难；宏观上来说，由于c a p p 与 c a d 、c a m 、e r p 、p p s 等系统缺乏真正意义上的集成，阻碍了企业的信息 化建设。 现有c a p p 系统功能不限，智能程度和知识水平不高，在使用中仍然需 要交互输入大量的信息，繁琐且容易出错，工艺人员需经过培训才能掌握， 限制了c a p p 的使用。 1 3c a p p 系统发展趋势 、 1 智能化 随着人工智能技术的发展，c a p p 的智能化成为了可能，有学者提出将专 家系统、模糊技术、遗传算法、人工神经网络等同时应用于c a p p 系统的一 种设想，并且已成为研究热点之一。所谓的智能化只是在满足其实用性的基 础上，特定范围内的智能，如针对回转类零件的基于c b r 的c a p p 系统【1 4 】： 针对箱体类零件的c a p p 系统【1 5 1 ；还有个别针对焊接，飞机零件等而开发的 c a p p 系统。所以，智能性的c a p p 系统，相当长的一段时间内，只是针对某 类零件、特定专业领域比较智能地完成工艺规划工作。同时，智能化的c a p p 系统也不是以取代工艺人员为目标，它只是辅助工艺人员进行工艺设计的工 具。 2 知识化 4 第1 章绪论 工艺知识包括动态知识和静态知识两部分。静态知识一般指工艺手册、 材料性能、机床等一些标准；动态知识可以认为是经实践积累而成的经验、 企业资源，对一个企业而言，工艺加工路线、典型工艺、典型工序、工步操 作规则都是宝贵的动态知识，如何有效地保存这些动态知识，也是c a p p 系 统研究的一个问题。 3 工具化 工具化亦即开放性，允许用户根据自己的需要，通过简单的二次开发， 即可开发出适合本企业的c a p p 系统，这样可以提高c a p p 系统的柔性及其 应用范围。 4 集成化 集成化，既是信息的集成，如c a d c a p p c a m 系统之间的双向并行模 式集成，又是功能的集成，如c a p p 与p p s 的集成。 5 行业化【1 1 1 、实用化 c a p p 系统只有面向行业，才有生命力。在同一行业中，不同企业对c a p p 系统的需求有一定的差别，但产品工艺及设计管理模式具有较大的相似性， 据此建立面向行业的c a p p 应用参考模型，开发的c a p p 系统才具有实用性。 本文旨在建立面向注塑模具生产的c a d c a p p 集成系统，在追求系统一 定智能的前提下，实现零件信息管理和工艺设计的功能。 1 4 课题研究内容与研究意义 1 4 1 研究内容 本课题是山东省科技基金资助项目注塑模具c a d c a p p 一体化系统的子 课题。目前，经过前几届的努力，已经完成了注塑模具c a d 系统的设计，可实 现输入较少的数据，自动完成注塑模具结构设计( 主要是两板模) ，本次主要完成 c a p p 系统的功能模块设计，两系统之间各类信息、数据共享。本文研究内容如 下： 1 基于特征的零件信息模型。结合注塑模具结构设计、制造特点，分析注塑 模具零件信息的内容及分类，针对系统开发需要，建立基于特征的零件信息模型， 山东大学硕十学何论文 并分别实现模型中三大类信息的提取、增删、存储、调用及共享等操作。 2 注塑模具零件分类编码。分析注塑模具零件结构、功能、制造特点，将注 塑模具零件分类，并给出分类编码。 3 特征识别、特征编码及特征代码。分析注塑模具零件成形特征的造型和制 造特点，对成形特征分类，建立成形特征代码库及特征识别规则库，最终实现零 件的成形特征自动识别、自动编码并赋予特征代码。 4 - i - 艺决策。根据孔、槽及常用面的常用加工方法，建立工艺知识库和成形 特征工艺库。系统由特征代码及其上的工艺信息推理得到成形特征工艺代码，再 由特征代码调用与其对应的成形特征加工方法链，将该加工方法链中的粗、半精 及精加工方法添加到中间数据整理区，最后将整理后的工艺写入工艺过程卡片并 允许修改。由于成形件中常含有无法识别的复杂曲面及相交特征，它们常由数控 加工完成，这种情况的处理方法为，首先在本系统中向特征添加工艺信息及c a m 模块所需的参数，然后转入s o l i d w o r k s 的c a m 模块，最终输出n c 代码。 1 4 2 研究意义 c a p p 是将c a d 与c a m 系统联系起来的桥梁1 1 6 1 ，它接受来自c a d 系统的 几何拓扑关系、材料以及表面粗糙度、加工精度等工艺信息，并向c a m 提供零 件加工所需要的加工设备、工装、装夹参数、加工过程、切削参数、刀具位置文 件和数控加工指令，同时接收c a m 反馈的工艺修改意见。注塑模具 c a d c a p p c a m c a e 等集成系统是一项高科技、高效益的系统工程，是改造传 统模具生产方式的关键技术，它能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本 和提高产品质量，这已成为模具界的共识。 在模具制造过程中应用c a p p 技术，有助于将模具的单件、小批量生产转化 为批量生产【朋，促进模具在设计上的规范化、标准化，从而达到降低成本、提 高效率的目的，进而为模具设计与制造标准化体系的建立奠定基础，缩小与国外 模具企业在模具零件标准化程度上的差距。 模具行业是技术密集、资金密集、劳动力密集的产业，随着时代的进步和技 术的发展，模具行业对模具设计人员、制造工艺技术人员、技术工人及企业管理 6 第1 章绪论 人才素质的要求也相应增高，c a d c a p p 集成系统的应用能弱化模具设计、工艺 设计工作对经验的要求，同时也减轻工作人员的繁重劳动，提高效率。 零件信息贯穿于模具生产的整个流程，类似地，在c a d c a p p c a m 一体化 系统中，零件信息是在c a d 、c a p p 、c a m 系统之间传递，是连接各个系统的纽 带。实现零件信息集成，是实现c a d 、c a p p 、c a m 等系统集成的关键。 1 5 本章小结 首先介绍了注塑模具生产的特点，进而分析了注塑模具c a d c a p p 集成系统 研究开发的必要性和可行性，随后介绍了c a d c a p p 集成系统的研究现状、不足 及趋势，最后说明了课题研究内容与研究意义。 7 第2 章系统开发规划 第2 章系统开发规划 2 1 功能需求分析 从上一章研究内容中可以归纳出系统功能需求： 1 根据零件编码，实现对零件管理树中零件节点的操作； 2 实现零件特征的自动识别、自动编码并添加到数据库； 3 遍历特征所属的面，并允许向特征的关键面上手动、自动添加工艺信息； 4 能根据提供的工艺条件进行工艺推理，并输出工艺到工艺过程卡片。 2 2 开发方案设计 本次开发的注塑模具零件信息管理系统的总体方案设计如图2 - 1 所示。系统 工作流程简述如下： 零件实体 ( 卫i 从实体i千将添加的信息 ，一竺土一上竺篓， 数据库 工艺输出 图2 1 系统总体方案设计 1 根据零件编码，将零件添加到零件管理树中，树中的每一个最未端的节 点表示一个零件。在树中，每个节点的k e y 值是唯一的，而每个注塑模具零件 的编码也是唯一的，所以用编码来表示k e y 值。 2 在添加零件后，可进入零件管理特征信息编辑窗口，允许自动提取c a d 模型的管理特征信息，或者手动向c a d 模型中添加管理特征信息。 3 在添加零件后，可进行特征识别并赋予特征代码；随后进行面遍历和工 艺信息添加。 4 建立工艺知识库和成形特征工艺代码库。 9 匿一匪f 璺 匡 山东大学硕十学何论文 5 结合成形特征代码、工艺库、特征的工艺信息进行工艺推理，最终完成 工艺过程卡片的填写，并允许手动修改。 2 3 系统规划 v b 资源通常由窗体、模块和类模块等构成。本文中，窗体用来显示程序的外 观，添加程序代码，模块用来管理全局常量、变量和用户自定义函数等，类模块 用来管理对数据表操作的函数。 本系统中功能模块如下： 1 v b c o n s t 模块用来管理工程中定义的常量。 2 s w c o n s t 模块由s o l i d w o r k s 提供，包含s o l i d w o r k sa p i 函数中的常用的 常量。 3 d b f u n c 模块用于管理与数据库操作相关的声明、变量、函数，例如数据 库的连接与断开，查询与操作函数。该部分调用较为频繁，如d b c o n n e c t 、 d bd i s c o n n e c t 及d b a p id i s c o n n e c t 等，d bd i s c o n n e c t 实现断开与当前数据库 的连接，并实现计数，而d b a p id i s c o n n e c t 实现强制断开数据库的连接，当退出 程序或连接到其他数据库时，用该函数实现该功能。 4 g e n e r a l f u n c 模块用于管理通用的自定义函数，如自定义的用于打开零件 的o p e n 子过程、节点判定、比较数据大小和排序的函数等。part 5 v a r i a b l e 模块用于管理工程中的公共变量。 本系统中使用类模块来管理数据表的操作函数，实现对表中数据的添加、修 改、删除、比较等操作。如用于判定数据是否存在于f r o m f e a 表，此时定义新类 f o r m f e a ，在该类下定义对f o r m f e a 的操作函数。 经过这些规划，编程层次分明，易于调试和程序阅读。 在系统开发时，遵循以下几条原则： 1 功能满足设计要求。 2 实用性、专业性及易用性，系统操作要符合设计人员的思维逻辑； 3 减少误操作以右键菜单为例，在不同情况下显示不同的内容，且限定某 些选项不可选。 1 0 第2 章系统开发规划 2 4 开发平台及开发工具 本次进行系统开发的平台为s o l i d w o r k s ，开发工具为v i s u a lb a s i c6 0 ，使用 a c c e s s 作为后台数据库，使用标准s q l 语言对数据库进行操作。 2 4 1s o lid w o r k $ 及其a p i 简介 本次二次开发的平台为s o l i d w o r k s ，s o l i d w o r k s 是世界上第一个基于 w i n d o w s 开发的三维c a d 系统，其功能强大，组件繁多，界面设计人性化，能 够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，同时兼有强 大的装配能力，易学易用以及实惠的价格等优点【1 8 1 。 s o l i d w o r k s 提供有强大的二次开发工具即s o l i d w o r k sa p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，应用程序编程接i s l ) ，s o l i d w o r k sa p i 是s o l i d w o r k s 的o l e 应用程序开发接口，用户可以利用它和支持o l e 编程的开发工具，如v b 、v b a 、 c 、v c + + 等对s o l i d w o r k s 进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的s o l i d w o r k s 功能模块。 利用s o l i d w o r k s a p i 提供的函数，可以直接调用s o l i d w o r k s 的相关功能，如 建立模型，提取模型中的尺寸信息等。本系统开发中，主要使用a p i 函数提取、 修改已有的零件信息，或者向零件中添加信息。s o l i d w o r k so l e 对象结构和 s o l i d w o r k s 系统中的零件结构。图2 2 所示为与f e a t r u e 相关的一部分o l e 对象 图2 2 与f e a t r u e 相关的部分o l e 对象结构 山东大学硕士学位论文 结构，图2 3 所示为s o l i d w o r k s 中的零件结构。 例如，根据图2 2 ，为了获取特征的参数， 要依次进行s l d w o r k s 对象定义( s o l i d w o r k s 对象是位于应用程序的最底层，必须先定 义) ，m o d e l d o c 对象定义，f e a t u r e 对象定义， 再使用f e a t u r e ：g e t s p e c i f i c f e a t u r e ，然后才可 以获得特征中的参数，程序中定义如下： d i ms w a p pa ss l d w o r k s s i d w b r k s d i ms w p a r ta ss l d w o r k s p a r t d o c d i ms w f e a ta ss l d w o r k s f e a t l l r e 。 图2 3s 。j i d w b r k s 中零件构造 2 4 2v b 和a c c e s s 简介 v b 是v i s u a lb 菽c 的简称，是由美国微软公司于1 9 9 1 年开发的一种可视化 的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 w i n d o w s 环境下的各类应用程序。 m i c r o s o f ta c c e s s 是一种关系型数据库管理系统，其基本核心是m i c r o s o f tj e t 数据库引擎，其数据库对象的访问与在v b 中访问数据库一样。本文中使用 s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，结构化查询语言) 语句对a c c e s s 数据库进行 操作，常用语句有： 1 s e l e c t 语句 s e l e c t 语句是最常用的s q l 语句，用于从数据库中查询数据，并以表格形式 返回查询结果。在s e l e c t 语句中可以使用w h e r e 、l i k e 及各种函数来设置查询条 件。 2 i n s e r t 语句 i n s e r t 语句的功能是向表中插入记录，基本语法结构如下： i n s e r ti n t o 表名( 字段列表) v a l u e s ( 字段列值) 3 u p d a t e 语句 用于更新表中指定记录的指定字段值，语法结构为： 1 2 第2 章系统开发规划 u p d a t e 表名s e t 字段名1 = 值1 ，字段名2 = 值2w h e r e 更新条件 4 d e l e t e 语句 删除表中指定的记录，基本语法结构为： d e l e t ef r o m 表名w h e r e 删除条件 5 其他 除以上4 条种常用语句，在系统开发中还常用到，a l t e r ，d r o p ，g r o u p 等语 句，详见s q l 手册。 同时，程序中使用程序新建数据库及表的操作，需从“工程“引用” 中选择“m i c r o s o f ta c t i v e xd a t ao b j e c t s2 5l i b r a r y ”和“m i c r o s o f ta d oe x t2 8 f o r d d ls e c u r i t y ”，图2 4 所示为本系统所用到的部分库。 p f 朗一、。? 黧二l 粤 ，n - j 用的引用逸) ： 一s o l i d w o r k se x t e y e s 1 1 l t vt el i b r a r y 一臣厄2 互夏互翌互夏互互= 薹羔互互夏互互l 鬻 一m ic r o s o f td a 0360 b 1e c t l 1 b r a y y ，朋ic r o s o f ta d 0e x t28f o rd d la n as e c u r i t ，m ic r o s o f te x e e l1 100 b je c tl i b r 盯y 一朋ic r o s o f ta c c e s s1 10o b 】e c tl i b r a r y ，研ic r o s o f ta c c e s sb a f c o d e c o n t r o l90 ，m ic r o s o f td a t ab ir l d i r t gc o l i e c t io nv b6 0c tcw 1 _ v 广n 叫r n1 - t k y 取消 浏览哩) 帮助哒) 图2 一j ：程中引用的厍 v b 环境下连接数据库常用的方法有两种，一是在控件中设置，二是在程 序中设胃，由于在程序中设置与数据库连接的方法比较灵活，本文采用后者。 但是，在程序中设置c o n n e c t s t r i n g 等语句时要合理，否则会出现一些类似于 “未发现数据源名称并且未指定默认驱动程序”的问题。 系统开发中，可将数据库分为静态和动态两种数据库。前者中的数据不 变，多用于与外界数据比较，如体特征库、方位面库、特征代码库；后者用 于记录系统进程、各种中间数据、模块间变量值等动态数据。 2 5 本章小结 本章首先介绍了系统要实现的功能，然后给出了系统开发方案及开发规 划，最后介绍了开发平台s o l i d w o r k s 、开发工具v b 与a c c e s s ，以及它们在 系统中基本应用。 喾 第3 章系统开发的关键技术研究 第3 章系统开发的关键技术研究 3 1 注塑模具零件信息模型 零件信息模型是计算机对零件信息的一种描述与表达方式f 1 9 1 ，是c a p p 系统 内部进行工艺决策、推理、零件图重现、尺寸链计算、工序图生成、刀具路径规 划以及仿真等的依据和核心f 捌。零件信息模型是c a d 、c a p p 及c a m 乃至其他 系统间传递信息的媒介，用于解决制造过程中零件的几何、工艺、资源等信息的 交换和统一问题。 3 1 1 零件信息的描述方法 零件信息描述是c a p p 系统设计的关键，其技术难度大、工作量大，是影响 工艺设计的重要因素【2 l 】。目前，在众多c a p p 系统中，常用的零件信息描述方法 有： 1 零件分类编码描述法 零件分类编码描述法是根据成组技术原理，用一组顺序排列的数码对零件的 形状、尺寸和精度等信息进行标识，并形成零件簇，该方法可用来描述注塑模具 零件信剧2 2 之6 】，简单易行，适合检索式和派生式c a p p 系统，缺点是对零件信息 的描述过于粗略，无法准确描述零件的细节。目前，国际上著名的零件分类编码 系统有德国的o p t i z 系统、日本的k k 3 系统和英国的b r i s h 系统等。 2 型面要素描述法【2 7 】 型面要素描述法是把一个零件看作由若干个基本的几何型面要素组成，将这 些要素划分为主要型面要素( 如回转件的外圆面) ，次要型面要素( 如回转件的端 面) 及辅助型面要素( 如退刀槽、倒角等) 。主要型面要素和次要型面要素构成零 件的结构形状，辅助要素一般依附于某一个主要型面要素而存在，将尺寸、位置、 精度、加工质量等工艺信息赋予这些型面要素，并将之按照一定规则组合起来， 就建立了零件信息模型。 3 知识表示描述法【2 8 】 山东大学硕十学位论文 人工智能领域中，信息也是一种知识表示。所以，从理论上说，可用人工智 能中的知识表示方法来描述零件信息，如产生式规则表示法、框架表示法和谓词 逻辑法等，它们有助于提高整个系统的智能性。 4 c a d 信息直接获取法 c a d 信息直接获取法是指c a p p 系统直接从c a d 系统内部获取所需的零件 的几何与非几何信息，它能够全面地获取c a p p 系统所需要的知识，所以该方法 是解决零件信息获取较为理想的方法【2 9 1 ，但是由于c a d 和c a p p 不是同步发展 的，该方法适合对零件的几何信息描述，对非几何信息的描述目前尚无法准确表 达，需要手工向c a p p 系统输入这些信息。 5 面向对象的描述方法 在面向对象0 3 0 】( o o ，o b j e c to r i e n t e d ) 这一概念提出之初，专指在程序设计 中采用封装、继承、抽象等设计方法，现在面向对象的概念和应用不再局限于程 序设计。由于特征可以理解为一个封装的对象，可以将特征与面向对象的含义进 行比较，由此发现它们的许多对应关系剐，据此建立面向对象的零件信息模型。 6 基于特征的零件信息描述法 目前，商业化的主流c a d 软件多采用基于特征的建模方式，因此可以采用基 于特征的描述法来描述零件信息。该方法可以很方便地从c a d 系统中获取成形 特征的几何信息，同时将c a d 系统难以表达的非几何信息作为成形特征的属性 添加到成形特征上。一般采用以“特征二叉树 为主干的数据结构来描述回转类 零件，而采用以“基于特征的方位面描述法”【3 2 1 为主干的数据结构来描述板、箱 体类零件。 特征这一概念起源于1 9 8 0 年公布的p d e s s t e p 标准草案中，自提出以来， 许多研究者对其进行了研究，都认为特征建模是解决系统集成问题的有效途径 3 3 - 3 7 】。特征，目前还没有一个确定的定义，主流商用c a d 软件中的特征，可以 理解为宏操作，如拉伸、切除、旋转等【1 6 】。 在设计、工艺、制造阶段对特征有不同的定义。设计阶段，特征主要是指特 征的类型、形状、尺寸及相关约束等，这与常用的三维c a d 软件中特征的概念 类似。对工艺人员而言，为了编制工艺，除了考虑设计者认为的特征外，还要考 1 6 第3 章系统开发的关键技术研究 虑产品型号、零件类型、材料、热处理方式等。所以，特征的具体定义是与应用 领域相关的。 3 1 2 注塑模具零件信息的内容与分类 针对不同的需要，对零件信息的内容及分类【3 8 训】有着不同的界定，如可以将 零件信息分为几何信息和工艺信息，几何信息包括零件的几何形状、尺寸等，工 艺信息则包括零件各表面的形位公差、粗糙度、热处理要求、材料等多种信息； 可以将零件信息分为形状特征、精度特征、管理特征、技术特征、材料热处理特 征五大类；也可以将零件信息分为了管理信息( 表头信息、零件类型、零件名称、 材料、零件号、批量、设计者) ，几何信息( 零件的形状及尺寸，如表面形状，表 面间的位置关系、尺寸及公差) ，工艺信息( 毛坯特征、零件材料、加工精度、表 面粗糙度、热处理、表面处理、配合和啮合关系等及相应的技术要求) 等。 本文将工艺信息、管理信息归为特征的一部分，结合已有文献【4 2 4 4 】和本系 统需要，对注塑模具零件信息分为三类： 管理特征信息，包括产品类型、产品名称、零件类型、每台件数、零件i d 、 零件名称、零件编码、零件号、材料、数量、设计者以及相关工艺文件等。 技术特征信息，主要包括工程图中的工艺技术信息，如毛坯特征、零件材料、 加工精度、表面粗糙度、热处理、表面处理、配合和啮合关系等及相应的技术要 求，或者对零件加工、装配要求等的说明。 成形特征信息，包括特征编码、特征i d 、特征类型、特征名称、特征代码、 成形特征工艺代码、局部热处理、特征参数及特征约束。其中，特征参数包括尺 寸类型、尺寸参数、上偏差、下偏差、加工精度等级、表面粗糙度；特征约束是 指形状特征之间的关系、位置要求等。 3 1 3 零件信息模型的建立 c a p p 系统接收到来自c a d 系统的零件信息以后，系统内部必须用一种合理 的数据结构来组织这些信息，这就是c a p p 系统零件信息模型要解决的问题1 1 9 】。 描述数据结构的模型有很多，如关系模型、层次模型、e r 4 5 1 模型( e n t i t yr e l a t i o n 山东大学硕十学位论文 d a t a m o d e l ，实体关联模型) 、e e r l 4 1 4 6 】模型( e x t e n d e de n t i t y r e l a t