第五章制造系统精选文档.ppt

第五章 制造系统本讲稿第一页，共四十页1工工艺艺过过程程设设计计的的决决策策方方式式本讲稿第二页，共四十页2、决策树和决策表、决策树和决策表（1）决策树 决策树由树根、结点和树枝组成。每一个分枝有一个决策语句，给出逻辑值“真”或“假”。结点有“或”和“与”两种。“或”结点只能通向下面几个树枝之一，而“与”结点允许通过所有下面的树枝。根据各种确定性的条件可建立决策树，下图是选择加工方法的决策树举例。图中E表示决策语句，即决策条件，可以是一个或一组表达式，A表示得出的决策行动。本讲稿第三页，共四十页 加工方法选择决策树举例 决策树很容易改写为程序流程框图，下图是该决策树对应的流程框图。工艺人员利用决策树可以有效地写入工艺设计规则，再改写为流程框图后就能直接编写计算机程序。本讲稿第四页，共四十页决策树对应的流程框图 本讲稿第五页，共四十页（2）决策表决策表是描述事件之间逻辑依存关系的一种表格，决策树可以用决策表来表达。表中用双线划分为四个区域。用 Y 表示满足所在行的条件。用 X 表示将来取所在行的决策行动。因而决策表右部每列都可视为一条决策规则。决策表的条件之间是“与”的关系，决策行动之间也是“与”的关系。决策表可通过分解（分成若干子表）、合并（几个表合为一个表）、连接等方法，描述有多层次联系的复杂决策逻辑。本讲稿第六页，共四十页决策表的设计主要有罗列法和递进法两种方法。罗列法的设计步骤是：列出所有可能的条件，写入左上区；按数学中的排列法，在右上区写出全部可能的条件组合；研究每一条简单规则，确定需要的决策行动，写在左下区决策说明栏（决策行动名称）和右下区决策行动栏（用X表明）中，并注意安排好各个行动的先后次序；把具有同样决策行动的规则合并到一个复合规则里，把不可能的条件组合的列去掉。本讲稿第七页，共四十页加工方法选择决策表举例 本讲稿第八页，共四十页3、TOJICAP-2创成式创成式CAPP系统系统本讲稿第九页，共四十页 该系统用于非回转体箱体零件的计算机辅助工艺过程设计。1、零件描述：形面特征描述法。2、工艺路线生成：前提：A 系统存贮了各种形面单元的工艺过程；B 系统存贮了箱体类零件粗的工艺流程；（1）工序组合：把单元形面工艺中的工步进行分类，将它们归入相应的工序之中；（2）工步排序：把一个工序中的工步排序以确定加工次序；（3）根据存贮的箱体类零件粗的工艺流程，经过逻辑推理和判断，把组合后的工序合成为一个针对整个零件的加工工艺过程。本讲稿第十页，共四十页工序组合方法：根据单元形面工艺中工步的性质来确定。根据优先顺序决策表，把每个工步按加工效率纳入某个工序内。粗镗孔的优先决策表本讲稿第十一页，共四十页逻辑推理：IF 工艺流程中存在镗铣工序且粗镗孔工步可以在粗镗铣机床上加工THEN 将粗镗孔工步归入粗镗铣工序ELSL IF 工艺流程中存在镗铣工序且粗镗孔工步可以在镗铣机床上加工THEN 将粗镗孔工步归入镗铣工序ELSE IF 工艺流程中存在精镗铣工序且粗镗孔工 步可以在精镗铣机床上加工THEN 将粗镗孔归入精镗铣工序本讲稿第十二页，共四十页ELSEIF工艺流程中存在粗镗工序THEN将粗镗孔归入粗镗工序ELSEIF工艺流程中存在镗工序THEN将粗镗孔归入镗工序ELSEIF工艺流程中存在精镗工序THEN将粗镗孔归入精镗工序ELSE人工干预END本讲稿第十三页，共四十页工步的排序原则：（数控机床）先粗加工后精加工；先平面加工后孔槽类形面的加工；先有精度孔加工，后无精度孔的加工；对于粗加工和半精加工来讲，孔的加工顺序按精度从高到低的顺序进行，而精加工则按精度从低到高的顺序进行；在精度相同的情况下，用一把镗刀加工完所有孔径相同孔以减少换刀次数；槽以及无精度要求的螺栓孔等总是安排在半精加工和精加工之间进行；孔精加工时端面和孔总是一起加工，以保证孔端面与孔的垂直度要求。本讲稿第十四页，共四十页孔的一头加工问题：（1）通过坐标来判断两个孔是否位于同一轴线上。（2）如果在同一轴线上，则判断刀具系统的长径比是否满足要求，满足要求则一头加工，否则要调头镗削 当整个零件的加工工艺过程生成后，每个工序中各工步的工具选择、切削用量计算、工时定额确定等与派生式CAPP系统相同。本讲稿第十五页，共四十页5.2.5 CAPP专家系统专家系统1、概述、概述 CAPP专家系统是人工智能在机械制造工程中的应用。所谓专家系统是在特定领域里具有与该领域的人类专家相当的智能水平的计算机知识处理程序系统。本讲稿第十六页，共四十页工艺过程设计的特点 信息的不确定性。零件批量影响工艺路线，但零件数究竟多少算小批量或中批量，并没有确定的界限。不同的工艺人员（即工艺专家）由于经验不同，即使其他情况相同，也会给出不同的工艺过程设计。工艺知识的经验性和不完全性。工艺过程设计的主要工作是拟定加工方法，即加工顺序、设备、工序内容等，以保证零件加工的精度和生产率，以及使加工费用较低。工艺人员一般凭经验制定工艺规程，但经验的积累需要较长的时期，并且对个人来说，往往是不完整、不精确，有时甚至是非逻辑的。本讲稿第十七页，共四十页CAPP专家系统的优点柔性。当生产环境改变时（如更新设备、采用新技术，或要移植到其它工厂），专家系统只要输入新的知识就能适应，不需要改写程序。透明性。系统与用户间有友好的交互界面。系统能随时向用户提供运行的过程和理由，并向用户作出各种解释，所以系统的工作是“透明”的。这就便于工艺人员作出干预和选择，以制订出优化的工艺过程。可扩展性。专家系统可以不断补充和更新知识，从而能随着科技的发展和生产条件的改进而自我提高工艺过程设计的水平。本讲稿第十八页，共四十页CAPP专家系统基本构成 综合数据库CAD接口推理机知识库获取知识模块 人机交互界面用户工艺专家知识本讲稿第十九页，共四十页CAPP专家系统的基本构成 综合数据库。存放事实，包括由用户（或CAD接口）输入的零件信息和由推理得到的事实。知识库。a 与工厂条件无关的知识（如必须先装夹才能加工）；b 与工厂条件有关的知识（如工厂中的机床型号与性能，工艺习惯等），即移植到其它工厂需修改的知识。推理机。根据知识推导出结论。它包含了推理方式和控制策略。本讲稿第二十页，共四十页专家系统与常规程序 区别本讲稿第二十一页，共四十页2、知识库的、知识库的基本要求 可扩充性 因为知识库主要存放从专家经验归纳出的启发性知识，它需针对新情况不断更新和扩充知识。简明性 数据结构应简单明了，易于理解和修改。并且使知识的获取只通过存取程序而不直接涉及数据结构。本讲稿第二十二页，共四十页精确性 尽可能精确地表达出专家的思维。即各项知识用确切的术语表达，从而提高问题求解的水平。一致性 因为从专家处获取的知识大多有不确定性，在补充新知识时要作语法检查，看是否与已有知识冲突，并给出产生冲突时的处理方法。本讲稿第二十三页，共四十页 专家系统中常用的知识表达方法有：逻辑模式、产生式规则、语义网络、框架、决策树、决策表、多层次模块等。逻辑模式 逻辑模式用动词逻辑把知识表达为基本逻辑式。例如，工件A装卡在夹具B上可表达为：ON（A，B）；机器人M转移工件给机床N可表达为：GIVE（M，N）。本讲稿第二十四页，共四十页产生式规则的表达形式：IF AND OR THEN 可信度90%可信度60%本讲稿第二十五页，共四十页产生式规则的优点：形式符合人的思维方式，直观、简单、便于理解和使用，也易于修改和扩充。使用产生式规则时，可附上结论的可信度，未附可信度则为100%，使专家系统能进行非确定性推理。产生式规则的缺点：格式古板，在有些情况下需重复搜索而影响效率。本讲稿第二十六页，共四十页用语义网络描述轴 语义网络 适用于表达描述性知识，如零件信息、设备和工人情况等，这些信息大多是确定性的，语义网络由节点和弧线组成，节点表示实体，弧线表示节点间关系。本讲稿第二十七页，共四十页框架框架的基本成分是槽，每个槽表示所表达实体的某个方面。可以用框架表达描述性知识，也可用它来表达工艺过程性知识。每个槽要输入一个特定值，如不输入则自动采用缺省值。它还可以扩展为分级式框架结构，以使描述层次更清楚。本讲稿第二十八页，共四十页描述孔的框架例 框架类型：孔 槽名长度 长度上偏差 长度下偏差 直径 直径上偏差 直径下偏差本讲稿第二十九页，共四十页多层次模块 多层次模块的实质是各种知识表达方法的合成。一个问题领域的知识，可根据内部各知识模块的关系划分为几个层次，各层次有一个或几个知识块。每层次中的知识表达可采用语义网络、产生式规则或框架等，以表达较复杂的知识。同一层中的知识块有同等的概念，各层之间的连接可以是因果或从属关系。在建立工艺过程设计知识库时，用语义网络或框架来表示描述性知识较方便，而对工艺过程性知识则用产生式规则较多。本讲稿第三十页，共四十页3、推理机的推理机制、推理机的推理机制 推理是指依据一定的原则，从已知的事实和知识推出结论的过程。CAPP专家系统的推理机制是基于知识的推理。它包括推理方式和控制策略等问题。（1）、推理方式 推理方式有确定性推理和非确定性推理两种。专家系统要处理工艺过程的非确定知识，所以采用非确定推理方式。非确定性推理的方法主要有：可信度方法、概率论方法、模糊子集法和证据论方法等。本讲稿第三十一页，共四十页（2）、控制策略 正向推理 控制策略 反向推理 正反向混合推理（a）正向推理 正向推理也称数据驱动或前向链控制。它的基本思想是从己知数据信息出发，正向使用规则求解。其逻辑传递形式是：“如果A成立则结果为B”及“如果B 成立则结果为C”，那么推理出的结论为“如果A成立则结果为C”。这种控制策略适用于用户能先提供初始信息的情况，如设计、规划、预测等工作。但不适合于工艺设计，因为工艺设计时一般只知道工件的最终状态，即零件图信息，并不知道毛坯状态。本讲稿第三十二页，共四十页（b）反向推理 反向推理也称目标驱动或反向链控制。它的基本思想是先定一个目标，然后在知识库中找出能导出该目标的规则集，若某条规则的前提条件与数据库事实相匹配，则执行该规则。该规则的前提条件成为新的子目标，再寻找导出子目标的规则。依此继续搜索，直到初始状态（例如毛坯状态）为止。如果搜索中有不止一条规则可匹配，一般执行第一个遇到的规则。只在导出的子目标无法达到初始状态时，才返回执行第二个遇到的规则，依此类推。另一种是采用规则优先级的方法。本讲稿第三十三页，共四十页反向推理的优点:不必使用与总目标无关的规则，同时也有利于向用户提供明确的解释，告诉用户要达到的子目标及所用的规则.缺点:寻找初始状态时有盲目性，往往需多次返回搜索。工艺设计时的总目标明确，因此一般都采用反向推理方法。本讲稿第三十四页，共四十页（c）正反向混合推理 正反向混合推理也称混合式控制或混合链控制。其基本思想是交替使用正向推理和反向推理这两个过程。正反向混合推理使用由用户提供的初始信息，由正向推理取得部分结论，提供给反向推理作为目标。因此它能结合正向和反向推理的优点，缩短推理过程。但需用户提供更多的信息。反向推理的优点是不必使用与总目标无关的规则，同时也有利于向用户提供明确的解释，告诉用户要达到的子目标及所用的规则，缺点是寻找初始状态时有盲目性，往往需多次返回搜索。工艺设计时的总目标明确，因此一般都采用反向推理方法。本讲稿第三十五页，共四十页反向推理求解例 规则一：IF 零件形状为圆柱齿轮 AND 齿部精度等级6 级 AND 齿部高频淬火 AND 与相邻直径4.5m（m为模数）AND 设备允许 THEN 加工工序为磨齿工序规则二：IF 磨齿 THEN 先进行磨孔工序规则三：IF 端面粗糙度1.6 AND 有磨孔工序 THEN 先进行平磨工序本讲稿第三十六页，共四十页事实一：齿轮需要齿部高频淬火事实二：齿部精度6级的端面粗糙度1.6 按反向推理，已知单联圆柱齿轮，且齿部精度为 6 级。由事实一知道需高频淬火，再由规则一求得最后一道工序为磨齿工序；由规则二求得倒数第二道工序为磨孔工序；由事实二和规则三求得倒数第三道工序为平磨工序。只要知识库中有足够的知识，可以一直反向推理到毛坯为止。这样就创成出该齿轮零件的整个工艺路线。然后再进行各工序的设计与计算，生成完整的工艺规程。本讲稿第三十七页，共四十页4、TOJICAP-E工艺设计专家系统工艺设计专家系统 TOJICAP-E工艺设计专家系统工艺设计专家系统采用Prolog语言编制，该系统系与TOJICAP系统相连。TOJICAP系统的零件描述和机床等工艺数据文件供TOJICAP-E专家系统使用；由专家系统确定工艺过程设计方案；由TOJICAP系统完成细节设计，即工序中各工步的参数细节设计；输出工艺规程。本讲稿第三十八页，共四十页TOJICAP-E与TOJICAP的关系机床等数据细节设计零件数据知识库确定方案本讲稿第三十九页，共四十页 TOJICAP-E流程图 本讲稿第四十页，共四十页