第三章计算机辅助工艺设计

见习机械设计工程师资格考试培训课程第3章计算机辅助工艺设计3.1计算机辅助工艺设计的概念3.2计算机辅助工艺设计的步骤3.3成组技术3.4半创成式CAPP系统3.5人式智能技术3.6网络化CAPP系统3.7网络CAPP系统的实例考试内容1）掌握CAPP的概念及与传统工艺设计比较所具有的优势。2）熟悉CAPP的基本类型及特点。3）了解CAPP的步骤及内容。4）掌握成组技术概念、分类，了解成组技术三种基本编码结构及常用的三种分类编码系统。5）掌握半创成式CAPP概念和功能模块组成。6）熟悉半创成式CAPP的工艺设计准备的步骤及内容。7）了解人工智能技术和专家系统的概念和构成；知识表示方法及其推理。8）了解网络化CAPP系统的组成。知识要点：1、CAPP概述①中英文定义②存在的优点③6种基本类型、特点④5个设计步骤2、成组技术①定义②成组工艺③3种基本编码结构④常用分类编码系统、分组方法3、半创成式CAPP系统①概念与功能模块②工艺设计准备步骤及内容4、人工智能与专家系统①相关定义②人工智能研究领域③专家系统的结构④知识表示方法、推理5、网络化CAPP系统①基本构成：知识库、数据库、系统管理模块、工艺制定模块、工艺管理模块第3章3.1CAPP（ComputerAidedProcessPlanning)的概念随着制造业信息化的推广和应用，传统的工艺设计已不能满足要求，CAPP应运而生。CAPP——利用计算机技术辅助工艺师完成零件从毛坯到成品的设计和制造过程，是将产品的设计信息转换成制造信息的一种技术。是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容的过程。概念工艺设计：生产准备工作第一步，是连接设计与制造的桥梁，工艺设计的结果是完成加工工艺规程。√第3章毛坯设计工艺路线工序设计工时定额工装设计余量分配切削用量工时定额机床刀具选用工序图绘制CAPP工艺规程：决定零件加工方法、加工路线，是工装设计制造的主要依据。与传统工艺设计相比：第3章CAPP概念1）缩短工艺设计周期，保证设计质量。2）将工艺师从繁重的、重复性的手工劳动中解放。3）保存老工艺设计师的经验，保证工艺设计的可继承性。4）有利于工艺设计的标准化和最优化。5）为实现计算机集成制造系统提供技术基础。现代CAPP的发展趋势：智能化、集成化、实用化√第3章CAPP在CAD/CAPP/CAM集成系统中的作用CAPP作用市场需求CADCAPPCAM产品输出CAPP是CAD与CAM间的桥梁，设计信息只有通过工艺过程设计才能转换成制造信息，从而实现CAD/CAPP/CAM一体化。集成的目的：是实现产品数据的数字交换，为CAM技术提供制造数据的准备，实现复杂技术的快速交换。第3章CAPP的基本类型（6种）1、检索式CAPP系统最简单，用于大批量、工件种类少、变化不大且相似程度高的场合，不需编码。2、派生式CAPP系统建立在成组技术上；零件族；标准样件；结构简单，易于建立、便于维护、可靠性高，应用广泛。3、创成式CAPP系统无标准规程，有收集工艺数据的数据库和工艺专家知识的知识库；不完善。4、半创成式CAPP系统派生式与创成式的结合。实用性很强。5、广义CAPP系统6、智能型CAPP系统面向零件CAPP→面向产品CAPP→面向企业CAPPPP：加工工艺过程编制（ProcessPlanning）→生产过程编制（ProductionPlanning）√第3章CAPP的基本构成CAPP技术包括：成组技术（GroupTechnology)、零件信息的描述与获取、工艺设计决策机制、工艺知识的获取及表示、工序图及其他文档的生成、NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真、工艺数据库的建立等。√第3章CAPP基本模块：1、控制模块协调各模块运行、通过人机交互窗口，实现人机交流，控制零件信息获取。2、零件信息输入模块有人机交互、由CAD模型转换等方法。3、工艺过程设计模块形成加工工艺流程和工艺过程卡4、工序决策模块生成工序卡，对工序尺寸计算，生成工序图。5、工步决策模块确定切削用量，形成NC加工的刀位文件。6、NC加工指令生成模块调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令。7、输出模块输出形成工艺文件8、加工过程动态仿真检查工艺的正确性。√第3章3.2CAPP的步骤1、产品图样的信息输入是CAPP的第一步。零件信息包括几何信息和工艺信息。描述要准确、科学、完整。2、工艺路线和工序内容的拟定包括：定位和夹紧方案的选择，加工方法的选择，加工顺序的安排。是CAPP的关键步骤，主要方法人工智能和模糊决策等。3、加工设备和工艺装备的确定4、工艺参数计算切削用量、加工余量、时间定额、工序尺寸及其公差等的计算。最终生成零件的毛坯图。5、输出工艺文件按工厂要求表格形式输出，在工序卡中有工序简图。图形可据零件信息输入，也可由CAD得到。√3.3成组技术第3章1、概述成组技术是CAM的基础。70年代后，成组工艺与计算机技术和数控技术结合，以成组技术为基础的柔性制造系统（FMS）运用到产品设计、制造工艺、生产管理等诸多领域，形成了以成组技术特色的CAD/CAPP/CAM计算机集成制造系统。成组技术的理论基础——相似性，核心——成组工艺计算机技术、数控技术、相似论、方法论、系统论等成组技术机械零件：复杂件或特殊件相似件（相似而具有一定通用性，数量大、品种多，占零件总数的70%)标准件（合理对零件分类编组，识别相似性，产生零件的分类编码系统）√第3章成组技术成组工艺：把尺寸、形状、工艺相似性的零件组成一个个零件族，按零件族制定工艺进行生产。扩大了批量，减少了品种，便于高效生产。为多品种、少批量生产开辟了一条经济性好、效益高的新途径。基本相似性：零件在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性。二次相似性：在制造、装配的生产、经营、管理等方面导出的相似性。具有重要的理论和实用价值。意义：成组技术揭示和利用了基本相似性和二次相似性，使企业得到统一的数据和信息，获得经济效益，并为建立集成信息系统打下基础。√第3章成组技术成组技术的分类编码系统成组技术的关键——按一定规则分类编码，实现产品的数字化表示。分类编码系统是用数字、字母或符号，将机械零件图上的各种特征进行描述和标识的一套特定的法则和规定。特征包括：零件的几何特征、加工形式、尺寸、精度、热处理等。三种基本编码结构：层次结构、链式结构、混合结构只使用数字表示三种常用字编码系统：Opitz、KK—3、JLBM-1零件的分组方法按编码系统将零件编码后进行分组，即采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件族。1、视检法（经验法）2、生产流程分析法（把工艺流程相似的零件归为一类）3、编码分类法（相似特征分类法，按照相似标准直接编码分类）√√第3章派生式CAPP工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规程。派生式CAPP工作原理第3章零件族特征矩阵库第3章派生式CAPP开发过程1)根据产品特点与生产情况，确定编码系统；2)进行零件编码；3)对零件分类，形成若干零件族，建立零件族特征矩阵库；4)对各零件族构造“典型零件”；5)编制“典型零件”标准工艺和相应的工序内容；6)建立工艺数据库，存储常用工艺数据和规范；7)编制系统程序，实现各功能模块。派生式CAPP特点1)以成组技术为基础，理论上比较成熟；2)应用范围比较广泛，有较好的实用性；3)适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件；4)继承企业较成熟的传统工艺，但系统柔性度较差；5)对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。第3章创成式CAPP工作原理：根据零件模型和工艺信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。创成式CAPP系统工作原理第3章创成式CAPP开发过程1)确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；2)确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述；3)确定和建立工艺决策模型，用决策表还是决策树；4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等；5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。创成式CAPP特点1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预；2)具有较高的柔性，适应范围广；3)便于与CAD和CAM系统的集成；4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。不完善。半创成式CAPP系统第3章设计工艺时，系统首先设计工艺路线，再设计工序。元件工艺路线的设计是通过检索其零件族的标准工艺，由计算机根据具体零件的几何形状、加工精度和工艺参数经过一系列的删除、选择得到，而每一工序的内容是根据零件的输入参数经过工序创成而得到的，较充分地体现了检索与创成相结合的优点。原理：半创成式CAPP系统是以成组技术为基础，以单件、中小批量生产企业为应用对象，采取派生与创成相结合的方法生成工艺规程，即工艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策方法产生。特点：具有系统简洁、快捷、灵活、实用性强的特点。系统的基本构成第3章半创成式CAPP系统八个模块：1、主程序模块2、辅助编码模块3、输入和编辑模块4、数据准备与工艺路线设计模块5、工序设计模块6、工序尺寸计算模块7、编辑输出模块8、数据库维护模块基本工艺资源库半创成式CAPP系统——需大量的基本工艺数据第3章半创成式CAPP系统工艺设计准备：一、零件设计信息的输入二、数据准备三、计算机辅助编码与自动编码第3章一、零件设计信息的输入工艺设计准备：半创成式CAPP系统1、形面要素输入2、轴向尺寸输入3、其他信息输入二、数据准备1、根据表面粗糙度和公差等级对主要形面要素进行排序，建立磨削表面指针；2、根据各主要形面要素的径向尺寸和相互位置关系构造车削加工树；3、建立各非车削加工形面要素的指针。三、计算机辅助编码与自动编码在CAPP中，零件编码是检索标准工艺路线的间接关键字（直接关键字为零件所属的零件族号）。在工艺设计前，必须确定零件的成组编码，要配置一个自动编码子系统，在零件信息输入后，自动生成零件的成组编码。第3章半创成式CAPP系统工艺过程设计：一、工艺路线的确定零件工艺路线的最终形式——所属零件族的标准工艺路线。它按照零件的成组编码确定其所属族别，再以该零件族的序号为关键字检索得到。因为标准工艺路线是针对整个零件族而设计的，它考虑到零件族中可能出现的全部加工特征，其工序数量对族内某一具体零件来说只多不少，必须经过删减整理才能使用。二、机床选择由加工方法和标准工艺决定，机床型号的选择根据零件的尺寸参数确定。如车床据零件的长度和最大直径选定，钻床据零件上待加工孔的最大孔径选定，外圆磨床据零件的长度和最大直径选定等。第3章人工智能AI（ArtificialIntellegence)：主要运用知识进行问题求解。它以知识为对象，研究知识的表示、知识的运用和知识的获取。专家系统（ExpertSystem)是人工智能的一个分支，它是一个智能的计算机程序，即运用知识和推理步骤来解决只有专家才能解决的复杂问题。随着企业信息化对CAPP系统在集成化、网络化和自动化方面不断增加的要求，基于知识的智能CAPP系统越来越引起人们兴趣。目前国内外已经出现一些以专家系统为核心的智能型CAPP系统。3.5人工智能技术人工智能技术第3章通常软件系统＝数据＋算法专家系统＝知识＋推理一、专家系统组成人工智能技术√第3章•知识库（KnowledgeBase)在专家系统中存放的专家知识、经验的集合。专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。•推理机(InferenceEngine)是一种具有推理能力的计算机软件程序，用来控制和协调整个系统运行的软件模块。•解释模块对专家系统推理结果作出必要解释，使用户了解专家系统推理过程，接受所推理的结果。•知识获取系统将人类专家的专门知识提