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簡論基于零件設(shè)備特征匹配的CAPP系統(tǒng)中的信息描述論文
1引言
在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中,單件小批量生產(chǎn)所占的比重大約為70%～85%。社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和人類需求的多樣化,迫使產(chǎn)品改進(jìn)和更新的周期在日益縮短。在新的形勢下,原來許多屬于大批量的生產(chǎn)模式,也在向多品種小批量生產(chǎn)方向發(fā)展,單件小批量生產(chǎn)的比重在不斷擴(kuò)大。
在單件小批量生產(chǎn)中,由于產(chǎn)品品種多、批量小,而造成企業(yè)工藝設(shè)計(jì)的靈活多樣,不僅使企業(yè)對工藝設(shè)計(jì)人員的要求越來越高,而且使得企業(yè)對工藝設(shè)計(jì)者的依賴性越來越強(qiáng)。然而,傳統(tǒng)的手工工藝設(shè)計(jì)絕大部分時(shí)間,都是花費(fèi)在一些簡單的重復(fù)性工作中,無暇顧及工藝的創(chuàng)新研究,因而傳統(tǒng)的手工工藝設(shè)計(jì)方法,已不能適應(yīng)單件小批量生產(chǎn)。只有應(yīng)用CAPP,才能減輕工藝設(shè)計(jì)人員的工作量,擺脫企業(yè)對工藝設(shè)計(jì)者的過份依賴,迅速編制出完整、詳盡、規(guī)范而優(yōu)化的工藝文件,并且可投入大量的時(shí)間來研究新工藝。
目前,盡管國內(nèi)外出現(xiàn)了不少的CAPP系統(tǒng),但絕大多數(shù)都是以特定環(huán)境下的特定制造資源為背景,針對特定產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)的。這種一一對應(yīng)的開發(fā)策略,使得現(xiàn)有的許多系統(tǒng)通用性差。
我們所開發(fā)的“基于零件設(shè)備特征匹配的CAPP系統(tǒng)”,就是針對CAPP系統(tǒng)的通用性而作的一次實(shí)踐性研究。限于篇幅,本文僅介紹該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，零件與設(shè)備的信息描述。
2零件設(shè)備特征匹配分析
工藝設(shè)計(jì)的目的是為零件選擇適當(dāng)?shù)墓に?這個(gè)過程從本質(zhì)上來說,就是把待加工的零件信息與企業(yè)加工設(shè)備的制造能力進(jìn)行匹配的過程。工藝設(shè)計(jì)必須從企業(yè)具體的設(shè)備條件出發(fā),否則所編制的工藝將會(huì)脫離實(shí)際。讓計(jì)算機(jī)“熟悉”零件信息和關(guān)于企業(yè)設(shè)備制造能力的信息,是CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。因此,零件的加工信息與企業(yè)設(shè)備的制造信息的描述與輸入,也成為系統(tǒng)的首要問題。
一般而言,任何零件都可以看成是由各種特征表面構(gòu)成的,每一特征表面都對應(yīng)著各自的加工特征,如大小、精度、粗糙度等,根據(jù)特征表面的加工特征,從相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)中能夠知道加工該表面可采用的加工方案;同時(shí),任何設(shè)備也對應(yīng)著各自的制造特征,如加工方法、加工精度、加工范圍等。設(shè)備的制造特征決定了該種設(shè)備是否可以用來產(chǎn)生相應(yīng)的零件特征表面,這也就是零件設(shè)備特征匹配思想的基礎(chǔ)。
當(dāng)設(shè)備的加工方法與待加工特征表面加工方案中的某步工序相匹配時(shí)(如都為“精車”),再進(jìn)行其它特征的匹配(如“零件精度≤設(shè)備加工精度”;“零件粗糙度≥設(shè)備加工粗糙度”)。匹配最終將出現(xiàn)以下三種結(jié)果:
(1)某特征表面的幾種加工方案都不能實(shí)現(xiàn),說明零件的加工特征與設(shè)備的制造特征不匹配,零件因設(shè)備問題無法在企業(yè)進(jìn)行加工;
(2)每個(gè)特征表面的幾種加工方案中都只有一種能夠?qū)崿F(xiàn),說明零件的加工特征與設(shè)備的制造特征成一一對應(yīng)的匹配關(guān)系,零件在企業(yè)中能夠加工。在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程時(shí),將可行的加工方案中設(shè)備相同,加工方法相同的所有特征表面合并為同一工序的加工要素;
(3)i(i≥1)個(gè)特征表面有f(f>1)種的加工方案能夠?qū)崿F(xiàn),說明零件的加工特征與設(shè)備的制造特征成一對多的匹配關(guān)系,零件在企業(yè)中能夠加工。在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程時(shí),可采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解多階段決策過程的最優(yōu)策略。
由此可見,零件設(shè)備特征匹配的思想不僅使系統(tǒng)能判斷零件能否在本企業(yè)加工,而且使系統(tǒng)能根據(jù)企業(yè)的設(shè)備條件找到零件每一特征表面可實(shí)現(xiàn)的加工方案,這為后續(xù)開發(fā)工作提供切實(shí)可行的保障。
3CAPP系統(tǒng)中的信息描述
系統(tǒng)主要以VisualFoxpro6.0為開發(fā)平臺,由于Foxpro不具有對圖形的處理能力,故系統(tǒng)的零件圖生成模塊在AutoCAD2000平臺上開發(fā)。工藝人員在設(shè)計(jì)工藝時(shí),首先進(jìn)入特征信息輸入模塊。系統(tǒng)根據(jù)零件信息和設(shè)備信息情況,最終生成圖卡合一的零件機(jī)械加工工藝卡片。
輸入的信息能否準(zhǔn)確、完整,取決于系統(tǒng)采用的信息描述方法。已開發(fā)的CAPP系統(tǒng)大多采用有針對性的、固定的信息描述格式,即僅對所考慮范圍內(nèi)的特征信息進(jìn)行描述,從而使得構(gòu)建的特征信息庫為封閉式的,當(dāng)要輸入的信息超出特征信息庫中描述范圍之外時(shí),便無法輸入。而特征信息庫中不可能描述所有特征,這樣導(dǎo)致CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用范圍受到嚴(yán)格限制,故不能通用。
為克服上述缺陷,必須構(gòu)建一個(gè)開放式的信息特征庫。本系統(tǒng)建立一個(gè)由“通用特征信息+自定義特征信息”的模型進(jìn)行信息描述。通用特征信息便于分類,通用性強(qiáng),應(yīng)用范圍較廣,因此用固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對它進(jìn)行描述,用戶只需根據(jù)提示輸入具體數(shù)值;而自定義特征信息不便于分類,且應(yīng)用范圍非常有限,因此其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用參數(shù)形式,分為字符型與數(shù)值型兩種,由用戶根據(jù)習(xí)慣自行定義,用戶在系統(tǒng)中既要輸入數(shù)據(jù)名稱又要輸入具體數(shù)值。這樣,由用戶自行定義信息參數(shù)便能滿足各種零件、設(shè)備信息輸入的要求,因而為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通用性打下了良好的基礎(chǔ)。
4結(jié)論
經(jīng)試用表明,本系統(tǒng)所采用的零件設(shè)備特征匹配思想和“通用特征信息+自定義特征信息”的信息描述法,能滿足單件小批量生產(chǎn)廠家的工藝設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是:信息描述法能表達(dá)各種不同的零件信息和設(shè)備信息,具有靈活性,開放性和通用性;零件—設(shè)備特征匹配能為零件的每一特征表面迅速而準(zhǔn)確地找到符合企業(yè)設(shè)備條件的加工方案,具有實(shí)用性和針對性。
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