一、引言 迄今為止，......



一、引言
迄今為止，在國內(nèi)外已開發(fā)出的CAPP系統(tǒng)中，多數(shù)是針對特定的零件類型和特定的設備條件開發(fā)的，這種開發(fā)策略使得CAPP系統(tǒng)的應用范圍受到嚴格限制，從而嚴重地影響了其通用性與實用性。為此，面向多品種零件和各個企業(yè)加工設備，我們提出基于零件－設備特征匹配（Part-Equipment Feature Matching，簡稱P-EFM）的CAPP方法，較好地解決了CAPP系統(tǒng)的通用性和實用性問題。
二、信息描述模型
CAPP的工作就是讓計算機“熟悉”零件信息和企業(yè)設備制造能力的信息，并把待加工的零件信息與企業(yè)加工設備的制造能力（機床、夾具和刀具的制造能力的有機統(tǒng)一）信息進行匹配，為零件設計適當工藝的過程。因此，不僅零件信息，企業(yè)設備的制造能力信息也是CAPP系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)，它們都直接影響整個系統(tǒng)的通用性和實用性。建立好零件與設備的信息描述模型是解決系統(tǒng)通用性和實用性的前提和關(guān)鍵性工作。P-EFM信息描述模型集零件信息與企業(yè)設備制造能力信息的描述于一體。下面從兩個基本特性方面進行介紹。
1.特征性
在制造技術(shù)領域中，零件特征表示與制造操作和工具相關(guān)的形狀和技術(shù)方面的屬性，即一個零件幾何形狀的工程意義。特征的分類是P-EFM信息描述模型特征性的基礎。一般而言，零件特征可分為管理特征、形狀特征、精度特征、技術(shù)特征和材料熱處理特征共五大類。管理特征描述與零件管理有關(guān)的所有信息，如標題欄信息、未注粗糙度信息等。形狀特征描述零件的公稱幾何關(guān)系，它不但是最主要的，而且是種類最多、描述最復雜的零件特征。根據(jù)其是否常見，形狀特征可分為基本形狀特征和特殊形狀特征兩大類。基本形狀特征根據(jù)其在構(gòu)造零件中所起的作用不同，可分為主特征和輔特征兩類。主特征又分為簡單主特征（如圓柱體、圓錐體、長方體等）和宏特征（如輪轂、輪輻、盤等）。輔特征又分為簡單輔特征（如孔、槽、螺紋等）、復制特征（如周向均布孔、陣列孔、輪緣等）和組合特征（如階梯孔、中心孔等）。特殊形狀特征是指某些零件上所具有的特殊形狀，如水泵葉輪的流道、高壓開關(guān)上的直向榫槽等。這類特征不便于分類，其信息沒有固定的格式。精度特征描述幾何關(guān)系的允許變化范圍。
為了方便起見，精度特征分為如下兩類：
(1)獨立精度特征是指單個形狀特征本身的精度要求，如定形尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度等。
(2)關(guān)聯(lián)精度特征是指多個形狀特征之間的精度要求，如位置精度、定位尺寸精度等。 我們把獨立精度特征作為屬性放在形狀特征的描述參數(shù)里，把關(guān)聯(lián)精度特征分為位置精度特征和定位尺寸精度特征兩類，把與關(guān)聯(lián)精度相
關(guān)的所有因素作為屬性，放在關(guān)聯(lián)精度特征的描述參數(shù)里。技術(shù)特征描述零件的技術(shù)要求。材料熱處理特征描述與零件材料和熱處理有關(guān)的所
有信息，如零件材料、熱處理方式、硬度等信息。零件特征的分類如圖1所示。
設備制造能力特征則表示與設備制造能力相關(guān)的技術(shù)屬性，即一臺設備所能加工零件特征的性能范圍。一般而言，設備制造能力特征可分為管理特征和功能特征兩大類。管理特征描述與設備管理相關(guān)的所有信息，如機床名稱、類型、編號、重量、所屬車間、所用夾具、所用刀具、臺時費用、可用時間和當前狀態(tài)等。功能特征描述設備所具備的加工能力，其信息內(nèi)容主要從加工零件范圍、設備負荷、切削用量、生產(chǎn)率和加工成本這幾個方面進行考慮。根據(jù)其是否特殊，功能特征可分為常規(guī)功能特征和特殊功能特征兩大類。常規(guī)功能特征體現(xiàn)設備所具備的通常加工能力。特殊功能特征是指由于采用了特殊的夾具、刀具或者對機床進行了改造而使設備所具備的特殊加工能力，如某廠舊車床改裝的鉆深偏心孔的加工能力就屬此類。設備制造能力特征的分類如圖2所示。
圖2 設備制造能力特征分類
根據(jù)上述情況，分別用式（1）和式（2）來描述零件信息和設備制造能力信息的組成。若將零件和設備制造能力統(tǒng)稱為描述對象，則描述
對象的信息可分解成若干特征單元。
零件信息=管理特征+形狀特征+精度特征+技術(shù)特征+材料熱處理特征 （1）
設備制造能力信息=管理特征+功能特征 （2）
由于篇幅限制，關(guān)于零件與設備信息的描述在此不作具體的介紹。
2.開放性
在系統(tǒng)開發(fā)中，描述對象特征信息一般都集中于特征信息庫中。P-EFM信息描述模型的開放性表現(xiàn)在它所構(gòu)建的特征信息庫為開放式的。多數(shù)已開發(fā)的CAPP系統(tǒng)構(gòu)建零件特征信息庫時，僅對所考慮范圍內(nèi)的零件特征信息進行描述，當要輸入的信息超出特征信息庫中描述范圍之外時便無法輸入。這樣構(gòu)建的特征信息庫為封閉式的。封閉式特征信息庫不可能包含所有特征，因此嚴重限制了CAPP系統(tǒng)的應用范圍。 P-EFM信息描述模型采用式（3）的結(jié)構(gòu)構(gòu)建了開放式的特征信息庫，很好地克服了上述缺陷。
描述對象特征 = 通用特征+自定義特征 （3） 在式（3）中，將描述對象的特征分為通用特征和自定義特征兩大類，其中通用特征便于分類，通用性強，應用范圍較廣，因此我們用固定的描述參數(shù)對它進行描述，用戶只需根據(jù)提示輸入具體數(shù)值，如零件特征中的管理特征、基本形狀特征、精度特征、材料熱處理特征和設備制造能力特征中的管理特征、常規(guī)功能特征等都屬此類。自定義特征不便于分類，一般都為各企業(yè)專用，因此其描述參數(shù)要由用戶根據(jù)習慣自行定義，用戶在系統(tǒng)中既要輸入描述參數(shù)名稱又要輸入具體數(shù)值，如零件特征中的特殊形狀特征、技術(shù)特征和設備制造能力特征中的特殊功能特征等都屬此類。
圖3為上述的P-EFM信息描述模型圖。由于用戶可以自行定義特征及其描述參數(shù)，因而能描述各種零件特征信息和各個企業(yè)加工設備制造能力特征信息，故為實現(xiàn)系統(tǒng)通用性和實用性打下了良好的基礎。圖3 P-EFM信息描述模型
三、特征匹配思想
一般而言，任何零件都可以看成由若干個形狀特征按一定的關(guān)系組合而成，各個形狀特征可采用的加工方案在長期的生產(chǎn)實踐中得到了較全面的總結(jié)和廣泛認可，每種加工方案的每道工序與企業(yè)設備之間必定存在著1：q（q≥0）的關(guān)系（即一道工序?qū)鴔臺設備，若q=0，說明企業(yè)無設備加工該道工序；若q=1，說明企業(yè)只有一臺設備加工該道工序；若q＞1，說明企業(yè)有若干臺設備加工該道工序）。加工零件與企業(yè)設備之間的關(guān)系可以用圖4所示的層次結(jié)構(gòu)進行描述。
圖4 零件—設備的關(guān)系
設備制造能力功能特征中的加工零件范圍信息包括可加工材料、可加工零件范圍、可用加工方法、可加工形狀特征范圍及可達加工精度范圍等信息。通過建立設備制造能力功能特征與零件特征之間可比較的對應關(guān)系，便可獲取能加工零件形狀特征的合適的備選設備。因此，設備制造能力特征決定了該種設備是否可以用來加工相應零件的形狀特征。P-EFM就是基于上述思想，將零件特征與設備制造能力特征進行比較，最終找到零件形狀特征的可行加工方案，為后續(xù)開發(fā)工作提供切實可行的保障。