基于实例的机床零件工艺设计

刘保华

摘 要：本文是采用基于实例的推理方法开发了机床零件CAPP系统，系统实现的关键技术包括实例表示、实例管理和相似实例抽取等内容。

关键词：基于实例;机床零件;CAPP

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A

0 前言

CAPP是生产制造的重要组成部分，它是连接产品设计和加工的桥梁，它是一个具有丰富的经验性的决策过程，随着制造环境的变化而变化。CAPP不仅是产品过程自动化和CAD与CAM连接的重要工具，企业不同部门可以通过它完成产品信息的交流，CAPP系统的生产信息同时传递到企业的管理和调度部门，因此CAPP在企业的生产自动化中起着不可替代的作用。

目前，智能型CAPP系统通常使用符号规则的表达方法和推导方法，但难免地存在一些不足之处，例如不容易获取工艺知识，推理过程中的冲突等。人们把一种新的方法-CBR（基于实例的推理）技术应用到CAPP领域中去，CBR的关键思想是把过去的知识经验用来解决现在的问题[1-2]。

1 基于实例推理（CBR）介绍

1.1 推理过程

CBR的核心思想是在案例库中访问和调整过去类似问题的解决方法，而不是从头开始，从而获得当前问题的解决策略[3]。

（1）输入需要加工零件的要求和有关信息。

（2）根据当前零件的要求和条件，从实例数据库中搜索与当前问题相似的实例。

（3）按照实例匹配算法来获取当前零件的工艺流程。

1.2 典型工艺

一般来说，工艺流程设计不是从零开始的。面对新的工艺设计要求，工程师通常会结合早期设计中出现的类似设计案例，发现它们之间的差异，并以此作为确定新设计方案的依据。CBR通过与标准设计准则的联系，反映了人类知识推理过程时基于经验和学习的论证特点，找到了处理传统知识问题的一种优先方法。典型流程如图1所示。

2 实例的表达和提取

实例是过去在特定设计要求下获得的优化结果或令人满意的结果，它本身包含了大量的设计经验和知识，相似实例是具有相同属性和属性的实例或具有相似设计任务的实例。

如何构建实例的分类、索引和动态记忆模型是第一步，在工艺设计领域，企业现有的工艺和图纸反映了丰富的实践经验，并显示出与设想目标的许多相似之处，因此，在所有这些学习方法中，基于实例归纳的过程设计方法仍然是积极有效的。

2.1 实例的表达[4]

在CAPP系统中，实例通常由属性描述部分和求解方法组成，前者主要用于搜索。在机床零件的加工过程中，描述零件属性的属性集，可分为定性部分和定量部分，后者通常指工艺规范。机床零件的加工工艺多，结构复杂。为了实现实例的标准化表示，有必要对汽车零件进行分类，以实现实例的标准化表达。图2是建立面向对象的机床零件工艺实例表达模型。

2.2 实例的提取[5]

数控加工中，刀具在起点和终点之间连续移动。因此，加工不同形状或尺寸的机床零件时可以采用相同的刀具和切削参数，在提取相似工艺实例后，可以按照已有加工设备的信息对实例进行适当修改。例如使用同一刀具加工形状相同的普通钢和不锈钢零件，可根据普通钢和不锈钢的不同切削参数制定相应的切削参数修改规则：

如果材料=不锈钢材料

则切削深度保持不变

进给量一定

切割速度/1.4

2.3 工艺设计部分

工艺设计是系统的核心部分，它基于实例推理，包括零件特征编码，工艺实例库检索，提取相似实例进行修改和编辑等功能。它还提供了良好的人机交互接口，在工艺设计过程中，系统可随时调用资源库来查询机床的设备、刀具、工装等情况，能够充分利用企业现有的设备来完成新的零件的工艺设计工作。

2.4 工艺流程生成和反馈错误处理

如果通过实例库没有发现与要设计零件类似的实例，那么在工艺生成模块中可以產生新的工艺流程规范。此外，工艺流程生成模块还检查工艺流程的一致性，以确保其准确性和完整性。如果加工出来的零件有错误，错误信息将反馈给系统，调整原始工艺规范，使加工零件符合设计要求。工艺文件是工艺设计的必要部分，主要包括工艺流程卡、工序卡和工步卡，可以选用合适的报表输出工具。

3 基于实例的机床零件工艺辅助系统

对机床零件的工艺实例库进行了一定程度的划分，使实例知识模块化，这一方法有利于数据库的存储和实现相似性计算方法。为了便于实例库的管理和应用，更加符合实际的加工场景，基于实例的CAPP系统可以调用典型流程进行工艺流程设计，设计方法基于企业常用的典型工艺流程，采用分组编码技术，功能描述方法可直接用于实例系统，具有更高的零件表达能力和更大的灵活性。图3是一个基于实例的机床零件设计系统的基本原理示意图。

4 结束语

基于实例的方法更适合于难以表达的经验性较强知识的问题，如机床零件加工技术，尤其是基于实例的知识表达方法促进了工艺流程设计系统的使用效能和工具性，可以开发出较为完善的机床零部件工艺系统。综合利用了计算机图形的处理技术，有效地利用了以往加工零件的工艺流程，继承了工艺工程师的经验和知识，提高了工艺设计的质量和水平，提高了制造部门设计工艺流程的效率。

参考文献：

[1]王秀伦.现代工艺管理技术[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2]黄国青，李建峰.CAPP系统中典型工艺知识的应用研究[J].机械科学与技术，2006（4）：455-457.

[3]邓瑞清，蔡颖.基于实例推理在CAPP系统开发中的应用[J].农机化研究，2005（6）：241-243.

[4]刘长安，杨志宏.基于实例归纳的工艺设计知识获取[J].中国机械工程，1998（1）：46-48+8.

[5]晁代章，王林琳.基于知识的CAPP中工艺知识管理与应用策略研究[J].制造业自动化，2007（6）：92-94.