1 前言

CAPP(计算机辅助工艺过程设计)可以提高工艺过程设计的质量, 促进工艺过程的优化和标准化。capp系统的开发和应用, 可从根本上改变传统的工艺过程设计的落后状况, 使众多的工艺人员从繁琐重复的计算、编写中解脱出来,从事新工艺、新技术的研究工作。capp还是连接cad与cam的桥梁, 是实现计算机集成制造系统(cims)的关键环节。所以, capp系统的研究受到国内外的广泛重视, 并已研究开发出多种多样的capp系统。

capp开发工具是capp系统的生成环境。通过开发工具可以快捷、方便地建立实用的capp系统, 从而为capp系统的普遍应用提供高效而方便的自动化手段和支持。capp系统的开发涉及的因素很多, 使用的数据量和信息量非常庞大。重型机械主要是单件小批量生产, 且零件结构复杂, 类型很多。重型机械的生产厂家较多, 各厂的产品种类、生产批量、生产设备、技术力量、工艺方法和工艺习惯又各不相同。通过分析发现, 重型机械零件的capp 系统在许多方面(例如, capp系统所需工程数据库的基本内容、capp各阶段的决策逻辑、系统输入、输出等) 有着共同的实现基础, 因此有必要开发一个面向重型机械零件的capp系统智能开发工具。

2 开发工具的研究方法

重型机械零件capp系统智能开发工具—zjcappdt 系统采用系统工程和软件工程的方法, 设计重型机械零件capp 系统的标准构件,采用构件组装技术,自动生成重型机械零件capp 的实用系统。用户能通过选择构件及组合实现重型机械零件capp 系统的功能重构, 快速生成满足用户需要, 面向生产实际的重型机械零件capp 系统, 而用户自己无须编程或只做少量编程。设计标准构件的基本策略是:

(1) 构件独立原则。应尽可能使构件自身功能内聚, 构件和构件间数据耦合, 从而提高构件组合的可靠性。

(2) 信息隐藏原则。构件所包含的局部信息是“私有”的, 对于不需要这些信息的其它构件而言, 其内部数据和过程是不可见的。

(3) 构件可重用原则。构件的分类、组成和结构应能满足灵活构造capp 实用系统的需要。即可以通过构件的组合, 快速生成满足用户需要, 面向生产实际的capp 系统。

采用构件合成技术的capp 开发工具有以下几个优点:

(1) 易于实现重型机械零件capp 实用系统的重构。采用标准构件的构件合成技术使实用系统的结构与求解问题的数据库结构相对应, 系统的开发侧重于结构设计, 而不是控制流设计。系统结构清晰, 易于实现, 当构件数目较多时, 易于保证构件合成capp 系统的正确性。

(2) 构件易于构造和维护。由于构件独立及信息隐蔽, 每一个构件的功能单一。构件的构成基于对数据库的某种操作, 大大简化了构件的复杂性, 便于构件的构造和维护。

(3) 用户界面友好。由于采用构件组装技术, 使用户可以介入到重型机械零件capp 系统的设计、使用和维护等软件生命周期的每一阶段, 可以充分发挥他们自身的优势。

3 capp 系统的结构分析

由于重型机械零件的结构复杂, 生产工艺也复杂, 重型机械零件capp 系统在零件的描述、工艺过程生成及工艺文件输出等方面也有着不同于其它capp 系统的特点。忽略重型机械零件capp 系统之间的差异, 抽取其共性, 可得到典型重型机械零件capp 系统的结构,如图1所示。

4 capp 系统标准构件的划分

抽象上述重型机械零件capp 系统的结构,我们对其进行构件划分, 即可得到基于标准构件的重型机械零件capp 系统开发工具———zjcappdt 系统。该系统主要组成如图2 所示。

(1) 知识库开发及管理构件。该构件用于帮助用户决定知识表达方式、选取知识、建立知识库并对知识进行一致性和冗余度检验, 以及对知识库进行管理, 提出适应于开发和描述的工艺决策知识、制造资源选取知识、零件描述信息、工艺参数优化运算等, 以形成不同类型和不同层次的capp 系统知识库。

(2) 零件描述和信息输入构件。其子构件有: 人机交互输入构件、零件信息标准数据库检索构件和与cad 系统集成, 进行零件信息输入的构件。考虑到重型机械零件的特点, 设计了一个零件信息标准数据库, 存放重型机械零件信息的有关国家标准。符合国家标准的零件信息可以直接从零件信息标准数据库中检索得到, 而人机交互输入构件用于用户输入各种在零件标准数据库中没有的零件信息。与cad系统集成的构件可以使重型机械零件capp 系统直接从cad 系统中获得零件描述信息。

(3) 工艺过程生成构件。该构件是zjcappdt 的核心构件, 其功能是生成重型机械零件的工艺过程。考虑到重型机械零件和开发工具的特点, 工艺过程生成构件又由派生式生成工艺过程、混合式生成工艺过程和智能式生成工艺过程即推理机子构件等构成。针对不同类型、不同特点的重型机械零件, 用户可选择采用检索式、混合式进行工艺过程设计, 也可以选用推理机进行智能设计, 或综合几种方法生成重型机械零件的工艺过程。用户在使用本工具组合实用的重型机械零件capp 系统时, 可根据本企业的具体情况及生产特点, 选择其中一个、几个或全部子构件来进行组装, 形成本企业重型机械零件capp系统的工艺过程生成模块。

(4) 制造资源管理构件。该构件提供各类设备、工具、夹具和量具数据库及其管理系统。用户可借助该构件方便地建立起本单位的制造资源数据库, 供工艺决策和生产调度时使用。

(5) 智能解释模块构件。当启动推理机进行工艺过程的智能设计时, 该构件生成的智能解释模块能对工艺设计各阶段的推理决策作出明确的解释, 以用户理解的形式说明推理过程, 产生结论的理由并回答用户提出的问题; 帮助用户查找产生错误结论的原因; 帮助用户建立系统、调试系统, 还可为用户提供相关知识。

(6) 零件信息标准数据库生成构件。各种重型机械零件的国家标准信息存储在零件信息标准数据库中。本数据库为开放性的, 用户在组装系统时可在数据库中添加零件信息或对已有信息进行删改等。

(7) 工艺过程输出构件。其子构件有: 工序图输出构件; 工艺文件输出构件; nc 加工指令输出构件等。用户可以利用该构件将已生成的工序图、工艺文件和nc 加工指令输出到计算机屏幕上或通过打印机输出。

(8) nc 加工指令生成器构件。本构件为使用数控加工的工序而设计, 其功能主要有: ①按工步决策自动生成nc 加工控制指令。② 为加工过程动态仿真提供必要的数据。③ 对已有的nc 加工控制指令进行语义、语法检查, 并对其加工过程进行动态模拟, 以检查加工指令的正确性。

(9) 加工过程动态仿真构件。加工过程动态仿真是一项十分重要的工作。通过仿真, 可以检查零件加工过程中可能存在的不合理现象以及干涉和碰撞现象, 通过图形和工艺参数的显示, 形象直观地仿真零件的加工过程。

5 结论

基于标准构件的重型机械零件capp 开发工具的研究是一项开拓性的工作。由于工艺过程设计本身就是一项复杂的多层次、多任务的决策过程, 所以开发一个重型机械零件capp 系统开发工具的工作量是相当大的。我们采用系统工程和软件工程的方法, 充分分析重型机械零件的结构特点和生产特点, 结合实际重型机械零件企业所开发的capp 系统, 确定了重型机械零件capp系统的标准构件及其相互关系模型, 并建立了重型机械零件信息标准数据库。这大大减少了用户在生成实用的重型机械零件capp 系统时的工作量, 缩短了系统的研制周期, 提高了工艺过程设计的效率。为重型机械零件capp 系统的研究开发者提供了一个通用开发平台。