CADCAM第六章

1、第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计6.1 概述概述6.2 CAPP的工作模式的工作模式6.3 基于知识的基于知识的CAPP系统系统第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 学习目标：学习目标：了解了解CAPP在在CAD/CAM中的中的地位和作用；掌握地位和作用；掌握CAPP的基本工作原理的基本工作原理和工作过程；理解和工作过程；理解CAPP专家系统。专家系统。 学习重点：学习重点：CAPP的概念及工作原理。的概念及工作原理。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计6.1 概述概

2、述 工艺准备主要包含工艺设计及工装设计与制造，是一项重要内容。 工艺设计所生成的工艺文档，是指导生产过程的重要文件及指定生产计划与调度的依据。 CAD/CAM技术向集成化、智能化、网络化方向发展，计算机辅助工艺准备受到普遍重视。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计方法比较 传统的方法传统的方法 人工编制，劳动强度大，人工编制，劳动强度大，效率低，因人而异。效率低，因人而异。 制造周期长，不能适应市制造周期长，不能适应市场需求。场需求。 设计质量依赖工艺设计人设计质量依赖工艺设计人员水平。员水平。 难做到最优化、标准化。难做到最优化、标准化。 重复性繁琐的工作，缺少重复性繁

3、琐的工作，缺少创新研究。创新研究。 计算机辅助工艺准备计算机辅助工艺准备 从重复性繁琐的劳动从重复性繁琐的劳动中解放出来，从事新中解放出来，从事新工艺的开发。工艺的开发。 缩短准备周期，提高缩短准备周期，提高对市场的响应能力。对市场的响应能力。 对工艺人员的宝贵经对工艺人员的宝贵经验进行总结和继承。验进行总结和继承。 利于最优化和标准化利于最优化和标准化 为实现先进的生产模为实现先进的生产模式创造条件。式创造条件。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计CAPP的概念的概念 计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计，即，即 Computer Aided Process Plann

4、ing，简称，简称CAPP，是通，是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科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。程，即工艺规程。 CAPP的广义概念的广义概念：即：即CAPP的一头向生产的一头向生产规划最佳化及作业计划最佳化发展，作为规划最佳化及作业计划最佳化发展，作为MRP-的一个重要组成部分；的一个重要组成部分；CAPP向另一头向另一头扩展能够与物流系统相联，生成扩展能够与物流系统相联，生成NC加工控制指加工控制指令，以控制物流或加工过程。令，以控制物流或加工过程。第六章第六章 计算机辅助

5、工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 制造资源计划制造资源计划MRP-（Manufacturing Resources Planning） 是对制造业生产经营活动所建立的一种模是对制造业生产经营活动所建立的一种模型。型。MRP -实现了企业的生产计划和供实现了企业的生产计划和供应计划的管理。应计划的管理。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计MIS工装CADCAMCAQCADCAPPMASCAPP与其他子系统的信息流与其他子系统的信息流计算机辅助工艺准备与先进制造系统计算机辅助工艺准备与先进制造系统的其他子系统的联系的其他子系统的联系第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机

6、辅助工艺过程设计为现代制造系统集成提供技术桥梁为现代制造系统集成提供技术桥梁 CAPP系统接受计算机辅助设计（系统接受计算机辅助设计（CAD）系统）系统的产品几何拓扑、材料信息以及精度、表面粗的产品几何拓扑、材料信息以及精度、表面粗糙度等工艺信息；向糙度等工艺信息；向CAD系统反馈产品的结构系统反馈产品的结构工艺性评价信息。工艺性评价信息。 向计算机辅助制造系统（向计算机辅助制造系统（CAM）提供零件加工）提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、加工过程以及所需的设备、工装、切削参数、加工过程以及反映零件切削过程的刀具轨迹文件；同时接收反映零件切削过程的刀具轨迹文件；同时接收CAM反馈的工艺修

7、改意见。反馈的工艺修改意见。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 向工装向工装CAD提供工艺过程文件和工装设计任提供工艺过程文件和工装设计任务书。务书。 向管理信息系统（向管理信息系统（MIS）提供工艺过程、设备、）提供工艺过程、设备、工装、材料定额等信息工装、材料定额等信息 。同时，接收。同时，接收MIS的的信息。信息。 向制造自动化系统（向制造自动化系统（MAS）提供各种加工工）提供各种加工工艺过程文件、所需的工艺装备以及艺过程文件、所需的工艺装备以及NC加工指加工指令等信息。同时，接收令等信息。同时，接收MAS的信息。的信息。 向质量保证系统（向质量保证系统（CAQ

8、）提供工序、设备、）提供工序、设备、工装、检测等工艺数据，以生成质量控制计划工装、检测等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程。同时接收和质量检测规程。同时接收CAQ反馈的数据。反馈的数据。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计CAPP技术的发展技术的发展 1969年，年，挪威工业公司开发挪威工业公司开发AUTOPROS系统，是最早的系统，是最早的CAPP系统系统。该系统以。该系统以成组技术成组技术为基础把零件分类归并成族，制定出各零件族相为基础把零件分类归并成族，制定出各零件族相应的典型工艺过程，根据每个零件的具体信息生应的典型工艺过程，根据每个零件的具体信息生成工艺

9、规程，称为派生式成工艺规程，称为派生式CAPP。这类系统开发。这类系统开发周期短、费用低、易于取得实效，适用于中小企周期短、费用低、易于取得实效，适用于中小企业。业。 20世纪世纪70年代后期年代后期，创成式创成式CAPP成为研成为研究重点。采用一定的逻辑算法，对输入的几何要究重点。采用一定的逻辑算法，对输入的几何要素等信息进行处理，并确定加工要素，自动生成素等信息进行处理，并确定加工要素，自动生成工艺规程。工艺规程。 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 20世纪世纪80年代中期年代中期，创成式，创成式CAPP系统的系统的研究转向具有人工智能的研究转向具有人工智能的专家

10、系统专家系统方面，这是方面，这是CAPP未来的发展趋势。系统可以模仿工艺专家未来的发展趋势。系统可以模仿工艺专家的逻辑思维方式，利用专家的知识对非确定性的的逻辑思维方式，利用专家的知识对非确定性的工艺过程设计进行逻辑决策。目前，各国学者正工艺过程设计进行逻辑决策。目前，各国学者正致力于专家系统的实用化和工具化。致力于专家系统的实用化和工具化。 目前，目前，CAPP系统系统主要应用于零件的机械加主要应用于零件的机械加工方面，但已逐渐向其它工艺领域扩展，如热处工方面，但已逐渐向其它工艺领域扩展，如热处理、锻造、焊接、冲压和装配等，应用前景是广理、锻造、焊接、冲压和装配等，应用前景是广阔的。阔的。第

11、六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计CAPP系统的结构组成零件信息零件信息获取获取工艺决策工艺决策工艺文件工艺文件管理管理/输出输出人机交互界面人机交互界面零件零件信息库信息库工艺工艺数据库数据库工艺工艺文件库文件库第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计CAPP系统的分类 CAPP系统目前常用的可分为系统目前常用的可分为变异式变异式、创成式创成式和和综合式综合式三大类。三大类。变异式变异式（也叫派生式、修订型），理论基础比（也叫派生式、修订型），理论基础比较成熟，应用也较成熟，目前已开发的大部分较成熟，应用也较成熟，目前已开发的大部分的的CAPP系统都属

12、于这种类型。系统都属于这种类型。创成式创成式，利用创成原理开发应用系统困难较大，利用创成原理开发应用系统困难较大，理论不太完善。在已开发的大部分应用系统只理论不太完善。在已开发的大部分应用系统只是部分应用了创成法原理。是部分应用了创成法原理。综合式综合式，也称半创成式，也称半创成式CAPP系统，综合派生系统，综合派生式式CAPP和创成式和创成式CAPP的方法和原理。的方法和原理。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计零件信息的描述与输入零件信息的描述与输入 零件信息的描述和输入是零件信息的描述和输入是CAPP系统的重要系统的重要组成部分。组成部分。 零件信息常用的输入方式主

13、要有零件信息常用的输入方式主要有人机交互输人机交互输入入和和从从CAD造型系统提供的模型中直接获取造型系统提供的模型中直接获取两种两种方法。方法。 零件信息主要包括零件的几何信息和工艺信零件信息主要包括零件的几何信息和工艺信息，还有生产管理信息。息，还有生产管理信息。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计零件信息的描述方法（1）零件分类编码描述法 是基于成组技术原理，方法简单，适用于变异式CAPP系统，无法完整的描述零件的具体形状、尺寸、精度等信息，当码位很长时编码效率低。又出现了柔性编码法。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 （2）形状特征描述法

14、任何零件都由一个或若干个形状特征组成，如圆柱面、圆锥面、螺纹、槽等，按一定顺序输入计算机。 根据零件特征，以具有明显的工程语义的实体来描述零件。在许多CAPP系统中得到应用。 （3）直接从CAD系统获得零件信息 将CAPP与CAD系统直接相连，使CAPP所需得各种信息直接来源于CAD系统第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 国内多数采用变异式国内多数采用变异式CAPP原理，目前国内尚原理，目前国内尚没有较成熟的、实用的创成式没有较成熟的、实用的创成式CAPP 系统供企业使系统供企业使用。用。国内的国内的CAPP软件：软件：1、机械加工工艺手册（软件版）、机械加工工艺手册（

15、软件版）2、金叶、金叶CAPP3、开目、开目CAPP4、天河工艺设计（、天河工艺设计（TH-CAPP） 国内国内CAPP研发与应用简介研发与应用简介第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 开目开目CAPP第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计开目开目CAPP第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计6.2 CAPP系统的工作模式系统的工作模式 变异式变异式CAPP系统利用系统利用成组技术成组技术原理，将零原理，将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个族有一个典型样件典型样件。根据此样件建

16、立。根据此样件建立典型工艺典型工艺文件，即典型工艺规程，存入工艺文件库中。文件，即典型工艺规程，存入工艺文件库中。当需设计一个新的零件工艺规程时，按照其成当需设计一个新的零件工艺规程时，按照其成组编码，确定其所属零件族，由组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出计算机检索出相应零件族的典型工艺规程相应零件族的典型工艺规程，再根据零件的具，再根据零件的具体要求，体要求，对典型工艺进行修改对典型工艺进行修改，最后得到所需，最后得到所需要的工艺规程。要的工艺规程。变异式变异式CAPP系统系统 工作原理工作原理 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计变异式变异式CAPP系统系统零件

17、GT编码及辅助信息输入零件族矩阵文件典型工艺文件变异规则应用程序检索零件族检索典型工艺自动变异加工参数处理计算交互编辑格式化输出工艺规程工艺规程第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计成组技术（成组技术（Group Technology） 成组技术（成组技术（GT）是一门生产技术科学。是一门生产技术科学。 利用事物的相似性利用事物的相似性，把相似问题，把相似问题归类成组归类成组，寻求寻求解决这一类问题相对统一的解决这一类问题相对统一的最优方案最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。效益。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机

18、辅助工艺过程设计零件分类编码零件分类编码 零件分类编码零件分类编码是指是指利用成组技术利用成组技术正确正确抽抽出出零件图纸中为零件图纸中为制定工艺过程制定工艺过程所必需的所必需的必要必要信息信息。由代表设计或制造的特征符号组成。由代表设计或制造的特征符号组成。符号代码符号代码可以是可以是数字数字，也可以是，也可以是字母字母，或两，或两者都有。者都有。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计编码结构编码结构 三种基本编码结构：（1）层次结构 后级符号的意义取决于前级符号的值。是一种树状结构，也称单码结构。（2）链式结构 码位上每个数字代表的含义是固定的，与其它各位的码值无关，亦

19、称多码结构。（3）混合结构 层次结构和链式结构的综合应用。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计常用的分类编码系统常用的分类编码系统 JLBM1系统是原机械工业部开发的，一个十进制15位代码的混合结构分类编码系统。结合了Opitz系统和KK3系统。 KK3系统是日本通产省机械设计研究所提出的草案，是十进制21位代码的混合结构系统。 Opitz系统是一个十进制九位代码的混合结构分类编码系统。它由德国亚琛（Aachen）工业大学H.Opitz教授提出的，在成组技术领域是最著名的分类编码系统。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计JLBM1系统的基本结构 9

20、9第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 Opitz系统和KK3系统、JLBM1系统都是刚性编码系统。 柔性编码系统：是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而变化。 柔性编码固定码柔性码 固定码描述零件综合信息，柔性码主要描述零件各部分详细信息。 计算机自动柔性编码系统第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计变异式变异式CAPP系统的主要功能模块系统的主要功能模块1、零件信息检索2、零件信息输入3、零件成组编码4、典型工艺搜索模块5、工艺编辑模块6、工艺设计过程管理7、工艺文件输出8、CAPP相关工具第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算

21、机辅助工艺过程设计变异式变异式CAPP系统的特点和应用系统的特点和应用v是以成组技术为理论基础，理论上比较成熟；v变异式CAPP系统问世较早，应用范围较广，有较好的实用性。v主要适用于结构比较简单的零件，在回转类零件中应用尤为普遍。v与常规手工工艺设计方法类似，集成和应用了企业较成熟的传统工艺，但系统的柔性较差。v对于复杂零件和相似性较差的零件，由于难以用编码描述，难以形成零件族，不适宜采用变异式CAPP系统。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计创成式创成式CAPP系统系统 可以定义为一个能综合加工信息，自动地为一个新零件制定出工艺规程的系统，即根据零件信息，系统能自动提

22、取制造知识，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容；自动地完成机床、工具的选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。 工作原理工作原理 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计零件信息输入模块机床数据 夹具数据刀、工具数据切削数据零件加工顺序生成模块机床选择模块夹具选择模块刀、工具选择模块切削参数选择模块工艺生成及输出模块制造数据库制造数据库决策逻辑程序决策逻辑程序创成式创成式CAPP系统系统第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计工艺决策工艺决策 创成型CAPP系统中，系统的决策逻辑是软件的核心。 通常用决策树（或称判定树

23、）或决策表（或称判定表）来实现。 决策树和决策表是描述在规定条件下与结果相关联的方法，即用来表示“如果（条件）那么（动作）”的决策关系。 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计决策树决策树 在决策树中，条件被放在树的分枝上，动作放在各分枝的节点上。长径比4长径比16长径比16长径比4卡盘卡盘尾顶尖顶尖跟刀架尾顶尖车削装夹方法的决策树第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计决策表决策表 在决策表中，条件被放在表的上部，动作在决策表中，条件被放在表的上部，动作放在表的下部。放在表的下部。 在设计一个决策表时，考虑其完整性、精确在设计一个决策表时，考虑其完整性、

24、精确性、一致性。性、一致性。工件长径比4 T F F4工件长径比16 T F卡盘卡盘尾顶尖顶尖跟刀架尾顶尖车削装夹方法的决策表第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 决策树决策树优点优点 1) 容易建立和维护，可以直观、准确、紧容易建立和维护，可以直观、准确、紧凑地表达复杂的逻辑关系。凑地表达复杂的逻辑关系。2) 便于扩充和修改，适合于工艺过程设计。便于扩充和修改，适合于工艺过程设计。 3）便于程序实现，其结构与软件设计的）便于程序实现，其结构与软件设计的流程图很相似。流程图很相似。 在制定好决策表或决策树后，将其转换为程序流程图。可以用“IFTHEN”语句结构写成决策程序

25、。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计建立创成式建立创成式CAPP系统的工作步骤系统的工作步骤1. 零件的建模； 2. 确定CAPP系统获取零件信息的方式；3. 工艺分析和工艺知识总结；4. 确定和建立工艺决策模型； 5. 建立工艺数据库；6. 系统主控模块设计；7. 人机接口设计；8. 文件管理和输出模块设计。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计创成式创成式CAPP系统的特点系统的特点v通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程，无需人为的技术性干预；v具有较高的柔性，适应性广；v便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成；v由于系统自动化程度要求

26、高，应用范围广，系统实现较为困难。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计综合式综合式CAPP系统系统 也称半创成式CAPP系统，将变异式与创成式结合起来，即采取变异与自动决策相结合的工作方式。 如需对一个新零件进行工艺设计时，先通过对计算机检索它所属零件族的典型工艺，然后根据零件具体情况，对典型工艺进行修改。工序设计则采用自动决策产生。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计6.3 基于知识的基于知识的CAPP系统系统 CAPPCAPP专家系统专家系统是将是将人工智能人工智能技术应用技术应用于于CAPPCAPP系统中所形成的专家系统。系统中所形成的专家系统

27、。 以以“推理推理+ +知识知识”为特征，包括为特征，包括知识库知识库和和推理机推理机。其中，。其中，知识库知识库是由零件设计信息和是由零件设计信息和表达工艺决策的表达工艺决策的规则集组成规则集组成，而，而推理机推理机是根是根据当前事实，通过激活知识库的规则集，而据当前事实，通过激活知识库的规则集，而得到工艺设计结果。得到工艺设计结果。 CAPP专家系统专家系统第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计CAPP专家系统组成示意图专家系统组成示意图解释模块推理机知识库建立零件模型框架信息处理知识获取工艺文件数据库计算机第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 C

28、APP专家系统专家系统根据输入的零件信息根据输入的零件信息频频繁地去繁地去访问知识库访问知识库，并，并通过推理机通过推理机中的控制中的控制策略，在知识库中策略，在知识库中搜索搜索能够处理零件当前状能够处理零件当前状态的态的规则规则，然后执行这条规则，并把每一次，然后执行这条规则，并把每一次执行规则得到的结论部分按照先后顺序记录执行规则得到的结论部分按照先后顺序记录下来，直到零件加工达到一个终结状态，这下来，直到零件加工达到一个终结状态，这个记录就是零件加工所要求的个记录就是零件加工所要求的工艺规程工艺规程。 CAPP专家系统核心部分是专家系统核心部分是知识库知识库和和推推理机理机，知识库知识库

29、和和推理机推理机是是互相独立的互相独立的。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 系统根据输入的信息,利用知识库及推理机做出如下决策：v毛坯的选择 v各表面最终加工方法的选择 v工艺路线的确定 v工序设计 v零件模型的修改v机床和夹具的选择v加工余量的选择v切削用量的选择 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计工艺知识库工艺知识库 工艺知识在专家系统中属于过程性知识，它包括选择决策逻辑（如加工方法选择、工艺装备选择、切削用量选择等)，排序决策逻辑(如安排加工路线、确定工序中的加工步骤等)，以及加工方法知识(如加工能力、预加工要求、表面处理要求等)。 一般都采用产生式规则来表示工艺决策知识。第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计知识的表示方法：产生式规则表示法知识的表示方法：产生式规则表示法 又称规则表示法。是当前专家系统中最常用的知识表示方法之一。 把知识表示成“如果，则”的形式。 IF AND/OR AND/OR AND/OR THEN 或 可信度a% 或 可信度b% 或 可信度c% 第六章第六章 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计产生式规则的优点产生式规则的优点（1）规则的结构接近人类的思考方式，容易从专家那里获取专业知识；（2）规则是独立的，容易检查、修改和扩充，