第七章-计算机辅助工艺过程设计

1、计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造1. 概述 2. 派生式CAPP系统 3. 创成式CAPP系统4. 综合式CAPP系统5. 计算机辅助夹具设计6. KMCAPP系统简介计算机辅助设计与制造1. 1. 概述概述 CAPPCAPP的基本概念的基本概念 CAPPCAPP在集成制造系统中的地位和作用在集成制造系统中的地位和作用 CAPPCAPP类型及基本原理类型及基本原理 CAPPCAPP结构组成及基本技术结构组成及基本技术 CAPPCAPP发展现状发展现状 CAPPCAPP发展趋势发展趋势 计算机辅助工艺过程设计(CAPPCAPP)是将产品数据转换成面向制造的指令性数据的重要环节，起着承上(

2、产品设计)启下(加工制造与管理)、连接CADCAD与CAMCAM及MRPMRP等应用系统的桥梁作用计算机辅助设计与制造CAPPCAPP基本概念基本概念 计算机辅助工艺规程设计（CAPP, Computer Aided Process CAPP, Computer Aided Process PlanningPlanning），是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程(即工艺规程) CAPP CAPP彻底改变了手工编制工艺文件的方式和对人的依赖，大彻底改变了手工编制工艺文件的方式和对人的依赖，大大提高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致大提

3、高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致性和工艺规程的精确性，避免不必要的差错，为实现工艺过性和工艺规程的精确性，避免不必要的差错，为实现工艺过程优化、集成制造创造条件程优化、集成制造创造条件 输入设计信息输入设计信息 选择工艺路线、决定工序内容及选择工艺路线、决定工序内容及所使用的机床、刀具、夹具所使用的机床、刀具、夹具 决定切削用量决定切削用量 估算工时与成本估算工时与成本 输出工艺文件输出工艺文件 常见工艺流程 计算机辅助设计与制造CAPPCAPP的发展历程的发展历程 研究派生式研究派生式 CAPP 推出典型系统推出典型系统 CAMI1976年年 研究创成式研究创成式 CAPP系

4、统系统 智能化工艺智能化工艺 决策方法决策方法 零件信息零件信息 自动获取自动获取60年末年末80年代初年代初80年代初年代初90年代中年代中 深入研究深入研究 派生式派生式CAPP CAPP进入进入 实用化实用化 CAPP数据数据 管理与应用管理与应用提出提出CAPP 研究新的研究新的 CAPP系统系统 结构与方法结构与方法 CAPP性能性能 提高提高90年代中年代中本世纪初本世纪初本世纪初本世纪初1965年Niebel首次提出CAPP思想 计算机辅助设计与制造CAPPCAPP的主要内容的主要内容信息建模信息建模工艺决策工艺决策工艺设计数据工艺设计数据管理与输出管理与输出产品信息建模产品信息

5、建模制造资源建模制造资源建模工艺数据建模工艺数据建模数据浏览与查询数据浏览与查询数据输出数据输出加工方法选择加工方法选择切削参数计算切削参数计算加工顺序安排加工顺序安排计算机辅助设计与制造CAPPCAPP系统工作过程与步骤系统工作过程与步骤计算机辅助设计与制造CAPPCAPP应用意义：应用意义： 将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，可以从将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，可以从事新产品及新工艺开发等创造性的工作事新产品及新工艺开发等创造性的工作节省工艺过程编制时间和编制费用，缩短工艺设计周期，降节省工艺过程编制时间和编制费用，缩短工艺设计周期，降低生产成本，提高产品在市场

6、上的竞争力低生产成本，提高产品在市场上的竞争力有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行集中、总结和继承，有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行集中、总结和继承，提高工艺过程合理化的程度，从而实现计算机优化设计提高工艺过程合理化的程度，从而实现计算机优化设计较少依赖于个人经验，有利于实现工艺过程的标准化，提高较少依赖于个人经验，有利于实现工艺过程的标准化，提高相似或相同零件工艺过程的一致性相似或相同零件工艺过程的一致性降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求减少所需的工装种类，提高企业的适应能力减少所需的工装种类，提高企业的适应能力CAPPCAPP是是C

7、ADCAD与与CAMCAM的桥梁，为实现的桥梁，为实现CIMSCIMS创造条件创造条件计算机辅助设计与制造工艺设计任务树工艺设计任务树 工艺设计确定毛坯类型确定表面特征元素制订工艺流程工序设计识别工件材料类别确定毛坯类别外部特征元素内部特征元素确定毛坯尺寸选择表面的各准备工序确定工艺流程内容工序规划机床选择选择装夹方式通用工夹量具选择专用工夹量具设计规划工序内容设计工序图设计确定工序中的各工步内容和次序工步设计工时成本计算选择切削用量确定工艺尺寸选择加工余量计算机辅助设计与制造CAPPCAPP集成制造系统中的地位和作用集成制造系统中的地位和作用 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMS

8、CIMS）的关键是系统集成，）的关键是系统集成，CAPPCAPP系系统解决了统解决了CADCAD和和CAMCAM的连接问题，真正实现的连接问题，真正实现CAD/CAMCAD/CAM集成集成 CADCAD工装工装CADCADCAMCAMCAPPCAPPMISMISMASMASCAQCAQ 接受CAD的几何拓扑信息、材料信息以及精度、粗糙度等工艺信息； 向CAD反馈产品的机构工艺性评价信息,满足并行产品设计要求 向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、装夹参数及反映零件切削过程的刀具轨迹文件； 接收CAM反馈的工艺修改意见 向工装CAD提供工艺过程文件和工装设计任务书 向MIS(管理信息系

9、统)提供各种工艺过程文件和夹具、刀具信息； 接受MISMIS反馈的工作报告和工艺修改意见 向MAS（制造自动化系统）提供各种过程文件和夹具、刀具等信息；接受MAS反馈的工作报告和工艺修改意见 向CAQ（质量保证系统）提供工序、设备、工装、检测等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程； 接收CAQ反馈的控制数据，修改工艺过程 计算机辅助设计与制造CAPPCAPP类型及基本原理类型及基本原理系统按照工艺决策方法主要分为： 检索式检索式CAPPCAPP系统系统 派生式派生式CAPPCAPP系统系统 创成式创成式CAPPCAPP系统系统 综合式综合式CAPPCAPP系统系统 由于零件及制造环境的不

10、同，很难用一种通用的由于零件及制造环境的不同，很难用一种通用的CAPPCAPP软件来满足各种不同的制造对象软件来满足各种不同的制造对象 将派生式、创成式与人工智能结合综合而成，目的是综合派生式和创成式两者的优势，避免派生式系统的局限性和创成式系统的高难度 计算机辅助设计与制造检索式检索式CAPPCAPP系统系统检索式CAPP系统是基于成组技术或基于特征的CAPP系统基本原理：按照零件编码或图号将企业现行各类工艺文件存入计算机数据库 设计时根据零件编码或图号，设计时根据零件编码或图号，在工艺文件库中检索类似零件在工艺文件库中检索类似零件的工艺文件，由工艺人员采用的工艺文件，由工艺人员采用人机交互

11、方式修改、编辑人机交互方式修改、编辑 检索式检索式CAPPCAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较弱、自动决策能力差弱、自动决策能力差 开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致，得到很多企业的认可，具有很高的推广价值致，得到很多企业的认可，具有很高的推广价值计算机辅助设计与制造派生式派生式CAPPCAPP系统系统基本原理：利用成组技术(GT)代码或企业现行零件图编码，根据结构和工艺相似性将零件进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺（主样件工艺） 设计时

12、根据零件的设计时根据零件的GTGT代码和其它代码和其它有关信息，按编码搜索零件族，对有关信息，按编码搜索零件族，对典型工艺进行自动化或人机交互式典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件修改，生成符合要求的工艺文件 可看成检索式CAPP系统的发展，又称变异式CAPP系统 派生式派生式CAPPCAPP系统柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发，系统柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发，可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计 工作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大多是派生式系统工作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大

13、多是派生式系统计算机辅助设计与制造创成式创成式CAPPCAPP系统系统基本原理：与检索式和派生式方法不同，不是直接对相似零件工艺文件进行检索与修改，而是根据零件的信息，通过逻根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地做出工艺决策而自动地“创成创成”一个零件的工艺规程一个零件的工艺规程 创成式CAPPCAPP系统包括：基于传统过程性程序结构与决策形式的CAPPCAPP系统、基于知识的 CAPPCAPP专家系统、基于神经网络的 CAPPCAPP系统、CAPPCAPP工具系统或骨架系统 创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式创成式方法接近人类解决

14、问题的创新思维方式 由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法，工由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法，工艺规程的知识难以形成程序代码，因此只能处理简单的、特定环境下艺规程的知识难以形成程序代码，因此只能处理简单的、特定环境下的某类特定零件的某类特定零件计算机辅助设计与制造CAPPCAPP的结构组成及基本技术的结构组成及基本技术CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关存放存放CADCAD系统系统完成的产品设完成的产品设计信息计信息 存放企业加工设备、存放企业加工设备、工装工具等制造资源工装工具等制造资源的相关信息的相关信息 存放产品制造工艺规存放

15、产品制造工艺规则、工艺标准、工艺则、工艺标准、工艺数据手册、工艺信息数据手册、工艺信息处理的相关算法和工处理的相关算法和工具具 存放零件族典型零件的存放零件族典型零件的工序卡、工步卡、工艺工序卡、工步卡、工艺流程图、加工参数流程图、加工参数，供系统参考使用供系统参考使用 存放存放CAPPCAPP系统系统生成的产品制生成的产品制造工艺信息，造工艺信息，供输出工艺文供输出工艺文件、数控加工件、数控加工编程和生产管编程和生产管理与运行控制理与运行控制系统使用系统使用 存放工艺流程图、工序卡、存放工艺流程图、工序卡、工步卡等系统输入输出模工步卡等系统输入输出模板、手工查询工具和系统板、手工查询工具和系

16、统操作工具集操作工具集 计算机辅助设计与制造CAPPCAPP的结构组成及基本技术的结构组成及基本技术CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关控制模块控制模块：协：协调各模块的运调各模块的运行，实现人机行，实现人机间信息交流，间信息交流，控制产品设计控制产品设计信息获取方式信息获取方式 零件信息获取零件信息获取模块模块：产品设：产品设计信息输入计信息输入 工艺路线设计模块工艺路线设计模块：加工工艺流程决策，加工工艺流程决策，生成工艺过程卡生成工艺过程卡 工序决策模块工序决策模块：选：选定加工设备、定位定加工设备、定位安装方式、加工要安装方式、加工要求，生成工序卡求，生成工序卡

17、输出模块输出模块：输出工艺流程卡、：输出工艺流程卡、工序和工步卡，工序图工序和工步卡，工序图工步决策模块工步决策模块：选择刀：选择刀具轨迹、加工参数，确具轨迹、加工参数，确定加工质量要求，生成定加工质量要求，生成工步卡及提供形成工步卡及提供形成NCNC指指令所需的刀位文件令所需的刀位文件 计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 CAPP与CAD的零件信息输入问题，直接关系CAPP系统能否真正实现实用化和商品化 CAD/CAPP/CAM集成理想方法：用通用数据结构规范产品设计与制造全过程的产品定义模型 机械制造业迫切需要研究开发新型CAD系统，建立CAD，CAPP，CAM统一的零件

18、模型1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 工艺设计是个性很强工作 CAPP 系统通用化需解决CAPP 系统结构和方法上的许多基础问题，如： 使CAPP所用的工艺决策工艺决策规则规则与系统各工艺决策模工艺决策模块块完全独立，修改和添加有关规则而不必修改源程序就能满足不同用户的需要； 对工艺设计进行规范化和标准化工作； 建立通用化、标准化和开放性的工艺数据和知识库1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAP

19、P系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 CAPP应用环境千差万别 系统应同时具有基于典型工艺或实例的检索式设计功能，基于实例的派生式设计功能与基于知识的创成式设计等功能满足不同用户 系统不但能生成面向普通机床的工艺文件，还应能生成面向数控加工环境的工艺文件，输出各种格式的工艺文件 1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生

20、成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 CAPP系统所需工艺知识与规则，包括工艺决策逻辑、决策习惯、经验、规则，工艺决策知识的收集和整理是建立CAPP专家系统最基本和最重要的工作之一 组织和管理工艺决策所用的数据信息，使之适用于各种不同的企业和产品， 并便于扩充和维护，是目前CAPP系统需要迫切解决的问题1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 研究CAPP专家系统开发工具使系统具有柔性和通用

21、性； 开发基于神经元网络的CAPP系统使系统具有自适应、自组织、自学习和联想记忆功能，并避免推理过程中的组合爆炸； 建造基于实例与知识的CAPP系统，使系统能从已设计过的实例中自动总结、归纳和记忆有关经验（即知识），并以此为基础进行工艺设计，从而提高系统的工作效率1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展现状发展现状 工序尺寸的计算与确定（包括毛坯尺寸确定），以及参数化的基于特征的工序图生成方法，成为目前CAPP要解决的重

22、要问题 1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成计算机辅助设计与制造CAPPCAPP发展趋势发展趋势（1）集成化趋势（2）工具化趋势（3）智能化趋势计算机辅助设计与制造（1 1）集成化趋势）集成化趋势集成化系统优势： 与CAD系统集成从根本上解决CAPP系统的零件信息输入问题 集成化系统采用统一的数据规范便于对各种数据的统一处理集成化是CAPP系统的一个重要发展趋势 CADCAPPCAM工艺设计信息：工艺设计信息：对工步全面、详细的对工步全面、详细的规范描述，

23、输出符合规范描述，输出符合 NCNC加工的工艺原则数加工的工艺原则数控加工工序决策结果控加工工序决策结果零件详细信息零件详细信息 零件的几何工艺特征零件的几何工艺特征 集成化指CAD/CAPP/CAM的局部集成计算机辅助设计与制造（2 2）工具化趋势）工具化趋势工艺设计的共性与个性分开处理工艺设计的共性与个性分开处理 工艺决策方式多样化工艺决策方式多样化具有功能强大、使用方便和统一具有功能强大、使用方便和统一标准的数据与知识库管理平台标准的数据与知识库管理平台智能化输出智能化输出 工具化思想主要表现： 共性主要包括：推理控制策略和一些公共算法以及通用的、标准化的工艺数据与工艺决策知识 个性主要

24、包括：与特定加工环境相关的工艺数据及工艺决策知识 具有友好统一的人机工作界面 具有功能强大、便利的数据与知识库管理系统，便于用户对各种工艺数据与知识的获取、表达、管理与维护 系统可按标准格式输出各种工艺文件，还可输出由用户自定义的工艺文件 单一的推理控制策略不能满足用户的需要，系统应能给用户提供多种工艺设计方法 计算机辅助设计与制造（3 3）智能化趋势）智能化趋势 依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对CAPPCAPP的需要的需要 专家系统技

25、术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各种专家系统技术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性给知识的灵活性和有效性给CAPPCAPP系统的发展带来生机。人工智能系统的发展带来生机。人工智能技术已越来越广泛地应用于各种类型的技术已越来越广泛地应用于各种类型的CAPPCAPP系统之中系统之中 基于人工神经元网络的基于人工神经元网络的CAPPCAPP系统系统基于实例与知识的基于实例与知识的CAPPCAPP系统系统 ANN（人工神经网络，Artificial Neural Network）理论是近年来得到迅速发展的一个国际前沿领域，也为解决现有CAPP系统存在的问题开辟了新的

26、途径 基本原理：通过系统本身的工艺设计实例来“自我”总结、组织、学习和更新工艺设计“经验”，当经验积累到一定程度时，系统将成为一个“聪明的设计者” 计算机辅助设计与制造人工神经网络及其在人工神经网络及其在CAPPCAPP中的应用中的应用前向多层神经网络在加工方法选择中的应用前向多层神经网络在加工方法选择中的应用特征提取与转换特征提取与转换转换成以字符表示的加工方法转换成以字符表示的加工方法训练网络训练网络样本集样本集零件信息零件信息各特征加工方法各特征加工方法应用阶段学习阶段计算机辅助设计与制造2. 2. 派生式派生式CAPPCAPP系统系统 成组技术成组技术 零件分类编码系统零件分类编码系统

27、 基于基于GTGT的派生式的派生式CAPPCAPP系统系统 派生式派生式CAPPCAPP系统开发过程系统开发过程 派生式派生式CAPPCAPP系统工作过程系统工作过程 基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统系统 派生式工艺过程设计系统也称变异式工艺设计系统派生式工艺过程设计系统也称变异式工艺设计系统 派生式CAPP系统根据零件信息的描述与输入方法不同分为： 基于基于GTGT码描述零件信息的派生式码描述零件信息的派生式CAPPCAPP系统系统 基于特征描述零件信息的派生式基于特征描述零件信息的派生式CAPPCAPP系统系统 派生式CAPP系统建立在成组技术基础上计算机辅助设计与制造

28、成组技术成组技术 成组技术（成组技术（GTGT）被公认为是提高多品种、中小批量生产企业）被公认为是提高多品种、中小批量生产企业经济效益的有效途径，是发展柔性制造技术和计算机集成制造经济效益的有效途径，是发展柔性制造技术和计算机集成制造系统的重要基础系统的重要基础 成组技术是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有成组技术是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用事物的相似性，把相似问题归关事物的相似性，并充分利用事物的相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望

29、的经济效益约时间和精力以取得所期望的经济效益 机械制造中的成组技术是将多种零件按其相似性归类成组，并机械制造中的成组技术是将多种零件按其相似性归类成组，并以这些组为基础组织生产，从而实现多品种、中小批量生产的以这些组为基础组织生产，从而实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化产品设计、制造工艺和生产管理的合理化 20世纪50年代起，成组技术由苏联学者斯 帕 米特洛凡诺夫总结并在机械工业中推广应用 成组技术的发展：成组技术的发展：成组加工成组加工成组工艺成组工艺成组技术成组技术成组生产系统成组生产系统 计算机辅助设计与制造GTGT存在的理由：存在的理由：1 1）批量法则：中

30、小批量生产成本是大批量的）批量法则：中小批量生产成本是大批量的30305050倍，中小批量倍，中小批量生产占总生产的生产占总生产的70%70%左右左右2 2）设备利用：大批量生产为专用设备，而中小批量生产所使用的）设备利用：大批量生产为专用设备，而中小批量生产所使用的设备利用不充分。设备利用不充分。 如普通车床如普通车床CW6140CW6140加工的零件直径加工的零件直径D D最大可达最大可达400mm400mm，零件直径，零件直径D100 mmD100 mm的加工占总加工量的的加工占总加工量的80%80%以上。以上。3 3）制造周期：制造周期中，大约）制造周期：制造周期中，大约95%95%左

31、右的时间为非加工时间左右的时间为非加工时间 计算机辅助设计与制造GTGT的相似性的相似性零件的结构特征相似性包括：零件的结构特征相似性包括： 结构相似性结构相似性（零件的形状相似、尺寸相似、精度相似） 材料相似性材料相似性（零件种类相似、毛坯形状相似、热处理方法相似） 工艺相似性工艺相似性（加工工艺相似、加工设备相似、工艺装备相似） GTGT的核心问题是充分利用生产系统中的各种相似性信息的核心问题是充分利用生产系统中的各种相似性信息 计算机辅助设计与制造GTGT的应用：的应用：加工过程： 成组技术可充分利用零件的几何形状及加工工艺相似性组织生成组技术可充分利用零件的几何形状及加工工艺相似性组织

32、生产，以获得最大的经济效益产，以获得最大的经济效益 同族零件加工采用类似的工艺过程，可以组建一个加工单元制同族零件加工采用类似的工艺过程，可以组建一个加工单元制造同族零件，对每一个加工单元只考虑类似零件，使生产计划工造同族零件，对每一个加工单元只考虑类似零件，使生产计划工艺及其控制变得容易艺及其控制变得容易设计过程： 由于许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族，新零由于许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族，新零件设计可以通过修改一个现有同族典型零件件设计可以通过修改一个现有同族典型零件( (主样件主样件) )而形成而形成 主样件是人为地综合而成的。一般可从零件族中选择一个结构复杂

33、的零件为基础，把没有包括同族其它零件的功能要素逐个叠加上去，形成该族的假想零件作为其它相似零件的设计基础计算机辅助设计与制造零件分类编码系统零件分类编码系统 零件分类编码零件分类编码由代表零件设计和制造的特征符号组成，利用成由代表零件设计和制造的特征符号组成，利用成组技术正确抽出零件图纸中为制定工艺过程所必需的必要信息组技术正确抽出零件图纸中为制定工艺过程所必需的必要信息常见编码系统： OpitzOpitz编码系统编码系统 KK-3KK-3系统系统 JLBM-1JLBM-1系统系统 柔性编码系统柔性编码系统 设计属性设计属性制造属性制造属性其他实例：其他实例： 身份证号身份证号 4303048

34、60628894 图书分类图书分类号号 TH 166.111.8XXXXXXXX计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造 整体式整体式 23650223650262码码 位位码码 域域码域码域码位码位 分段式分段式计算机辅助设计与制造码位间结构码位间结构 层次结构层次结构 链式结构链式结构 混合结构混合结构利用零件分类编码描述零件，可在宏观上描述零件而不涉及零件的细节码位内的信息排列：遵循从小遵循从小大、从简单大、从简单复杂、从易复杂、从易难、常见难、常见少见的规律少见的规律 分类编码系统是用各种各样的符号，对零件的有关特征分类编码系统是用各种各样的符号，对零件的有关特征进行描述和识别的一套规

35、则和依据进行描述和识别的一套规则和依据 计算机辅助设计与制造层次结构层次结构尺寸比例尺寸比例几何外形几何外形XXXXX计算机辅助设计与制造链式结构链式结构也称也称多码结构多码结构 有序符号的意义是固定的，各码位之有序符号的意义是固定的，各码位之间相互独立，后级与前级符号无关系间相互独立，后级与前级符号无关系材料材料批量批量最大尺寸最大尺寸外部形状外部形状1524回转体零件，最大直径回转体零件，最大直径150中批生产，中批生产，45钢钢2534非回转体零件，最大长度非回转体零件，最大长度150大批生产，大批生产，45钢钢计算机辅助设计与制造混合结构混合结构 工业上大多数商业零件编码系工业上大多数

36、商业零件编码系统都是由上述两种编码系统组合统都是由上述两种编码系统组合而成的，形成混合结构。而成的，形成混合结构。 典型的混合结构由一系列较小典型的混合结构由一系列较小的多码结构组成，这些结构链中的多码结构组成，这些结构链中的数字都是独立的，在整个混合的数字都是独立的，在整个混合代码中，需要有一个或几个数字代码中，需要有一个或几个数字来表示零件的类别。混合结构能来表示零件的类别。混合结构能最好地满足设计和制造的需要。最好地满足设计和制造的需要。 混合结构具有单码结构和多码混合结构具有单码结构和多码结构共同的优点结构共同的优点计算机辅助设计与制造OpitzOpitz编码系统编码系统内外表面形状内

37、部形状平面加工辅助孔及齿形加工主要形状外表面形状平面加工辅助孔及齿形加工主要形状主要形状主要形状主要孔平面加工辅助孔及齿形加工主要尺寸材料及热处理处理毛坯原始形状加工精度0回转体零件L/D0.510.5L/D2有异形5特殊的6非回转体零件A/B3,A/C37A/B38A/B3,A/C49特殊的第3位内回转表面形状第一位零件分类 第2位外表面形状 形状代码15位 增补代码69位9位8位7位6位第5位第4位OpitzOpitz编码系统：编码系统：12345 6789 ABCD12345 6789 ABCD前前9 9位数字码用来传送设计和制造信息，最后位数字码用来传送设计和制造信息，最后4 4位数位

38、数ABCDABCD用于识别生产操用于识别生产操作类型和顺序，称辅助代码，由各单位根据特殊需要设计安排作类型和顺序，称辅助代码，由各单位根据特殊需要设计安排 计算机辅助设计与制造系统的结构较简单，便于记忆和手工分类系统的结构较简单，便于记忆和手工分类系统的分类标志虽然形式上偏重于零件的结构特征，但系统的分类标志虽然形式上偏重于零件的结构特征，但是实际上隐含着工艺信息是实际上隐含着工艺信息 如零件的尺寸标志，既反映零件在结构上的大小，同时也反映零件在加工中所用的机床和工艺设备的规格大小系统虽考虑了精度标志，但只用一位码来标识不够充分系统虽考虑了精度标志，但只用一位码来标识不够充分系统的分类标志尚欠

39、严密和准确系统的分类标志尚欠严密和准确系统从总体结构上看虽属简单，但从局部结构看，则仍系统从总体结构上看虽属简单，但从局部结构看，则仍十分复杂十分复杂 最著名的分类编码系统,德国Aachen工业大学HOpitz教授开创OpitzOpitz编码系统特点编码系统特点 计算机辅助设计与制造KK-3KK-3系统系统供大型企业使用的十进制供大型企业使用的十进制2121位代码的混合结构系统位代码的混合结构系统 KK-3系统特点： 在码位及顺序安排上，基本上考虑到各部分形状加工顺序在码位及顺序安排上，基本上考虑到各部分形状加工顺序的关系，它是一个结构、工艺并重的分类编码系统的关系，它是一个结构、工艺并重的分

40、类编码系统 KK-3KK-3系统前系统前7 7位代码作为设计专用代码，便于设计部门使位代码作为设计专用代码，便于设计部门使用用 在分类标志配置和排列上，便于记忆和应用在分类标志配置和排列上，便于记忆和应用 采用按功能和名称作为分类标志，特别便于设计部门检索采用按功能和名称作为分类标志，特别便于设计部门检索 主要缺点是环节多主要缺点是环节多 在某些环节上，零件出现率较低，意味着环节设置不当 KK-3系统是日本通产省机械技术研究所提出草案，经日本机械振兴协会成组技术研究会下属零件分类编码系统分会修改而成计算机辅助设计与制造KK-3机械加工零件分类编码系统基本结构回转体非切削加工特殊孔规则排列内平面

41、与内周期面内曲面内廓形状周期性表面成形平面异形部分功能槽同心螺纹外廓形状D直径L长度细分类粗分类细分类粗分类辅助孔端面内表面外表面各部形状与加工外廓形状与尺寸比主要尺寸材料名称分类项目2019181716151413121110987654321码位外廓形状与尺寸比21特殊孔形状方向螺纹与成形面方向与阶梯周期面与辅助成形面主成形平面外曲面外平面弯曲角度弯曲方向B直径A长度细分类粗分类细分类粗分类辅助孔主孔以外的内表面主孔外表面弯曲形状各部形状与加工外廓形状与尺寸比主要尺寸材料名称分类项目19181716151413121110987654321码位非切削加工 2021精度非回转体计算机辅助设计

42、与制造JLBM-1JLBM-1系统系统我国机械工业部为推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统经过先后四次修改，于1984年作为机械工业部的技术指导资料颁布JLBM-1JLBM-1系统是一个十进制系统是一个十进制1515位代码的混合结构分类编码系统位代码的混合结构分类编码系统 JLBM-1系统结构基本上和Opitz系统相似，吸取了KK-3系统的特点，克服Opitz系统分类标志不全和KK-3系统环节过多的缺点 为弥补Opitz系统不足，摒弃Opitz系统的开头加工码，把Opitz系统的零件类别码改为零件功能名称码，把热处理标志从Opitz系统中的材料、热处理码中独立出来，主要尺寸由一个环节扩大为

43、两个环节 JLBM-1系统增加了形状加工环节，比Opitz系统可以容纳较多的分类标，在系统的总体组成上要比Opitz系统简单，易于使用 计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造柔性编码系统柔性编码系统固定码用于描述零件的综合信息，如类别、总体尺寸、材料 固定码宜选用码位不太长的传统分类编码系统，充分体现传统GT编码简单明了、便于检索和识别的优点柔性码类似传统编码系统，主要描述零件各部分详细信息，如形面的尺寸、精度、形位公差 柔性码要充分的描述零件详细信息，又不能引起信息冗余柔性分类编码指：分类编码系统横向码位长度可以根据描柔性分类编码指：分类编码系统横向码位长度可以根据描述对象的复杂程度变化述

44、对象的复杂程度变化柔性编码结构模型： 柔性编码柔性编码 = 固定码固定码 + 柔性码柔性码柔性编码系统在基于柔性编码系统在基于GTGT的的CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM集成系统中起着重要作用集成系统中起着重要作用 Opitz、KK-3、JLBM-1等都属于刚性分类编码系统，其最大的缺点是不能完整、详尽地描述零件结构特征和工艺特征 计算机辅助设计与制造应用程序工作要素处理标准工艺文件检索、编辑打印入编码零件输工艺规程搜索查找零件族零件族矩阵文件程格式存储器工艺规程标准加工工序文件检索、编辑标准加工工序文件工艺规路线文件标准工艺基于基于GTGT的派生式的派生式CAPPCAPP系统

45、系统 把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件族，对每个零把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件族，对每个零件族设计出一个能覆盖族中零件所有特征的主样件，再对每个族件族设计出一个能覆盖族中零件所有特征的主样件，再对每个族的主样件制订一个最优的工艺规程的主样件制订一个最优的工艺规程 当制订某个零件的工艺规程时，用当制订某个零件的工艺规程时，用GTGT码描述和输入零件信息码描述和输入零件信息（包括有关几何和工艺参数等），经分类识别找到此零件隶属的（包括有关几何和工艺参数等），经分类识别找到此零件隶属的族，调出该族的主样件工艺文件，进行交互编辑、修改，形成新族，调出该族的主样件工艺文件，进行交

46、互编辑、修改，形成新的工艺规程的工艺规程派生式CAPP系统带有浓厚的企业特色，通用性较差，应用范围有局限性 计算机辅助设计与制造派生式派生式CAPPCAPP系统开发过程系统开发过程将零件图上的信息代码化：根据产品的特点，选择或制订合适的零件分类编码系统（即GT码） 手工编码、计算机编码 按编码系统对零件分类归族 零件分组的一条通用规则：组内所有的零件必须具有相似性 主样件是一个零件组或零件族的抽象，故其是一个复合零件 设计主样件的目的是为了制订标准工艺和便于对标准工艺检索选择零件分类编码系统 零件分类归族 设计主样件计算机辅助设计与制造派生式派生式CAPPCAPP系统开发过程系统开发过程选择零

47、件分类编码系统 零件分类归族 设计主样件制订标准工艺规程标准工艺规程的表达工艺规程的筛选 建立工艺数据库或数据文件 系统总体设计 按族整理出每族主样件的标准工艺路线和相应的工序内容，即标准工艺规程 标准工艺规程包括主样件加工内容、加工设备、刀具、夹具等信息，集中了专家和工艺人员的集体智慧与经验 标准工艺规程可以用工序代码和工步代码来表示 用工步代码表示标准工艺规程为存储和调用标准工艺规程文件提供了便利，而且从标准工艺规程中筛选出当前零件的工艺规程也很方便 划分CAPP模块 各模块程序设计 CAPP系统联调 计算机辅助设计与制造派生式派生式CAPPCAPP系统工作过程系统工作过程对欲编对欲编工艺

48、零件工艺零件进行编码进行编码检索该零件检索该零件所属零件族所属零件族调出典型零件调出典型零件的工艺过程的工艺过程编辑修改典型编辑修改典型零件工艺零件工艺输出输出零件工艺零件工艺工艺工艺文件文件零件零件计算机辅助设计与制造基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统系统 系统的主要思路系统的主要思路 实例的获取与表达实例的获取与表达 样件与实例的管理样件与实例的管理 样件与实例管理器样件与实例管理器 系统的推理策略系统的推理策略 基于特征的派生式工艺决策方法基于特征的派生式工艺决策方法(Case Based Process Planning(Case Based Process Plan

49、ning，CBPP)CBPP)是是CAPPCAPP系统开发中的重要内容，基本思想是利用已解决问系统开发中的重要内容，基本思想是利用已解决问题的结果求解新问题，是基于实例的推理题的结果求解新问题，是基于实例的推理(Case Based Reasoning(Case Based Reasoning，CBR)CBR)方法在方法在CAPPCAPP中的应用和发展。中的应用和发展。 主要特点：便于知识的获取；比较符合生产实际；效率高；具主要特点：便于知识的获取；比较符合生产实际；效率高；具有自学习功能有自学习功能计算机辅助设计与制造基于特征的派生式系统主要思路基于特征的派生式系统主要思路分类索引树是动态的

50、，用户可方便地创建实例分类索引树和对树进行维护和管理，在树的任何一层自定义零件类和修改零件类 用工序工步二叉树（或其它模型）描述零件的工艺规程或标准工艺规程，对零件信息和工艺信息进行准确完备的描述用基于特征的零件信息模型取代GT码用样件(或实例)分类索引树来取代零件分组用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的标准工艺规程中自动匹配和筛选当前零件的工艺规程在样件的基础上增加了实例的概念实例是系统中已有的工艺规程及其相应的零件信息的集合 计算机辅助设计与制造实例的获取与表达实例的获取与表达实例和样件的概念尽管不尽相同，但它们都包括零件信息和与

51、之相应的工艺信息，因此实例的表达方式与零件信息和工艺规程的表达方式相同实例存盘？实例归类当前零件所属的零件实例存在否？实例库创建新实例工艺决策返回N N N N Y Y Y Y 为便于对实例的搜索和管理，一般只将有一定代表性的实例存入实例库中，而且为实例的管理和抽取制定了一定的策略和算法实例的获取实例的表达实例来源：1 1）工艺专家确认的）工艺专家确认的 CAPP CAPP 系统本身系统本身产生的工艺设计结果及其对应的产生的工艺设计结果及其对应的零件信息零件信息2 2）人工编制、整理并输入系统的标）人工编制、整理并输入系统的标准工艺规程及其对应的零件信息准工艺规程及其对应的零件信息计算机辅助设

52、计与制造样件与实例的管理样件与实例的管理 分类树是一种动态数据结构，系统开发者不必事先对零件进行繁琐的分类和建立相应的样件库与实例库，而将该树的数据结构、建立方法和维护方法用软件的形式提供给用户，为用户提供建立分类索引树和实例库的工具或平台 方便用户根据自己的实际需要建立形式和内容各异的分类索引树，从而建立起自己的样件库与实例库，以此为基础进行基于特征的派生式工艺设计零件类节点零件类节点实例属性表父实例类前一个实例下一个实例例nextnextpriorpriorfatherfatherinfoinfo实例节点实例节点 系统开发者和用户分别系统开发者和用户分别完成两个相对独立部分，完成两个相对独

53、立部分，大大增加了系统的灵活性大大增加了系统的灵活性和通用性，能满足各种不和通用性，能满足各种不同用户的需要同用户的需要 为便于对样件与实例的管理、抽取或搜索，构造零件分类索引树为便于对样件与实例的管理、抽取或搜索，构造零件分类索引树对样件与实例进行管理和维护对样件与实例进行管理和维护样件1实例1样件n实例n子类父类兄类casecasesamplsample enextnextpriorpriorsonsonfatherfatherinfoinfo零件类属性表弟类计算机辅助设计与制造样件与实例管理器样件与实例管理器 样件与实例管理器用来完成样件与实例的管理和维护样件与实例管理器用来完成样件与实

54、例的管理和维护工艺数据库与知识库CAPP样件/实例管理器样件/实例库输入输入样件样件/ /实例入库实例入库输出输出样件样件/ /实例抽取实例抽取 用户可在管理器界面引导下方便地创建零件分类索引树，在已创建的分类索引树的任何一层自定义零件类或子类，也可以对已定义过的类进行删除、更名与查看属性等操作，还可以对样件或实例内容进行编辑修改 CAPP系统在运行中，用户可随时在分类索引树界面的引导下，准确快捷地抽取所需实例，或将有关样件或实例按类存入实例库中 用户也可选择由系统自动抽取样件或实例，或将有关样件与实例自动存入实例库中 计算机辅助设计与制造基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统的

55、推理策略系统的推理策略 在样件与实例管理界面的引导下，从分类树树根开始，用人机交互的在样件与实例管理界面的引导下，从分类树树根开始，用人机交互的方式逐层搜索，寻找当前零件所属的零件类方式逐层搜索，寻找当前零件所属的零件类 找到当前零件所属的零件类后，系统自动计算当前零件与该零件所属找到当前零件所属的零件类后，系统自动计算当前零件与该零件所属类中的样件或所有实例的类中的样件或所有实例的相似性系数相似性系数ksks，并将，并将ksks最大的样件或实例按先最大的样件或实例按先后次序列表显示，供用户选用。后次序列表显示，供用户选用。 用户随时可查看所列样件或实例的有关属性，进一步确定该样件或实用户随时

56、可查看所列样件或实例的有关属性，进一步确定该样件或实例是否可用，选择满意的样件或实例进行基于特征的派生式工艺设计例是否可用，选择满意的样件或实例进行基于特征的派生式工艺设计以当前零件信息和实例分类索引树为依据。两种实例抽取方法：人机交互抽取法 自动抽取法 系统以当前零件信息作为依据，从分类索引树树根开始，进行广度系统以当前零件信息作为依据，从分类索引树树根开始，进行广度优先搜索，确定当前零件所属的零件类优先搜索，确定当前零件所属的零件类 计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似系数计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似系数ksks后，系后，系统自动取统自动取ksks值最大的样

57、件或实例为依据进行工艺设计值最大的样件或实例为依据进行工艺设计 若推理结果不满意，用户可以取其他样件或实例进行工艺设计若推理结果不满意，用户可以取其他样件或实例进行工艺设计 1.样件或实例的抽取 计算机辅助设计与制造2.2.样件或实例推理与修正样件或实例推理与修正 推理推理 样件样件( (实实例例) )推理：推理：将零件的几将零件的几何形状特征何形状特征信息和样件信息和样件或实例的几或实例的几何形状特征何形状特征信息进行比信息进行比较和匹配，较和匹配，决定样件工决定样件工艺规程中哪艺规程中哪些工序或工些工序或工步被保留，步被保留，哪些被删除哪些被删除实例搜索成功？读入实例信息转创成式工艺设计或

58、工艺规程检索与编辑子系统或实例数据与知识管理子系统N Y 主特征与特征匹配？辅特征匹配？删除此主特征的所有工序或工步删除此辅特征的所有工序或工步辅特征完成？主特征完成？转下一辅特征转下一主特征在加工方法规则库中搜索或人机交互补充没匹配上的形状特征的加工方法（加工链）沿着已生成的工艺规则插入没匹配上的形状特征的加工方法接工艺规程主干修正模块(必要时)N N N N Y Y Y Y 计算机辅助设计与制造修正修正 材料相同的零件，其热处理工艺和要求可能不同 原始状态（毛坯）不同，下料工序也不同 为简化过程只考虑零件的形状特征，推理时未考虑精度要求，可能出现当前零件某些形状特征精度较低但却有精加工工序

59、情况 样件或实例工艺中的定位装夹方法与实际被设计零件的定位装夹方法可能不同，要重新确定零件的定位装夹方式 当前零件的尺寸与精度以及形位公差、甚至材料及热处理方式等可能与实例不同，推理得到的有关工序尺寸、切削用量与刀具等可能与实际不符修正方法修正方法： a. a. 传统决策方法，修改方法固化在程序中传统决策方法，修改方法固化在程序中 b. b. 专家系统方法，利用产生式规则进行修正专家系统方法，利用产生式规则进行修正原因：原因：计算机辅助设计与制造相似系数相似系数ksks的计算的计算 ksks是用于衡量当前零件与有关样件或实例相似程度的一个参数是用于衡量当前零件与有关样件或实例相似程度的一个参数

60、thaptthhaappsaaaakakakakakk kp p主特征匹配率；k ka a辅特征匹配率；k kh总体信息匹配率；k kt精度匹配率；a ap，a aa，a ah，a at分别为相应的加权系数，一般取ap=1，aa=0.5，ah=0.25，at=0.25 若ksks=1=1 表示该实例与当前零件完全匹配；若0.7 ks0.7 ks11 认为基本匹配；若ksks0.70.7 表示该实例与当前零件的匹配情况不理想，建议采用基于规则的创成法或其它方法进行工艺设计 计算机辅助设计与制造3. 3. 创成式创成式CAPPCAPP系统系统概述创成式CAPP系统开发过程一般创成式CAPP系统的工