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第四章计算机辅助工艺过程设计♦定义：CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)♦工艺过程设计是指按零件设计要求，安排或规划出从原材料到加工出成品所需的一系列加工步骤和设备、工装需求说明的过程。♦CAPP确定产品制造过程及制造所需的制造资源、制造时间等，是完成产品设计信息向制造信息转换的关键性环节。产生与发展♦工艺过程设计是一项技术性和经验性很强的工作。♦为了减少对经验的依赖，60年代末开始出现CAPP的雏形。♦70、80年代得到迅速发展。♦修订式、半创成式、创成式、专家系统。♦专家系统和创成式CAPP系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式CAPP系统是以逻辑算法加决策表为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的。发展现状♦设计对象的变化、涉及的工艺范围、系统功能由“孤岛”到“集成”、系统设计上♦系统开发上：CAPP的研究开始注重工艺基本数据结构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向从整个产品工艺设计的角度，为工艺设计人员提供辅助工具，同时为企业的信息化建设服务。这直接导致了CAPP软件产品的迅速发展，产生了人机交互为主的新一代CAPP工具系统，并在企业实际应用中取得了良好的成效。问题♦虽然经过了二十年的发展历程，但至今仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和企业实施推广CIMS的瓶颈所在。♦究其原因，传统CAPP过分强调对零件信息的自动获取，过份强调工艺决策的自动化。♦成功应用CAPP的企业还不多见。通用CAPP的难度♦涉及的范围广，用到的信息量大♦不同企业、不同制造环境、不同产品类型、不同生产管理模式、产品工艺信息模型及其表现形式（工艺卡片格式）、工艺设计知识不尽相同♦同一企业、同一制造环境，随着工艺水平的提高和生产管理模式的改变，产品工艺信息模型及其表现形式、工艺设计知识可能发生变化♦随着CAPP集成化的要求及应用水平的提高，对CAPP的功能会提出更高的要求♦随着CAPP工作平台的改变，CAPP的应用需求也会发生变化♦上述因素中的任何变化，都将导致工艺设计方案的改变，因此说工艺在各个方面都充满着“个性”通用CAPP的难度意义♦可以代替工程师繁重的劳动，工艺人员可以更多地投入工艺试验和工艺攻关，而且可以保证工艺设计的一致性、规范化，有利于推进工艺的标准化♦提高工艺过程设计的效率和质量、缩短生产准备周期，提高生产率♦减少工艺过程设计费用及制造费用♦在CIMS中，CAPP是连接CAD与CAM的桥梁。CIMS环境下的CAPPCAPPCADCAMCAQMASCATMIS一般的工艺编制过程♦工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件♦按设计白图、零件清单进行工艺会审（工艺评定、工艺试验），制定工艺方案，按零件清单划分工艺路线♦按设计蓝图、零件清单编制工艺规程，选择加工方法，排出加工工序过程，选择各工序的加工余量、参数、刀具、工艺装备，绘制必要的工序简图，编制工艺卡片，计算工时定额，材料定额，编制工装汇总、工艺关键件明细表、外协件明细表、焊接件明细表、锻件明细表、热处理明细表等工艺文件。一般的工艺编制过程工艺过程设计的内容♦毛坯的选择及毛坯图生成♦定位夹紧选择♦加工方法选择♦加工顺序安排（先后顺序、工序、工位、工步、走刀等）♦通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备选择♦工艺参数计算：切削用量、加工余量、时间定额♦专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出♦工艺文件的输出工艺过程设计的内容典型的复杂问题♦工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。工艺因素错综复杂，工艺理论又不成熟，因此说工艺是一个典型的复杂问题。CAPP系统的基本组成♦产品设计信息输入♦人机交互输入♦直接从CAD系统读去♦工艺决策♦修订式方法♦生成式方法♦产品工艺信息输出CAPP系统中零件信息描述♦零件分类编码法♦优点：简单、直观♦缺点：不能详细描述零件♦零件表面元素描述法♦零件特征描述法CAPP系统原理与开发应用♦交互式CAPP系统♦交互式CAPP系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行工艺设计，工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。变异型CAPP系统♦变异型CAPP系统亦称派生式CAPP系统。它是利用成组技术将工艺设计对象按其相似性（例如，零件按其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能和装配工艺相似性等）分类成组（簇），为每一组（簇）对象设计典型工艺，并建立典型工艺库。当为具体对象设计工艺时，CAPP系统按零件（部件或产品）信息和分类编码检索相应的典型工艺，并根据具体对象的结构和工艺要求，修改典型工艺，直至满足实际生产的需要。创成型CAPP系统♦创成式CAPP系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。♦创成式CAPP系统工艺决策时不需人工干预，因此易于保证工艺规程的一致性。但是，由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等因素，对于结构复杂、多样的零件，实现创成式CAPP系统非常困难。综合式CAPP系统♦综合式CAPP是将派生式、创成式和交互式CAPP的优点集为一体的系统。目前，国内很多CAPP系统采用这类模式。CAPP专家系统♦CAPP专家系统是一种基于人工智能技术的CAPP系统，也称智能型CAPP系统。♦专家系统和创成式CAPP系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式CAPP系统是以逻辑算法加决策表为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的。应用情况♦CAPP类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来看，以派生式为基础的CAPP设计方法较为适用，其主要原因是正在开展或准备推行CAPP的工厂大都为几十年以上的老厂，产品种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制定出派生式CAPP系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。应用情况♦而一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的大量的行之有效的工艺方案弃之不用，在系统的开发技术、开发费用及系统开发的耗费时间等诸方面将会出现极大的困难，使CAPP系统难以见效、普及和推行，更难以实现CAPP系统软件的商品化。修订式CAPP系统的结构零件族搜索标题数据输入标准工艺路线检索文件工序计划检索编辑零件族矩阵文件零件分类代码标准工艺路线文件工序计划文件工艺规程存贮工艺规程格式输出装置工艺规程修订式CAPP系统的开发♦选择分类编码系统♦划分零件族♦编制标准工艺规程♦标准工艺规程数据库结构设计♦系统程序设计、编码、调试与试运行修订式CAPP系统的应用♦零件编码♦检索所属零件族♦调出标准工艺规程♦编辑、修订、补充♦存储、打印生成式CAPP系统原理♦将人们设计工艺过程时用的推理与决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺规程。生成式CAPP系统原理零件输入零件识别工艺创成输出工艺文件工艺数据库规则库事实库动态数据库生成式CAPP系统的开发♦明确零件对象及应用环境♦零件结构与工艺分析♦建立基础数据库♦工艺决策模型及功能实现模型的建立♦系统程序设计、编码、调试与运行工艺决策模型化♦工艺过程设计各阶段的决策是多种多样的，既包括加工方法选择、加工设备选择等各类选择性问题，又包括工序安排、工序排序、工步安排等规划性决策，同时也包括工序尺寸计算、工时定额计算等计算性问题。♦选择性问题：反向设计法。一是从后往前逐个选择加工工序的方法；一是直接选择出特征的加工工序序列♦计算性问题：可以建立数学模型♦决策性问题：无成熟的解决方法，许多CAPP系统都在限定的条件下给出决策模型工艺决策模型化工艺决策逻辑判定树与判定表♦判定树（决策树）♦由结点和分支（边）构成，常用结点表示一次测试（判断），得出的结论或拟采取的动作一般放在终端结点（叶子结点）上。♦分支（边）连接两次测试。测试条件得到满足时，则沿分支向前传递，以实现逻辑与（AND）的关系；判定树♦若测试条件不满足时则转向出发结点的另一分支，以实现逻辑或（OR）的关系。♦昀后，由树的根结点到终端结点的一条路径可以表示一条决策规则。♦判定树表示简单、直观，很容易将它直接转换成逻辑流程图，并用程序设计语言中的“IF…THEN….ELSE”的结构实现。判定树表面孔0.05≤位置度0.25沟槽铣内螺纹攻丝0.25≤位置度精镗位置度=0.05精镗公差=0.025公差0.05公差0.25半精镗公差=0.050.25≤公差钻公差=0.25孔加工方法的判定树判定表（决策表）直径≤12TTTTFFFFFFFF12直径≤25FFFFTTTTTFFF25直径≤50FFFFFFFFF直径50FFFFFFFFF位置度≤0.05FFFFFFTFF0.05位置度≤0.25FFFFTTFF位置度0.25TTFFTTFFFT公差≤0.05FFTFFTTFFT0.05公差≤0.25FFFTFFFTF公差0.25TFFTFFFFTFF钻孔111111111111铰孔2半精镗2222精镗23223323快速返回3434CAPP工艺决策专家系统♦专家系统(ExpertSystem)♦是一种在特定领域内具有专家水平的计算机程序系统，它将人类专家的知识和经验以知识库的形式存入计算机，并模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程，运用这些知识和经验对现实中的问题作出判断和决策。专家系统特点♦专家系统所要解决的是复杂而专门的问题。♦专家系统突出了知识的价值。♦专家系统采用的是人工智能的原理与技术，如符号表示、符号推理、启发式搜索等，这是与一般的数据处理系统的不同之处。♦专家系统注重于知识本身而不是确定的算法，专家系统的优劣很大程度上取决于它所具有的专门知识，因此也被称为知识基系统(KnowledgeBasedSystem)。专家系统结构人机接口解释机构推理机知识获取动态数据库知识库工艺决策知识获取♦知识获取就是抽取领域知识并将其形式化的过程。♦它被公认为是专家系统建造中的“瓶颈”问题。♦知识获取的方法步骤：分析、讨论、提问、整理与概括。工艺知识表示♦知识表示(KnowledgeRepresentation)，就是以一定的形式对所获取的领域知识进行规范化表示，即知识的符号化过程。♦目前常用的知识表示方法有规则、框架、谓词逻辑、语义网络等。基于规则的知识表示♦规则表示的一般形式为：IF前提或条件THEN结论或动作IF特征是孔AND孔径20AND精度等级=7AND精度等级=9AND表面粗糙度Ra=0.8AND表面粗糙度Ra=3.2THEN选择加工链钻—扩—铰♦框架是一种描述事物形态或概念的数据结构。♦框架表示是将关于对象、事件、状况等在语义上有联系的知识显式地抽象出来，并将其结构化的表示方法♦框架由框架名和槽组成，具有如下的基本数据结构：（框架名)(槽1)(槽2)基于框架的知识表示♦一把铣刀可用框架表示为1号铣刀直径:20刃长:40底齿转角半径:1刀具材料:高速钢基于框架的知识表示语义网络♦所谓语义网络实际上是一种基于网络结构来表示知识的方法，也就是说它是知识的图解表示。♦它是由节点和连接节点间的弧（带箭头的线）所组成。♦节点可用来表示各种事物、概念、属性及实体等，而弧表示所连节点间的关系。语义网络车床语义网络机床车床C620最大回转直径200mmPartofPartofInstanceofInstanceofIsa工艺决策知识的组织与管理♦工艺决策涉及大量的知识，因此必须合理地安排这些知识，并建立起逻辑上的联系，即知识的组织问题。推理♦推理是按某种策略由已知事实推出另一事实的思维过程。♦在专家系统中，推理以知识库中已有的知识为基础，是一种基于知识的推理，由计算机程序实现构成推理机。♦正向演绎推理、反向演绎推理、正反向混合演绎推