机械CADCAM技术第7章
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规程。 • 工艺数据库与知识库 包含工艺设计所要求的工艺数据和规则。
工艺数据：加工方法、加工余量、切削用量、刀夹量具等； 规则：决策规则、加工方法选择、工序工步归并规则等、 • 人机交互界面 是用户的操作环境。 • 工艺文件管理与输出 包括工艺文件格式化显示和打印输出等。
•CAPP系统结构组成
•7.2 零件信息的描述与输入
•
创成式CAPP → 智能型CAPP
• 面向零件CAPP → 面向产品CAPP → 面向企业CAPP
• PP：加工工艺过程编制（Process Planning）
•
→生产过程编制（ Production Planning）
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机械CADCAM技术第7章
CAPP系统结构组成
• 零件信息获取模块 有人机交互、由CAD模型转换等方法。 • 工艺决策 按预定的决策逻辑，进行比较、推理和决策加工工艺
•推理机 是一种具有推理能力的计算机软件程序，用来控制和协调整个
• 系统运行的软件模块。
• l •解释模块 对专家系统推理结果作出必要解释，使用户了解专家系统
• 推理过程，接受所推理的结果。
•知识获取模块 将人类专家的专门知识提取出来，经整理转化为计算机
• 内部数据结构形式，是知识库建立和维护的工具和手段。
•特点：综合派生式与创成式CAPP两者优点，具有系统简洁、快捷
、灵活、实用性强的特点。
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机械CADCAM技术第7章
•7.4 CAPP专家系统
•专家系统：是一种求解问题的智能软件系统，它把人类专家的经验和
知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家的推理和控制 策略，处理和解决只有专家才能解决的问题。
•
逐步完善和精练。
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统的知识表示
• 产生式规则法、语义网络法和框架表示法是目前 较为流行的知识表示方法。
•产生式规则法 是最常用的知识表示方法，其一般形式为：
• IF <条件1>
•
AND/OR<条件2>AND/OR……AND/OR<条件n>
• THEN <结论1>或<操作1>，
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•7.3 CAPP系统的基本原理和方法
• 1、派生式CAPP • 工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对
零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑 修改，最终获得零件工艺规程。
•派 •生 •式 •CAP P •工 •作 •原 •理
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机械CADCAM技术第7章
•派生式CAPP举例
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•CAM－I派生式CAPP系统工作流程
•（美国计算机辅助制造公司）
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• 2、创成式CAPP • 工作原理 ：根据零件模型和工艺信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员
决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。
•反向推理不足－盲目选择目标，求解了许多假设的子目标。
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机械CADCAM技术第7章
•
•3）双向推理： 综合利用正向推理和反向推理优点，克服其不足。
• 先根据事实库中一些原始数据，利用正向推理帮助人们选择假设， 再利用反向推理进一步证明这些假设是否成立，如此反复，直至最后得 出结论。
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机械CADCAM技术第7章
•2）形状特征描述法
•原理：将零件形状特征按顺序输入计算机，按设定的数据结构进
• 行组织，形成供CAPP调用的零件信息模型。
•优点：
• ①零件特征与加工方法相对应，便于推导加工工艺；
• ②零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，为工序设计、尺
•
寸链计算、工艺路线的安排提供了方便。
• 容易添加解释功能，以便观察系统如何进行推理； • 具有描述不确定知识的能力。
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•专家系统推理方式
• 1）正向推理 从已知事实出发，按照给定控制策略，利用生产式规则
• 最终推断出结论。在CAPP系统中，由毛坯一步步推导出最终零件的整 • 个加工工艺过程。
• 正向推理机应具有的功能： • 能够根据已知的事实，知道运用知识库中哪些知识；
• 通常软件系统 ＝ 数据 ＋ 算法 • 专 家 系 统 ＝ 知识 ＋ 推理 •专家系统组成：
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统组成
•知识库 专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。
•
启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。
•数据库 用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程的动态数据。
• SIP系统结构组成：由制造资源模块、零件特征定义模块、工艺决策
以及主控模块组成，其中工艺决策模块是系统核心，零件信息是决策对象， 制造资源信息是决策约束。
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•制造资源的构成
•车间层资源 包括粗加工、精加工、热处理、装配等生产车间。 •设备层资源 包括不同的机床和工艺装备。 • 知识层资源 包括决策规则、切削参数、加工余量和工时定额等工艺数据。
机械CADCAM技术第7 章
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2020/11/18
机械CADCAM技术第7章
•7.1 CAPP系统的结构组成
•工艺设计：生产准备工作第一步，是连接设计与制造的桥梁，
• 工艺设计的结果是完成加工工艺规程。
•工艺规程：据。
，包括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑表示法等。
• 5）直接将CAD作业结果作为CAPP的输入 将CAPP系统与
CAD系统直接相连，使CAPP操作所需的各种工艺信息直接来源于CAD系 统，避免繁杂和枯燥的手工信息输入。
• 在众多零件信息描述中，适合轴类零件的方法较多，箱体 类等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。
•用户接口模块 将专家和用户输入的信息转换为系统可以接受的形式，
• 同时把系统的推理结论转换为人类易于理解的形式。
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•专家系统特点
•启发性 能使用判别性知识以及已确定的理论
•
知识进行推理；
•透明性 能解释其推理过程；
•灵活性 能把新知识不断加入已有知识库，使其
• 能将推理后得到的结论存入数据库，并记录整个推理过程； • 能够判断何时结束系统推理； •必要时向用户提问，要求用户补充输入所需的推理条件。
•正向推理不足－盲目推理，求解了许多与目标解无关的子目标；
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•2）反向推理 先提出假设，然后反向寻找支持假设的证据。在CAPP
机械CADCAM技术第7章
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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机械CADCAM技术第7章
•创成式CAPP特点
• 1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预； • 2)具有较高的柔性，适应范围广； • 3)便于与CAD和CAM系统的集成； • 4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。
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•创成式CAPP举例（上海交大SIP系统）
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•创成式CAPP系统工作原理
机械CADCAM技术第7章
•创成式CAPP开发过程 • 1)确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；
• 2)确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述； • 3)确定和建立工艺决策模型，用决策表还是决策树； • 4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等； • 5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。
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•零件族特征矩阵库
机械CADCAM技术第7章
•派生式CAPP开发过程
• 1)根据产品特点与生产情况，确定编码系统； • 2)进行零件编码； • 3)对零件分类，形成若干零件族，建立零件族特征矩阵库 ； • 4)对各零件族构造“典型零件”； • 5)编制“典型零件”标准工艺和相应的工序内容； • 6)建立工艺数据库，存储常用工艺数据和规范； • 7)编制系统程序，实现各功能模块。
系统中，由最终零件通过逐步加上加工余量，使之最终成为毛坯的推理 过程。
•反向推理机应具有的功能：
• 能够提出假设，并运用知识库中的知识判断假设的真假；
• 若为真，则记录使用了哪些知识（以备解释之用）； • 若为假，则系统应重新提出新的假设，再进行判断； • 能够判断何时结束推理； • 必要时能够向用户提出补充条件要求。
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•派生式CAPP特点
• 1)以成组技术为基础，理论上比较成熟； • 2)应用范围比较广泛，有较好的实用性； • 3)适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件； • 4)继承企业较成熟的传统工艺，但系统柔性度较差 ； • 5)对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。
•CAPP
•毛坯 •设计
•工艺 •路线
•工序 •设计
•工时 •定额
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•机床刀 •工装 •余量 •切削 •工时 •工序图 •具选用 •设计 •分配 •用量 •定额 •绘制
机械CADCAM技术第7章
•典型的工艺规程卡片
•CAPP技术的发展：
• 交互式（检索式）CAPP→ 派生式CAPP →
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•决策 树
•工艺决策知识的表示
•决策表
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• 3、综合式CAPP • 原理：综合派生式CAPP采取派生与创成相结合的方法生成工艺规程，
即工艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策方法产生。
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• CAPP零件信息描述基本方法
• 1）零件分类编码描述法 • 原理：基于成组技术原理，制订或选用一套编码系统， 对零件进行编码，通过编码实现对零件几何信息和工艺信 息进行描述的目的。 • 特点：简单易行，但零件描述粗糙，无法对零件形状、 尺寸、精度进行详细描述，没有足够信息进行决策。 • 应用：适用于派生式CAPP系统。目前CAPP系统很少单独 使用该方法。
•应用：在众多CAPP系统中得到了应用。
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•回转体工零件加 •二叉树示结构表
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• 3）语言描述法 用计算机能够识别的语言对零件形状和工艺特征进
行描述，需要用户学习掌握所选用语言的词法和语法，描述过程比较繁 琐。
• 4）知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息
• 零件信息描述要求：
• ①描述应准确、完整，与实际生产要求相一致，适合计算机处理； • ②应简洁易懂，易于理解和掌握，便于输入操作； • ③数据结构要合理，利于提高处理效率，便于信息集成。
• 零件信息描述内容：
• ①零件几何信息：包括零件几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑 关系。方法：可从零件三维模型进行描述；也可将结构分解，对分解的形 体或型面单元分别进行描述。 • ②零件工艺信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处 理等。 • ③生产管理信息：加工批量、生产周期等。
•
<结论2>或<操作2>,……<结论n>或<操作n>
•例：
• IF <表面为外圆柱面> AND <精度等级为IT8～IT10>
•
AND <表面粗糙度为Ra≤0.8um>
• THEN
• <选用加工过程为：粗车→半精车→精车>
•优点：
• 产生式规则结构接近人类专家思考问题方式；
• 各条规则相互独立，易于查询、修改和扩充；
工艺数据：加工方法、加工余量、切削用量、刀夹量具等； 规则：决策规则、加工方法选择、工序工步归并规则等、 • 人机交互界面 是用户的操作环境。 • 工艺文件管理与输出 包括工艺文件格式化显示和打印输出等。
•CAPP系统结构组成
•7.2 零件信息的描述与输入
•
创成式CAPP → 智能型CAPP
• 面向零件CAPP → 面向产品CAPP → 面向企业CAPP
• PP：加工工艺过程编制（Process Planning）
•
→生产过程编制（ Production Planning）
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机械CADCAM技术第7章
CAPP系统结构组成
• 零件信息获取模块 有人机交互、由CAD模型转换等方法。 • 工艺决策 按预定的决策逻辑，进行比较、推理和决策加工工艺
•推理机 是一种具有推理能力的计算机软件程序，用来控制和协调整个
• 系统运行的软件模块。
• l •解释模块 对专家系统推理结果作出必要解释，使用户了解专家系统
• 推理过程，接受所推理的结果。
•知识获取模块 将人类专家的专门知识提取出来，经整理转化为计算机
• 内部数据结构形式，是知识库建立和维护的工具和手段。
•特点：综合派生式与创成式CAPP两者优点，具有系统简洁、快捷
、灵活、实用性强的特点。
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•7.4 CAPP专家系统
•专家系统：是一种求解问题的智能软件系统，它把人类专家的经验和
知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家的推理和控制 策略，处理和解决只有专家才能解决的问题。
•
逐步完善和精练。
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统的知识表示
• 产生式规则法、语义网络法和框架表示法是目前 较为流行的知识表示方法。
•产生式规则法 是最常用的知识表示方法，其一般形式为：
• IF <条件1>
•
AND/OR<条件2>AND/OR……AND/OR<条件n>
• THEN <结论1>或<操作1>，
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机械CADCAM技术第7章
•7.3 CAPP系统的基本原理和方法
• 1、派生式CAPP • 工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对
零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑 修改，最终获得零件工艺规程。
•派 •生 •式 •CAP P •工 •作 •原 •理
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机械CADCAM技术第7章
•派生式CAPP举例
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•CAM－I派生式CAPP系统工作流程
•（美国计算机辅助制造公司）
机械CADCAM技术第7章
• 2、创成式CAPP • 工作原理 ：根据零件模型和工艺信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员
决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。
•反向推理不足－盲目选择目标，求解了许多假设的子目标。
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机械CADCAM技术第7章
•
•3）双向推理： 综合利用正向推理和反向推理优点，克服其不足。
• 先根据事实库中一些原始数据，利用正向推理帮助人们选择假设， 再利用反向推理进一步证明这些假设是否成立，如此反复，直至最后得 出结论。
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机械CADCAM技术第7章
•2）形状特征描述法
•原理：将零件形状特征按顺序输入计算机，按设定的数据结构进
• 行组织，形成供CAPP调用的零件信息模型。
•优点：
• ①零件特征与加工方法相对应，便于推导加工工艺；
• ②零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，为工序设计、尺
•
寸链计算、工艺路线的安排提供了方便。
• 容易添加解释功能，以便观察系统如何进行推理； • 具有描述不确定知识的能力。
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统推理方式
• 1）正向推理 从已知事实出发，按照给定控制策略，利用生产式规则
• 最终推断出结论。在CAPP系统中，由毛坯一步步推导出最终零件的整 • 个加工工艺过程。
• 正向推理机应具有的功能： • 能够根据已知的事实，知道运用知识库中哪些知识；
• 通常软件系统 ＝ 数据 ＋ 算法 • 专 家 系 统 ＝ 知识 ＋ 推理 •专家系统组成：
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统组成
•知识库 专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。
•
启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。
•数据库 用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程的动态数据。
• SIP系统结构组成：由制造资源模块、零件特征定义模块、工艺决策
以及主控模块组成，其中工艺决策模块是系统核心，零件信息是决策对象， 制造资源信息是决策约束。
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机械CADCAM技术第7章
•制造资源的构成
•车间层资源 包括粗加工、精加工、热处理、装配等生产车间。 •设备层资源 包括不同的机床和工艺装备。 • 知识层资源 包括决策规则、切削参数、加工余量和工时定额等工艺数据。
机械CADCAM技术第7 章
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机械CADCAM技术第7章
•7.1 CAPP系统的结构组成
•工艺设计：生产准备工作第一步，是连接设计与制造的桥梁，
• 工艺设计的结果是完成加工工艺规程。
•工艺规程：据。
，包括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑表示法等。
• 5）直接将CAD作业结果作为CAPP的输入 将CAPP系统与
CAD系统直接相连，使CAPP操作所需的各种工艺信息直接来源于CAD系 统，避免繁杂和枯燥的手工信息输入。
• 在众多零件信息描述中，适合轴类零件的方法较多，箱体 类等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。
•用户接口模块 将专家和用户输入的信息转换为系统可以接受的形式，
• 同时把系统的推理结论转换为人类易于理解的形式。
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机械CADCAM技术第7章
•专家系统特点
•启发性 能使用判别性知识以及已确定的理论
•
知识进行推理；
•透明性 能解释其推理过程；
•灵活性 能把新知识不断加入已有知识库，使其
• 能将推理后得到的结论存入数据库，并记录整个推理过程； • 能够判断何时结束系统推理； •必要时向用户提问，要求用户补充输入所需的推理条件。
•正向推理不足－盲目推理，求解了许多与目标解无关的子目标；
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•2）反向推理 先提出假设，然后反向寻找支持假设的证据。在CAPP
机械CADCAM技术第7章
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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机械CADCAM技术第7章
•创成式CAPP特点
• 1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预； • 2)具有较高的柔性，适应范围广； • 3)便于与CAD和CAM系统的集成； • 4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。
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机械CADCAM技术第7章
•创成式CAPP举例（上海交大SIP系统）
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•创成式CAPP系统工作原理
机械CADCAM技术第7章
•创成式CAPP开发过程 • 1)确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；
• 2)确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述； • 3)确定和建立工艺决策模型，用决策表还是决策树； • 4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等； • 5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。
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•零件族特征矩阵库
机械CADCAM技术第7章
•派生式CAPP开发过程
• 1)根据产品特点与生产情况，确定编码系统； • 2)进行零件编码； • 3)对零件分类，形成若干零件族，建立零件族特征矩阵库 ； • 4)对各零件族构造“典型零件”； • 5)编制“典型零件”标准工艺和相应的工序内容； • 6)建立工艺数据库，存储常用工艺数据和规范； • 7)编制系统程序，实现各功能模块。
系统中，由最终零件通过逐步加上加工余量，使之最终成为毛坯的推理 过程。
•反向推理机应具有的功能：
• 能够提出假设，并运用知识库中的知识判断假设的真假；
• 若为真，则记录使用了哪些知识（以备解释之用）； • 若为假，则系统应重新提出新的假设，再进行判断； • 能够判断何时结束推理； • 必要时能够向用户提出补充条件要求。
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机械CADCAM技术第7章
•派生式CAPP特点
• 1)以成组技术为基础，理论上比较成熟； • 2)应用范围比较广泛，有较好的实用性； • 3)适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件； • 4)继承企业较成熟的传统工艺，但系统柔性度较差 ； • 5)对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。
•CAPP
•毛坯 •设计
•工艺 •路线
•工序 •设计
•工时 •定额
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•机床刀 •工装 •余量 •切削 •工时 •工序图 •具选用 •设计 •分配 •用量 •定额 •绘制
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•典型的工艺规程卡片
•CAPP技术的发展：
• 交互式（检索式）CAPP→ 派生式CAPP →
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•决策 树
•工艺决策知识的表示
•决策表
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机械CADCAM技术第7章
• 3、综合式CAPP • 原理：综合派生式CAPP采取派生与创成相结合的方法生成工艺规程，
即工艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策方法产生。
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机械CADCAM技术第7章
• CAPP零件信息描述基本方法
• 1）零件分类编码描述法 • 原理：基于成组技术原理，制订或选用一套编码系统， 对零件进行编码，通过编码实现对零件几何信息和工艺信 息进行描述的目的。 • 特点：简单易行，但零件描述粗糙，无法对零件形状、 尺寸、精度进行详细描述，没有足够信息进行决策。 • 应用：适用于派生式CAPP系统。目前CAPP系统很少单独 使用该方法。
•应用：在众多CAPP系统中得到了应用。
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•回转体工零件加 •二叉树示结构表
机械CADCAM技术第7章
• 3）语言描述法 用计算机能够识别的语言对零件形状和工艺特征进
行描述，需要用户学习掌握所选用语言的词法和语法，描述过程比较繁 琐。
• 4）知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息
• 零件信息描述要求：
• ①描述应准确、完整，与实际生产要求相一致，适合计算机处理； • ②应简洁易懂，易于理解和掌握，便于输入操作； • ③数据结构要合理，利于提高处理效率，便于信息集成。
• 零件信息描述内容：
• ①零件几何信息：包括零件几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑 关系。方法：可从零件三维模型进行描述；也可将结构分解，对分解的形 体或型面单元分别进行描述。 • ②零件工艺信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处 理等。 • ③生产管理信息：加工批量、生产周期等。
•
<结论2>或<操作2>,……<结论n>或<操作n>
•例：
• IF <表面为外圆柱面> AND <精度等级为IT8～IT10>
•
AND <表面粗糙度为Ra≤0.8um>
• THEN
• <选用加工过程为：粗车→半精车→精车>
•优点：
• 产生式规则结构接近人类专家思考问题方式；
• 各条规则相互独立，易于查询、修改和扩充；