CAPP专家系统中工艺决策的实现
专家系统-CAPP系统
2。
2 专家系统在工艺设计中的应用为了更好的模拟设计人员的经验知识,需要将不确定的思想引入到工艺过程中CAPP（计算机辅助工艺设计）是根据产品设计所给出的信息进行产品的加工方法和制造过程的设计.传统工艺设计的缺点:对工艺人员要求高工作量大，效率低无法利用CAD的图形和数据难以保证数据的准确性信息不能共享CAPP 系统是专家系统在机械制造工程中的应用（其结构如图3）。
工艺过程设计由于其复杂性和多变性,直到1981 年才由法国开发出第一个工艺过程设计专家系统。
CAPP技术作为联结CAD和CAM的桥梁,是将产品数据转换成面向制造的指令性数据。
传统的CAPP在工艺员输入零件的原始信息后,通过储存在工艺规程库中的工艺设计知识和决策方法进行一系列决策和判断,并生成工艺规程，但当输入的信息不在逻辑决策范围内时，便得不出结论。
专家系统与CAPP的集成可以将工艺知识转化为相应的知识库，通过推理机的控制策略,从知识库中搜索相应的处理规则，然后执行这条规则,并把每一次执行规则得到的结论部分按先后次序记录下来,直到零件加工达到终结状态，从而实现对工艺过程的决策优化.而且，CAPP专家系统在一定程度上可以模拟工艺人员的设计思维活动，使工艺设计中一些模糊问题得到解决，提高CAPP系统的适应性。
另外，CAPP专家系统还应该具有解决工艺设计及决策中特殊知识的获取和描述，如零件信息（几何信息、拓扑信息以及工艺信息等)的获取和表示以及加工过程仿真的表示与生成等功能。
2. 2。
1 CAPP 专家系统基本构成专家系统技术的研究和应用正以前所未有的速度在故障诊断、模拟仿真、自动控制、工艺编程、生产规划、产品设计等许多机械工程领域不断发展。
随着研究工作的不断深入，一些新的技术方法和先进制造技术正融入机械工程专家系统技术的研究和应用中，不仅使知识表示、知识库构建、知识获取和推理模式等关键技术的研究取得了一定成果,还出现了一些集成式的新型专家系统,如神经网络专家系统、模糊专家系统、基于Internet 的专家系统、CAD 专家系统、CAPP 专家系统等。
CAPP系统中工艺流程管理的设计与实现
ＣＡＰＰ系统中工艺流程管理的设计与实现ＤｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｗｏｒｋｆｌｏｗｉｎＣＡＰＰ孟丽丽。
路春光，邓乃灏，薛全会ＭＥＮＧＬｉ—１．’ＬＵＣｈｕｎ－ｇｕａｎｇ，ＤＥＮＧＮａｉ．ｈａｏ。
ＸＵＥＱｕａｎ—ｈｕｉ（河北理工大学机械工程学院。
唐山０６３００９）摘要：传统的ＣＡＰＰ非常注重设计方法，在工艺流程管理方面暴露出很多缺点，为了解决工艺流程管理的自动化问题，本文基于工作流技术开发了工艺流程管理模块。
首先分析了工艺流程管理的基本功能，然后以产品工艺设计审批流程为例，利用ＰｅｔｒｉＮｅｔｓ模型进行详细分析，并建立工作流模型；最后重点阐述了ＣＡＰＰ中工艺流管理的设计与实现。
关键词：工艺流程ｌＣＡＰＰ；ＰｅｔｒｌＮｅｔｓ；系统实现中围分类号：ＴＰ３１１文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－０１３４（２００９）０７－０１０８－０３０引言ＣＡＰＰ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＰｒｏｃｅｓｓＰｌａｎｎｉｎｇ）是连接设计和制造的桥梁【１１，但传统的工艺设计过多地关注计算方法的研究，对工艺设计的流程管理重视不够。
新的生产模式对工艺流程管理提出了新的要求，迫切要求企业建立适当的工艺流程，及时、正确地对工艺设计过程进行有效的管理和控制［２１。
工作流管理技术是商业过程部分或全部的计算机化和自动化，其主要特征是实现入和计算机交互事件结合过程的自动化，通过在ＣＡＰＰ系统中引入工作流技术，可以使相关人员在正确的时间、以正确的方式得到正确的任务，从而保证企业工艺过程有计划地进行。
本文结合“基于工作流和集成化ＢＯＭ树的ＣＡＰＰ系统”（属唐山市生产力促进中心课题）的开发经验和实践，以唐山市通力齿轮有限公司（简称“通齿”）为研究对象，探讨了ＣＡＰＰ系统中工艺流程管理的设计与实现。
１ＣＡＰＰ系统中工艺流程管理１．１工艺流程分析通齿是一家主要从事汽车变速器总成研发、制造和销售一体化的企业，汽车变速器的总类繁多，结构复杂，工艺更改频繁，设计过程具有显著的工作流特征。
焊接CAPP系统工艺决策方法的研究
焊接CAPP系统工艺决策方法的研究t王玉玲t刘长安摘要在焊接C APP系统中,从工艺决策所需信息的输入问题开始,详细介绍了自动生成工艺决策的方法。
主要包括焊接方法和焊接顺序的生成,实现了工艺决策的自动化。
关键词:焊接CAPP工艺决策中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1000)4327(2001)05)0015)02一、工艺决策所需信息的输入对于HJCAPP系统来讲,所输入的信息必须是后面生成工艺所需要的各种信息,是直接为制订加工工艺服务的。
首先是将需要的所有信息归纳总结出来,建立有关的信息模型。
如工艺过程卡的表头信息,工艺内容描述时需要的信息,工艺决策时需要的信息。
具体有以下几类信息:(1)总体信息:关于产品(部件)的信息。
(2)组成件信息:组成产品的零件信息。
(3)焊缝信息:描述焊缝的信息。
(4)拓扑信息:零件之间的位置关系核算。
1.总体信息总体信息是关于产品或部件的总体描述的信息,其中有表头信息、生产数量、精度要求。
表头信息是指工艺过程卡的表头上所列各项的具体内容,根据有关工艺标准,表头信息包括产品名称、产品型号、零件名称、零件图号、生产批量、精度要求。
这些表头信息是以表格形式显示于屏幕上的全部汉字提示,操作方便,其数据结构如下:3总体信息4产品名称:产品型号:零件名称:零件图号:生产数量:产品精度要求:2.组成件信息一个产品或产品的一个部件都是由许多零件组成的,要进行工艺设计需要知道产品由哪些零件组成,这其中包括这样一些内容:零件序号、图号、名称、材料、件数;后面生成焊接顺序需要按零件重量对存储组成件信息的表进行排序,所以还包含零件重量的信息。
组成件的数据结构如下:3组成件信息4零件图号:零件名称:零件材料:件数:3.焊接信息的输入所要输入的焊接信息都是进行工艺设计所必须的信息。
如要生成焊接方法需要焊件的材料和焊件厚度;要形成焊接顺序需要焊缝的参数,如焊缝长度和焊缝高度;要生成工序内容就需要写清楚第几条焊缝是哪几个零件之间的焊缝,因此要输入与焊缝有关的零件;要生成焊接工艺参数有时需要焊缝符号和坡口符号,因此这两种符号也要输入。
CAPP系统原理
CAPP系统原理CAPP系统（计算机辅助工艺规划系统）是一种基于计算机技术的辅助和改进工艺规划的系统。
其主要原理是通过对零件进行分析和处理，根据工序与工具的匹配以及加工顺序的确定，帮助制造企业提高工艺规划和制造效率。
1.零件分析与识别：CAPP系统首先对输入的零件进行分析与识别，通过对零件的几何形状、尺寸、工艺特征等进行检测和提取，自动识别出各个特殊要求的特殊工艺。
2.工艺生成与选择：CAPP系统会根据零件的工艺特征和处理要求，生成一系列的工艺方案。
这些方案可以根据加工的复杂程度、加工精度等因素来确定，最终生成合适的工艺路线。
3.工艺计算与优化：在生成工艺方案后，CAPP系统会根据工序之间的依赖关系、加工时间和成本等因素进行计算和优化。
通过优化，可以使得加工过程更加合理和高效，减少成本和时间。
4.工艺规划与评估：CAPP系统会根据生成的工艺方案，确定具体的工艺流程和工具参数，并对每个工序进行评估。
这些评估包括加工时间、工具寿命等因素，以便制定出最佳的加工流程和工具使用计划。
5.工艺信息传递与管理：CAPP系统还可以将生成的工艺方案和相关信息传递给其他关联的生产系统，如CAM（计算机辅助制造）系统、ERP （企业资源计划）系统等。
这样可以实现工艺规划和制造过程的无缝连接和信息共享。
1.设计过程中的工艺规划：在产品设计阶段，CAPP系统可以根据产品的设计特点和要求，提供合理的工艺方案和可行性分析。
这样可以在设计过程中及时发现和解决可能的制造问题，提高产品设计的质量和效率。
2.成本估算与控制：通过CAPP系统的使用，制造企业可以准确估计产品的制造成本，并对成本进行控制。
CAPP系统可以通过工艺的优化和计算，寻找降低成本的方法和路径，从而提高企业的竞争力。
3.生产过程中的工艺管理：CAPP系统可以对生产过程中的工艺进行监控和管理，保证产品的加工质量和工艺稳定性。
通过对工艺参数和工具使用情况的追踪，可以及时发现并解决可能的问题，减少故障发生的概率，提高生产效率和产品质量。
回转体零件CAPP专家系统的设计与实现
工艺过程设计的核 心是 经验 知 锻的应用过 程 ， 由于 工 艺知识的不确定性 、 糊性 及工艺 数据 的动 态性 ， Ｃ Ｐ 模 使 ＡＰ 成为制约 Ｃ ＭＳ发展的瓶颈 。人 工智 能（ ， ｒｉｃ ｌｎ Ｉ ＡＩＡ ｔｉａ Ｉ— ｆ ｉ ｔｌ ｅｅ） ｅ ｉ ｎｅ技术 ， Ｌｇ 特别是 专家 系统 的开发 、 应用 ， 使得 经验 性 知识的运用和处理较易实现 ：专家系统是 指在某 一特定 领 域 内以专 家水平和能 力解决 有关 问题 的软件 系统【 ， 常 ２非 １ 适合于工艺设计 中经验知识应 用的推理过 程 ：在用专家 系 统技术建立的 ｃ Ｐ， Ａ Ｉ系统中 ， 知识库 与推理机相互 分离 ， 当
Ａｂ ｔａ ｔＥｘ ｅ ｔ ｙ ｔｍ ｆｐｏ ｅｓｐａ ｉｇｆｒｒ ｔｒ ａｔ ｃｌ ｄ “ ＡＰＰ ｓｒｃ ： ｐ ｒ ｓｅ ｏ ｒｃ ｓ ｌｎｔ ｏ ａｙｐ ｒｓ ａｌ ｓ ｎ ｏ ｅ ＨＣ ＥＸＰ ’ｉ ｅｔｂｉｈ ｄｂ Ｎｎ ｈ ｉ ａ ｒｇａ ｓ ｓａ ｌ ｅ ｙｕ ｇｔ ｅｖｓ ｌ ｏ ｒｍｍｉｇ ｓ ｕ ｐ ｎ ｔｃ ｎｑ ｅＶｉｕ ｌ ａｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｅｈ ｉｕ ｓ ａ Ｂ ｓ ｉ ｔ／ ａ ｅ Ｔｈ ｐ ｌａ ｉｎ ｓ ｃｎ ｅａ ｐｉ ｔ ｝ ｃ ｏ ｔａ ｔｃｕｄｒ ｎｓｅｄｌ ｎ ｉ ｌ ｔ ｒｅｄ ｙｏ ｅａｉ ｔｒａ ｅ ｈ ｔｉ ｏ ｌ ｕ ｔａ ｉ ａ ｄｍｌｂｙｗｉｈ ｆ ｎ ｌ ｐ ｒｔ ｉ ｅｆｃ ． ｙ ａ ｉ ｇ ｎ ｎ
摘要 ： 利用 Ｖｉ ｌ ａｉ可视 化编程技术建立 了回转体零件工 艺规 程设计专 家 系统 Ｈ Ａ Ｐ Ｘ Ｓ， ￣ａ Ｂ ｓ ｃ Ｃ Ｐ Ｅ Ｐ 经检 验 ， 系统运 行稳定 可靠， 知祝库堆护扩充方便 ， 作界面友好 ， 满足一般回转体零件 工艺规程设计 自动化的要 求。 操 可 关键词 ： 回转体零件 ；ＭＪ ： Ｃ ｐ 专家系统 中图分类号 ： Ｐ ９ ．２ Ｔ ３ １７ 文献标识谒 ： Ａ 文章编号 ：０ ７ ４ ３ ２ ０ ｝３ ０ ３ ２ １０ —９ ８ 【０２ ０ ０ ４ —０ Ｅｘ ｅ ｔＳ ｓ ｅ ｏｆＰｒ ｃ ｓ ａ ｎ ｎ ｏ ｈｅＲｏｔｒ ｒｓ ｐ ｒ ｙ ｔ ｍ ｏ ｅ ｓＰｌ ｎ ｉ ｇ ｆ ｒ ｔ ａ ｙ Ｐａ ｔ
capp的实施需要几个步骤
CAPP的实施需要几个步骤1. 确定目标和需求在开始CAPP（Computer-Aided Process Planning，计算机辅助工艺规划）的实施之前，我们需要明确目标和需求，以确保有效地使用CAPP系统。
以下是在这个步骤中要考虑的一些要点：•定义潜在的问题和痛点：首先，我们需要对当前的工艺规划流程进行评估，并识别可能存在的问题和痛点。
这有助于我们确定如何使用CAPP系统来解决这些问题。
•确定实施的目标：根据当前的问题和痛点，我们需要明确实施CAPP 的目标。
这些目标可能包括提高工艺规划的效率、减少错误和重复工作、提高准确性等。
•收集用户需求：在确定目标的基础上，我们需要与工艺规划团队和其他相关部门的利益相关者进行沟通，以收集他们的需求。
这有助于确保CAPP 系统能够满足各方的期望和要求。
2. 选择合适的CAPP系统在确定目标和需求之后，下一步是选择适合组织的CAPP系统。
以下是在这个步骤中要考虑的一些要点：•市场调研：进行市场调研，了解当前可用的CAPP系统，并比较它们的功能、性能和价格等。
这有助于我们选择最适合组织需求的系统。
•确定系统要求：根据组织的需求和目标，明确CAPP系统的功能和特性要求。
这些要求可能包括自动化程度、集成能力、用户友好性等。
•评估供应商和解决方案：与潜在的CAPP系统供应商进行洽谈，并评估他们提供的解决方案。
这可通过试用期、参观其他组织的使用情况以及与供应商的谈判等方式进行。
•选择最合适的系统：根据市场调研和供应商评估的结果，选择最适合组织需求的CAPP系统。
3. 数据准备和导入在选择CAPP系统后，下一步是准备并导入所需的数据。
以下是在这个步骤中要考虑的一些要点：•数据收集和整理：收集现有的工艺规划数据，并将其整理成适合导入CAPP系统的格式。
这可能涉及清理数据、转换格式以及添加必要的元数据等工作。
•数据格式转换：根据选定的CAPP系统的要求，将工艺规划数据转换成系统可接受的格式。
计算机辅助工艺规程设计（CAPP）
计算机辅助工艺规程设计（CAPP）一、概述CAD的结果能否有效地应用于生产实践，NC机床能否充分发挥效益，CAD与CAM能否真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系，于是，计算机辅助工艺规程设计（CAPP，Computer Aided Process Planning）就应运而生，并且受到愈来愈广泛的重视。
工艺规程设计的难度极大，因为要处理的信息量大，各种信息之间的关系又极为错综复杂，以前主要靠工艺师多年工作实践总结出来的经验来进行。
因此，工艺规程的设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。
这样编制出来的工艺规程一致性差，也不可能得到最佳方案。
另一方面熟练的工艺人员日益短缺，而年轻的工艺人员则需要时间来积累经验，再加上老工艺人员退休时无法将他们的“经验知识”留下来，这一切原因都使得工艺设计成为机械制造过程中的薄弱缓解。
CAPP技术的出现和发展使利用计算机辅助编制工艺规程成为可能。
对CAPP的研究始于60年代中期，1969年挪威发表的第一个CAPP系统AUTOPROS，它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺过程的形式形成相应零件的工艺规程。
AUTOPROS系统的出现，引起世界各国的普遍重视。
接着于1976年，美国的CAM-Ⅰ公司也研制出自己的CAPP系统。
这是一种可在微机上运行的结构简单的小型程序系统，其工作原理也是基于成组技术原理。
图3-2-1为该系统的流程框图。
CAPP系统从60年代中期开始研制，到目前为止，已研制出很多CAPP系统，而且有不少系统已投入生产实践使用。
在已应用系统中，针对回转类零件的CAPP 应用比较成熟，而且多应用于单件小批量生产类型。
国内则于80年代开始这项研究，已开发出不少CAPP系统，有的CAPP系统在实践中应用取得良好的效果。
二、CAPP系统的功能一个CAPP系统应具有以下功能：①检索标准工艺文件；②选择加工方法；③安排加工路线；④选择机床、刀具、量具、夹具等；⑤选择装夹方式和装夹表面；⑥优化选择切削用量；⑦计算加工时间和加工费用；⑧确定工序尺寸和公差及选择毛坯；⑨绘制工序图及编写工序卡。
CAPP的分类及原理教程文件
CAPP的分类及原理教程文件CAPP（计算机辅助工艺规划）是指利用计算机技术对产品的工艺过程进行规划和优化的一种方法。
它通过将产品的设计数据以及生产工艺相结合，自动化地进行工艺过程的规划和优化，提高产品的制造效率和质量。
CAPP在制造业中得到了广泛的应用，可以显著提高企业的生产效率和竞争力。
1.基于经验的CAPP（E-CAPP）：基于专家经验知识库的CAPP系统，通过对专家的经验知识进行模拟和计算，以实现工艺过程的规划和优化。
2.基于特征的CAPP（F-CAPP）：利用产品特征信息进行工艺规划和优化，将产品的特征和工艺文件进行匹配和映射，从而实现工艺过程的自动化规划。
3.基于知识的CAPP（K-CAPP）：利用知识工程的方法，将工艺领域的知识进行建模和表示，通过知识推理和匹配来进行工艺规划和优化。
4.基于约束的CAPP（C-CAPP）：将生产工艺中的约束条件进行建模和表示，通过对约束条件的求解来进行工艺过程的规划和优化。
1.数据采集和处理：收集产品的设计数据以及生产工艺相关的信息，对数据进行整理和处理，为后续的工艺规划和优化做准备。
2.工艺规划和优化：根据产品的设计数据和工艺相关的信息，进行工艺过程的规划和优化，确定每个工序的具体操作方法和顺序。
3.工艺路线生成：根据产品的设计要求和工艺规划结果，生成详细的工艺路线，包括工序的顺序、工具设备的选择和加工参数的确定等。
4.工艺文件生成：根据工艺路线，生成相应的工艺文件，包括工艺卡、加工工艺图、装配工艺图等，为实际生产提供指导。
5.工艺评价和改进：对生成的工艺方案进行评价，根据评价结果进行工艺改进和优化，提高产品的质量和生产效率。
总之，CAPP是一种重要的制造工艺规划和优化方法，通过利用计算机技术实现工艺过程的自动化计划和优化，可以显著提高企业的生产效率和竞争力。
各种类型的CAPP系统可以根据不同的应用场景和需求进行选择和应用，以达到最佳的工艺规划和优化效果。
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CA PP 专家系统中工艺决策的实现潘晓弘 副教授潘晓弘 刘 敏 程耀东 白 莉 张 运 摘要 结合杭州叉车总厂HC —CA PP 工程应用项目,构造了一种基于知识推理的创成式CA PP 专家系统模型。
原型系统中,工艺设计、机床选择、刀具选择、夹具等知识库的管理独立于推理机,不仅为知识库管理、推理机改进、零件特征排序、知识库系统移植等提供方便,而且系统采用RDB (关系型数据库管理)技术、ODBC (开放式数据库互连)技术,为CA PP 、CAD 、N CP (数控编程)子系统内部不同模式数据交换提供接口。
关键词 CA PP ODBC 特征抽取 特征排序 推理机 知识库 工艺决策中国图书资料分类法分类号 TH 16 T P 391.1收稿日期:1997—06—09 自从Change 给出了“工艺自动设计”明确定义之后,工艺决策过程的自动化得到全面发展。
面向并行工程下产品设计的CA PP 工艺决策加工元模型[1,2]将工艺决策与产品设计有机结合,在理论和实践上对工艺决策模型、算法进行了有益的探讨与研究;基于神经网络的工艺设计实例推进索引模型[3]运用特征技术初步实现了回转类零件CAD CA PP 的集成[4];在建立统一的产品定义模型基础上,采用框架结构、黑板结构的描述形式,将产生式规则应用于工艺过程的逻辑决策[5,6];基于制造资源信息建模、零件模型信息的正向离散与工艺设计基元信息的反向集中、基础数据与工艺设计决策控制分离的模型[7]提高CA PP 系统的柔性;模糊Petri 2O PN 网技术[8]则针对装夹与定位方案提出可选工艺路线的决策方法;PD G 决策(工艺决策图)[9]实现了工艺过程设计;基因遗传算法[10]引入CA PP 系统从理论上实现了工步排序的优化。
然而由于CA PP 对生产环境的依赖性及其本身的复杂性,现有CA PP 系统存在着“先进的不实用,实用的不先进”问题,阻碍了CA PP 的进一步发展及应用。
结合杭州叉车总厂创成式HC 2CA PP 系统的开发,在分析CA PP 工作原理、特征抽取的基础上,建立了基于知识推理的创成式CA PP 专家系统模型。
利用特征抽取技术将实体模型(B rep 表示、CSG 树表示)表达的CAD 图形信息转变为零件的加工特征信息,根据零件特征的加工知识,原型系统生成N CP 子系统的输入文件。
1 构造创成式CA PP 系统的工作基础为了完成选择毛坯、制定工艺路线、选择加工设备及工装、计算切削用量和工时定额、编制工艺文件等工作,创成式CA PP 系统利用输入的零件特征信息,以特征为基础利用专家系统推理进行工艺设计。
现在发展的各种特征抽取技术从理论上实现了从CAD 图形信息到零件特征信息的自动转换。
特征抽取算法主要有[11]:切片技术、凸轮廓算法、单元分解、几何推理、类型匹配、实体生成、体积分解法、CSG 生成树识别等几种。
这些算法多基于B rep (边界表示)、CSG 树(构造立体几何)识别的几何推理。
笔者讨论的CA PP 专家系统,特征抽取与分析以Fuh 的特征分析器[9]为基础创建而成,主要包括以下几个步骤:①从CAD 数据库中检索二维绘图信息和三维几何信息;②将几何信息、文本信息转变为一定格式的二进制流文件或文本文件;③用预定义的算法和规则对生成文件的加工特征进行识别;④采用几何推理辨识特征空间位置关系;⑤通过范例搜索、匹配技术解释特征;⑥将加工属性加入抽取的特征中;⑦将加工特征及特征关系输入零件特征链表,结果采用RDB 模式保存。
特征抽取实现了从CAD 图形信息到零件加工特征信息的转换,为基于特征信息创成式・43・中国机械工程第10卷第1期1999年1月图1 箱体零件特征描述CA PP 系统的成功开发奠定基础。
为便于系统数据库、知识库管理,HC 2CA PP 原型系统应用RDB 模式存储特征抽取的零件特征链表,利用ODBC 技术提供不同数据模式的存储接口。
图1为杭州叉车总厂一叉车箱体,零件对应的特征链见表1。
表1 箱体零件部分特征特征代号特征编号特征说明FD 03PF 001两阶同轴孔FD 03PF 002两阶同轴孔FD 03PF 003两阶同轴孔FD 03PF 004两阶同轴孔FC 04PF 005分布螺纹孔FC 04PF 006分布螺纹孔FC 04PF 019后端面分布螺纹孔FC 04PF 020后端面分布螺纹孔FC 05PF 007分布孔FA 05PF 008箱体前端面FA 05PF 009箱体后端面FC 03PF 018顶面分布螺纹孔2 创成式CA PP 专家系统利用特征分析器生成零件特征链表,然后根据工艺加工与决策知识,按照专家系统知识推理的方式完成零件的工艺过程设计。
创成式HC 2CA PP 专家系统主要由知识库管理、推理机、工艺创成、数据库管理等几个功能模块组成。
2.1 知识库管理知识库管理主要涉及知识库结构、知识表达、知识翻译等内容。
(1)知识库结构 规则的集合形成规则库,知识库则是规则库、事实知识、元知识的集合,图2为知识库的总体结构,图3为规则结构。
图2 知识库的结构框架(2)知识表达 HC 2CA PP 专家系统中知识库的知识由三部分组成:规则、事实、元知识。
3种图3 规则结构知识关系见图4。
图4 规则、知识、元知识关系规则是知识库的核心,它反映了机械加工工艺选择的基本规律,采用产生式规则表示,规则中允许与(AND )、或(OR )、非(NO T )等布尔型操作的任意连接形式,对不精确规则采用可信度描述;事实表示具体零件的特征、工艺设计、机床、刀具、夹具等已知的源知识;元知识是控制规则应用、比较、行动的事实性知识,即按照某一给定的顺序执行规则,又称为规则执行的规则。
对于推理过程:IF 事实存在,TH EN ORD ER (规则1;规则2;规则3;…)中包括的规则、元知识、事实等知识的描述如下:规则1:IF EQ C (@STR #特征I D ,#STR #F 1001)AND EQ C (@STR #材料,#STR #黑色金属)AND L T C (@I N T #热处理HRC 值,#I N T 32)AND RAN GE C (@I N T #公差等级,#I N T 12#10)AND RAN GEC (@DBL #表面粗糙度,#DBL 12.5#5.0)T EEN A SS IGN C (STR #加工链,#STR #粗车)规则2:…。
规则编制采用面向对象的编程技术,在知识・53・CA PP 专家系统中工艺决策的实现——潘晓弘 刘 敏 程耀东等库中,特征I D 、材料、热处理HRC 值、公差等级、表面粗糙度等信息以变量的形式体现,知识匹配时,事实知识数据赋予这些变量,由规则的结论推理出结构。
这种推理形式可使知识库与推理机中的事实知识相互对立,便于系统模块的移植。
上述规则前提是有关特征I D 、材料、热处理HRC 值、公差等级、表面粗糙度的比较关系,结论推理出此特征的加工链。
图1箱体零件中特征PF 001经过推理后,可以得出粗镗—半精镗—精镗的特征加工链。
HC 2CA PP 中工艺知识库包含的机械加工规则主要有:特征加工方法链生成规则(如上述规则);机床、刀具选择规则;特征约束规则(特征空间位置关系、特征加工顺序等);工件装夹规则(工件定位、装夹原理);执行控制规则(元知识)等。
元知识:ORD ER 表示按某种规则执行规则表中的规则,规则1失败,则按ORD ER 规则选择下一条规则进行匹配,依此类推,一旦规则执行成功,规则的结论存入知识黑板,作为下一次推理的事实知识,直到所有规则匹配完成,结束推理。
事实知识由两种类型的知识构成:一是从零件图中抽取出的加工特征信息;一是根据上述特征信息,由规则匹配推导出的中间结果作为下一次推理的事实。
(3)知识翻译 知识翻译过程是知识库定义格式的转换过程,把用知识库描述语言写成的规则库定义文本文件,经语法分析和语义分析后,转换成计算机内部表达形式(二进制流)的数据文件。
HC 2CA PP 专家系统为了简化推理,知识翻译过程将规则库中的连接形式与、或、非全部翻译成与的连接形式,以便系统采用面向对象的编程方法对知识库中的各类函数、规则、链表知识进行描述、处理,提高系统执行效率。
2.2 推理机推理机建立在黑板框架[12]基础上,是专家系统的核心,推理过程中的黑板框架内容见图5。
推理机通过ODBC 接口首先从数据库读入知识库名称等信息,然后将对应知识库内容载入黑板。
推理机通过数据库管理、黑板代理功能,建立推理与知识的关联。
HC 2CA PP 专家系统采用正向推理策略,用户将与求解问题有关的信息(如零件特征等事实)存入数据库,推理机根据这些信息,从相关知识库图5 推理机中的黑板内存中选择合适知识进行匹配,得出新的信息存放于黑板,再根据当前黑板中推理状态选用知识,如此反复,直到给出问题的解,求出所有的解,则推理过程结束。
作为各类知识源的通信代理,RDB 、黑板担负控制、选择、执行规则的功能,使各关联知识库协调工作。
推理过程中,零件的加工特征链表(特征分析器的输出)由RDB 维护,对此链表的操作(检索、修改、创建)通过ODBC 接口提交给RDB 管理系统执行,规则库、知识库由知识库管理系统维护(编辑、翻译),推理机仅执行推理过程。
推理开始时,推理机根据零件图号,通过ODBC 接口检索零件加工特征链表,根据加工特征名称将工艺选择知识、机床选择知识、加工知识、刀具知识、夹具知识等与此特征相关的规则库调入黑板,根据这些动态知识执行推理,推理结果通过ODBC 存入数据库。
采用黑板框架与ODBC ,使推理机中的事实知识、知识库中源知识相互对立,为系统子模块的移植、通过数据库系统集成CA PP CAD M IS 等C I M S 功能模块提供新思路。
2.3 工艺创成2.3.1 工艺创成框架工艺创成主要包括特征排序、特征加工链生成、机床刀具选择、工步排序、工艺决策、机械加工参数选择、刀具轨迹生成(N CP 的接口文件)等。
零件工艺创成框架见图6。
特征分析器从CAD 图形信息中抽取零件加工特征(同时完成零件特征排序,加工特征按空间位置关系排序)后、HC 2CA PP 完成各项CA PP 功能。
2.3.2 工艺创成过程特征间存在空间位置关系的尺寸、精度、公差以及特征加工优先顺序的限制,采用特征抽取技术,从工程图纸中抽取出的零件特征簇,首先需确定特征的优先加工顺序,即特征排序。
为了确定特征加工的优先顺序,将零件加工特征分为关联特・63・中国机械工程第10卷第1期1999年1月图6 工步排序与工艺决策流程征、独立特征。
关联特征的排序在特征分析器中通过特征排序完成;独立特征在工艺加工文件中的位置由工艺决策模块确定。