基于回转体实例检索的CAPP系统研究

李尚远 冯桂坤 王兵强 丁志超

【摘 要】以回转体零件为例，对基于实例检索的CAPP系统进行技术研究。以已存在的实例作

为基础构建实例库，对目标零件按照一定的规则进行编码和相似件的检索算法，借助良好的人机交互界面，根据目标零件编码从实例库中检索出相似件。当检索出的实例与所需求的零件不符时可以对实例库进行修改，提高实例库的准确性和效率。

【关键词】回转体零件；实例检索；CAPP系统

中图分类号： TP391.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0039-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.018

【Abstract】Take the rotary parts as sample to take on the technical research of CAPP system based on case retrieval. Building the case base based on the cases which already exists：Set up the rules about the parts expression and input and make retrieval algorithm of similar part.By the favorable man-machine interface，the similar parts can be retrieved from the case according to the target parts feature.When there are no entries in the directory case base that match your search case，some correction will be made to the case base to meet the need of the users.

【Key words】Rotary part；Case retrieval；CAPP system

0 引言

CAPP在制造企业生产现代化中起着非常重要的作用， CAPP系统可以减轻工艺工程师的繁重劳動，减少工艺设计过程中的某些人力劳动，同时减少了人在设计过程中由于某些忽略而造成的错误，从而提高工艺过程设计的质量，有利于推动CAPP向着工具化方向的发展，以适应不同企业对于柔性、通用化的工艺资源管理的要求[1]。

基于实例检索的CAPP系统是近年来人工智能领域的重要研究方向。它的出现大大加快了产品的开发速度，可以帮助人们快速解决生产设计中遇到的问题。基于实例的检索推理方法以先前成功的工艺设计实例为起点，以特征信息为导引从实例库中提取与该零件相似的特征实例，进行当前新问题的检索求解。

1 零件信息描述

零件可以由基于特征的几何结构和加工工艺来进行描述。零件的一个基本特征由一个主特征与几个辅特征组成。其中主特征主要指零件的基本几何形状，例如面、槽等；辅特征则用于对主特征做局部修饰，例如倒角、退刀槽等。同一类零件的特征类型、数量和相互关系有相似之处。

在本文中我们采用多层次的树形结构来描述整个的零件信息模型，如图1所示。位于顶端的特定节点称为根节点，每一个根节点都代表一个实例的存在。根节点下面又分出许多的子节点，这些子节点代表着实例的各个主特征。这些主特征的子节点上有的又会分出各种辅特征。这些节点平行的为兄弟关系，上下的为父子关系。当检索这些特征时，按照“先父子后兄弟”的顺序进行：首先判断每一个节点有无子节点，当子节点为空时停止父子检索；进一步判断是否存在兄弟节点。在树形结构中，每一个节点都对应零件特征，如键槽、倒角等。树中节点的存储结构采用链式存储结构。

2 编码模型的确立

在上述结构层次的基础上，引入相应的编码方法，就可以建立实例的索引模型。编码是用来对实例零件的各个特征进行描述和标识的。实例库中的每一个实例都有一个编码与之对应。根据分类编码体系的规则，用字符描述和标识零件特征就是对零件进行分类编码的过程。对零件的各个特征及属性进行编码操作后，零件的信息和数据就可以代码化，从而便于计算机进行处理、检索和信息交流[2]。

本文以日本的KK-3编码系统为基础，对其21位编码进行简化，选择对本系统应用意义较大的14位编码，形成本系统的编码方式，零件部分编码见表1.其中的第一个数字代表零件的长径比，第二个数字代表零件的单元数量，以此类推……此时零件就可以以14位的编码数字描述出来。

3 实例检索的相似计算

通过输入零件编码从实例库中搜索出的实例可能与零件不是完全相似。此时便需要进行实例与零件的相似度的计算。通过计算可以得出实例库中与新零件最相似的实例件，并将最相似的三个零件罗列在界面上供用户选择，如图2。

相似性系数就是用于衡量新零件与实例零件相似程度的一个参数。相似性系数不但与零件类型、特征（包括主、辅特征）的类型等因素有关，还与零件的材料类型、热处理方法、毛坯类型、生产类型以及形状特征的精度等级、表面粗糙度和形位公差等因素有关[3]。通过相似度计算来确定最符合需要的实例。根据大量的实践和分析总结，设从实例库中检索到n个相似的实例，则零件特征的相似性计算公式Sf为：

式中fik为零件特征中的第i个属性的相似系数，ωi为该属性的权重系数。权重系数介于[0，1]之间。如果新零件的长径比、毛坯类型、材料类型、热处理方式与实例零件的长径比、毛坯类型、材料类型、热处理方式逐一比较，若相同，则对应的相似系数fik的取值为1；若不相同，则公式中对应的相似系数取值为0.零件主特征相似系数与辅特征相似系数的计算公式如下：

其中主特征包括单元数量、螺纹及槽、加工精度、外部形状及加工、平面或曲面加工；辅特征包括轴线情况、辅助加工、主要加工面、表面粗糙度、内部形状及其加工。

新零件与实例零件主（辅）特征相匹配的含义如下：

（1）新零件和实例零件相对应的特征类型相同，比如单元数量相同，外部形状同为外圆柱面或者键槽，加工精度、加工方法相同等。

（2）新零件和实例对应的特征局部热处理方法相同，或新零件和实例零件的总体热处理方法相同。

系统通过以上的计算就可以检索出实例库中与新零件最相似的实例件，其工作的主要流程如图3。

4 相似工艺的适应性修改

一般情况下，经过检索实例库得到的实例零件无法直接进行工艺设计的调用，此时要对检索件工艺根据实际需求进行适应性调整。主要调整情况如下：

（1）检索的零件具有的特征元素少于当前零件的特征元素，则需要增加辅助计划到检索到的零件工艺特征中生成当前零件的工艺特征[4]。

（2）实例零件比新零件具有更多的零件工艺特征，需要删除后才能生成当前零件的工艺特征。

（3）實例零件的某些特征元素与当前零件的特征元素不匹配，具体情形如下：

实例零件的部分特征元素可通过简单加工成为当前零件的响应特征元素，此时需要按照（1）情况进行处理。

实例零件的部分特征元素比新零件的单元特征要复杂，则需要按照情况（2）进行处理。

根据以上的情况，相似工艺的修改应有相应的修改操作，以便生成满足新零件制造要求的工艺规程。

5 结束语

零件加工工艺的设计是一个复杂的工程，需要考虑很多方面的因素。实现CAPP系统的智能化还会有很多的困难。本文开发的基于回转体实例检索的CAPP系统首先根据用户输入零件特征元素来获得目标零件的相应编码，进一步进入该类型零件的实例数据库，通过相似性判定原则选取与期望目标相近似的实例零件，并按照相似系数计算公式进行相似度大小的判定，并为用户提供三个最为相近实例作为候选实例零件。通过这种方法可以有效提升结构设计加工效率，同时随着检索件的增多可进一步进行实例库的丰富，为今后的加工提供更多依据。

【参考文献】

[1]李晶耀.面向对象的CAPP系统的研究与开发：（硕士学位论文）.天津：天津工业大学.2004.

[2]邢建国，谭建荣.实例检索策略及其在减速器零件CAPP中的应用[J].中国机械工程.2000，1l（9）：1064—1066.

[3]谌祖辉.回转类零件工艺设计CBR系统及其关键技术研究：（硕士学位论文）.陕西：西北工业大学.2006.

[4]邢建国.定制生产下工艺可重用理论、方法及关键技术研究与应用：（博士学位论文）.浙江：浙江大学.2004.