计算机辅助工艺过程设计.ppt

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1、计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 国内常用CAPPCAPP系统的类型及应用CAPP系统中零件信息的描述CAPP的基础概念CAD/CAM技术CAPP基本概念基本概念 计算机辅助工艺规程设计（CAPP,Computer Aided Process CAPP,Computer Aided Process PlanningPlanning），是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程(即工艺规程)输入设计信息输入设计信息 选择工艺路线、决定工序内容及选择工艺路线、决定工序内容及所使用的机床、刀具、夹具所使用的机床、刀具、夹具 决定切削用量决定切削

2、用量 估算工时与成本估算工时与成本 输出工艺文件输出工艺文件 CAPPCAPPCAPPCAPP系系系系统统的基本功能：的基本功能：的基本功能：的基本功能：常见工艺流程 1.概述概述 CAD/CAM技术CAPP的的发展展历程程 研究派生式研究派生式 CAPP 推出典型系统推出典型系统 CAMI1976年年 研究创成式研究创成式 CAPP系统系统 智能化工艺智能化工艺 决策方法决策方法 零件信息零件信息 自动获取自动获取60年末年末 80年代初年代初80年代初年代初 90年代中年代中 深入研究深入研究 派生式派生式CAPP CAPP进入进入 实用化实用化 CAPP数据数据 管理与应用管理与应用提出

3、提出CAPP 研究新的研究新的 CAPP系统系统 结构与方法结构与方法 CAPP性能性能 提高提高90年代中年代中 本世纪初本世纪初本世纪初本世纪初1965年Niebel首次提出CAPP思想 CAPP系统的种类 尽管capp系统的种类很多，但其基本结构都离不开零件信息的输入、工艺决策、工艺数据）知识库、人机界面与工艺文件管理五大部分。CAPP系统中的零件信息的描述1零件分类编码法23零件表面元素描述法零件特征描述法零件分类编码法零件分类编码法是派生式CAPP系统采用的主要方法。其缺点是即使采用较长码位的分类编码系统，也只能达到“分类”的目的。对于一个零件究竟由多少形状要素组成，各个形状要素的本

4、身尺寸及相互位置尺寸、精度要求，分类编码法都无法解决。因此如果需要对零件进行详细描述，就必须采用其他描述方法。零件表面元素描述法早期的创成式CAPP系统都采用这种方法。在运用表面元素法时，首要确定适用的范围，然后着手统计分析该范围内的零件由哪些表面要素组成，即抽取零件元素。对于回转体零件，一般把外圆柱表面、内圆柱表面、外锥面、内锥面等称为基本表面元素；把位于基本表面元素上的沟槽、例角、辅助孔等表面元素。在对具体零件进行描述，不仅要描述各表面元素本身的尺寸及其公差、形状公差、粗糙度等信息，而且需要各表面元素之间位置关系。尺寸关系、公差要求等信息，以满足CAPP系统对零件信息的需要。零件特征描述法

5、 CAPP系统接收到零件信息以后，系统内部必须用一种合理的数据 结构来组织这些信息，这是CAPP系统零件信息模型要解决的问题。零件信息模型是计算机内部对零件信息的一种描述与表达方式，该模型利用计算机进行零件图绘制、工艺决策和推理尺寸链计算。工序图生成、道具路径规划以及仿真等工作。目前，CAPP系统中使用最广泛的一种零件信息建模方法是基于特征的零件信息描述法。它即适用与类零件又适用与非回转类零件，而且适用CAD/CAPPCAM集成系统。一般用以“形状特征二叉树”为主干的数据结构来描述回转类零件，而用以“方位面+形状特征”为主干的数据来描述非回转类零件。CAPP系统的类型及应用CAPP系统类型派生

6、式CAPP系统创成式CAPP系统智能式CAPP系统派生式派生式CAPP系统系统基本原理：利用成组技术(GT)代码或企业现行零件图编码，根据结构和工艺相似性将零件进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺（主样件工艺）设计时根据零件的设计时根据零件的GT代码和其它代码和其它有关信息，按编码搜索零件族，对有关信息，按编码搜索零件族，对典型工艺进行自动化或人机交互式典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件修改，生成符合要求的工艺文件 可看成检索式CAPP系统的发展，又称变异式CAPP系统 派生式派生式CAPPCAPP系系统柔性差，只能柔性差，只能针对企企业具体具体产品零件的特点开品零

7、件的特点开发，可移植性差，不能用于全新可移植性差，不能用于全新结构的零件工构的零件工艺设计 工作原理工作原理简单，容易开，容易开发，实际投入运行的系投入运行的系统大多是派生式系大多是派生式系统输入零件编码检索零件族矩阵综合数据库是否有样件工艺路线调入样件工艺路线人机对话生成工艺路线NY屏幕显示编辑编辑，修改生成工艺文件打印输出NY图5-6 派生式CAPP系统工作原理创成式创成式CAPP系统系统基本原理：与检索式和派生式方法不同，不是直接对相似零件工艺文件进行检索与修改，而是根据零件的信息，通过逻根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地做出工

8、艺决策而自动地“创成创成”一个零件的工艺规程一个零件的工艺规程 创成式CAPPCAPP系统包括：基于传统过程性程序结构与决策形式的CAPPCAPP系统、基于知识的 CAPPCAPP专家系统、基于神经网络的 CAPPCAPP系统、CAPPCAPP工具系统或骨架系统 创成式方法接近人成式方法接近人类解决解决问题的的创新思新思维方式方式 由于大多数工由于大多数工艺过程程问题不能建立不能建立实用的数学模型和通用算法，工用的数学模型和通用算法，工艺规程的知程的知识难以形成程序代以形成程序代码，因此只能，因此只能处理理简单的、特定的、特定环境下的某境下的某类特定零件特定零件输入零件信息零件信息分析工艺决策

9、原则逻辑判断，自动选择自动生成工艺规则打印输出工艺设计决策原则库工艺数据库机床数据库.切削用量库智能式CAPP系统智能式CAPP，也称CAPP专家系统，它是将人工智能技术应用在CAPP系统中所形成的专家系统。与创成式CAPP系统相比，虽然二者都可自动生成工艺规程，但创成式CAPP是以逻辑算法+决策表为特征，而CAPP专家系统是以推理+知识为特征。工艺设计专家系统特征是知识库及推理机，其知识库由零件设计信息和表达工艺决策的规则集组成，而推理机是根据当前的事实，通过激活知识库的规则集，而得到工艺设计结果。系统各模块的工作流程：(1）建立零件模型模块 采用人机对话方式收集和整理零件的工以框架形式表达

10、。（2）框架信息处理处理模块 处理所有用框架描述的工艺知识，起到推理机与外部数据信息接口的作用。（3）工艺决策模块 即系统的推理机，它是根据当前事实，按照一定的推理策略进行推理得到可行解集，即冲突集，通过冲突消解而得到各种工艺决策。（4）知识库 用产生式规则表示的工艺决策知识集。（5）数控程序编制模块 产生数控指令。（6）解释模块 系统与用户的接口，解释各决策过程。（7）知识获取模块 通过向用户提问或通过系统不断应用，来不断地扩充和完善知识库。知识获取输入零件信息综合数据库推理、控制自动编辑自动生成工艺规程打印输入知识库专家目前，国内应用的CAPP系统多数为派生式。派生式CAPP系统开发完成后

11、，工艺人员就可以使用该系统为时间零件编制工艺规程。具体步骤如下：1.按照采用的分类编码系统对零件表面。2.检索该零件所在的零件族。3.调出该零件族的标准改天规程。4.利用系统的交互式修订界面，对标准工艺规程进行筛选、编辑或自动修订。有些系统能提供自动修订的功能，但这需要补充输入零件的一些具体信息。5.将修订的工艺规程存储起来，并按给定的格式打印输出。国内常用的CAPP软件 开目CAPP系统天河CAPP系统西工大CAPP系统 大天CAPP系统山大华特CAPP系统思普CAPP系统开目CAPP系统开目CAPP系统是武汉开目集成技术有限 责任公司的产品。在编辑工艺内容时可以查询系统提供 的各种字符库、

12、工程符号库以及企业 的各种工艺资源库。提供了用于 材料消耗定额计算和工时定额计算 的公式管理器。天河CAPP系统主要功能特点：1.“所见所得”，高效适用。2.实时支持企业卡片标准的更新。3.可满足企业的工艺设计要求。4.自动汇总及报表。5.提供二次开口接口，满足集成要求。天河CAPP的功能 7.方便建立企业工艺管理模型。8.天河CAPP系统提供安全、实用、完善的 权限系统、保证用户工艺数据的安全。西工大CAPP系统西工大CAPP系统是杭州浙大大天信息有限 公司的CAPP的产品。可进行工艺过程卡及 其工序卡的设计，自动设计生成管理用工艺文件，并对整个工艺设计流程进行控制和管理。系统基于分布式数据

13、库设计，采用自顶向下的工艺设计与管理，支持产品零件不同工艺的并行设计，内置GS-ZDDS二维绘图工具。思普CAPP系统思普CAPP系统是上海思普信息有限 公司的CAPP的产品。思普工艺设计主要包括五个部分:SIPM/BASE基础数据维护系统、SIPM/CCPM工艺卡片格式定制系统、SIPM/PPCD工艺设计系统、SIPM/CAD工序图绘制系统、SIPM/PPDM产品数据管理系统。山大华特CAPP系统WIT-CAPP是山东山大华特软件有限公司 自主开发的工艺设计与管理系统。它基于产品结构进行工艺数据管理，工艺文件有版本管理，支持分布式协同的工作模式，提供二次开发工具。CAPP发展现状发展现状 C

14、APP与CAD的零件信息输入问题，直接关系CAPP系统能否真正实现实用化和商品化 CAD/CAPP/CAM集成理想方法：用通用数据结构规范产品设计与制造全过程的产品定义模型 机械制造业迫切需要研究开发新型CAD系统，建立CAD，CAPP，CAM统一的零件模型1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展现状发展现状 工艺设计是个性很强工作 CAPP 系统通用化需解决CAPP 系统结构和方法上的许多基础问题，如：使CAPP所用的工艺决策工艺决策规则规则与系

15、统各工艺决策模工艺决策模块块完全独立，修改和添加有关规则而不必修改源程序就能满足不同用户的需要；对工艺设计进行规范化和标准化工作；建立通用化、标准化和开放性的工艺数据和知识库1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展现状发展现状 CAPP应用环境千差万别 系统应同时具有基于典型工艺或实例的检索式设计功能，基于实例的派生式设计功能与基于知识的创成式设计等功能满足不同用户 系统不但能生成面向普通机床的工艺文件，还应能生成面向数控加工环境的工艺文件，输出各

16、种格式的工艺文件 1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展现状发展现状 CAPP系统所需工艺知识与规则，包括工艺决策逻辑、决策习惯、经验、规则，工艺决策知识的收集和整理是建立CAPP专家系统最基本和最重要的工作之一 组织和管理工艺决策所用的数据信息，使之适用于各种不同的企业和产品，并便于扩充和维护，是目前CAPP系统需要迫切解决的问题1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的

17、工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展现状发展现状 研究CAPP专家系统开发工具使系统具有柔性和通用性；开发基于神经元网络的CAPP系统使系统具有自适应、自组织、自学习和联想记忆功能，并避免推理过程中的组合爆炸；建造基于实例与知识的CAPP系统，使系统能从已设计过的实例中自动总结、归纳和记忆有关经验（即知识），并以此为基础进行工艺设计，从而提高系统的工作效率1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展现状发展现状 工序

18、尺寸的计算与确定（包括毛坯尺寸确定），以及参数化的基于特征的工序图生成方法，成为目前CAPP要解决的重要问题 1）CAPP系统零件信息的描述与输入2）CAPP系统的通用性3）系统的柔性4）工艺数据库与知识库的建造5）探索有效的工艺决策方法和系统结构6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成CAPP发展趋势发展趋势（1）集成化趋势（2）工具化趋势（3）智能化趋势（1）集成化趋势）集成化趋势集成化系统优势：与CAD系统集成从根本上解决CAPP系统的零件信息输入问题 集成化系统采用统一的数据规范便于对各种数据的统一处理集成化是CAPP系统的一个重要发展趋势 CADCAPPCAM工艺设计信息：工艺设计信息

19、：对工步全面、工步全面、详细的的规范描述，范描述，输出符合出符合 NCNC加工的工加工的工艺原原则数数控加工工序决策控加工工序决策结果果零件详细信息零件详细信息 零件的几何工艺特征零件的几何工艺特征 集成化指CAD/CAPP/CAM的局部集成（2）工具化趋势）工具化趋势工艺设计的共性与个性工艺设计的共性与个性分开处理分开处理 工艺决策方式多样化工艺决策方式多样化具有功能强大、使用方具有功能强大、使用方便和统一标准的数据与便和统一标准的数据与知识库管理平台知识库管理平台智能化输出智能化输出 工具化思想主要表现：共性主要包括：推理控制策略和一些公共算法以及通用的、标准化的工艺数据与工艺决策知识 个

20、性主要包括：与特定加工环境相关的工艺数据及工艺决策知识 具有友好统一的人机工作界面 具有功能强大、便利的数据与知识库管理系统，便于用户对各种工艺数据与知识的获取、表达、管理与维护 系统可按标准格式输出各种工艺文件，还可输出由用户自定义的工艺文件 单一的推理控制策略不能满足用户的需要，系统应能给用户提供多种工艺设计方法（3）智能化趋势）智能化趋势 依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对CAPP的需要的需要 专家系统技术以及其它人工智能技术在获取

21、、表达和处理各种专家系统技术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性给知识的灵活性和有效性给CAPP系统的发展带来生机。人工智能系统的发展带来生机。人工智能技术已越来越广泛地应用于各种类型的技术已越来越广泛地应用于各种类型的CAPP系统之中系统之中 基于人工神经元网络的基于人工神经元网络的CAPPCAPP系统系统基于实例与知识的基于实例与知识的CAPPCAPP系统系统 ANN（人工神经网络，Artificial Neural Network）理论是近年来得到迅速发展的一个国际前沿领域，也为解决现有CAPP系统存在的问题开辟了新的途径 基本原理：通过系统本身的工艺设计实例来“自我”总结、组织、学习和更新工艺设计“经验”，当经验积累到一定程度时，系统将成为一个“聪明的设计者”谢谢观赏