农机产品CAPP系统的零件工序参数式生成技术

屠立

摘要：从农机产品设计对CAPP（Computer Aided Process Planning）系统要求的角度，提出了零件工序参数式生成的实现关键。定义了工艺卡内容间的约束关系和扩充工艺数据结构，分析了工艺数据的信息获取途径，引入了智能化语句合成技术，并基于约束关系模型实现了工艺内容的参数式实现方法。

关键词：农机产品；CAPP（Computer Aided Process Planning）；参数式；工艺数据结构；语句合成

中图分类号：TP391.7 文献标识码：B 文章编号：0439-8114（2014）01-0208-03

Parts Process Parametric Generation of CAPP System for Agricultural

Machinery Products

TU Li

（Department of Mechanical Engineering， Zhejiang Mechanical & Electrical College， Hangzhou 310053， China）

Abstract： The key implement of parts process parametric generation was presented from the angle of CAPP system design requirement for agricultural machinery products. The constraint relations between process card contents and the extended process data structure were defined， the information achieving approach to process data was analyzed， the intelligent statement synthesis technique was introduced， and the parametric implement methods for process contents based on constraint relation model were realized.

Key words： agricultural machinery product； Computer Aided Process Planning（CAPP）； parametric； process data structure； statement synthesis

收稿日期：2013-06-25

基金项目：2011年浙江省博士后科研项目择优资助项目

作者简介：屠 立（1966-），男，陕西西安人，教授，博士，从事产品优化设计技术、制造业信息化的研究，（电话）0571-87773069（电子信箱）

tu_li22@aliyun.com。

采用参数化设计技术，目前的农机企业可以基于已有的成熟产品，通过对关键尺寸的修改产生新的设计，促进了企业产品的系列化和标准化，极大地缩短了产品设计周期[1]。但由此引发出一个新的问题，即参数化的设计必然要求有参数化的工艺与之相适应，使得设计尺寸数据的改动能够触发现有工艺的自动修改，生成相应的新工艺，以进一步缩短农机产品的制造准备周期。而每一张工艺卡片都是工艺师创造性劳动的结晶，在农机产品的工艺设计过程中，应能借鉴已有的成熟工艺，对它进行一些修改与完善，快速高效地得到新的工艺卡片用于指导生产。同时，工艺设计本身是一个多变量非线性深度大反馈的系统，其不确定的因素很多[2]。工艺人员在编制零件工艺时难免要对零件的工艺尺寸进行调整，参数式的CAPP（Computer Aided Process Planning）系统可以自动触发与之相关联的工艺内容，如车间、设备、工装、工时等，对它们进行自动调整，并实时地反映在工艺人员面前，为他们提供工艺决策的支持[3]。

1 农机产品CAPP系统参数式工序生成的实现关键

传统的CAPP系统之所以不支持参数化设计，关键在于它们对工艺卡内容描述的单一性，即只孤立地记录了工艺卡各组成部分的内容，如产品代号、材料、加工方法、工步内容、设备工装、工时定额等。它们彼此之间缺乏任何关联，系统没有反映出它们之间本应具有的约束关系。实现CAPP参数式工序生成的关键是建立工艺卡组成内容之间的约束关系，具体见图1。

1.1 扩充的工艺数据结构

农机产品CAPP系统采用一套扩充的数据结构来保存实现零件的参数式特征信息。这些零件特征信息包括：几何特征，如零件的尺寸规格；加工特征，如加工方法、加工精度；材料特征，如零件材料、毛坯件数；求解特征，如工时求解方式；其他特征，如附加因数等。

1.2 工艺数据结构的信息获取途径

获得零件特征信息的主要途径见图2。

1）零部件明细表。从零部件明细表中可以获得零件件号、件数、材料牌号等信息，即直接从CAD系统将零部件明细表信息通过中间数据文件自动转入CAPP系统。

2）零部件编码。系统采用计算机辅助编码方式，利用“向导”（Wizard）技术自动生成零部件编码。根据零部件编码可以确定零件族，从而确定零件的加工工序等内容。

3）对话框交互输入。由于CAD特征自动提取技术尚不完善，完全依靠从CAD系统自动获取零件加工特征是不现实的。因此在CAPP系统中可采用对话框[4]参数式交互输入获得一些必要的加工特征信息，输入界面见图3。由于这些特征信息都保存在系统的扩充数据结构中，所以当用户修改工艺参数时可以直接在对话框中方便地进行改动，而无需重新输入。

4）CAD系统的几何特征输入。CAPP系统可采用COM技术，提供直接从CAD获取部分零件几何信息的功能。

约束关系模型的建立是实现参数式CAPP系统的关键。采用以上特征信息获取方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据意义的参数数据，并直接为其他CAX系统和企业ERP等系统所共享。此外，修改工艺任何参数即可自动得到新的工步内容，从某种意义上来说，实现了工艺卡的参数化。

2 零件工序内容的参数式生成

基于上述零部件特征及其相互约束的关系，农机CAPP系统采用以下方法实现零件工序内容的参数式生成过程。

2.1 工艺路线

对于农机产品参数化设计得到的零件，依照零部件的成组编码，检索出同一零件族的模板工艺，从而得到工艺路线的雏形，在此基础上进行增删调整得到最终加工路线[5]。

对于没有模板工艺的零部件（即变型配置设计得到的零件），工艺路线的确定主要根据设计人员的思路、各加工分厂的设备布置、零件的加工成本人为确定从而形成工艺过程卡的大致基本框架。

系统提供部件工艺的加工路线粗框架，方便工艺人员的设计。

2.2 工艺过程内容说明

工序内容说明是一张工艺卡的主体，它用叙述性的文字，有时再加上工艺简图，描述了零件加工过程中具体某一步的实施方案，用以指导现场操作人员的工作。对工序内容说明的分析可以发现，每一句说明虽然内容不同，但抽象地看无非是以下内容的组合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的对象：即零件的件号；对象的数目：即零件的件数；加工的要求：如油漆次数等。

可见工序内容说明并不是一个独立变量，它受到上述各个因素的约束，约束方程如下：

工艺过程内容=f（加工的方法，加工的对象，对象的数目，加工要求）

一旦这些因素之一发生变化，必然地要引起“工序内容说明”的更新与修改。

农机产品CAPP系统通过智能化语句合成技术实现了“工序内容说明”描述的规范、准确、简洁、统一。所谓“智能化语句合成技术”就是指，根据不同工种事先设计一系列标准的描述性的语句，设备、尺寸、件号、件数、材料、规格等都是这些标准语句的参数，系统自动优化组合成相应的“工序内容说明”，填写在工艺卡中，详见图4。

2.3 车间、设备、工装

零件的加工设备直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影响。当工艺人员修改了零件的尺寸后必须重新对加工设备和工装进行选择，如有变化则在工艺卡上作相应的修改，提高工艺编制的水平。

3 小结

农机产品制造过程如何快速实现工艺卡的生成以完成生产准备是农机产品设计中的重要一环，在产品设计时若设计参数的修改能自动触发与之相关联的工艺内容，并对它们进行自动调整，则产品设计结束后，即能获得相应工艺过程卡直接指导企业进行生产准备和生产，这样将大大降低中间环节所需要的时间。本研究给出了零件工序参数式生成技术，有效地实现了通过参数修改而自动修改工序内容，进而生成新的工艺规程。

参考文献：

[1] 董家骧.计算机辅助工艺过程设计系统智能开发工具[M].北京：国防工业出版社，1996.

[2] 赵汝嘉.计算机辅助工艺技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3] 黄长林，苑举林，胡树根，等.基于数据库的参数式CAPP系统研究[J].机电工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于参数式数据的CAPP系统设计与实现[J]. 机械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭师虹.基于数据挖掘和面向对象技术的CAPP工艺知识模型的研究[J].机械设计与制造，2010（1）：232-234.

（责任编辑 王晓芳）

4）CAD系统的几何特征输入。CAPP系统可采用COM技术，提供直接从CAD获取部分零件几何信息的功能。

约束关系模型的建立是实现参数式CAPP系统的关键。采用以上特征信息获取方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据意义的参数数据，并直接为其他CAX系统和企业ERP等系统所共享。此外，修改工艺任何参数即可自动得到新的工步内容，从某种意义上来说，实现了工艺卡的参数化。

2 零件工序内容的参数式生成

基于上述零部件特征及其相互约束的关系，农机CAPP系统采用以下方法实现零件工序内容的参数式生成过程。

2.1 工艺路线

对于农机产品参数化设计得到的零件，依照零部件的成组编码，检索出同一零件族的模板工艺，从而得到工艺路线的雏形，在此基础上进行增删调整得到最终加工路线[5]。

对于没有模板工艺的零部件（即变型配置设计得到的零件），工艺路线的确定主要根据设计人员的思路、各加工分厂的设备布置、零件的加工成本人为确定从而形成工艺过程卡的大致基本框架。

系统提供部件工艺的加工路线粗框架，方便工艺人员的设计。

2.2 工艺过程内容说明

工序内容说明是一张工艺卡的主体，它用叙述性的文字，有时再加上工艺简图，描述了零件加工过程中具体某一步的实施方案，用以指导现场操作人员的工作。对工序内容说明的分析可以发现，每一句说明虽然内容不同，但抽象地看无非是以下内容的组合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的对象：即零件的件号；对象的数目：即零件的件数；加工的要求：如油漆次数等。

可见工序内容说明并不是一个独立变量，它受到上述各个因素的约束，约束方程如下：

工艺过程内容=f（加工的方法，加工的对象，对象的数目，加工要求）

一旦这些因素之一发生变化，必然地要引起“工序内容说明”的更新与修改。

农机产品CAPP系统通过智能化语句合成技术实现了“工序内容说明”描述的规范、准确、简洁、统一。所谓“智能化语句合成技术”就是指，根据不同工种事先设计一系列标准的描述性的语句，设备、尺寸、件号、件数、材料、规格等都是这些标准语句的参数，系统自动优化组合成相应的“工序内容说明”，填写在工艺卡中，详见图4。

2.3 车间、设备、工装

零件的加工设备直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影响。当工艺人员修改了零件的尺寸后必须重新对加工设备和工装进行选择，如有变化则在工艺卡上作相应的修改，提高工艺编制的水平。

3 小结

农机产品制造过程如何快速实现工艺卡的生成以完成生产准备是农机产品设计中的重要一环，在产品设计时若设计参数的修改能自动触发与之相关联的工艺内容，并对它们进行自动调整，则产品设计结束后，即能获得相应工艺过程卡直接指导企业进行生产准备和生产，这样将大大降低中间环节所需要的时间。本研究给出了零件工序参数式生成技术，有效地实现了通过参数修改而自动修改工序内容，进而生成新的工艺规程。

参考文献：

[1] 董家骧.计算机辅助工艺过程设计系统智能开发工具[M].北京：国防工业出版社，1996.

[2] 赵汝嘉.计算机辅助工艺技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3] 黄长林，苑举林，胡树根，等.基于数据库的参数式CAPP系统研究[J].机电工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于参数式数据的CAPP系统设计与实现[J]. 机械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭师虹.基于数据挖掘和面向对象技术的CAPP工艺知识模型的研究[J].机械设计与制造，2010（1）：232-234.

（责任编辑 王晓芳）

4）CAD系统的几何特征输入。CAPP系统可采用COM技术，提供直接从CAD获取部分零件几何信息的功能。

约束关系模型的建立是实现参数式CAPP系统的关键。采用以上特征信息获取方法将通常工艺内容中的叙述性文字转化为具有产品数据意义的参数数据，并直接为其他CAX系统和企业ERP等系统所共享。此外，修改工艺任何参数即可自动得到新的工步内容，从某种意义上来说，实现了工艺卡的参数化。

2 零件工序内容的参数式生成

基于上述零部件特征及其相互约束的关系，农机CAPP系统采用以下方法实现零件工序内容的参数式生成过程。

2.1 工艺路线

对于农机产品参数化设计得到的零件，依照零部件的成组编码，检索出同一零件族的模板工艺，从而得到工艺路线的雏形，在此基础上进行增删调整得到最终加工路线[5]。

对于没有模板工艺的零部件（即变型配置设计得到的零件），工艺路线的确定主要根据设计人员的思路、各加工分厂的设备布置、零件的加工成本人为确定从而形成工艺过程卡的大致基本框架。

系统提供部件工艺的加工路线粗框架，方便工艺人员的设计。

2.2 工艺过程内容说明

工序内容说明是一张工艺卡的主体，它用叙述性的文字，有时再加上工艺简图，描述了零件加工过程中具体某一步的实施方案，用以指导现场操作人员的工作。对工序内容说明的分析可以发现，每一句说明虽然内容不同，但抽象地看无非是以下内容的组合。加工的方法如“下料”、“焊接”、“油漆”等；加工的对象：即零件的件号；对象的数目：即零件的件数；加工的要求：如油漆次数等。

可见工序内容说明并不是一个独立变量，它受到上述各个因素的约束，约束方程如下：

工艺过程内容=f（加工的方法，加工的对象，对象的数目，加工要求）

一旦这些因素之一发生变化，必然地要引起“工序内容说明”的更新与修改。

农机产品CAPP系统通过智能化语句合成技术实现了“工序内容说明”描述的规范、准确、简洁、统一。所谓“智能化语句合成技术”就是指，根据不同工种事先设计一系列标准的描述性的语句，设备、尺寸、件号、件数、材料、规格等都是这些标准语句的参数，系统自动优化组合成相应的“工序内容说明”，填写在工艺卡中，详见图4。

2.3 车间、设备、工装

零件的加工设备直接受加工方法、精度要求和零件尺寸的影响。当工艺人员修改了零件的尺寸后必须重新对加工设备和工装进行选择，如有变化则在工艺卡上作相应的修改，提高工艺编制的水平。

3 小结

农机产品制造过程如何快速实现工艺卡的生成以完成生产准备是农机产品设计中的重要一环，在产品设计时若设计参数的修改能自动触发与之相关联的工艺内容，并对它们进行自动调整，则产品设计结束后，即能获得相应工艺过程卡直接指导企业进行生产准备和生产，这样将大大降低中间环节所需要的时间。本研究给出了零件工序参数式生成技术，有效地实现了通过参数修改而自动修改工序内容，进而生成新的工艺规程。

参考文献：

[1] 董家骧.计算机辅助工艺过程设计系统智能开发工具[M].北京：国防工业出版社，1996.

[2] 赵汝嘉.计算机辅助工艺技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3] 黄长林，苑举林，胡树根，等.基于数据库的参数式CAPP系统研究[J].机电工程，1999（3）：8-9.

[4] 屠 立，王建林.基于参数式数据的CAPP系统设计与实现[J]. 机械制造，2008，46（4）：60-63.

[5] 申江波，蔡安江，郭师虹.基于数据挖掘和面向对象技术的CAPP工艺知识模型的研究[J].机械设计与制造，2010（1）：232-234.

（责任编辑 王晓芳）