回转体零件智能化CAPP系统的设计与实现
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摘要
工艺设计是连接产品设计与制造的桥梁，计算机辅助工艺设计(CAPP)作为工艺设计的计算机实现方式，是CAD／CAM集成乃至实现CIMS的关键技术。但与CAD、CAM相比较，CAPP的应用、研究与发展相对滞后。一方面是因为工艺设计方法迄今缺乏良好的理论和坚实的科学基础，另一方面是因为CAPP系统的运行对加工环境的依赖性强，制约着自身的应用与发展。不论是从其自身发展的角度考虑，还是从与其它技术实现集成的角度来考虑，CAPP系统必须具备良好的环境适应能力。
本文以在智能化基础上实现回转体零件CAPP系统柔性化为目标，对其实现过程中的技术方法进行了研究，开发了一个智能化的回转体零件CAPP原型系统。主要内容包括总体结构设计、零件信息的描述与输入、工艺数据库和工艺决策推理设计等几部分。
借签专家系统中推理与知识分离实现问题求解的技术方法与思想，完成了系统总体设计和功能模块划分。
在对回转体零件构成特性分析的基础上，采用形面描述法的思想实现了零件形面要素的定义、编码及其描述参数的确定。构造了零件信息模型，并以此模型为基础完成了零件信息的输入与存储设计。
提出基于关系数据库的工艺决策模型，实现了工艺知识数据与工艺决策程序的相对分离。以此模型下工艺决策推理的实现为目标，用实体一联系法对工艺知识数据进行了分析、整理和结构设计，用关系数据模型实现了工艺知识的表达与存贮。
根据系统总体结构和设计目标，按正向分级推理的方法实现了工艺决策推理各功能模块的设计。系统中不仅工艺知识与工艺决策程序分离，能适应不同加工环境下工艺知识的更新与维护，而且其零件信息输入模块、工艺数据库可完全用于其它同对象的系统中，柔性化程度高。
系统使用Visual Basic6.0开发，运行于中文Windows环境下。实例零件运行表明，系统结构合理、人机界面友好、决策过程透明、易于扩充维护。研究结果对CAPP技术的理论研究和应用发展有一定的现实意义。
Process planning is the bridge which link product design with manufacture. CAPP as Computer realizing way for process planning, is the critical technology to realize CIMS and CAD/CAM integration. However its application study and development relatively lag CAD and CAM. The reason lies in two facets: the one is that process planning is not supported by better theory and firm scientific foundation, the other is that CAPP system's depending on works environment limits itself application and development. Considered from its own development as well as integration with other skills, CAPP must possess the capacity of fitting various situation. To adapt to the trend, referring to the idea of experts system that knowledge is separated from deduce procedure, a generative CAPP prototypes system for turning parts was studied and designed, which included the creation of system structure. Description and input of parts process database, and process deduce and illation etc.
On a basis of analyzing turning parts' composing characteristic, adopting the form describes, the form factor's definition & coding for parts was realized, the information model of parts was formed, and the inputting design of parts information was accomplished. Foundation of analyzing the inner relation between processing design and knowledge needed, using relation list, process knowledge data's expression & saving was realized. Still in term of process knowledge structure and designing goal, taking advantage effacing illation, classification, the procedure design of process decision was achieved. In system not only the process knowledge & decision procedure apart can suit for updating & protecting of process knowledge in different environment, but also the inputting module of parts information & process database can be used in other similar system.
The system uses Visual Basic 6.0, and runs in Chinese Windows, which makes it has a reasonable structure & perfect interface, also makes it easy to amplify & protect. The running consequence can ultimately realize our designing target.
本文以在智能化基础上实现回转体零件CAPP系统柔性化为目标，对其实现过程中的技术方法进行了研究，开发了一个智能化的回转体零件CAPP原型系统。主要内容包括总体结构设计、零件信息的描述与输入、工艺数据库和工艺决策推理设计等几部分。
借签专家系统中推理与知识分离实现问题求解的技术方法与思想，完成了系统总体设计和功能模块划分。
在对回转体零件构成特性分析的基础上，采用形面描述法的思想实现了零件形面要素的定义、编码及其描述参数的确定。构造了零件信息模型，并以此模型为基础完成了零件信息的输入与存储设计。
提出基于关系数据库的工艺决策模型，实现了工艺知识数据与工艺决策程序的相对分离。以此模型下工艺决策推理的实现为目标，用实体一联系法对工艺知识数据进行了分析、整理和结构设计，用关系数据模型实现了工艺知识的表达与存贮。
根据系统总体结构和设计目标，按正向分级推理的方法实现了工艺决策推理各功能模块的设计。系统中不仅工艺知识与工艺决策程序分离，能适应不同加工环境下工艺知识的更新与维护，而且其零件信息输入模块、工艺数据库可完全用于其它同对象的系统中，柔性化程度高。
系统使用Visual Basic6.0开发，运行于中文Windows环境下。实例零件运行表明，系统结构合理、人机界面友好、决策过程透明、易于扩充维护。研究结果对CAPP技术的理论研究和应用发展有一定的现实意义。
Process planning is the bridge which link product design with manufacture. CAPP as Computer realizing way for process planning, is the critical technology to realize CIMS and CAD/CAM integration. However its application study and development relatively lag CAD and CAM. The reason lies in two facets: the one is that process planning is not supported by better theory and firm scientific foundation, the other is that CAPP system's depending on works environment limits itself application and development. Considered from its own development as well as integration with other skills, CAPP must possess the capacity of fitting various situation. To adapt to the trend, referring to the idea of experts system that knowledge is separated from deduce procedure, a generative CAPP prototypes system for turning parts was studied and designed, which included the creation of system structure. Description and input of parts process database, and process deduce and illation etc.
On a basis of analyzing turning parts' composing characteristic, adopting the form describes, the form factor's definition & coding for parts was realized, the information model of parts was formed, and the inputting design of parts information was accomplished. Foundation of analyzing the inner relation between processing design and knowledge needed, using relation list, process knowledge data's expression & saving was realized. Still in term of process knowledge structure and designing goal, taking advantage effacing illation, classification, the procedure design of process decision was achieved. In system not only the process knowledge & decision procedure apart can suit for updating & protecting of process knowledge in different environment, but also the inputting module of parts information & process database can be used in other similar system.
The system uses Visual Basic 6.0, and runs in Chinese Windows, which makes it has a reasonable structure & perfect interface, also makes it easy to amplify & protect. The running consequence can ultimately realize our designing target.
引文
[1]戴同主编，CAD／CAPP／CAM基本教程，机械工业出版社．1997．3
[2]徐梦苏，怎样建立实用的计算机集成化制造系统(CIMS)，微型计算机开发与应用．1991．6(1)1～8
[3]熊光楞、吴祚宝、徐光明，计算机集成制造系统的组成与实施，清华大学出版社．1996．11
[4]宁汝新、赵汝嘉、欧宗瑛，CAD／CAM技术，机械工业出版社．1999．10
[5]张庆云，CAPP的意义与发展，机械设计与制造．1991．2：49～53
[6]王世杰、李五常、刘国忠等，提高CAPP系统整体开放性的研究，机械设计与制造．1993．5(34)：34～36
[7]王春山，计算机辅助工艺过程设计的型式及应用。机械设计与制造．1991．1
[8]朱承峰，论CAPP系统的应用模式，机械制造．1990．9(6)：6～7
[9]李治钧、杨蜀蓉、王杰，专家系统应用于CAPP创成法的探讨，成都科技大学学院．1990．3(51)：59～62
[10]王先逵、胡广华，用人工智能专家系统技术制造CAPP系统，机械设计与研究．1997．5：15～19
[11]刘长安，开发面向企业的专家系统CAPP，机械制造．1992．3(23)：23～25
[12]张庆云、费玉石，CAPP的发展与内涵延伸，机械设计与制造．1992．1 50～51
[13]李沼钧、陈国定、赵武，计算机辅助工艺设计，成都科技大学出版社．1996．10
[14]李玉家、金火华、秦钜晏等，并行工程与企业的产品数据管理，机械设计与制造．1999．4：65～66
[15]张振明、黄万康、樊其瑾，集成化CAPP系统与开发，机械工业自动化．1993．2(15)：8～11
[16]古新生、顾春学、王东宇，为计算机综合自动化制造系统建立智能化的全局数据模型，西安交通大学学报．1988．3(22)：51～55
[17]李勇、邵世煌，集成CAD／CAM的并行特征技术，机械工业自动化．1996．1(18)：16～19
[18]Henderson, Computer recognition, and extraction of form features, computer in industry, 1984.5
[19]Inyong Ham, Stephen C-Y, Lu: Computer Aieded Process Planning: the Present and Future, vol, 37, No2, 1988
[20]严隽琪，计算机辅助工艺设计系统的体系结构，中国计算机．1993．4
[21]李蓓智，实用CAPP系统关键技术的研究与实现，中国计算机．1993．4
[22]徐弘山、宁汝新、崔炎，FMS中工艺设计系统体系结构的研究．
[23] Mdeland A,J, and Mullineux Gp A constraint approach to feature based design ,computer Intergrated Manufacturing, Vol6, No1 and2, 1993
[24] Willem F, Bronsvoort and Frederik W. Jansen, Feature Modeling and conversion-key concepts to concurrent Engineering, Computers in industry, No.21, 1993
[25]李治钩、陈国定、赵武，计算机辅助工艺设计-CAPP，成都科技大学出版社．1996．10：107～145
[26]李蓓智、马登哲，基于Windows环境的CAPP开发工具—CAPPTS，中国纺织大学学报．
[27]张振明、恒永兴、孔宪光等，CAPP Framework设计与实现，机械科学与技术．2000．5(11)：838～842
[28]史明华，CAPP系统开发工具的研究，机械设计与制造．1997．1
[29]李颖，企业工艺设计电子化的思路—CAPP技术的应用，机械制造．2001．439(39) 7～10
[30]倪中华、易江、程洁，面向快速重组制造系统的CAPP制造资源模型研究，机械制造．2001．431(38)：23～25
[31] Alting Land, zhang, H C, Computer Aided process planning: the state of art surgery, Int, J. Puid, Res, vol27, No,4 1989
[32]顾士华，企业CAPP应用分析，电子与信息化．2001
[33]盛岁云、田经论、王国光，试论我国CAPP发展与存在的问题．
[34]邵小英，我国CAPP技术应用现状，电子与信息化．2001
[35]赵良才主编，计算机辅助工艺设计—CAPP系统设计，机械工业出版社．1994．4
[36]赵汝嘉、严隽琪，计算机辅助工艺设计(CAPP)，机械工业出版社．1991．6
[37]徐弘山、宁汝新、崔炎，FMS中工艺设计系统体系结构的研究．
[38]邓中亮、王先逵，DZCAPP工艺设计的开发与研究，机械设计与制造．1992．5(16)：16～19
[39]贾秀杰、张锡霞，回转体零件CAPP系统零件信息的输入，机械工业自动化．1995．4(17)：11～13
[40]白万民、何攀雄、周志友，CAPP系统中零件的输入方法，机械设计与制造．1992．4(16)：15～18
[41]陈谦清、李庆风，回转零件CAD／CAPP集成信息模型研究，机械制造．1999．8：15～17
[42]李士清，关于CAD与CAPP系统间数据的直接传输，机械设计与制造．1994．4：19～21
[43]周跃进，CAD与CAPP的信息集成，机械工艺师．1995．4：16～18
[44]刘晔、王晓东、李琦等，对CAD／CAM集成系统的数据转换接口的研究，机械工程师．1997．1：5～1
[45]金烨、许克树、严隽琪等，一个与CAD／CAPP相集成的CAM子系统的研究与实践，机械设计与研究．1996．4：33～36
[46]唐寅、易红、汤文成等，基于特征的CAD／CAPP系统集成的研究，机械设计与研究，1996．3：8～10
[47]杨立新，基于面向对象及特征建模的物体零件CAPP／CAM集成系统，西安交通大学硕士论文．1995
[48]黄长林、陆国栎、徐慧萍，CAD图形软件的开发实践，软件世界．1996．3：85～88
[49]宁汝新、徐弦山，机械制造中的CAD／CAM技术，北京理工大学出版社，1991．12
[50]I.Black, J.M.Ritchie and D.S. Walsh, Simple turned part design and manufacture with parametric CAD/CAM techniques, Computer—Aided Engineering Jourmd. 1991.8
[51]Salomon's OW—, Van Houten F J A M and Kals HJJ, Review of research in feature based design, Manufacturing systems, Vol 12, NO.2. 1993
[52]高健、祝国旺、周济，CAD／CAM集成中产品定义模型研究与应用，机械工业自动化，1993．4(15)：13～16
[53]高健、郑德涛、张平等，面向CAD／CAPP集成的特征映技术综述，机械科学与技术．1998．4(17)：645～648
[54]郑德涛、高健、张平等，零件设计域到制造域的特征映射机理研究与应用，机械工程学报．1996．4(32)：63～66
[55]Lee and C、N、chu, Automatic Constrain Geometric for Varivational Geometry, CAD&CG'89, Aug. 1987.65～72
[56]邓文英主编，金属工艺学，高等教育出版社 1991．3
[57]杨铁牛，机械制造工艺规程设计专家系统，西北农业大学硕士学位论文，1990．7
[58]施灿堂，AutoCAD软件技术探谜，学苑出版社．1994
[59]蒋建东，箱体特征造型系统研究及应用，西北农林科技大学硕士学位论文．2001
[60]刘瑞新、李树东、万朝阳等，Visual Basic程序设计教程，电子工业出版社．2003．3
[61]陈炳森、张曙，生产系统学，同济大学出版社．1992．12
[62]李德庆、吴锡英，计算机辅助制造，机械工业出版社．1991．6
[63]杨建国、李蓓智，工艺设计自动化研究．1994．1(16)：1～4
[64]王先逵、满建、吴丹等，智能技术与智能化CAPP，中国机械工程．1995．6(16)：28～30
[65]范秀敏、马登哲、严隽琪，CAPP通用模型设计的新方法，机械设计与研究．1996．4：31～39
[66]李英华、刘敬军、顾熙棠，实用CAPP系统模式及其应用，机械工艺师．1997．3：4～6
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[68]李梦群、蒋平、刘春美，通用CAPP系统开发环境研究，机械制造．2000．432(38)：12～14
[69]S、R、K、Jasthi, PN Rao and N k Tewari, studies on process plan representation, vol8, No3. 1995
[70]萨师煊、王删，数据库系统概论，高等教育出版社．1995．11
[71]Wayne Freeze著、尹喆、冯硕等译，visual Basic数据库编程宝典，电子工业出版社．2001．5
[72]曾志新、吕明、张福润等，机械制造技术基础，武汉理工大学出版社．2001．7
[73]顾崇衔等编著，机械制造工艺学，陕西科学出版社．1981．8
[74]张耀宸、马占永等，机械加工工艺设计实用手册，航空工业出版社．1993．12
[75]周开勤、唐蓉城、杨景惠等编，机械设计师实用手册，天津科学技术出版社．1995．5
[76]莫卫东、白鹏、张晓敏等Visual Basic6.0高级编程技巧—ADO数据访问篇，西安交通大学出版社．1999．12
[77]陈维克、杨叔子、郭予康，基于关系数据库的CAPP专家系统的开发与应用，组合机床与自动化加工技术．1997．8：28～31
[78]王春山，专家系统在CAPP中的应用，机械设计与制造．1992．6：16～19
[79]方明伦、林财兴，专家系统基本原理及其在机械制造中的应用，机械制造．1990．8：3～5
[80]赵瑞清编著，专家系统原理，气象出版社，1987．2
[81]赵瑞清、王晖、邱涤虹编著，知识表示与推理气象出版社．1991．10
[82]张振明、黄乃康，并行工程下CAPP工艺决策加工无模型研究，机械科学与技术．1998，1(18)：170～172
[83]刘圣才、李春葆编著，VB6.0程序设计导学，清华大学出版社．2002．1
[84]蒋斌、杨超编著，VB程序设计，电子工业出版社．2001．6
[2]徐梦苏，怎样建立实用的计算机集成化制造系统(CIMS)，微型计算机开发与应用．1991．6(1)1～8
[3]熊光楞、吴祚宝、徐光明，计算机集成制造系统的组成与实施，清华大学出版社．1996．11
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[80]赵瑞清编著，专家系统原理，气象出版社，1987．2
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[84]蒋斌、杨超编著，VB程序设计，电子工业出版社．2001．6