（机械设计及理论专业论文）基于分布式数据库的参数式capp系统的研究与实现.pdf

浙江大学硕士学位论文 。摘要 本文在分析和讨论了c a p p 系统的现状和发展趋势的基础上，提出工艺信 息的参数化表达与处理理论，研究实现了基于分布式数据库的参数式c a p p z f c a p p 系统。 。第一章综合评价了c a p p 系统的重要地位和工程意义，分析了传统c a p p 系统的不足，讨论了c a p p 系统的现状和研究热点，介绍了本文的课题背景、研 究内容和本文特色。 第二章结合企业生产实际情况，确定基于分布式数据库系统的参数式 c a p p 系统的实现方案，研究其系统组成和系统功能；通过分析比较，确定系 统开发工具与采用的数据库系统及模式。 第三章介绍分布式数据库系统及其在z f c a p p 系统中的应用；根据企 业工艺信息的分类和数据管理的特点，基于“快照”技术实现数据分布的自动 完成。根据系统需求完成数据库设计，分析各个数据表的组成与作用。 第四章研究工艺信息的参数式表达及处理，提出参数式c a p p 系统的概 念：分析工艺参数的获得途径，研究面向工艺参数的工艺对话框原型的实现： 提出了基于工艺参数的变异式工时定额的计算方法和基于工艺参数的工艺语句 合成算法。 第五章分析产品编码模块和工艺推理模块对工艺实现的重要作用，研究 产品编码的实现；分析了c a p p 专家系统中知识表达方法及推理技术，提出了 基于产品加工特征序列的工艺推理算法，研究了工艺推理模块的构成和实现方 案。 第六章研究z f c a p p 系统与c a d 系统的集成，实现工艺简图的处理， 实现从c a d 系统中提取零部件的部分设计信息，供生成工艺内容使用；研究实 现了对c a d 系统中明细表信息的自动获取，在此基础上建立产品装配树：研究 基于产品装配树实现生产进度表、材料明细表、材料汇总表的自动生成，向p d m 提供工艺信息的汇总。 第七章对本文所做的研究工作进行总结，对有待完善发展之处作出展望。歹 关键词：计算机辅助工艺设计；分布式数据库；面向集成；参数式；知识推理 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nb r i n g sf o r w a r dt h et h e o r yo f p a r a m e t r i ce x p r e s s i o na n dd i s p o s a l o fa r t sa n dc r a f t si n f o r m a t i o n ，o f f e r i n gap a r a m e t r i cc a p ps y s t e mb a s e do nd d b s n a m e dz f c a p p , b a s e do nt h ea n a l y s eo ft h es t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do fc a p p s y s t e m c h a p t e r1 e s t i m a t e st h ei m p o r t a n tr o l ea n de n g i n e e r i n gs i g n i f i c a n c eo fc a p p , a n a l y s i n gt h ed i s a d v a n t a g eo f t r a d i t i o n a lc a p p , d i s c u s s i n gi t ss t a t u sa n d d e v e l o p m e n t t r e n di nd e t a i l t h eb a c k g r o u n da n dm a i nc o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o na r ea l s og i v e ni n t h i sc h a p t e r c h a p t e r 2d e s i g n sas c h e m eo f p a r a m e t r i cc a p ps y s t e mb a s e d o nd d b st ot h e a c t u a ln e e d so fz h e j i a n gf e i d ae l e c t r o m e c h a n i c a lg r o u pc o r p o r a t i o n ，s h o w i n gi t s o v e r a l l s t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l e s a n dt h ef u n c t i o n so fe a c hm o d u l e t h e d e v e l o p i n g t o o l sa n dd a t a b a s es y s t e ma d o p t i v ea r ea l s od i s c u s s e d c h a p t e r3 i n t r o d u c e st h ed d b sa n di t s a p p l i c a t i o ni nz f c a p ps y s t e m t h e t e c h n i q u eo fs n a p s h o ti s u s e dt od i s t r i b u t et h ed a t aa u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt ot h e c l s s i f yo f a r t sa n dc r o f t sd a t a t h ed a t a b a s ei sa l s o d e s i g n e d f o rz f c a p p s y s t e m c h a p t e r 4p r e s e n t st h et h e o r yo f p a r a m e t r i ce x p r e s s i o na n dd i s p o s a lo f a r t sa n d c r a f t si n f o r m a t i o na n dt h ec o n c e p to f “p a r a m e t r i cc a p p ”，s h o w i n gt h em e t h o do f o b t a i n i n gp a r a m e t e r so f a r t sa n dc r a f t sd a t a i tc a r r i e so u tt h ea r c h e t y p a ld i a l o gb o x f a c i n gp a r a m e t e r so fa r t sa n dc r a f t sd a t a i tp u t sf o r w a r dt h ev a r i a n ta l g o r i t h mf o r c a l c u l a t i n g m a l l h a u ra n dt h em e t h o df o r p r o c e s ss e n t e n c e sc o m p o s i t i o n c h a p t e r5s h o w st h ei m p o r t a n c eo ft h em o d u l eo fp r o d u c t i o nc o d i n ga n dt h e m o d u l eo fk n o w l e d g ei n f e r e n c e w i t hk n o w l e d g ei n f e r e n c eo fz f c a p ps y s t e m ， p r o c e s sd e c i s i o n ，m a c h i n ec h o i c e ，m a c h i n e k n i f ec h o i c e ，f i x t u r ec h o i c ea r ef i n i s h e d d e p e n d i n go n i n f e r e n c e a l g o r i t h mb a s e do nf e a t u r es e q u e n c i n go f p a r t c h a p t e r 6 g e n e r a t e st h eo p e r a t i o ns k e t c h e sb yc a d i n t e g r a t e dw i t hz f c a p e i t b u i l d s “p r o d u c ta s s e m b l i n gt r e e w h i l et h ed a t an e e d e df o rg e n e r a t i n gt h e t r e e i s o b t a i n e df r o mt h el i s to fc a d a u t o m a t i c a l l y i ta l s og i v e st h em e t h o d si ng e n e r a t i n g p r o g r e s ss c h e d u l e ，b o ma n di t e m i z e ds h e e to f m a t e r i a l ，p r o v i d i n gt h ec o l l e c t i o no f p r o g r e s sd a t a t op d m c h a p t e r 7r e c o u n t st h em a i nc o n c l u s i o n so ft h ed i s s e r t a t i o na n dt h eo b j e c t sn e e d f u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：c a p p ；d d b s ；i n t e g r a t i o n o r i e n t e d ；p a r a m e t r i c ；k n o w l e d g e i n f e r e n c e 浙旺大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章综述 几个世纪以来，制造业发生了巨大的变化，尤其是2 0 世纪下半叶以来，制 造业的发展进入一个全新的时期。此时，以精密加工和微细加工技术为目标， 各种制造工艺和装备层出不穷；另外，制造模式开始演变，制造模式的集成化 和智能化活动也异常活跃。 二十一世纪是知识经济的时代。经济竞争已成为世界各国竞争的一个焦点 和世界发展的重要推动力，对于制造业而言，每个企业面临持续多变和不可完 全预测的全球化市场竞争，其竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争。为 了提高竞争能力，现代制造企业必须解决其新产品的难题，即以最快的上市速 度、最好的质量、最低的成本、最优的服务、最清洁的环境和最好的灵活性来 满足不同顾客对产品的需求和社会可持续发展的要求。面对激烈竞争人们将 制造技术与飞速发展的信息技术、网络技术、现代管理技术与系统技术有机融 合，逐渐形成了计算机集成制造( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g c i m ) 。 c 1 m 是信息社会中关于制造业的一种哲理，代表着当今先进制造技术的发 展趋势，这种全新的思维以实现企 业“信息集成”为主要标志，以部 门之削计算机的协调运行为基础， 以增强企业在包括产品开发，产品 质量保证及管理体制等多方面在内 的企业经营活动以及市场变化的反 应能力为目标，最终达到提高企业 参与市场竞争的综合实力。在这个 过程中，有以下两个方面的要点： 首先，企业生产的各个环节，即从 市场分析、产品设计、加工制造、 经营管理到售后服务的全部生产活 全球化信息摹统 朗i 1 基于i n t e r n e t t i n t r u e t 环境的c i m s 逻辑结构 动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑；另外，整个生产过程实质 上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是数 据的物质表现。 浙江人学顾士学位论文 信息系统集成是以计算机网络、数据库、软件等信息技术与产品为构件的 系统工程。自1 9 9 3 年美国制造工程师协会( s m e ) 推出第三版的计算机集成制 造系统( c i m s ) 功能结构轮图，企业信息集成的理论得到充分发展：企业信息 从内部集成扩展到企业内、外两个范围。图1 1 所示基于i n t e r n e t i n t r a n e t 环境的c i m s 功能逻辑结构，这种逻辑结构将企业信息集成拓展到整个行业、甚 至全球化信息系统之中，企业内主要管理信息系统( m i s ) 、制造自动化系统( f a ) 、 质量保证系统( q a s ) 、工程设计自动化系统( c a d c a p p c a m ) 四个功能分系统 和计算机网络( n e t ) 、数据库系统( d a t a b a s e ) 两个支撑分系统组成。 1 2 c a p p 地位和作用i 7 0 j q l l1 7 2 11 7 8 1 7 9 1 2 1 c a p p 在计算机集成制造系统中的地位和作用 作为连接设计与制造的纽带，计算机辅助工艺设计，即c a p p 技术( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 在c i m s 的信息集成中占有十分重要的地位。这是因为 c i m s 中关键是信息集成，即c a d 和c a m 的集成是实施c i m s 最重要的环节之一， 而c a d 的设计信息只有经过c a p p 系统才能转化为c 朋v i 的制造信息：企业的 i v d s 系统和p p s 系统也必须依靠c a p p 系统为其提供准确可靠的数据来源。如 图1 2 所示。 计算机辅助 设计c a d 基础数据 设计 艺反馈 数据 生产管理信息系统 生产计划与控制p p c 经营计划管理 车间调度 成本核算 生产反馈 加工工票 一产品p d 数m 据管 质量 质量 l壁垒堡堡 成本信息 图1 2c a p p 在c i m s 中的地位 c a p p 接收来自c a d 系统的零件信息( 包括几何信息和加工制造信息) ， 运用工艺设计知识，设计合理的加工路线，选择优化的加工参数和工艺参数 为制造部门提供工艺文件、为管理部门提供加工工时、) j - r 进度、材料汇总、 2 浙江大学颂l 学位论文 设备利用等情况。在c i m s 中，c a p p 与c a d 、c a m 、m i s 、m a s 、c a q 等 应用系统息息相关，因此，计算机辅助工艺过程设计不仅是企业各部门信息交 叉汇集的环节，也是计算机集成制造系统的重要组成部分。 c a p p 对于保证产品质量、缩短生产周期、降低制造成本和提高经济效益都 具有极为重要的作用。正因如此，计算机辅助制造国际组织c a m i ( c o m p m e r a d i d e dm a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l ) 认为c a p p 是企业各部门信息交叉汇集的 环节，并将c a p p 列为其重点研究与开发项目。 从目前情况看，c a p p 和c i m s 系统其他各单元相比，还是最薄弱的环节。 我国制造业的一个特点是有比较严格的工艺设计和管理系统，绝大部分零件的 加工还是在普通机床上完成的。因此企业计算机应用中向更深层次发展就必 须考虑c a p p 系统，考虑c a d c a p p 的集成，进而发展成以产品数据管理( p d m ) 为中心的产品技术信息系统【4 9 1 。 在这种背景下研究开发一种集先进性和实用性于一体，能够切实提高企 业工艺设计水平和效率的c a p p 系统，就显得非常迫切而且意义深远。 1 2 2 工艺设计在生产过程中的地位和作用 企业的整个生产活动可以分为生产准备和生产过程两大阶段。生产准 备即产品设计是先导，而工艺设计则是熬个生产过程的基础。工艺设计包括两 个基本任务： ( 1 )工艺过程设计：即对原材料转变为成品所需的整个工艺路线进行 宏观决策。 ( 2 )工序设计：即对工艺路线中所包含的各个工序进行微观决策。在 工艺设计中，核心问题是工艺过程设计，它是联系设计和制造的 中间环节。 图1 1 表示了工艺设计在生产过程中的地位和作用。 1 。2 。3c a p p 技术的工程意义 ( 1 )工艺设计处于产品设计和加工制造的接口位置，生成工艺过程 卡时必须考虑大量信息，如零件的结构形状、尺寸公差、材料和批量 以及加工方法、加工设备、生产条件、加工成本等，且各种信息之间 的关系极为复杂。c a p p 技术为解决传统工艺过程设计中的问题提供 了新的途径，对于制造业具有重要意义，其主要表现在： 3 浙江大学硕士学位论文 广一一f 图1 3 工艺设计在生产中的地位 ( 1 ) 提高设计质量：c a p p 能继承有经验的工艺设计人员的经验，提高企 业工艺的继承性和企业工艺设计的标准化，有利于工艺设计的最优化 工作。 ( 2 ) 提高设计效率；c a p p 能快速完成工艺设计，方便地进行修改和补充， 减少抄写、绘图等事务性工作量，据统计，采用c a p p 系统可减少设 计劳动量到十分之一以下，费用减少5 0 - 7 0 。同时可以将工艺设计 人员解放出来，使他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工 艺的研究等创造性的工作。 ( 3 ) 实现生产的集成化。c a p p 能为适应当前日趋自动化的现代制造环节 4 浙江大学硕士学位论文 需要和实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。 1 3 国内外研究和开发现状及发展趋势1 5 1 1 埔1 1 3 3 1 1 5 4 国外从6 0 年代末开始研究c a p p 技术。第一个c a p p 系统是挪威于1 9 6 9 年发表的a u t o p r o s 系统。它是根据成组技术原理。利用零件的相似性去检索 和修改标准工艺来制定相应的零件规程。美国的c a m i 公司于1 9 7 6 年推出的 c a m ia u t o a r n t e dp r o c e s s p l a n n i n g 系统具有里程碑意义，它属于派生式系统。7 0 年代中期开始了创成式系统的研究与开发，很快被认为是理想的发展模式，但其 技术至今仍不完善，因此人们又提出了半创成式系统。进入8 0 年代以来，随着 人工智能与专家系统技术在c a p p 领域中的应用，产生了所谓c a p p 专家系统。 我国研究c a p p 系统是始于7 0 年代末，从1 9 8 2 年上海同济大学正式发表 了我国第一个c a p p 系统t o j i c a p ，至今已开发各类c a p p 有近百种，几乎遍 及所有行业的机械制造部门。 在c a p p 二十多年的发展历史中，世界各国的学者都做了大量的研究，并 取得了一定的成果，在这一领域发表的论文已有数百篇，但其中大多数是介绍某 一特定的c a p p 系统。在这些系统中大多数又属于派生式系统，只是最近几年半 创成式和创成式系统才较多地开发出来。 1 3 1 传统工艺设计方法的存在问基 虽然目前开发的各类c a p p 系统约有上百种之多，但c a p p 在生产实际中 的应用情况尚不能令人满意，主要是下面几个关键问题尚未得以有效解决： 1 c a p p 系统的效率较低 人工编制工艺过程劳动强度大，效率低，是一项繁琐重复性的工作。人工 编制的工艺数据需经过整理和重新输入计算机才能为计算机辅助生产管理、计划 调度所采用，制约了企业的管理信息系统水平的提高 1 c a p p 系统的设计方法问题 目前的c a p p 系统尚未很好地解决系统与数据的分离、知识与决策的分离， 从开发模式上看大多为专用型系统，因此系统的扩充与更新困难，开发周期长。 2 零件信息描述和输入的问曩 现有c a p p 系统大多数依靠人工输入零件信息，费时费力且难以保证输 浙江大学硕t 学位论文 入的正确性，给c a p p 的推广应用带来困难。零件信息的描述已成为阻碍c a p p 发展的一个瓶颈。尽管人们提出了从分类编码到图形要素描述的许多方法但 仍未取得令人满意的效果。 3 专家系统思想和系统决策方式有待完善与提高 工艺设计是经验性很强的工作，目前创成式c a p p 系统对于工艺知识的 搜索与表达尚不尽完善，工艺设计的质量依赖于工艺设计人员的水平，造成工 艺设计一致性差且质量不稳定，难以达到优化的目的，同时工艺设计经验的继 承较困难。必须进一步将经验知识理论化、公式化和标准化。同时由于人工智 能技术本身的不足，也给创成式c a p p 的研发带来困难。 4 系统实用性较差 设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。当前c a p p 系统还较多地 存在柔性差、集成性差、智能化低、自动化程度低的问题，使c a p p 难以走向 实用化。 1 3 2 研究的热点 c a p p 的研究已成为研究制造系统的重要课题之一，从目前国内外研究情 况看，以下领域成为c a p p 研究的热点： 工艺设计的自动化 自从t c ，c h a n g e 给出了“工艺自动设计”的明确定义后，工艺决策 过程的自动化得到了全面的发展。面向并行工程下产品设计的c a p p 工艺决策加工元模型1 2 2 1 将工艺决策与产品设计有机结合，在理论和 实践上对工艺决策模型、算法进行了有益的探讨与研究；基于神经网 络的工艺设计实例推进索引模型运用特征技术初步实现了回转类零 件c a d c a p p 的集成i ；在建立统一产品定义模型基础上，采用框 架结构、黑板结构的描述形式，将产生式规则应用于工艺过程的逻辑 决策1 2 6 f ；基于制造信息建模、零件模型信息的正向离散与工艺设计 基元信息的反向集中、基础数据与工艺设计决策控制分离的模型m 1 提 高c a p p 系统的柔性；模糊p c t r i o p n 网技术”3 i 贝0 针对装夹与定位方 案提出可选工艺路线的决策方法：p d g 决策( 工艺决策图) 1 1 2 1 实现了 工艺过程设计；基因遗传算法| 1 4 1 引入c a p p 系统从理论上实现了工步 排序的优化。 c a p p 与p p s ( 生产计划与调度) 的集成【7 5 】【6 1 【7 7 1 为实现c a p p 与现实制造环境的信息关联。使c a p p 不仅在技术上而 且在实际操作上具有可行性，c h r y s s o l o u r i s 等根据多级并行分布式 6 浙江大学硕士学位论文 集成体系结构对集成递阶决策模型作了深入研究，实现相关工艺决 策的并行完成并与p p s 作为一个整体进行优化。基于面向生产调度的 c a p p 集成框架，使c a p p 具有适应于调度的柔性，能充分反映生产 的动态性和资源利用的计划性，即所谓动态c a p p 系统。 c a p p 与c a d 的信息集成件7 】i 硐【7 0 1 u l 】【7 2 1 实现c a d c a p p 的信息集成一直是国内外学者关注的热点。基于特 征自动识别的方法试图从c a d 的零件几何和工艺描述中获取零件的 特征数据，并从c a d 数据库中自动识别零件特征；基于数据交换的 方法则借助标准数据接口如s t e p 标准等以期实现c a d c a p p 的数据 共享；更多学者致力于特征设计的研究，基于对零件特征的准确描述， 试图从根本上实现c a d c a p p 的信息集成。 工程化、商品化c a p p 工具类系统 近年来，国内外已认识到c a p p 应用和工程化问题对c a p p 发展的影 响。h a e l m a r a g h y 指出，c a p p 的实施已落后于新系统的开发和新 概念的应用。d i m i t r i sk i r i t s i s 在回顾了c a p p 专家系统的发展状况后， 对一个有效益的c a p p 系统必须高度自动化这一目标感到怀疑。a m l u s c o m b e 和d j t o l l i c h 在针对c n c 机床进行的c a p p 研究中， 强调“辅助( a i d ) ”而不是“自动化( a u t o m a t i o n ) ”。pg m a r o p o u l o s 指出需要进行c a p p 应用研究以促进成熟技术在企业中的应用l 蚰l 。 上述热点的形成极大地推动了c a p p 研究的深入与发展，然而我们也必 须清醒地意识到，由于c a p p 对生产环境的依赖性、及其本身的复杂性，现有 c a p p 系统还存在着“先进的不实用，实用的不先进”问题，阻碍了c a p p 的 进一步发展与应用。 1 3 3 c a p p 发展趋势 ( 1 ) 集成化 集成化是c a p p 系统发展的必然趋势，c a p p 是c i m s 各子系统信息的交 叉汇集环节，也是实现c a d c a m 真正集成的关键。集成化的主要目标是实现 c a d c a p p c a m 一体化，最终形成c i m s 中的信息集成。 另一方面，c a p p 和生产作业计划的集成，适应制造环境的实时变化。 ( 2 ) 智能化 智能化也是c a p p 发展的一个趋势。c a p p 的智能化，指的是人工智能技 术( a i ) 和专家系统技术( e s ) 在c a p p 中的应用。工艺设计是一个典型的复 7 浙江大学硕l ：学位论文 杂工程问题，在很大程度上依赖于具体制造资源和设计者的经验和技巧。专家 系统技术可以灵活和有效地处理工艺决策和领域专家知识。专家系统采用独立 的知识库，知识的扩充和修改与程序无关，使得c a p p 系统可以灵活地适应各 种具体场合，扩充功能。模糊理论和人工神经网络技术在c a p p 中的应用正受 到越来越多的重视，它们与专家系统的有机结合，使得c a p p 系统更具柔性， 能处理更为复杂的工艺过程设计问题。 ( 3 ) 绿色化p 8 l 3 9 1 随着全球对资源优化利用问题的日益重视和资源降耗是环境问题之本等 观念的出现，人们意识到机械产品的绿色化已成为人类可持续发展的核心。基 于此，各国纷纷提出绿色设计与绿色制造等概念。从制造系统的资源流动过程 看，工艺规划对资源消耗状况和废弃物的产生量有着直接的影响。所以，c a p p 的绿色化是一种趋势。 除了上述发展趋势外，下歹方面的探索和研究也越来越受到重视： 通用生产工程数据库技术，包括各种制造工程数据和工艺决策规则，支持 大规模的、通用的c a p p 系统开发。 新的系统结构，开发综合式的c a p p ，综合应用多种c a p p 原理和开发技术， 加强c a p p 适应性。 建立通用的c a p p 外壳( s h e l l ) 及开发工具来开发c a p p 系统，加快开发 速度。c a p p 系统开发工具是基于c a p p 系统而高于c a p p 系统的软件工具， 是面向对象的实用c a p p 生成环境。 i 4 本文的主要工作 i 4 i 课题背景 浙江菲达机电集团公司( 原浙江电除尘总厂) 是国家重大技术装备国产化 基地，国家经贸委确认的环保机械行业唯一国有企业，国家机械工业局重点骨 干企业，国家级杭州高新技术开发区区外高新技术企业，全国5 0 0 家最大机械 工业企业和环保百强企业之一。其电除尘技术水平已达到国际先进、国内领先 水平电除尘器产品的选型、强度计算和工程设计全部实行计算机操作。 电除尘器生产属于单件、多品种、小批量生产，一台电除尘器通常要编制 四、五千张工艺卡。目前该企业的工艺过程设计仍采用传统的设计方法即由 手工方式完成，这已远不能适应当前企业发展的需要，浙江菲达机电集团公司 8 浙江大学硕士学位论文 的工艺管理方式是采用“一图一卡”制，工艺过程卡随产品和图纸一起运作 加工过程必须按图纸、按工艺、按标准有序进行。为适应现代化的生产需要， 我们与该企业共同开发了z f c a p p 系统，成功地在该企业的电除尘器产品生 产中得到应用。通过z f _ c a p p 系统的开发和研究，不仅促进了企业的技术改造 进程，产生了良好的经济和社会效益，而且为企业的c a d c a p p c a m 的集成打下 了坚实的基础。 z f c a p p 项目已经通过省科委组织的省级鉴定，系统达到国内领先水平， 其中部分技术处于国际先进行列。 1 4 2 本文的主要工作 本课题的目标是在合作单位的工艺设计标准化的基础上，构造一个集先 进性和实用性于一体的c a p p 系统。本文的主要工作包括如下几方面内容： 1 研究基于分布式数据库系统的综合式c a p p 系统框架的构造。研究工 艺信息的参数化表示和工艺卡各部分内容的生成方案。 2 分析企业内部生产、设计中所涉及的数据类型、特点、流通途径等， 根据信息的访问频率和数量，综合考虑企业生产实际情况和其各个分 厂的地理分布，对信息进行规划，实现合理的分布。 3 研究完成数据库的设计，建立完备的数据库系统，记录所有的工艺信 息，为企业的产品数据管理预留数据接口，为实现c i m s 的数据集成 作好准备。 4 研究如何利用面向对象的建模方法实现具有继承性、开放性和柔性设 计的智能对话框的设计，由此对话框完成工艺设计的大部分内容。 5 建立完备的典型工艺库，作为c a p p 系统的参照标准。 6 研究产品编码系统的实现，并利用产品编码系统调用典型工艺来完成 一个新的产品工艺。 7 研究实现工艺语句合成器，把复杂的工艺内容合成为简洁明了的语句 表示形式，使之符合企业生产规范和生产习惯。 8 研究实现工时的自动计算，综合利用图表法和解析计算法对影响工 时的各种工艺参数的函数关系进行计算，形成统一的工时计算标准。 9 研究基于关系数据库的工艺知识的表达与推理，完成工艺决策、设备、 工装的选择及工艺内容的生成。 l o 通过o l e 技术实现与本地计算机上所具有的c a d 软件的连接，方 便高效地完成工艺卡简图的绘制：利用数据库的b l o b 字段，即大二 进制对象实现工艺简图的存储。 9 浙江大学硕士学位论文 11 实现工艺信息的各种汇总和输出实现与p d m 的数据集成。 1 2 研究如何在c a d 系统中自动获取产品设计信息，建立产品装配树 如何基于产品装配树实现对产品工艺及产品制造信息的管理。 本文具体论述了z f c a p p 系统的设计思路和实现方法，其特色在于： i 基于分布式数据库系统 使企业在地理上分散的各个分厂和部门将其常用数据存储在本地，实施 就地存放就地使用，降低通讯费用，并可提高响应速度。将数据分布在 各个分厂和部门结点上，增加适当的冗余，提高系统的可靠性。由于分 布式数据库系统结构的特点，它和集中式数据库相比有利于改旮陛能， 可用性好、配合性好、可扩展性好，为扩展系统的处理能力提供了较好 的途径。 2 工艺信息的参数式表达 本系统采用基于数据库的参数式c a p p 方法，实现了工艺卡的参数化。 在对每一工步的信息输入方面，采用具有产品数据意义的参数输入方 法，把与产品工艺相关的各种信息以参数形式表示，保存于系统中。 参数式输入方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据 意义的参数数据，不仅有效实现了工时定额计算的自动化，而且只需 修改某些参数，即可自动得到新的工序内容和新的定额工时。并基于 已经建立的产品工艺设计数据库，采用智能决策方法完成工艺决策、 设备、工装的选择及工艺内容的生成。 3 工艺数据的集成 参数化c a p p 系统中参数数据具有特定的产品数据含义，因而能够为 其后的c a m 系统和m i s 系统所共享。系统具有多输出通道，工艺卡 不是唯一的数据出口，所有数据库数据都能为其它系统如成本核算系 统、车间作业系统、生产计划系统、材料供销系统等共享。系统考虑 了企业未来的发展，系统留有充分的可扩展的设计接口和数据接口。 例如与c a d 的集成表现在从c a d 获取零部件明细表信息建立产品结 构树：从c a d 提取零件几何信息直接输入c a p p 系统；与c a d 建立 动态链接实现简图绘制。c a p p 还自动输出生产进度表、材料定额等 数据实现与企业信息管理系统的集成。 l o 浙江大学硕士学位论文 第二章系统方案的分析与确定 2 1 z f c a p p 的工作原理 2 1 1 c a p p 的工作原理 c a p p 系统的工作原理可以分为检索式、派生式和创成式三种基本模式。 根据实际应用的需要也常采用介于派生式和创成式之间的半创成式以及综合利 用几种基本模式的“综合式c a p p ”。 l - 检索式 检索式系统本质上是一个已有工艺文件的管理系统。它通常以图纸图号、 零件编号、几何参数或使用目的等作为特征进行分类编码，并将设计好的零件 工艺文件按编码存储。编制新零件工艺上，只要识别编码，由计算机找出相似 零件的工艺文件，换上新的表头，做一些必要的修改即可打印出新零件的工艺。 这种系统的优点是简单，易于建立且实用，但是适用面很窄，当找不到相似的 零件，或相似形很差时，实际上就无法使用，它只适合于产品系列化程度很高 或产品生命期很长，但经常需要根据用户的要求做一些微小改动的企业。 2 派生式 派生式c a p p 系统一般利用成组技术的分类编码系统对原有产品的所有零 件进行编码，并将它们划分为零件族，为每一个零件族编制一份包括族内零件 所有工艺的标准工艺规程。编制新零件工艺时，首先对新零件编码，按照编码 识别该零件所属的零件族，从而调出该族的标准工艺文件，通过自动筛选或人 工交互增删编辑后即可“派生”出零件的工艺规程。 派生式系统和检索式系统都是利用零件的相似性进行检索和修改，因此， 它们的特点和应用场合相类似。由于派生式系统利用的是零件族的标准工艺文 件而不是某一具体零件的工艺文件，因此，适用性比检索式更广些。 3 创成式 创成式c a p p 系统不是利用相似零件的工艺文件进行工作，而是基于一般 的设计规则，程序系统中反映的决策逻辑和制造工程数据信息，根据零件的几 何特征、物理特征、生产要求和其他工艺参数自动生成新零件的工艺过程。其 中决策逻辑来自工艺设计师的经验，以及它们所依据的设计方法、设计手册和 规范等。通常以专家系统的方式实现。 显然这种方法可以摆脱对操作人员知识和经验的依赖；能产生高质量 的新零件工艺过程；能适应生产条件的变化和生产技术的发展，并有可能建立 浙江大学琐i j 学位沦文 起通用性好的自动化程度很高的c a p p 系统，因此它适合于各种类型的企业。是 c a p p 发展的方向。然而，虽然创成式c a p p 是较理想的系统模型，但由于制造 过程的离散性、彦品品种的多样性、生产环境的复杂性、事件发生的随机性、 系统状态的模糊性等因素，使工艺过程的设计成为相当复杂的决策过程。因此 要开发有一定适用面的创成式c a p p 系统还有相当的难度。 4 半创成式 由于检索式和派生式c a p p 系统利用已有的工艺文件或标准工艺文件进于亍 工作，其应用范围受到很大限制，对于编制尚不存在标准工艺的新零件的工艺 时，就将遇到困难。另方面，创成式c a p p 系统开发极为困难，技术上也不成 熟，因此出现了许多介于派生式和创成式之间的半创成式c a p p 系统。对于半创 成式系统并不存在公认的定义和模式，一般认为，只要在工艺过程设计中有创 成规则都可以被称作半创成式系统。这样的系统比派生式系统适应性强，也较 实用，但还不能满足自动设计的要求。 2 1 2z f c a p p 采用的工作模式 在z f c a p p 系统方案的定型时应考虑以下几个方面： 1 设计所涉及的产品设计加工特点 2 生产企业的生产实际情况、具体特点和要求 3 工艺制作的特点 浙江菲达机电集团电除尘器生产属于单件、多品种、小批量生产，一台 电除尘器通常要编制四、五千张工艺卡。浙江菲达机电集团公司的工艺管理方 式是采用“一图一卡”制，工艺过程卡随产品和图纸一起运作，加工过程必须 按图纸、按工艺、按标准有序进行。产品的零件结构相似性强，系列化程度高， 有成熟的典型工艺。 由于检索式和派生式c a p p 系统以存储在计算机中的工艺文件或零件的标 准工艺为基础，超越这一范围就无法工作，而刨成式系统开发困难。同时从工 厂实际情况看，总是有相当数量的零件具有较好的相似性，同时又需要解决新 零件的工艺设计，因此较为实用的c a p p 系统工作原理就应是综合式，即能针对 不同零件的需要和企业情况，同时具有检索、派生、和刨成的功能。 把零部件按照种类的不同进行分类、编码，对于一种类型的零部件拟订 一个标准的工艺过程方案( 典型工艺) ，存储在标准工艺库里。这样就可以根据 零件的特征选择特定的标准工艺，然后进行编辑生成工艺过程路线。系统的典 型工艺是开放的，用户可以在使用中添加新的典型工艺。当零件属于典型零件， 利用检索式c a p p 子系统；零件属于某已有的零件族则利用派生式c a p p 子系统； 否则利用创成c a p p 进行工艺设计。 在处理无典型工艺的新的零部件工艺时，系统根据该加工对象的规格、 浙江大学硕士学位论文 材料等特征信息，采用专家系统在人工干预交互下智能生成新的工艺，并且可 以把此工艺存成典型工艺，为以后的工作提供参考和模板。由此看出，z f c a p p 系统是采用检索式、派生式和刨成式相结合的方法，在专家系统的辅助下综合 派生和创成的优点，既有工厂实际经验的总结，又结合逻辑决策，因此应用范 围广。目前，国内外学者和工程技术人员都倾向与这种开发模式。 2 2 z f c a p p 系统功能及系统流程 2 2 1 z f c a p p 系统总体结构 c a p p 系统涉及的所有库存信息、应用模块、控制机制等功能。在各种生产 环境下，不同的阶段产生不同的工艺设计功能。严格地说，整个工艺设计工艺 设计应当是对产品设计意图和制造加工这两类活动以及车间各种约束条件的一 种综合协调过程。它首先应当包括生产计划在内但生产计划只是对生产的综 合分析而不涉及零件制造过程的细节，常将其纳入生产管理信息系统。因此一 般所指的工艺设计活动只考虑两个层次：即工序级( 工艺设计) 和工步级( 单 个工序的设计) ，也有人称之为宏观工艺设计和微观工艺设计。 - 根据我国国情，许多企业的工艺规程只有工艺设计这一级，这种c a p p 系 统只决定可行的加工过程，涉及产量、成本和可用的机床，刀具等资源。例如， 涉及到粗车工序，只提出简单要求，附带工序图，工人按图加工即可，至于这 道工序的工步安排、切削用量，装夹方式、刀具类型等一般均未加规定。而工 步级c a p p 系统则需对某个工序作出详细设计，规定这道工序中的加工细节， 最终才能产圭刀具轨迹及n c 加工指令。因此，c a p p 的结构应是一种层次 化、模块化的结构，明确其应用阶段，有利于研究、开发、扩充及维护。 根据企业要求，我们设计系统总体结构如图2 1 所示。本系统的开发， 首先需要完成的主要工作包括：从企业中收集整理现有的相关工艺文件，并通 过与该厂有经验的工艺师合作，提取工艺知识与决策推理规则并生成典型工艺。 在此基础上，进行各功能模块设计。利用一较为友好的界面，应用人员人工交 互输入一些基本信息。系统获得零件信息后，完成信息处理，存入产品数据库 中，然后调用工艺知识库。推理机自动调用各功能模块，根据知识库中的规则 进行选择工序、计算工艺尺寸、分厂、车间、加工设备、选择刀具、选择量具、 确定加工量、计算工时定额，自动生成工序简图及工艺卡片。并可对工艺卡片 进行编辑、修改及输出。 浙江大学硕士学位论文 图2 1z f c a p p 系统总体结构 2 2 2 系统功能模块的设计 作为一个完整的实用化的c a p p 系统，z f c a p p 主要具有以下功能： 1 接收输入或生成零件图上的几何及拓扑信息、工艺信息和测量信息。 2 检索标准典型工艺。 3 通过专家系统智能选择选择加工方法。 4 通过专家系统智能选择安排加1 - 路线。 5 通过专家系统智能选择分厂、车间、机床、刀具、夹具、量具等。 6 选择加工量。 7 通过加工参数计算工时定额和材料损耗等。 8 进行工艺流程的优化及多工序、单工序加工优化。 4 浙江大学顾士学位论文 9 通过o l e 实现与各种c a d 软件的集成，完成工序图的绘制。 1 0 对于金加工工序产生刀具运动轨迹，自动进行n c 编程。 1 2 生成生产进度表、材料明细表、材料汇总表，实现与p d m 的集成。 z f c a p p 系统，其系统组成如图2 2 所示。 c a d 系统lj 修改模块| | 存取模块li 主控模块 声 口 口日 装 配 树 n c 代码库 工艺信息获ij 工艺生成| | 专家 取模块 ii模块i i 系统 成 绉 编 鹤 零 件 特 征 提 取 工 艺 简 图 处 理 工 艺 内 容 生 成 推 理 机 知 识 虚 数据库 模块 工艺数据库1 支捧数据库 典 型 工 艺 库 用 户 工 艺 库 工 时 数 据 雇 工 装 数 据 库 其 他 数 据 库 工薹姜主汇 嚣总模块| | 模块 生 产 进 度 衰 维护模块卜一检索、修改、增删、打印一 图2 2z f c a p p 系统的功能结构 材 料 明 细 表 材 料 汇 总 表 n c 代 码 输 出 打 印 输 出 文 件 输 出 1 主控模块 主控模块是整个系统的主体部分，负责整个系统的引导和运行及各功能模 块的调用。在系统启动时，主控模块允许用户以三种不同的身份登录：一般用 户、工艺师和系统管理员。一般用户的权限较底，对系统只能进行读操作，不 能修改、删除、增加工艺数据。工