前言 工藝設計是生產......



前言
工藝設計是生產技術準備工作的第一步，也是連接產品設計與產品制造之間的橋梁。工藝規程是進行工裝設計制造和零件加工路線的主要依據

，是生產中的關鍵。計算機輔助工藝過程設計（Computer Aided Process Planning——CAPP) 指計算機輔助工藝設計人員制訂產品制造過程

的工藝規劃，包括制造所需的環境、條件、資源消耗、工作流程及時間節拍，如工藝路線卡、工序卡（含工序圖），檢驗工序卡等，也叫工藝

設計自動化。為了適應當前產品品種多樣化、零件更新換代頻繁與市場競爭激烈的生產形勢，現代制造業正從剛性自動化向柔性自動化轉變，

計算機將貫穿于產品策劃、設計、工藝、制造與管理的全過程。CAPP是實現CAD(Computer Aided Design)和CAM(Computer Aided

Manufacturing)技術集成的關鍵，是CIMS的信息交匯中心。工藝過程設計確定了加工過程、加工順序以及所需的機床、刀夾量具、切削用量、

生產時間等。它接收CAD的零件信息，進行工藝設計，以工藝文件和零件信息為依據，經過適當的后置處理生成NC程序，從而實現

CAD/CAPP/CAM的集成。
采用CAPP技術，可以充分利用計算機高速處理信息的能力，減少工藝設計費用，實現
工藝設計的標準化和最優化，保證產品質量和交貨期。但是由于工藝設計涉及面廣、隨機性大、很難用簡單的數學模型進行理論分析和決策，

使得工藝設計自動化發展較慢，成為CIMS的瓶頸問題。CAPP成為現代制造業急需解決的難題，各國都投入大量的人力物力對其進行研究。我國

已把CAPP列入重點研究項目，并作為我國機械工業發展的一個重要方向。近年來國內在CAPP的研究上取得了很大的成績。但一般都是針對某類

零件的專用CAPP系統，使用過程中存在通用性差的特點。基于以上分析，在設計BJCAPP系統中注重了系統的實用性。
1 BJCAPP系統的基本原理和要求
手工編制工藝規程是由工程設計人員根據零件圖紙依靠個人經驗完成的。要實現工藝設
計自動化，必須使計算機理解零件圖紙上的信息，把工藝設計領域的知識系統化、理論化。目前研制的CAPP系統，按其工作原理可以分成以下

幾種：派生式、創成式、半創成式和專家系統方法等。
1.1 派生式CAPP（Variant)
派生式CAPP的原理是利用零件的相似性。即相似零件具有相似的工藝過程。派生式CAPP又分為基于成組技術（GT)的派生式CAPP和基于特征的

派生式CAPP。基于成組技術的派生式CAPP系統是將零件分類編碼，并按零件族編制出標準工藝文件，存入計算機的存儲設備或數據庫中。當需

要時只要輸入零件的編碼就可以調用相應零件族的標準工藝規程，然后按照一定的工藝決策模型對工件的結構、形狀、尺寸參數的特點進行分

析和判斷，選擇出標準工藝文件，并進行切削參數的計算，最后輸出零件的工藝規程，得到相應的工藝文件。它是用GT碼來描述零件的。
基于特征的派生式CAPP系統是用基于特征的零件信息模型來取代GT代碼，用工序—工步二叉樹（或其他模型）來描述零件的工藝規程和標準工

藝規程。它只對工廠現有的產品、零件進行分類。制訂樣件分類索引樹，以基于特征的零件信息模型為依據，在基于特征的標準工藝規程中自

動匹配和篩選出當前零件的工藝規程。
派生式CAPP的優點是系統原理簡單、容易開發。在應用中有一定優勢。但它的柔性差、可移植性差。
1.2 創成式CAPP（Generative)
創成式CAPP的原理是將工件的幾何形狀要素及各表面間的關系代碼化，依靠系統中自身的決策邏輯以及有關的制造工程數據信息進行工藝規劃

。決策邏輯不需要進行預先的準備工作，它采用內裝式的算法對工藝規程的內容進行選擇和優化。這些算法主要有決策樹、決策表、數學算法

等。它接近于人類解決問題的思維方式、有利于工藝的優化。但由于大多數工藝過程問題還不能建立實用的數學模型和通用算法，實現完全的

創成還很困難，它只能處理特定環境下的某類零件。
1.3專家系統方法
將人工智能技術（AI ）應用于工藝設計中，給CAPP帶來了新的活力。它主要由知識庫和推理機組成，在知識表達上，以產生式規則使用最廣

，近來框架、面向對象等知識表示方法也漸漸被采用。它代表了一種新的發展趨勢，具有較強的生命力。但由于知識表達的“瓶頸”與推理的

“匹配沖突”沒有很好的解決，其自優化和自完善功能差。此類CAPP系統的開發剛剛起步。
綜合上述方案，在設計BJCAPP系統時，主要針對回轉體零件，采用創成式CAPP的思路，并在設計中采用了產生式規則知識表示方法和GT技術。
2 BJCAPP系統的內容
BJCAPP系統的框圖如圖1所示。
圖1 BJCAPP系統的框圖
2.1 零件的信息輸入
零件的信息輸入是CAPP的關鍵問題。目前有多種輸入方法，BJCAPP從工藝加工角度出發，采用型面要素描述法輸入零件信息。把零件分解為基

本要素和輔助要素。基本要素包括內、外圓柱表面和內、外圓錐表面，它們構成了零件的主體結構。輔助要素包括螺紋、花鍵、鍵槽、齒輪、

倒角、光孔和螺紋孔等。它們依附于零件的基本表面要素上。零件的信息輸入模塊包括表頭信息、下料定額信息、零件信息等的輸入。輸入的

信息以TURBO PROLOG2.0的謂詞表示并存入相應的數據文件中，由于謂詞可包含多個變元，很適于描述零件信息。采用人機交互界面進行信息

輸入。
2.2 加工方法及機床的選擇
在輸入零件信息后系統根據零件的各個型面要素的工藝要求（如型面要素類型、加工精度、表面質量、尺寸、形位公差、材料等）來確定各個

型面要素的加工方法。其原理為：根據零件各個型面元素的最終要求，把規則數據庫調入內存，利用PROLOG的回溯和匹配機制對規則庫進行深

度搜索，與規則庫中的規則逐一進行匹配，選擇該型面要素的加工方法、余量和機床，其工作流程如圖2。最后得到組成零件的各個型面要素

的加工序列。
圖2規則選取流程圖
規則庫中的規則是根據工藝手冊等領域知識總結出來的有規律性的工藝知識，用產生式規則表示為
IF條件1
并且 條件2 等
THEN結果
用謂詞邏輯表示的結構形式為
謂詞（條件1∧條件2∧條件3∧…∧條件n,結果）。
在BJCAPP系統中加工方法規則用謂詞rule來表示，存入規則庫，描述機床信息的知識用謂詞machinerule來表示存入機床庫等等。