计算机辅助工艺规程设计

　　一、概述

　　工艺规程设计是一种需要大量时间和经验的工作，随着产品制造中采用了计算机辅助设计(acd)和计算机辅助制造(cam)，作为连接产品设计和制造的中间环节，工艺过程的设计也必须实现自动化才能与之相适应，计算机技术的发展为在工艺领域中实现工艺设计自动化提供了可能，而成组技术的实施为工艺设计自动化奠定了技术基础。通过向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程，称为计算机辅助工艺规程设计(capp)。采用计算机辅助工艺规程设计不仅能减轻工艺人员的重复劳动并显著提高工艺设计的效率，而且将更可靠和更有效地保证了同类零件工艺上的一致性，所以capp在国内外正引起越来越多的重视和研究，一些先进实用的系统在技术发达的国家中已得到广泛的应用，并取得了很好的效果。

　　capp最初的低级形式仅是用于工艺规程的检索和管理，即利用计算机来存取己有的单独工艺，需要时计算查询和检索。在成组技术的基础上，capp逐步发展成能通过修改编辑功能而在己有的标准工艺过程基础上生成新的零件的工艺过程。目前，世界各国又在致力于开发新的工艺设计系统，这种系统能直接输入零件图形和加工要求，通过系统的逻辑判断功能，自动地直接生成零件的工艺过程。

　　按照capp的基本原理和方法，可分为两种:修订式(派生式)和创成式。

　　二、修订式(派生式)capp系统

　　1．修订式capp系统的基本概念

　　修订式工艺规程设计系统利用零件相似性来检索现有工艺规程。能被一个零件族使用的工艺规程称为标准工艺规程。一个标准工艺规程是以它的族号作为关键字而永久地存储在数据库中。它能包括的细节是没有限制的，但是它至少必须包括一系列的制造步骤或工序。当检索到一个工艺规程时，通常需要一定程度的修订，以便把它用到一个新零件上。

　　修订式系统的检索方法及逻辑基础是划分零件为零件族。这样就可以对每一种零件族确定出通用的制造方法，而这种通用的制造方法都表示成标准工艺规程。

　　标准工艺规程检索的机理是以零件族为基础的，一个零件族可用一个零件族矩阵表示，这个矩阵则包括所有可能的元素。后面将讨论这种零件族矩阵的结构。

　　2．零件族的建立与特征矩阵

　　在一个工艺规程设计系统中，零件族的形成是以产品零件的制造特征为基础的。把需要相似工艺过程的那些零件归并成同一个零件族。对于工艺规程设计，形成零件族的通用规则是：在一个零件族中，所有的零件必须要求相似的工艺规程。这样整个零件族才可以共有一个标准的工艺规程。

　　零件族的建立是根据成组技术原理进行的。如前所述零件族(组)的划分方法有视检法、生产流程法和分类编码法三种。

　　下面介绍分类编码法。

　　利用成组技术中所述的特征码位法和码域法已可以为零件划分零件族，但为了便于应用计算机进行存储和检索，通常还需用“特征矩阵”来描述零件或零件族的特征。

　　采用特征矩阵法对零件进行分组的原理是依据每个零件的代码均可用矩阵来表示。如代码为130213411的零件可用图10-12所示的矩阵来表示；而一个矩阵可表示一个零件族。如图10-13所示。

　　零件族的矩阵，亦即码域，是表示含有一定范围的零件特征的矩阵。根据分组要求，可以确定若干个特征代码矩阵，作为划分零件组的依据。为了将特征矩阵转变为计算机容易识别的形式，可将特征矩阵的每一列作为一个数来处理，如图10-18所示之特征矩阵，第一列可记为1100000000，第二列可记为1111100000，……，由此类推，这个特征矩阵就变为九个十位数。每个特征矩阵都可用这样一组数据来表示，并以文件形式存储在计算机中。称之为特征矩阵文件。

　　分组时，将零件代码与特征矩阵进行比较，如果与零件代码各个位的数值相对应的矩阵位置上均为l，则认为该零件与此矩阵匹配，该零件就分入这个组;如果在与零件代码相对应对的矩阵位置上不是l，而是0，则认为该零件与此矩阵不匹配，该零件就不能分入这个组。对零件分族(组)和检索零件族就是以这一原理为基础的。

　　为了适应计算机的运行，标准工艺规程的内容(如工序、工步内容、机床、工具名称等)均需一定的代码。因此，存入计算机的标准工艺实际就是各种工艺代码的有序集合。至此，我们已有了零件族矩阵，各种工序代码以及它们合理的有序组合亦即标准工艺规程。下一步就是按计算机能解释的方法将它们存储起来，以便以后将这些信息用于新的零件。

　　3．数据库结构

　　实际应用的修订式工艺规程设计系统，所需要的信息量是相当大的，它要检索成千上万的零件及工艺规程。所以修订式系统中的数据库起着重要作用。数据库是一组互相参照的数据文件，它包括应用中需要的所有信息，同时也可由几种不同的程序各为其具体的应用存取数据。有三种方法可以用来建立数据库，层次式、网格式、关系式。这是简单介绍采用层次式来建立数据库。

　　在这类数据库中，每个零件族均按其族号寻找零件族矩阵。零件族名和族矩阵均作为记录被存储在数据库中。标准工艺规程与每一个零件族相联系，族矩阵用一个指针连接下一个文件中的位置。标准工艺规程是由一组工序代码表示的，每一个工序代码都有一系列具体操作存储在下一级。每一级的数据都存储在一种数据文件中，所以这种修订式系统的数据库需要三种类型的数据文件：零件族矩阵文件；标准工艺规程文件；工序代号文件。

　　工序代码文件与标准工艺规程文件相似，只是它具有与标准工艺规程文件相连接的指针。因为标准工艺规程文件的记录和工序代码文件的记录有“一对n”的关系，所以，在工序代码文件中保持“指出来源的指针”是很必要的。这种结构使文件更容易维护。

　　4．搜索过程

　　修订式系统的本质是为相似零件检索标准工艺规程。标准工艺规程是按零件族建立的，所以要对标准工艺规程检索，首先要检索该零件所属的零件族，也就是零件族矩阵，确定要编工艺的零件属于哪一个零件族。

　　对零件族矩阵的搜索可以看作是零件族与给定的零件代码相匹配的过程。零件族矩阵可以看作是一个筛子，矩阵元素为1的地方就像是筛孔，如果一个零件的代码全能通过筛孔，这个零件就属于这个零件族。

　　搜索的结果是检索到一组工序代码表示的标准工艺规程。这个标准工艺规程在使用前常需作某些修改。工序的具体操作也可以被检索出来，并取代标准工艺规程中的工序代码，最终的工艺规程还需作一些人工修改。

　　5．工艺规程编辑及参数选择

　　在工艺规程发到车间之前，需要对标准工艺规程进行某些修改，同时必须把加工参数加入到这个工艺规程中去。工艺规程的编辑有两种含义：一是数据库中对标准工艺规程进行编辑；另一个是对某个零件的工艺规程的编辑。编辑标准工艺规程，意味着对存储起来的这个为标准工艺规程影响到这个零件族中的所有零件。

　　编辑某个零件的工艺规程，是一个临时性的改变，对零件族中的其它零件没有影响。在编辑过程中，需要修改标准工艺规程，以适应某一零件的特殊要求。可能要删除一些工序，也可能要增加一些工序。在这个阶段通常使用一个文本编辑程序。

　　一个完整的工艺规程不仅包括工序，而且也包括加工参数。加工参数可在加工参数文件中查出，也可以利用优化技术计算得出。第一种方法较简单，因此修订式系统申都有加工参数文件。加工参数文件根据存储方式不同可分为:①循环存取文件，即数据按顺序存取或从软盘上按顺序连续读出数据。②随机存取文件，即把文件分成若干个记录，从零号开始编号，把它们存放在磁盘中的一个指定区域，每个记录都有相应的存放位置，只要告诉计算机文件名和记录号，就可随意存取某一记录。

　　顺序存取方式比较简单，不必关心哪个记录存放什么内容，从头开始，逐个按顺序存放；随机存取方式，虽然存时比较麻烦，要编记录号，但以后调用和修改时比较方便，而且速度快。

　　三、创成式capp系统

　　创成式是另一种类型的capp系统。它直接根据输入的图形信息和加工信息，生成新的工艺规程。这种方法的主要特点是计算机中并没有预先存入“标准工艺规程”，而是存储了大量的各种各样的逻辑原则和决策方法，当系统输入零件图形后，计算机分析其几何要素并进行逻辑判断和决策，生成新的工艺规程，并使其优化。

　　从理论上讲，创成式工艺规程设计系统是一个完备的高级的系统，它拥有工艺设计所需要的全部信息，在其软件中包含着全部决策逻辑，因此使用方便，无需准备阶段。但是因为工艺过程涉及的因素较多，开发完全自动生成工艺过程的创成式系统还存在许多技术上的困难，目前大多处于研究阶段。

　　许多capp系统采用以修订式为主创成式为辅的半创成式，如工序设计用修订式，而工步设计用创成法，两种方法相结合在使用中取得了较好的效果。