第5章计算机辅助工艺过程设计课件

1、计算机辅助制造5.1 概述Introduction第5章 计算机辅助工艺过程设计Computer Aided Process Planning 计算机辅助制造5.1 概述第5章 计算机辅助工艺过程设计C工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计和产品制造的桥梁。它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，是生产中的关键性工作。5.1.1 CAPP技术的提出工艺设计在生产中的关键作用工艺过程设计的复杂性工艺过程设计是技术、经济、社会诸方而因素的整体优化过程。工艺设计过程中需要大量的决策，这些决策由工艺设计人员根据制造对象的结构和工艺信息

2、、生产环境和条件、科学技术的现状和发展、社会经济的需求等多方面因素，采用多种决策方法来实现。因此，工艺过程设计所面临的问题极其复杂工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计和产品制5.1.1 CAPP技术的提出传统的手工工艺设计方式存在多方面的问题。设计效率低下，存在大量的重复劳动。不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。不便于工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。生产柔性差，不利于计算机应用贯穿于产品策划、设计、工艺规划、制造和管理的全过程。高速发展的计算机技术为工艺设计自动化奠定了基础。5.1.1 CAPP技术的提出传统的手工工艺设计方式存在多方5.1.2 CAPP

3、概念及意义CAPP的概念计算机辅助工艺设计（CAPP）是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（零件图形包含的信息如表面形状、表面间的相互位置、尺寸及其公差）和加工工艺信息（如材料），由计算机进行工艺设计，自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP的意义可以取代工艺工程师的繁重劳动。提高工艺过程设计质量。缩短生产准备周期，提到生产率。减少了工艺过程设计费用及制造费用。在CIMS中，CAPP是连接CAD和CAM的桥梁。5.1.2 CAPP概念及意义CAPP的概念计算机辅助工艺设5.1.3 CAPP的内容及步骤工艺过程设计的内容零件图的研究与工艺分析毛坯的选择及毛坯图生成定位基准选择

4、工艺路线的拟定(表面加工方法选择；加工阶段的划分；加工顺序安排；工序的集中与分散）工序内容设计(设备及工艺装备选择机床、刀具、夹具、量具；加工余量的确定；工序尺寸及其公差的确定）工艺文件(加工工艺卡、工序卡)的生成注意工序简图的绘制方法机械加工生产率和技术经济分析5.1.3 CAPP的内容及步骤工艺过程设计的内容零件图的研 注意：工序简图的绘制要求(工序简图示例) 加工部位用粗实线绘制，非加工部位用细实线绘制。 采用零件图的表示方法表达工件某工序的形体特征 定位夹紧方案表达工序简图应按照一定比例绘制。5.1.3 CAPP的内容及步骤计算机辅助工艺过程设计的步骤产品图纸信息输入工艺路线和工序内容

5、拟定加工设备和工艺装备的确定工艺参数计算工艺文件的输出 注意：工序简图的绘制要求(工序简图示例)5.1.3 CAP5.1.3 CAPP的内容及步骤机械加工工序卡片5.1.3 CAPP的内容及步骤机械加工工序卡片图5-1 计算机辅助工艺过程设计的步骤5.1.3 CAPP的内容及步骤图5-1 计算机辅助工艺过程设计的步骤5.1.3 CAPP的计算机辅助制造5.2 计算机辅助工艺过程设计系统的结构Structure of CAPP System第5章 计算机辅助工艺过程设计Computer Aided Process Planning 计算机辅助制造5.2 计算机辅助工艺过程设计系统第5章 计算5.

6、2.1 计算机辅助工艺过程设计的类型标准工艺在机械制造厂中，有许多零件的工艺常年不变，形成标准工艺。例如：齿轮的加工工艺可做成标准工艺。典型工艺成组工艺对于种类繁多、数量很大的零件，利用相似原理将它们分组分类，形成零件簇或零件组。并对零件簇设计一个代表整个簇的零件及其工艺，这个工艺就是典型工艺，又称成组工艺。生成工艺对于既不属于标准工艺、又不属于典型工艺的零件，就可以直接利用计算机进行工艺决策，制定出工艺过程，这种工艺称之为生成工艺或创成工艺。5.2.1 计算机辅助工艺过程设计的类型标准工艺在机械制造厂计算机辅助工艺过程设计的总体结构如图5-2所示。它是一个塔形结构，分为三个层次，即基础层、理

7、论技术基础层、设计层。基础层是指进行计算机辅助工艺过程设计的支持环境，包括计算机硬软件系统、数据库系统，计算机网络及通信。 理论技术基础层是指要进行计算机辅助工艺过程设计时所需要的技术基础，其中主要有工艺理论、决策技术等。 设计层是计算机辅助工艺过程设计的中心工作和主要工作，内容有零件信息描述、毛坯选择、工艺过程拟定、工艺参数计算、工艺方案分析、工艺文件生成。 5.2.2 CAPP系统的体系结构计算机辅助工艺过程设计的总体结构计算机辅助工艺过程设计的总体结构如图5-2所示。它是一个塔形图5-2 计算机辅助工艺过程设计的总体结构5.2.2 CAPP系统的体系结构图5-2 计算机辅助工艺过程设计的

8、总体结构5.2.2 CAP如图5-3所示，CAPP系统共有6个功能模块，从图中我们可以了解系统功能活动及其相互间的联系。零件信息描述模块毛坯选择工艺过程拟定工艺参数的计算工艺方案分析工艺文件生成5.2.2 CAPP系统的体系结构计算机辅助工艺过程设计的功能模块图5-2 计算机辅助工艺过程设计的功能模块图如图5-3所示，CAPP系统共有6个功能模块，从图中我们可以计算机辅助制造5.3 工艺设计的决策方式Decision Manner of ProcessPlanning第5章 计算机辅助工艺过程设计Computer Aided Process Planning 计算机辅助制造5.3 工艺设计的决

9、策方式第5章 计算机辅助工计算机辅助工艺过程设计的核心问题就是研究在工艺过程设计中各类问题的决策规律和方式，探索如何利用计算机进行求解。机械制造工艺设计中的决策方式分为三种：数学模型决策、逻辑推理决策、智能思维决策。5.3.1 数学模型决策5.3.1数学模型决策数学模型决策是以建立数学模型并求解作为主要的决策方式。工艺过程计中，以数值计算为主的问题多用这一方式求解，如工艺尺寸链的计算、切削参数的计算、材料消耗定额的计算等。但也有一些工艺设计问题，如定位夹紧方案的确定，其影响是多因素的，复杂而又困难，采用模糊数学的不确定推理方式来求解不失为一种有效方法。计算机辅助工艺过程设计的核心问题就是研究在

10、工艺过程设计中各类 数学模型决策有：1. 系统性数学模型对应的实体对象及其关系具有确定性。2. 随机性数学模型对应的实体对象及其关系具有随机性。3. 模糊性数学模型对应的实体对象及其关系具有模糊性。数学模型求解工艺尺寸链，见表5-31. 零件加工工序(注意：加工面、工序尺寸、加工余量、定位面的表示)2. 尺寸联系矩阵3. 生成尺寸链矩阵(确定组成环及其性质)4. 工序尺寸偏差计算5.3.1 数学模型决策 数学模型决策有：5.3.1 数学模型决5.3.1 数学模型决策工艺尺寸链图表5.3.1 数学模型决策工艺尺寸链图表5.3.1 数学模型决策尺寸联系矩阵5.3.1 数学模型决策尺寸联系矩阵5.3

11、.1 数学模型决策3. 生成尺寸链矩阵的步骤确定封闭环封闭环：确定组成环组成环：查找工艺尺寸链并判别增减环，见P100 图5-4所示。填写尺寸链矩阵尺寸链矩阵5.3.1 数学模型决策3. 生成尺寸链矩阵的步骤确定封闭环5.3.1 数学模型决策5.3.1 数学模型决策5.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策是采用确定性的逻辑推理来决策，即描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法。决策范围：型面加工方法的选择、工序工步排序、刀具选择、机床选择等。常用的逻辑推理决策有决策树和决策表1. 决策树，又称判定树决策树的原理和结构决策树采用树状结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法。决策树由结点

12、和分支构成。如图5-5所示。5.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策是采用确定性的逻辑推理来5.3.2 逻辑推理决策加工方法选择用的决策树举例说明: ，位置度为0.05的孔的加工方法。采用图5-6所示的加工方法选择用的决策树完成加工方法的选择。5.3.2 逻辑推理决策加工方法选择用的决策树5.3.2 逻辑推理决策2. 决策表逻辑决策的主要形式决策表的结构决策表采用表格结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法。应列出所有条件根据条件组合可能出现的动作应包含所有可能的组合注意：双竖线右侧的矩阵，每一列可看成是一条规则。5.3.2 逻辑推理决策2. 决策表逻辑决策的主要形式决策5.3.2 逻辑

13、推理决策决策表的分类限定条件决策表特点说明： 左边的条件为输入变量的具体值； 右边的条件组合用符号T或Y表示该条件成立；用符号F或N表示该条件不成立；用空格表示与该条件无关。 右下表示动作，动作分为有序动作和无序动作。有序动作用连续的阿拉伯数字表示；无序动作用“”表示；空格表示不采取任何动作。5.3.2 逻辑推理决策决策表的分类特点说明：5.3.2 逻辑推理决策混合条件决策表特点说明： 左边的条件只是条件辨识； 右边的条件组合给出具体的条件值； 右下表示动作，动作分为有序动作和无序动作。有序动作用连续的阿拉伯数字表示；无序动作用“”表示；空格表示不采取任何动作。扩展条件决策表5.3.2 逻辑推

14、理决策混合条件决策表特点说明：扩展条件决策5.3.2 逻辑推理决策决策表的性能规则 分为简单规则和复合规则简单规则指一条规则的条件组合中只有“T”和“F”项，无空格。复合规则指一条规则的条件组合中有一个或多个空格。完整性决策表的完整性是指决策表能包含各种可能情况的组合。可从数学角度来检查决策表的完整性:一个决策表中若有m个条件，则应有2m条独立的简单规则；一个复合规则中若有n个空格，则等效于2n条独立的简单规则。5.3.2 逻辑推理决策决策表的性能5.3.2 逻辑推理决策精确性决策表中的条件、条件组合、动作合决策运作均应能满足决策的要求。冗余性当两条规则的条件组合中有条件互相重叠时，又有同样的

15、决策动作，则该决策表有冗余。如图5-10所示，规则A包含B，规则和B是冗余的。5.3.2 逻辑推理决策精确性冗余性5.3.2 逻辑推理决策一致性当两条规则的条件相同，取出现了不同的决策动作，则该决策表不一致性，或称有矛盾。如图5-10所示，规则A和C循环有重复性步骤的决策过程，可用带循环机制的决策表来实现。注意：前一工序为后一工序准备条件，如图5-11所示。5.3.2 逻辑推理决策一致性循环5.3.2 逻辑推理决策合并与分解采用合并与分解措施来减小决策表的大小。5.3.2 逻辑推理决策合并与分解扩展为了完整决策表、简化决策表的描述，可将决策表进行一些功能上扩展。剩余规则特定符号循环5.3.2

16、逻辑推理决策扩展5.3.2 逻辑推理决策5.3.2 逻辑推理决策注意：开始进入时，取最小值等于第1个数据值5.3.2 逻辑推理决策注意：开始进入时，取最小值等于第1个5.3.2 逻辑推理决策决策表的设计顺序设计法适用于完整性要求较高的决策表设计。其步骤：列出所有可能的条件列出各种规则的条件组合写出各条简单规则所需的决策动作设计出全部动作将简单规则合并为复合规则检查决策表性能归纳设计法与顺序设计法相比，要快捷些。其步骤：列出全部简单规则进行归纳整理，列出所有的条件、动作和决策动作进行规则合并，包括将简单规则合并为复合规则检查决策表性能5.3.2 逻辑推理决策决策表的设计5.3.3 智能思维决策工

17、艺过程设计中，有些问题的决策往往依赖于工艺人员的经验和智能思维能力，因此需要应用人工智能。人工智能(Artificial Intelligent，AI)是计算机科学中涉及设计智能计算机系统的一个分支，这些系统呈现出与人类的智能行为如理解语言、学习、推理、联想和解决问题等有关的特性。智能思维决策有专家系统(Export System，ES )、模糊逻辑(fuzzy logic，FL)和神经网络(Neural Networks，NN)等方法。专家系统专家系统的工作过程和组成明确所要解决的问题提取知识库中相应的事实和规则进行推理，作出决策5.3.3 智能思维决策工艺过程设计中，有些问题的决策往往依5

18、.3.3 智能思维决策专家系统专家系统的建立过程知识获取知识表达方法的选择知识库的设计推理机的设计：正向推理、反向推理、混合推理、模糊推理输入/输出接口设计3. 专家系统知识的表达方法谓词逻辑、框架、语义网络、产生式系统可查阅人工智能方面的书籍。5.3.3 智能思维决策专家系统计算机辅助制造5.4 计算机辅助工艺过程设计的原理和方法Principle and Method of Computer Aided Process Planning第5章 计算机辅助工艺过程设计Computer Aided Process Planning 计算机辅助制造5.4 计算机辅助工艺过程设计第5章 计算机辅5

19、.4.1 检索式工艺过程设计系统2. 检索式CAPP系统的工作过程(1) 准备阶段 建立标准工艺库确定零件信息描述方法确定搜索方法 关键点：搜索方法的确定搜索过程：是否标准工艺 ；具体的标准工艺号。搜索方式：盲目搜索；启发式搜索。利用启发性知识 效率高(2) 运行阶段 输入零件信息搜索标准工艺存储标准工艺1.检索式CAPP系统的设计原理将较成熟的现行工艺(标准工艺)以编码形式存入计算机中，当编制新工艺时，检索已有的工艺规程，如有现成的工艺则调用输出。设计原理框图5.4.1 检索式工艺过程设计系统2. 检索式CAPP系统的Y屏幕显示已有工艺规程输入较成熟或现有的零件编码检索现有零件工艺规程是否有

20、现成工艺规程手工编制工艺规程得到工艺规程打印输出工艺规程N检索式CAPP系统原理框图5.4.1 检索式工艺过程设计系统Y屏幕显示输入较成熟或检索现有零件工艺规程是否有现成工艺规程 以铆焊零件 为例，来说明关键字启发式搜索法。1. 确定标准工艺关键字 根据影响加工方法的各因素提取关键字，描述零件用字符串表示关键字 。关键字的提取方法表5-6所示。2. 构成关键字树。如图5-25所示3. 启发式搜索三、关键字启发式搜索法5.4.1 检索式工艺过程设计系统 以铆焊零件 为例，来说明关键字启发式搜索法5.4.1 检索式工艺过程设计系统5.4.1 检索式工艺过程设计系统采用启发式搜索法搜索关键字BHSJ

21、的标准工艺5.4.1 检索式工艺过程设计系统采用启发式搜索法搜索关键字BHSJ的标准工艺5.4.1 检索5.4.2 派生式工艺过程设计系统在成组技术基础上，根据零件分类编码系统将零件分成各零件族。采用复合零件法或复合工艺路线法编制成组工艺，按零件族存入计算机的数据库中。编制新零件工艺时，首先输入零件的成组代码，计算机识别出所属零件族后，调入该零件族的成组工艺，然后根据新零件的几何工艺信息，增删或编辑成新零件的工艺过程。设计原理框图1. 派生式CAPP系统的设计原理(1) 准备阶段 ：编码分组分类编制成组工艺设计检索模块设计编辑修改模块 (2) 运行阶段 ：对新零件编码检索所属零件族调出零件族工

22、艺修改编辑形成新零件工艺，输出2. 派生式CAPP系统的工作过程5.4.2 派生式工艺过程设计系统在成组技术基础上，根据零件输入零件编码检索零件族矩阵是否有样件工艺路线人机对话生成工艺路线综合数据库调入样件工艺路线屏幕显示 编辑，修改 是否需要编辑生成工艺规程 打印输出NYYN5.4.2 派生式工艺过程设计系统输入零件编码检索零件族矩阵是否有样件工艺路线人机对话生成工艺(1) 零件的频谱分析 进行零件的结构特征和工艺特征方面的频谱分析，频数大的特征必须反映到典型零件中，频数小的特征可舍去。 (2) 零件族矩阵建立 族中每个零件的特征矩阵综合统计在一个特征矩阵上，用频数表示出现的次数，对频数极少的码位、码域进行删除，得到零件族特征矩阵，存入数据库。(3) 典型零件的合成 根据特征矩阵，设计典型零件，包含结构、工艺特征。零件族中零件数量多时，可进一步细分为子典型零件，再进行合成。3. 典型零件的设计成组技术在CAPP系统中的应用5.4.2 派生式工艺过程设计系统(1) 零件的频谱分析 3. 典型零件的设计成组技术在C5.4.3 创成式工艺过程设计系统全部工艺设计过程的决策都由系统做出，不依靠