基于实例的工艺决策方法的ecCAPP应用

2015-03-15李晶晶仲梁维石海林范光耀

通信电源技术 2015年6期

李晶晶，仲梁维，石海林，范光耀

（上海理工大学机械工程学院，上海200093）

1 基于实例的工艺决策方法概述

基于实例的工艺决策方法主要由实例信息管理、实例匹配与抽取、实例筛选与修改、实例获取、实例管理五部分组成。其基本流程由图1所示。当有新零件需要设计工艺路线时，首先需要工艺人员交互地输入零件信息，继而利用推理算法找到实例库内相似的实例零件，对其工艺文件进行必要的修改，最后得到新零件的工艺路线。在整个过程中，实例库是核心数据库，主要负责实例匹配后进行实例抽取以及随时获取新的实例。实例管理是一个最重要的模块，其主要任务是创建实例库，并对实例库进行扩充、更新和修改，而且实例的抽取方式与实例的管理方式有密切关系。

图1 基于实例的工艺决策方法基本流程

2 零件信息描述方法

2.1 零件信息

零件信息是指工艺设计系统所需的有关工作对象的规范化描述，是派生式CAPP进行工艺设计的重要依据。由于计算机尚不能智能地识别图纸上所有的信息，因此有必要建立相关的数据结构来描述零件信息。零件信息的描述就是把零件的几何形状、技术要求和其他相关设计信息转换为计算机可以识别的信息过程。只有零件信息描述得完整、准确，派生式CAPP在决策和推理过程中才有较高的精确度。因此它是整个系统的质量和效率的关键因素。

一种好的零件信息描述方法可以增强CAPP系统的实用性，提高工艺设计的工作效率。其应该满足以下要求：（1）无歧义，即信息描述要准确、简明；（2）完整，即信息描述要完整、无遗漏；（3）统一，即输入的零件信息能被后续的各种工艺决策程序识别和处理；（4）简易，即易于用户理解和掌握；（5）可扩充，即用户可以根据需要进一步地组织和扩充。

2.2 零件信息模型

ecCAPP系统以特征分类为前提，以特征为基本单元，建立了层次化零件特征模型。由图2可见，零件总体信息中包括材料类型、热处理以及毛坯类型，这些信息的内容随着企业生产产品的不同而不同，工艺人员需要交互式的输入这些信息。当然，总体信息中还包括产品名称和图号、零件名称和图号等基本信息，这些信息是随着PDM系统导入零件信息时同时导入的，不需要做过多的处理。

图2 零件信息模型

3 编码库

建立零件信息模型的目的是为新零件与典型零件做匹配打下基础，但是如果零件信息以复杂的文字来表述，会给零件匹配带来很大困难，同时也不利于零件信息的标准化。零件在做匹配时，系统内部实际是两个零件的编码互相做匹配，可以节省大量的匹配时间。工艺管理人员可以在编码库中随意添加各类信息的内容，并对其自由编码和自主管理。当为一个新零件添加零件信息的时候，工艺人员就不必费时费力地输入中文字符，系统会自动从编码库中调出所对应零件信息类型的所有内容，工艺人员只需要在下拉框中点选，选择完毕以后，系统在后台自动转换成编码形式，等待匹配。

图3是编码库热处理内容管理的用户界面。界面左边将库内已经存在的热处理方式显示出来。以第一条为例，调质是热处理方式的名称，括号中的数字就是调质的编码。界面左边用于添加新的内容，用户在代码栏中输入数字，在描述栏中输入具体内容，单击“提交”，即添加成功。图4是零件信息的输入界面。用户点击热处理的下拉框，就可以看到存在于编码库中的5种热处理方式及其相对应的编码。编码库的存在极大地方便了用户的操作，同时有利于实现系统的规范化。

图3 编码库

图4 零件信息输入界面

4 主辅特征的匹配方法

在进行主特征和辅特征的匹配时，可以被判定为“匹配”的条件是：（1）新零件和实例零件所对应的特征类型相同，例如同为圆柱面或退刀槽等。（2）新零件和实例零件所对应的特征的粗糙度相同。

图5 主辅特征匹配算法示意图

根据图5，以两个双向阶梯轴零件为例，说明整个匹配过程的具体步骤：

（1）将新零件最左边的01号的主特征及辅特征与实例零件最左边的01号主特征及辅特征进行匹配。

（2）将新零件最右边的n号的主特征及辅特征与实例零件最右边的n号主特征及辅特征进行匹配。

（3）将新零件的最大即m号主特征及辅特征与实例零件的最大即m号主特征及辅特征进行匹配。

（4）从新零件的02号主特征开始，到最大主特征的前一个即m-1号主特征为止，逐一与实例零件相对应的主特征和辅特征进行比较。

（5）从新零件最右边倒数第二个即n-1号主特征开始，到最大特征的后一个即m+1号主特征为止，逐一与实例零件相对应的主特征和辅特征进行比较。

在进行匹配时，首先将新零件的主特征与实例零件相对应的主特征进行匹配，如果主特征匹配成功，再进行两个辅特征的匹配；如果主特征不匹配，则从属于该主特征的辅特征就不匹配。

5 从SolidWorks中直接获取零件特征信息

随着机械设计类三维软件的广泛应用，许多企业在设计产品时都会绘制产品的三维零件图，一般使用的软件包括SolidWorks、CATIA、Pro／E等等。在这些三维设计软件中，特征是建模的基础。在绘制用于工艺设计的三维零件图时要站在工艺设计的角度上创建特征，各个特征的组合体就形成了零件，这就是基于特征的造型准则。创建零件的三维零件图，实际上就是把提取零件特征信息的问题转变成了提取零件三维图的特征树的问题。在此以SolidWorks例，说明此方法的整个过程。

图6描述了从SolidWorks中直接获取零件特征信息的基本流程。首先在SolidWorks中建立某个零件的三维图。这里要注意的是，绘制零件图时要站在工艺设计的角度上，即顺着特征的生成顺序来建立零件，这样就可以保证SolidWorks零件树中包含所有的特征。接下来就需要修改特征树中的特征名字。在SolidWorks中生成一个特征时，特征树中的特征名是自动生成的，例如“拉伸1”、“拉伸切除2”等。这里要将这些特征名重命名，修改成符合本系统规定的命名原则。本系统的特征命名原则是：“主特征号，是否主特征，特征名，粗糙度”。其中，“主特征号”即主特征编号。如果该特征是辅特征，则输入其依附的主特征编号。“是否主特征”用于判断该特征是主特征还是辅特征，若是主特征则输入“0”，若是辅特征则输入“1”。“特征名”即为该特征在编码库中相对应的名称。“粗糙度”就是该特征的粗糙度，若是辅助特征则缺省不填这一项。在产品设计阶段将特征树中的特征名字重命名不但有助于CAPP系统直接提取零件的特征信息，同时也可以帮助产品设计人员在产品设计时随时可以考虑到该零件的工艺性。完成以上步骤以后，用户可以运行一个执行性文件，该程序负责将SolidWorks文件特征树中的特征名字提取出来，并将这些内容保存在一个TXT文档中。CAPP系统导入这个TXT文档，读取其中的内容，然后得到该零件的特征信息并将其转换为编码库中对应的编码。其最后的结果与用户交互式地输入零件特征是一样的。

图6 从SolidWorks中直接获取零件特征信息基本流程

Set sw App=CreateObject（"sldworks.application"）＼＼创建sldworks对象

Set Part=sw App.OpenDoc6（Text1.Text，sw-DocPART，0，""，fileerror，filewarning）＼＼创建文件对象

sw App.OpenDoc6 Text1.Text，sw DocPART，0，""，fileerror，filewarning＼＼打开指定文件对象

Set Feature=Part.FirstFeature（）获取特征树各级名称

Open"D：＼JSP＼project＼capp-ss-struts＼Solid-Worksfiles＼1.txt"For Output As＃1 Do While Not Feature Is Nothing

If Feature.Get TypeName2（）="Chamfer"Then Print＃1，Feature.Name＼＼判断是否为特征

If Feature.Get TypeName2（）="Fillet"Then Print＃1，Feature.Name

……

Set Feature=Feature.GetNextFeature（）’Get the next feature＼＼读取特征名称

6 操作过程

下面介绍从SolidWorks中直接获取零件特征信息的整个界面操作过程。

首先在SolidWorks中建立零件的实体模型，同时修改特征树中的特征名称，如图7所示。

图7 在SolidWorks中建模并修改特征名称

然后打开浏览器，进入ecCAPP系统，单击某零件，进入添加特征信息的页面，如图8。单击“导入特征信息”按钮，网页上会显示如图9示的界面。单击“运行”按钮，即运行VB程序，提取选定的SolidWorks文件中的相关特征名称。在图10的界面中选取要操作的SolidWorks文件后，单击“确定”按钮。当出现如图11中的提示信息，即表示提取完成，单击“是”按钮，回到原来的页面中。所有该文件的特征名称被保存在了一个TXT文档，见图12。

导入完成以后，单击“读入TXT文档”按钮，系统自动读入TXT文档中的内容，并将特征名称转换为特征编码，最后把这些编码赋给该零件并显示在页面上，如图13。